【文章內(nèi)容簡介】 +5V 之間只有 0，1，2，3，4，5 六個(gè)電壓值，所以必須把單片機(jī)運(yùn)算結(jié)果中的小數(shù)部分保留下來 [8]。具體方法是：如果保留小數(shù)點(diǎn)后兩位，在運(yùn)算的時(shí)候分子乘以100，保留三位就乘以 1000。小數(shù)點(diǎn)后保留兩位的公式如下： （）由新公式可知當(dāng) ADC0809 輸出位（10000000）B 時(shí)，單片機(jī)運(yùn)算結(jié)果為2500。然后單片機(jī)將 250 除以 10 得到商為 250，余數(shù)為 0，再將 250 除以 10 得到商為 25，余數(shù)為 0，再將 25 除以 10 得到商為 2，余數(shù)為 5。這樣就可以得到電壓值的四個(gè)數(shù)字，最后分別將 0、0 四個(gè)數(shù)通過串口送出，顯示在四個(gè)數(shù)碼管上，并且把第一個(gè)數(shù)碼管的 dp 腳（即小數(shù)點(diǎn)）直接接地使其一直發(fā)亮，那么數(shù)碼管上就可以顯示輸入的電壓值“” [5]。 軟件程序設(shè)計(jì)簡介開機(jī)后首先初始化，使數(shù)碼管顯示為“”然后調(diào)用 A/D 轉(zhuǎn)換子程序啟動(dòng) AD 轉(zhuǎn)換器，單片機(jī)等待查詢轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，如果有信號則通過并行口讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)并存儲，就這樣連著讀取五次數(shù)據(jù)后求平均值，再按上面的方法通過串行口把數(shù)據(jù)傳輸出，經(jīng)譯碼在數(shù)碼管顯示。具體方法和程序見程序設(shè)計(jì)部分和附錄。 小結(jié) 在電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)中都采用了分模塊設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)方法清晰的電路的功能，為設(shè)計(jì)和以后的調(diào)試和維修帶來了極大的方便。特別是在軟件設(shè)計(jì)中，5101052????DoutoutVin52??DoutVin西安工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文6這中方法曾強(qiáng)了程序的可移植性，為以后的功能擴(kuò)展奠定了基礎(chǔ)。3 基于單片機(jī)數(shù)字電壓表的硬件設(shè)計(jì) 器件的選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換器選用 ADC0809單片機(jī)用 AT89C51顯示驅(qū)動(dòng)用 ZLG7289數(shù)碼管用四位共陰級 LED（SM420364）退耦電容 100nf 無極性電容和 100μf 的電解電容位電容用 10μf 的電解電容零歐電阻 限流電阻共陰極八段數(shù)碼管 sm420364 A/D 轉(zhuǎn)換電路 A/D 轉(zhuǎn)換芯片的選擇A/D 轉(zhuǎn)換器是模擬量輸入通道中的一個(gè)環(huán)節(jié)，單片機(jī)通過 A/D 轉(zhuǎn)換器把輸入模擬量變成數(shù)字量再處理。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，目前不同廠家已經(jīng)生產(chǎn)出了多種型號的 A/D轉(zhuǎn)換器，以滿足不同應(yīng)用場合的需要。如果按照轉(zhuǎn)換原理劃分，主要有 3 種類型，即雙積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器、逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器和并行式 A/D 轉(zhuǎn)換器。目前最常用的是雙積分和逐次逼近式。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)，比如 ICL71XX 系列等，它們通常帶有自動(dòng)較零、七段碼輸出等功能。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ADC080ADC0809 等，它們通常具有 8 路模擬選通開關(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)字量送單片機(jī)進(jìn)行分析和顯示 [9]。本設(shè)計(jì)中，要求精度小于 %，則選用分辨率為 8 位的芯片，如ADC0809，ADC0801，ADC0808 就能滿足設(shè)計(jì)要求。本電路采用 ADC0809。3 基于單片機(jī)數(shù)字電壓表的硬件設(shè)計(jì)7CP GOADIF=1數(shù)字量輸出Us被測電壓 ui ADC0809 轉(zhuǎn)換原理介紹ADC 是一種基本的外圍擴(kuò)展器件，其種類很多，工作原理也不僅相同，比較有代表性的是：單積分型，雙積分型，脈寬調(diào)制型和逐次比較型（逐次逼近型） 。從產(chǎn)品性價(jià)比、轉(zhuǎn)換速度和精度等方面綜合分析，逐次比較型 ADC 是相對應(yīng)用比較廣的類型之一。所以有著廣泛的應(yīng)用 [10]。逐次逼近型 ADC 實(shí)際采用的方法上從高到底開始逐位設(shè)定，比較模擬量輸出，再來確定原設(shè)定位的正確與否。逐次比較型 ADC 原理結(jié)構(gòu)如圖 所示。其主要由采集保持電路、電壓比較器、逐次比較寄存器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器 ADC 和鎖存器等部分組成。+ _圖 逐次比較型 ADC 結(jié)構(gòu)其工作原理如下：首先，被測模擬電壓 ui通過逐次比較寄存器，將傳遞進(jìn)的脈沖 CP 信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，該數(shù)字量再經(jīng)過數(shù)/模轉(zhuǎn)換器生成對應(yīng)的模擬量 Us。當(dāng)獲得模擬量 Us 的數(shù)值達(dá)到并接近被測電壓所對應(yīng) ui后，就可以檢測出電壓比較器完成最后的反轉(zhuǎn)。此時(shí)，逐次比較積存器的計(jì)數(shù)值就是被測電壓 ui所對應(yīng)的數(shù)字量，從而完成模擬量的轉(zhuǎn)換。以上的分析表明，逐次比較的模/數(shù)轉(zhuǎn)換方法，歸根到底是數(shù) /模轉(zhuǎn)換，采用逐次與模擬量進(jìn)行比較后得到最終的數(shù)字標(biāo)定值 [11]。 