畢業(yè)設(shè)計(jì)單片機(jī)原理及接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)(數(shù)字電壓表設(shè)計(jì))畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-07-21 19:48 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ST：復(fù)位線，可以使 89C51 處于復(fù)位(即初始化)工作狀態(tài)。通常 89C51 復(fù)位有自動(dòng)上電復(fù)位和人工按鍵復(fù)位兩種。XTAL1 和 XTAL2：片內(nèi)震蕩電路輸入線，這兩個(gè)端子用來(lái)外接石英晶體和微調(diào)電容，即用來(lái)連接 89C51 片內(nèi) OSC(震蕩器)的定時(shí)反饋回路。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展RAM 是用來(lái)存放各種數(shù)據(jù)的，MCS51 系列 8 位單片機(jī)內(nèi)部有 128BRAM 存儲(chǔ)器，CPU 對(duì)內(nèi)部 RAM 具有豐富的操作指令。但是，當(dāng)單片機(jī)用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集或處理大批量數(shù)據(jù)時(shí)，僅靠片內(nèi)提供的 RAM 是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。此時(shí)，我們可以利用單片機(jī) 21 22 23 24 25 26 27 28 39 38 37 36 35 34 33 32ALE/PSEN30RD17WR16TextAT89C5189C51A71A62A53A44A35A26A17A08CEI/O09I/O110I/O211I/O312I/O413I/O514I/O615I/O716A8 23A9 22A10 19OE 20WE 216116D01D12D23D34D45D56D67D78 Q7 12Q6 13Q5 14Q4 15Q3 16Q2 17Q1 18Q0 19STB1182828282+5v的擴(kuò)展功能，擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。常用的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器有靜態(tài) RAM（Static Random Access Memory）和動(dòng)態(tài) RAM（Dynamic Random Access Memory）兩種。前者讀/寫(xiě)速度高，一般都是 8 位寬度，易于擴(kuò)展，且大多數(shù)與相同容量的 EPROM引腳兼容，有利于印刷板電路設(shè)計(jì)，使用方便；缺點(diǎn)是集成度低，成本高，功耗大。后者集成度高，成本低，功耗相對(duì)較低；缺點(diǎn)是需要增加一個(gè)刷新電路，附加另外的成本。當(dāng)用 8282 作為地址鎖存器時(shí)，它的 STB 可直接與單片機(jī)的鎖存控制信號(hào)端 ALE 相連，在 ALE 下降沿進(jìn)行地址鎖存。AT89C51 單片機(jī)和靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM 6116 的接口電路圖如下圖 所示： 圖 擴(kuò)展電路 復(fù)位電路設(shè)計(jì)單片機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)都需要復(fù)位，使 CPU 和系統(tǒng)中的其他部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。MCS51 單片機(jī)有一個(gè)復(fù)位引腳 RST,采用施密特觸發(fā)輸入。當(dāng)震蕩器起振后，只要該引腳上出現(xiàn) 2 個(gè)機(jī)器周期以上的高電平即可確保時(shí)器件復(fù)位 [1]。復(fù)位完成后，如果 RST 端繼續(xù)保持高電平，MCS51就一直處于復(fù)位狀態(tài)，只要 RST 恢復(fù)低電平后，單片機(jī)才能進(jìn)入其他工作狀態(tài)。單片機(jī)的復(fù)位方式有上電自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位兩種，圖 是 51 系列單片機(jī)統(tǒng)常用的上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位組合電路，只要 Vcc 上升時(shí)間不超過(guò) 1ms，它們都能很好的工作 [1]。 圖 復(fù)位電路 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)單片機(jī)中 CPU 每執(zhí)行一條指令，都必須在統(tǒng)一的時(shí)鐘脈沖的控制下嚴(yán)格按時(shí)間節(jié)拍進(jìn)行，而這個(gè)時(shí)鐘脈沖是單片機(jī)控制中的時(shí)序電路發(fā)出的。CPU 執(zhí)行一條指令的各個(gè)微操作所對(duì)應(yīng)時(shí)間順序稱為單片機(jī)的時(shí)序。MCS51 單片機(jī)芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，用于構(gòu)成震蕩器，XTAL1 為該放大器的輸入端，XTAL2為該放大器輸出端，但形成時(shí)鐘電路還需附加其他電路 [1]。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，利用單片機(jī)內(nèi)部的高增益反相放大器，外部電路簡(jiǎn)，只需要一個(gè)晶振和 2 個(gè)電容即可，如圖 所示。圖 時(shí)鐘電路電路中的器件選擇可以通過(guò)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)確定，也可以參考一些典型電路的參數(shù)，電路中，電容器 C1 和 C2 對(duì)震蕩頻率有微調(diào)作用，通常的取值范圍是30177。