基于單片機(jī)的電量檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案(編輯修改稿)
2025-06-02 00:20 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 流輸出電壓：。隨著半導(dǎo)體技術(shù)數(shù)字化和集成化的日益調(diào)高，在推動(dòng)微控制器、數(shù)字信號(hào)處理器、微機(jī)械電子系統(tǒng)的發(fā)展中，也推動(dòng)了嵌入或隱形模數(shù)﹝A／D﹞轉(zhuǎn)換技術(shù)的發(fā)展，A／D轉(zhuǎn)換技術(shù)在變得越來越復(fù)雜的同時(shí)，也正朝著高精度、高速度的發(fā)展方向邁進(jìn)。由于數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在圖形、視頻、無線通訊的廣泛應(yīng)用，對(duì)高速高精度的CMOS工藝的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的要求日益迫切。A／D轉(zhuǎn)換器的種類繁多，工作原理各異，但逐次比較型A／D轉(zhuǎn)換器是應(yīng)用較多的類型之一，其原因是該類型的A／D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度快、精度高。因此本次設(shè)計(jì)選用一款逐次比較型A／D轉(zhuǎn)換器ADC0809.被采樣的電壓、電流信號(hào)分兩路進(jìn)入ADC0809進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，即當(dāng)START上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下調(diào)沿時(shí)，開始進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)換期間，START應(yīng)保持低電平。EOC通過非門連接到AT89C51的INTO腳，可通過查詢方式來檢測(cè)轉(zhuǎn)換是否完成。當(dāng)EOC為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束，否者表明正在進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，即ECO=1時(shí)。 A/D 轉(zhuǎn)換器概述及單片機(jī)接口的一般特點(diǎn)A/D轉(zhuǎn)換器是一種用來將連續(xù)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合于數(shù)字處理的二進(jìn)制數(shù)的器件，其工作原理方框圖如圖34所示。圖34 A／D轉(zhuǎn)換器原理方框圖由圖中可以看出，A／D轉(zhuǎn)換器的輸入有兩種，即模擬輸入信號(hào)Vin和參考電壓Vref；其輸出時(shí)一組二進(jìn)制數(shù)。可以認(rèn)為，A／D轉(zhuǎn)換器是一個(gè)將模擬信號(hào)值編制成對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制碼的編碼器。常用的A／D轉(zhuǎn)換器有：雙積分式、逐位比較式及秉性比較時(shí)幾種。如圖35所示，一個(gè)完整的A／D轉(zhuǎn)換器應(yīng)該包含這樣的一些輸入、輸出信號(hào)。 圖35 A／D轉(zhuǎn)換器的輸入位置（1） 模擬輸入信號(hào)Vin和參考電壓Vref（2） 數(shù)字輸出信號(hào)（3） 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換新號(hào)，輸入（4） 轉(zhuǎn)換完成信號(hào)或者“忙”信號(hào)，輸出（5） 數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入為了與單片機(jī)接口，必須設(shè)置圖所示的一些數(shù)據(jù)輸入接口、狀態(tài)輸入接口及控制輸出接口等。首先，單片機(jī)通過控制口發(fā)出啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)，命令A(yù)／D轉(zhuǎn)換器開始轉(zhuǎn)換，肉厚單片機(jī)通過狀態(tài)讀入轉(zhuǎn)換器的狀態(tài)，并判斷它是否轉(zhuǎn)換結(jié)束。轉(zhuǎn)換結(jié)束，CPU發(fā)出數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，將裝換完成的數(shù)據(jù)讀入。 ADC0809簡(jiǎn)介圖36是 ADC0809內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)，圖37 ADC0809引腳圖。 ADC0809是8位逐次逼近型A／D轉(zhuǎn)換器，它由一個(gè)8路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存譯碼器、一個(gè)A／D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用A／D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖存器用于鎖存A／D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。圖36 ADC0809內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)數(shù)字部分定義如下： ADDA、ADDB、ADDC:模擬通道的地址選擇線，輸入。信號(hào)單極性，電壓范圍是0V－5V，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大。ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入。