ADC0809 芯片介紹ADC0809 是一種 8 位逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器。帶 8 個(gè)模擬量輸入通道，芯片內(nèi)有通道地址譯碼鎖存器，有輸出三態(tài)數(shù)據(jù)鎖存器，啟動(dòng)信號為脈沖啟動(dòng)方式，每個(gè)通道的轉(zhuǎn)換時(shí)間大約為 100μs，可以和單片機(jī)直接接口 [9]。 ADC0809 的引腳圖和內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)如圖 所示。逐次比較寄存器寄存器模/數(shù)轉(zhuǎn)換西安工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文8圖 圖 由圖 1（b）可知，ADC0809 由一個(gè) 8 路模擬開關(guān)，一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè) 8 位 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 IN0—IN7，允許 8 路模擬分量輸入，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)。 IN0—IN7：8 條模擬量輸入通道。ADC0809 對輸入模擬量的要求是信號單極性，電壓范圍是 0—5V，若信號太小，必須進(jìn)行放大：輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)保持不變，如若模擬信號變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。 地址輸入和控制線：4 條，ALE 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。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進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)化器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A，B，C 為地址輸入線，用于選通 IN0—IN7 上的一路模擬量輸入。通道選擇如表 所示。 數(shù)字量輸出及控制線： 11 條。START 為上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開始進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換：在轉(zhuǎn)換期間，START 應(yīng)保持底電平。EOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。當(dāng) EOC 為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束：否則，表明正在進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。OE 為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7—D0 為數(shù)字量輸出線。 CLK 為時(shí)鐘輸入信號線。由于ADC0809 的內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為500KHz，最大不能超過 1280KHz[11]。 VREF（+） ，VREF（）為參考電壓輸入，決定了輸入模擬量的范圍。一般情況 VREF（）接地，VREF（+）接+5V 電源。 ADC0809 與單片機(jī)的接口方法 電路原理圖 可以看出 ADC0809 的數(shù)據(jù) D0—D7 直接與單片機(jī)的總線 P0相連。模擬輸入通道地址 A、B、C 直接接地，因此 ADC0809 只對通道 IN0 輸入西安工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文9的電壓進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，其他通道直接接地（接地的目的主要是為了減少輸入噪聲，一般情況對于模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片中沒用到的模擬輸入端都這樣處理） 。時(shí)鐘 CLK由單片機(jī)的 ALE 取得，對于晶振為 12MHz 的單片機(jī) ALE 輸出為 2MHz 的方波，但前面提到 ADC0809 的時(shí)鐘頻率一般為 500KHz，最大能超過 1280KHz，但在實(shí)際應(yīng)用中 2MHz 的信號也可以使 ADC0809 正常工作。START、ALE 和 OE 分別由單片機(jī)的 WR、RD 和 經(jīng)或非門接入、這樣主要是滿足 ADC0809 的信號電平與時(shí)序的要求。按此圖中的片選接法。ADC0809 通道—IN0 的地址為 7FFFH。 由于 EOC 未接入單片機(jī)，故只能采用延時(shí)等待的方法來讀取 A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)果（即當(dāng)單片機(jī)啟動(dòng) ADC0809 后延時(shí)一段時(shí)間再主動(dòng)去讀 ADC0809 的轉(zhuǎn)換結(jié)果） 。但是如果單片機(jī)在進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)還要執(zhí)行其他的程序可以將 EOC 接在單片機(jī)的中斷上，這樣當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換完后 EOC 可以對單片機(jī)產(chǎn)生中斷使其讀取 A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)果，這樣做單片機(jī)的使用效率更高。 單片機(jī)介紹 單片機(jī)介紹單片微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī)，又稱微型控制或嵌入式控制器，是將計(jì)算機(jī)的基本部件微型化，使之集成在一塊芯片上的微機(jī)。單片機(jī)有著體積小，功耗低，功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高、易于推廣應(yīng)用等顯著優(yōu)點(diǎn)，在自動(dòng)化裝置、智能化儀器儀表、過程控制和家用電器等領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用。 