【文章內(nèi)容簡介】 原理框圖 [3]，其內(nèi)容如下圖 22 所示： 圖 22 電路原理框圖 如上圖 22 所示，選用 C8051F330 通用 I/O 端口中的 、 分別輸 入第一、二路電壓，采集到的模擬數(shù)據(jù)經(jīng)單片機(jī)內(nèi)部 A/D 轉(zhuǎn)換和內(nèi)核處理后變?yōu)槎未a，再送到段碼驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng) LED 實(shí)現(xiàn)顯示。需要注意的是：作為單片機(jī)模擬輸出的端口工作時(shí)電壓都在 ，同時(shí)單片機(jī)數(shù) 據(jù)、時(shí)鐘輸出端口都需要上拉電阻到 5V電源，保證輸出的正常。 段碼驅(qū)動(dòng)器 也需要接到 5V 電源上。 溫度計(jì)系統(tǒng)的工作步驟 （ 1） 接好電源，調(diào)節(jié)兩個(gè)電位計(jì)使其分別輸出為一個(gè)確定值 （ 2） 程序使數(shù)碼管顯示 “ 8051” ， 按下開關(guān) SW2，數(shù)碼管再次顯示 “ F330” （ 3） 再按一下開關(guān) SW2，開始對(duì)片內(nèi)溫度 值的采集 ,采集到的數(shù)據(jù)（電壓值）放在 ADC0 的寄存器 ADC0H： ADC0L 中 （ 4） 程序 將采集的電壓值轉(zhuǎn)換為溫度值 （ 5） 程序利用 8051 內(nèi)核對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn) BCD 碼和段碼處理 （ 6） 使能 C8051F330 內(nèi)部的增強(qiáng)型 SPI 串行輸出端口，使轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)從此處輸出到外部移位寄存器 （ 7） 通過軟件查詢語句判斷數(shù)據(jù)輸出是否結(jié)束，結(jié)束后送移位寄存器驅(qū)動(dòng)顯 RET C8051 F330 單 片 機(jī) 電位計(jì) 第一路測(cè)壓 第二路測(cè)壓 復(fù)位控制 電壓 段碼 驅(qū)動(dòng)器 4 位 LED 溫度顯示 時(shí)鐘 輸出 數(shù)據(jù) 輸出 上拉 電阻 5V 電壓 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 示 （ 8） 按一下開關(guān) SW1，開始對(duì) 端口電壓值的采集 ,采集到的數(shù)據(jù)放在ADC0 的寄存器 ADC0H： ADC0L 中，重復(fù)步驟（ 4）、（ 5）、（ 6）、 （ 7） （ 9） 再按一下開關(guān) SW1，開始對(duì) 端口電壓值的采集 ,采集到的數(shù)據(jù)放在ADC0 的寄存器 ADC0H： ADC0L 中，重復(fù)步驟（ 4）、（ 5）、（ 6）、 （ 7） （ 10） 若想停止對(duì)數(shù)據(jù)的測(cè)量，可按一下復(fù)位開關(guān) SW3，系統(tǒng)回到初始狀態(tài)，就可重新進(jìn)行對(duì)數(shù)據(jù)的采集 明確上述的工作步驟之后，溫度計(jì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路就進(jìn)一步清晰了。 溫度計(jì)系統(tǒng) 電路原理圖 及 說明 該系統(tǒng)完成對(duì)兩路 0～ 。整個(gè)系統(tǒng)硬件可分為電源部分、控制部分 、顯示部分、按鍵部分。各部分緊密連接形成一套完善的測(cè)壓、測(cè)溫系統(tǒng)。系統(tǒng)電路原理圖如圖 23所示 ： 系統(tǒng)工作時(shí)，由外部電源提供 5V 電壓，供 74LS164 使用，單片機(jī)的工作電壓在～ 之間，所以選用一低壓轉(zhuǎn)換器件 AMS1117 實(shí)現(xiàn) 5V 電壓 向 電壓 的轉(zhuǎn)換，為單片機(jī)提供工作電壓。經(jīng)過調(diào)節(jié)電位計(jì)后，按下開關(guān)，模擬電壓信息可從 、 輸入，經(jīng)單片機(jī)內(nèi)部 ADC 采集、量化、編碼后由 口輸出到移位寄存器。等待 4 字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束時(shí)，串行輸出口 SPI0 的控制寄存器 SPI0CN 位 7 “ SPIF”變?yōu)?“ 1”，這個(gè)“ 1”便可允許 74LS164 輸出上一組數(shù)據(jù)，送 4 位 LED 顯示，同時(shí)允許下一組數(shù)據(jù)輸入 74LS164。由于 、 端口工作電壓在 ，所以需要上拉 的電阻到 5V，保證單片機(jī)數(shù)據(jù)輸出正常。 LED 后接一個(gè) 510Ω的電阻到地端，起到限流保護(hù)數(shù)碼管的作用。 電源 部分設(shè)計(jì) C8051F330的工作 電壓 范圍 在 ～ 。 AMS1117是一個(gè)低壓差電壓調(diào)節(jié)器 。 作為供電裝置， AMS1117可以將輸入的 5V電壓轉(zhuǎn)化為 ，正好 滿足C8051F330的 工作 電壓 要求。 需要注意的是：電路的外接電源選 5V，這樣在經(jīng)過AMS1117轉(zhuǎn)換后的 C8051F330，同時(shí) 5V電壓滿足 74LS164以及單片機(jī)輸出上拉的要求。 