由低到高的正跳變有效，此時(shí)鎖存地址選擇先的狀態(tài)，從而選通相應(yīng)的模擬通道，一邊進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換。當(dāng)ALE線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將A、B、C三條地址線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A、B、C為地址輸入線，用于選通IN0－IN7的一路模擬量輸入。通道選擇表如表33所示。圖37 ADC0809引腳圖表33通道選擇表CBA選擇的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7INO－IN7：8條模擬量輸入通道。21～28：8位數(shù)量輸出端。ADDA、ADDB、ADDC:3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。ALE:地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。START： A／D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖輸入端，輸入一個(gè)正脈沖（至少100ns寬）使其啟動(dòng)（脈沖上升沿使0809復(fù)位，下降沿啟動(dòng)A／D轉(zhuǎn)換）。 EOC： A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ。 REF（+）、REF（）：基準(zhǔn)電壓。 Vcc：電源，單一＋5V。 GND：地。ADC0809的工作過程：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng) A／D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到A／D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng)OE輸入高電平 時(shí)，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上 鍵盤輸入部分 矩陣式鍵盤在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時(shí)，為了減少I/O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個(gè)按鍵加以連接。這樣，一個(gè)端口（如P1口）就可以構(gòu)成4*4= 16個(gè)按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構(gòu)成20鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一鍵（9鍵）。由此可見，在需要的鍵數(shù)比較多時(shí)，采用矩陣法來做鍵盤是合理的。矩陣式結(jié)構(gòu)的鍵盤顯然比直接法要復(fù)雜一些，識(shí)別也要復(fù)雜一些，列線通過電阻接正電源，并將行線所接的單片機(jī)的I/O口作為輸出端，而列線所接的 I/O口則作為輸入。這樣，當(dāng)按鍵沒有按下時(shí)，所有的輸出端都是高電平，代表無鍵按下。行線輸出是低電平，一旦有鍵按下，則輸入線就會(huì)被拉低，這樣，通過讀入輸入線的狀態(tài)就可得知是否有鍵按下了。 獨(dú)立式按鍵就是各按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵各接入一根輸入線，一根輸入線上的安檢工作狀態(tài)不會(huì)影響其他輸入線的工作狀態(tài)。因此，通過檢測(cè)輸入線的電平狀態(tài)可以很容易判斷哪個(gè)按鍵按下了。獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件簡(jiǎn)單，但每個(gè)按鍵需要占用一個(gè)輸入口線，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，需要較多的輸入口線且電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故此種鍵盤適用于按鍵較少或操作速度較高的場(chǎng)合。 在此系統(tǒng)中，查看電壓、電流只需要兩個(gè)按鍵，比較簡(jiǎn)單，所以就采用獨(dú)立式按鍵接口電路。 LED顯示部分 LED顯示屏是二十世紀(jì)八十年代后期在全球迅速發(fā)展起來的新型信息顯示媒體。它具有可靠性高、使用壽命長(zhǎng)、性能價(jià)格比較高等特點(diǎn)。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，如果需要顯示的內(nèi)容只有數(shù)碼和某些字母，使用LED數(shù)碼管是一種較好的選擇。LED數(shù)碼顯示清晰、成本低廉，配置靈猴，與單片機(jī)接口簡(jiǎn)單易行。LED數(shù)碼管是有發(fā)光二極管作為顯示字段的數(shù)碼型顯示器件，其中七只發(fā)光二極管分別對(duì)應(yīng)a～g筆端構(gòu)成“日”字形，另一個(gè)發(fā)光二極管Dp作為小數(shù)點(diǎn)。因此這種LED顯示器被稱為七段數(shù)碼管或八段數(shù)碼管。圖39 數(shù)碼管LED顯示器是由N各LED顯示塊拼接成N個(gè)LED顯示器。N個(gè)LED顯示塊有NG根位選線，根據(jù)顯示方式的不同，位選線和段選線的連接方法也不同。段選線控制顯示字符的字形，而位選線為各個(gè)LED顯示塊的公共端，它控制該LED顯示位的亮、暗。LED顯示器有動(dòng)態(tài)顯示和靜態(tài)顯示兩種顯示方式。 LED的動(dòng)態(tài)顯示方式在多位LED顯示時(shí)，為了簡(jiǎn)化硬件電路，通常將所有位的段選線相應(yīng)的并聯(lián)在一起，有一個(gè)8位I/O控制，形成段選線的多路復(fù)用。而各位的共陽(yáng)極或共陰極分別由相應(yīng)的I/O線控制，實(shí)現(xiàn)各位的分時(shí)選通。其中段選
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