10pF，在這個(gè)系統(tǒng)中選擇了 33pF；石英晶振選擇范圍最高可選 24MHz，它決定了單片機(jī)電路產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)震蕩頻率，在本系統(tǒng)中選擇的是 12MHz，因而時(shí)鐘信號(hào)的震蕩頻率為 12MHz。 CPU 最小系統(tǒng)圖經(jīng)過(guò)以上的設(shè)計(jì)過(guò)程，可設(shè)計(jì)出基于單片機(jī)的簡(jiǎn)易數(shù)字直流電壓表硬件電路原理圖如圖 所示。此電路的工作原理是：+5V 模擬電壓信號(hào)通過(guò)變阻器 VR1 分壓后由 ADC08008 的 IN0 通道進(jìn)入（由于使用的 IN0 通道，所以 ADDA,ADDB,ADDC 均接低電平） ，經(jīng)過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)換后，產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)字量經(jīng)過(guò)其輸出通道 D0D7 傳送給AT89C51 芯片的 P1 口，AT89C51 負(fù)責(zé)把接收到的數(shù)字量經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理，產(chǎn)生正確的7 段數(shù)碼管的顯示段碼傳送給四位 LED，同時(shí)它還通過(guò)其四位 I/O 口、 產(chǎn)生位選信號(hào)控制數(shù)碼管的亮滅。此外，AT89C51 還控制ADC0808 的工作。其中，單片機(jī) AT89C51 通過(guò)定時(shí)器中斷從 輸出方波，接到ADC0808 的 CLOCK, 發(fā)正脈沖啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換， 檢測(cè) A/D 轉(zhuǎn)換是否完成，轉(zhuǎn)換完成后， 置高從 P1 口讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果送給 LED 顯示出來(lái) [3]。簡(jiǎn)易數(shù)字直流電壓表的硬件電路已經(jīng)設(shè)計(jì)完成，就可以選取相應(yīng)的芯片和元器件，利用 Proteus 軟件繪制出硬件的原理，并仔細(xì)地檢查修改，直至形成完善的硬件原理圖。但要真正實(shí)現(xiàn)電路對(duì)電壓的測(cè)量和顯示的功能，還需要有相應(yīng)的軟件配合，才能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。圖 簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表電路圖第 3 章 數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)輸入輸出接口電路設(shè)計(jì) 數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)檢測(cè)接口電路設(shè)計(jì) A/D 轉(zhuǎn)換器選擇現(xiàn)實(shí)世界的物理量都是模擬量，能把模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量的器件稱為模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D 轉(zhuǎn)換器） ，A/D 轉(zhuǎn)換器是單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的關(guān)鍵接口電路，按照各種 A/D 芯片的轉(zhuǎn)化原理可分為逐次逼近型，雙重積分型等等。雙積分式 A/D轉(zhuǎn)換器具有抗干擾能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)換精度高、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。與雙積分相比，逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換速度更快，而且精度更高，比如 ADC080ADC0808 等，它們通常具有 8 路模擬選通開(kāi)關(guān)及地址譯碼、鎖存電路等，它們可以與單片機(jī)系統(tǒng)連接，將數(shù)字量送到單片機(jī)進(jìn)行分析和顯示。一個(gè) n 位的逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器只需要比較 n 次，轉(zhuǎn)換時(shí)間只取決于位數(shù)和時(shí)鐘周期，逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度快，因而在實(shí)際中廣泛使用 [1]。逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器是由一個(gè)比較器、A/D 轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器及控制電路組成。它利用內(nèi)部的寄存器從高位到低位一次開(kāi)始逐位試探比較。轉(zhuǎn)換過(guò)程如下：開(kāi)始時(shí)，寄存器各位清零，轉(zhuǎn)換時(shí)，先將最高位置 1，把數(shù)據(jù)送入 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果與輸入的模擬量比較，如果轉(zhuǎn)換的模擬量比輸入的模擬量小，則 1 保留，如果轉(zhuǎn)換的模擬量比輸入的模擬量大，則 1 不保留，然后從第二位依次重復(fù)上述過(guò)程直至最低位，最后寄存器中的內(nèi)容就是輸入模擬量對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)字量 [5]。其
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