采用 AT89C51 的原因在眾多的 51 系列單片機(jī)中，要算 ATMEL 公司的 AT89C51 更實(shí)用，它是由北京集成電路設(shè)計(jì)中心在 MSC51 單片機(jī)的基礎(chǔ)上精心設(shè)計(jì)，由美國生產(chǎn)的至今為止世界上最新型的高性能八位單片機(jī)。它不但和 8051 指令、管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的 4K 程序存儲器是 FLASH 工藝的，這種工藝的存儲器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫，一般專為 ATMEL AT89Cx 做的編程器均帶有這些功能。顯而易見，這種單片機(jī)對開發(fā)設(shè)備的要求很低，開發(fā)時(shí)間也大大縮短 [12]。 AT89C51 芯片主要性能參數(shù)與 MCS—51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 4K 字節(jié)的可重擦寫 Flash 閃速存儲器1000 次擦寫周期全靜態(tài)操作：0Hz –24Hz三級加密程序存儲器1288 字節(jié)內(nèi)部 RAM32 個(gè)可編程 I/O 口線西安工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文102 個(gè) 16 位定時(shí)/記數(shù)器6 個(gè)中斷源可編程串行 UART 通道底功耗空閑和掉電模式 圖 AT89C51 管腳分 功能介紹AT89C51 是一種低損耗、高性能、CMOS 八位微處理器，片內(nèi)有 4K 字節(jié)的在線可重復(fù)編程快擦快寫存儲器，能重復(fù)寫入/擦除 1000 次，數(shù)據(jù)保存時(shí)間為十年。它與 MCS51 系列單片機(jī)在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容，不僅可完全代替MCS51 系列單片機(jī)，而且能使系統(tǒng)具有許多 MCS51 單片機(jī)，而且能使系統(tǒng)具有許多 MCS51 系列產(chǎn)品沒有的功能。AT89C51 可構(gòu)成真正的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積，增加系統(tǒng)的可靠性，降低了系統(tǒng)成本。只要程序長度小于4K，四個(gè) I/O 口全部提供給用戶?？捎?5V 電壓編程，而且擦寫時(shí)間僅需 10 毫秒，僅為 8751/87C51 的擦除時(shí)間的百分之一，與 8751/87C51 的 12V 電壓擦寫相比，不易損壞器件，沒有兩種電源的要求，改寫時(shí)不拔下芯片，適合許多嵌入式控制領(lǐng)域。工作電壓范圍寬 ，全靜態(tài)工作，工作頻率寬，在 0M Hz24M Hz 內(nèi)，比 8751/87C51 等 51 系列的 6MHz12 MHz 更具有靈活性，系統(tǒng)能快能慢。AT89C51 芯片提供三級程序存儲器加密，提供了方便靈活而可靠的硬加密手段，能完全保證程序或系統(tǒng)不被仿制 [13]。另外，AT89C51 還具有 MCS51 系列單片機(jī)的所有優(yōu)點(diǎn)。1288 位內(nèi)部RAM，32 位雙向輸入輸出線，兩個(gè)十六位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，5 個(gè)中斷源，兩級中斷優(yōu)先級，一個(gè)全雙工異步串行口及時(shí)鐘發(fā)生器等。 芯片管腳介紹及分配引腳描述： VCC：電源GND：電源地P0 口：P0 口是一組 8 位漏極開路雙向 I/O 口，也既地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯門電路，對端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器話程序存儲器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（底 8 位）和數(shù)據(jù)總線服用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在 Flash 編程時(shí)，P0 口接受指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。P1 口：P1 口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P1 的輸出緩沖級可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對端口 寫“1” ，通過內(nèi)部的西安工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文11上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可操作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號拉底時(shí)會輸出一個(gè)電流（I IL） 。Flash 編程和程序校驗(yàn)期間，P1 接收底 8 位地址。P2 口：P2 口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對斷口寫“1” ，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號拉底時(shí)會輸出一個(gè)電流（I IL） 。在訪問外部程序存儲器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVE @DPTR）時(shí)，P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行 MOVE @RI 指令）時(shí)，P2 口線上的內(nèi)容[也即特殊功能存儲器（SFR）區(qū)中 R2 寄存器的內(nèi)容]，在整個(gè)訪問期間不改變。在 Flash 編程或校驗(yàn)時(shí)，P2 亦接收高位地址和其他控制信號。P3 口：P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。P3 口輸出緩沖級可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對 P3 口寫入“1”時(shí)，它們被內(nèi)