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 圖 23 電路原理圖 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 AMS1117輸出端需要一個(gè) 10uF的鉭電容來改善瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性。 電源部分設(shè)計(jì)如下圖 24所示 ： 圖 24 電源設(shè)計(jì) 如上圖 24所示， 輸入 電容 起濾波作用， 10uF的 輸出 電容 則起到 穩(wěn)定 輸出電壓為 。 AMS1117的 管腳圖如下 圖 25： 頂視圖 側(cè)視圖 圖 25 AMS117 管腳圖 從圖 25 可看出， AMS1117 是平貼的外形設(shè)計(jì)，用 Protel99SE 設(shè)計(jì)原理圖時(shí)，器件庫中應(yīng)選用對(duì)應(yīng) AMS1117 實(shí)物的封裝形式，即 SOT223，保證 AMS1117 與其它器件的正確連接關(guān)系。 控制部分說明 控制部分選用 C8051F330 單片機(jī)， 將 采集到的 模擬信號(hào)送 入 C8051F330 單片機(jī)內(nèi)部 的 10 位 ADC 模塊，使用內(nèi)核模塊完成數(shù)字信息的處理， 將 ADC 寄存器中轉(zhuǎn)換出的數(shù)字信息處理為段碼， 即 完 成了數(shù)據(jù)的采集、量化和編碼， 然后調(diào)用查表程序，使用 SPI0 將轉(zhuǎn)換好的段碼送給 LED 顯示 。 顯示部分設(shè)計(jì) 顯示部分包括 74LS164 移位寄存器和 LED 數(shù)碼顯示管。 74LS164 移位寄存器接收從 8051 內(nèi)核轉(zhuǎn)換出的 4 字節(jié)段碼， 當(dāng)單片機(jī)發(fā)出傳輸結(jié)束的信號(hào)后，四個(gè)移位寄存器將送出的 4 個(gè)字節(jié)串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為 32 位并行數(shù)據(jù)，分別送往各個(gè) LED， 采用靜態(tài)顯示的方式，驅(qū)動(dòng) 4 位 LED 實(shí)現(xiàn)顯示。 （ 1） 74LS164 移位寄存器 74LS164移位寄存器 功能是將外部輸入的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為 8位的并行數(shù)據(jù)輸出，+5V供電，串行數(shù)據(jù)的頻率由外部時(shí)鐘控制，其數(shù)據(jù)輸出具有鎖存功能。 74LS164封裝圖 如圖 26： 電壓輸出 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 圖 26 74LS164封裝圖 各引腳說明如下： A﹑ B：信號(hào)輸入端 CLEAR： 同步清除輸入端（低電平有效） CLOCK：時(shí)鐘輸入端，作為串行數(shù)據(jù)接收同步信號(hào)，由單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘提供，片內(nèi)系統(tǒng)時(shí)鐘選擇了 SYSCLK/4，即 QA～ QH：輸出端 其功能如下 表 22所示： 表 22 74LS164真值表 輸入 輸出 Clear Clock A B QA QB ?? QH L H H H H X L ↑ ↑ ↑ X X X X H H L X X L L L ?? L QA0 QB0 ?? QH0 H QAn ?? QGn L QAn ?? QGn L QAn ?? QGn H－高電平 L－低電平 X－任意電平 ↑－低到高電平跳變 QA0,QB0,QH0 －規(guī)定的穩(wěn)態(tài)條件建立前的電平 QAn,QGn －時(shí)鐘最近的 ↑前的電平 當(dāng)清除端 （ CLEAR） 為低電平時(shí)，輸出端 （ QA－ QH） 均為低電平。串行數(shù)據(jù)輸入端 （ A， B） 可控制數(shù)據(jù)。當(dāng) A、 B任意一個(gè)為低電平，則禁止新數(shù)據(jù) 的 輸入，在時(shí)鐘端 （ CLOCK） 脈沖上升沿作用下 QA為低電平。當(dāng) A、 B有一個(gè)為高電平，則另一個(gè)就允許輸入數(shù)據(jù)，并在 CLOCK上升沿作用下決定 輸出 的狀態(tài)。 （ 2） LED數(shù)碼顯示管 LED數(shù)碼管分為共陰極和共陽極兩種。本設(shè)計(jì)中所采用的是共陰極 LED顯示塊。所謂共 陰極 方式是指各段發(fā)光管的 陰 極 （ 即 N區(qū) ） 是公共的，而 陽 極互相隔離 ，圖（ b）西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 為共陰極的 LED，圖（ c）為共陽極的 LED。其管腳排列如圖 27所示 ： （ a） LED 管腳圖 （ b） 共陰極 LED （ c） 共陽極 LED 圖 27 LED 管腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu) LED 顯示是用發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件，由圖 27 可見它由 8 個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成，通過不同的組合可用來顯示 0～ A～ F 及小數(shù)點(diǎn)。 LED 的顯示分式分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種。靜態(tài)顯示時(shí)將各位的共陰極連接在一起并接地，每位的顯示段（ a～ dp）分別與一個(gè) 8 位鎖存器（如前面介紹的 74LS164）輸出連接。 由于顯示器的各位可以獨(dú)立顯示，所以只要在該位的段選線上保持段選碼電平，該位就能保持相應(yīng)的顯示字符。并且由于各位分別由一個(gè) 8 位鎖存器控制段選線，故在同一時(shí)間里，每一位顯示的字符就可以各不相同。動(dòng)態(tài)顯示時(shí)將所有位的段選碼相應(yīng)的并聯(lián)在一起，由一個(gè) 8 位 I/O 口控制，形成段選線的多路復(fù)用。而各位陰極分別由相應(yīng)的 I/O 口線控制來實(shí)現(xiàn)各位的分時(shí)選通。獨(dú)立保持的顯示可以滿足設(shè)計(jì)中的要求，所以選擇靜態(tài)顯示就可以。 表 23 共 陰 極 LED 段碼表 a b c d e f g dp 段碼 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 0 1 1 1 1 1 1 0 0 3FH 1 01100000 0FCH 2 1 1 0 1 1 0 1 0 0DAH 3 1 1 1 1 0 0 1 0 0F2H 4 01100101 66H 5 1 0 1 1 0 1 1 0 0B6H 6 1 0 1 1 1 1 1 0 0BEH 7 1 1 1 0 0 0 0 0 0E0H 8 1 1 1 1 1 1 1 0 0FEH 9 1 1 1 1 0 1 1 0 0F6H 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 顯示出相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)碼。共有七段筆劃，每一段為一發(fā)光二極管，分別用 a～g 的 7 個(gè)字母表示。七段 LED 顯示的 0～ 9 這十個(gè)數(shù)字的字型。采用共 陰 極數(shù)碼管，則七段顯示譯碼器的段碼表如下表 23 所示 。 顯示部分的電路設(shè)計(jì)如圖 29 所示，單片機(jī) 作串行數(shù)據(jù)輸出口，與 74LS164的信號(hào)輸入端 A、 B 相連； 口與 74LS164 的 CLK 端相接，為其提供同步時(shí)鐘。移位寄存器的 QA～ QH分別與 LED 的 a～ dp 相連。數(shù)碼管的公共端 GND 通過一個(gè)510? 的電阻 接地以限制數(shù)碼管上的電流 過 大 ， 起到保護(hù)數(shù)碼管的作用。移位寄存器每傳輸完四字節(jié)信息，數(shù)碼管就顯示出相應(yīng)數(shù)據(jù)。 圖 28 按鍵電路 圖 29 顯示電路 按鍵部分設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)中按鍵部分的電路如上圖 28 所示。 按鍵設(shè)計(jì)的思路是：按下開關(guān) SW3 時(shí)單片機(jī)復(fù)位；按下開關(guān) SW2 時(shí)，采集片內(nèi)溫度傳感器的值；按下 SW1 時(shí)，采集單片機(jī)的 端口到 GND 之間的電壓值 。再按西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 下 SW1 時(shí)，采集單片機(jī)的 端口到 GND 之間的電壓值。編寫程序時(shí)，可以先進(jìn)行復(fù) 位，然后判斷哪路開關(guān)按下，在第一路開關(guān)沒按下時(shí)就跳到下一路開關(guān)處再進(jìn)行判斷，這樣一直循環(huán)下去，直到判斷有開關(guān)按下后，便對(duì)這個(gè)開關(guān)對(duì)應(yīng)的一路開始模擬數(shù)據(jù)的采集。 溫度計(jì)系統(tǒng)電路板的制作過程 硬件的電路設(shè)計(jì)由 Protel99SE軟件完成。設(shè)計(jì)生成的 PCB圖見附錄所示。在完成對(duì)電路的整體方案設(shè)計(jì)后，進(jìn)入電路的制作階段。 Protel99SE軟件是一個(gè)較好的專業(yè)性的電路制圖工具軟件，電路的繪制主要是用 Prote99SE軟件來制作完成。在本次設(shè)計(jì)中，電路板的設(shè)計(jì)制作過程如下： （ 1） 在啟動(dòng)軟件界面 后首先按照設(shè)計(jì)方案畫好電路原理圖。在此設(shè)計(jì)過程中，由于 元器件庫中沒 有現(xiàn)成的 C8051F330的器件圖 ，因此 需要在 Schematic Library中自定義元器件庫中 自己設(shè)計(jì) C8051F330元器件圖。 （ 2） 進(jìn)行電氣化規(guī)則檢查 。 在此過程中 ERC開始 報(bào)告管腳沒有接入信號(hào)， 分析原因有： 創(chuàng)建元件或放置元件時(shí)修改了不一致的 Gri