【文章內(nèi)容簡介】 轉(zhuǎn)換器逐個組模擬開關(guān)接通或斷開，保證 A/D 轉(zhuǎn)換正常進行。A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果由計數(shù)譯碼電路變成段碼，最后驅(qū)動顯示器顯示出相應(yīng)的數(shù)值。此方案設(shè)計其優(yōu)點是：設(shè)計成本低，能夠滿足一般的電壓測量。但設(shè)計不靈活，都是采用純硬件電路，很難將其在原有的基礎(chǔ)上進行擴展。2．由單片機系統(tǒng)及 A/D 轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成這種方案是利用單片機系統(tǒng)與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、顯示模塊等的結(jié)合后，組成數(shù)字電壓表。由于單片機的發(fā)展已經(jīng)成熟，利用單片機系統(tǒng)的軟硬件結(jié)合，可以組裝出應(yīng)用電路來。此方案的原理是模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換芯片的基準電壓端，被測量電壓輸入端分別輸入基準電壓和被測電壓。模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換芯片將被測量電壓輸入端所采集到的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號，然后通過對單片機系統(tǒng)進行軟件編程，使單片機系統(tǒng)能按規(guī)定的時序來采集這些數(shù)字信號，通過一定的算法計算出被測量電壓的值，最后單片機系統(tǒng)將計算好了的被測電壓值按一定的時序送入顯示電路模塊加以顯示。此方案不僅能夠繼承上一種方案的各種優(yōu)點，還能改進上一種設(shè)計方案設(shè)計不靈活，難以在原基礎(chǔ)上進行功能擴展等不足。哈爾濱工業(yè)大學華德應(yīng)用技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計（論文）7 方案論證方案 2 不僅能夠繼承方案 1 的各種優(yōu)點，還能改進方案 1 設(shè)計方案設(shè)計不靈活，難于在原基礎(chǔ)上進行功能擴展等不足。經(jīng)過以上方案設(shè)計，決定采用如圖 21 所示方案。單片機晶振電路復位電路4 位顯示A/D 轉(zhuǎn)換輸入電路圖 21 方案設(shè)計本章小結(jié)本章主要介紹了課題的設(shè)計方案，提出了兩種方案。此次畢業(yè)設(shè)計采用了方案二，本文是采用 ADC0808 芯片做 A/D 轉(zhuǎn)換器。哈爾濱工業(yè)大學華德應(yīng)用技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計（論文）8第 3 章 硬件電路設(shè)計 系統(tǒng)主控電路單片機控制模塊的作用是為控制各單元電路的運行并完成數(shù)據(jù)的換算或處理，主要由單片機、時鐘電路、復位電路組成。 單片機 AT89C51單片機采用 MCS51 系列單片機 AT89C51。它是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS8 位單片機，片內(nèi)含 4k bytes 的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和 128 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM） ，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央微處理器（CPU）和 Flash 存儲單元，功能強大 AT89C51 單片機可提供多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。哈爾濱工業(yè)大學華德應(yīng)用技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計（論文）9圖 31 AT89C51 引腳圖P0 口：P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，也即地址、數(shù)據(jù)總線復用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動 8 個 TTL 邏輯門電路，對端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。P1 口：P1 是一個帶內(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（吸收或輸出電流）4 個 TTL 邏輯門電路。對端口寫“1” ，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時，會輸出一個電流。P2 口：P2 是一個帶有內(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（吸收或輸出電流）4 個 TTL 邏輯門電路。對端口寫“1” ，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。P3 口：P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O。P3 口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個 TTL 邏輯門電路。對 P3 口寫入“1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流。RST:復位輸入。當振蕩器工作時，RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。ALE:當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的 8 位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE 仍以時鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。EA：外部訪問允許。欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址為 0000HFFFFH） ，EA 端必須保持低電平（接地） 。XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。主要性能參數(shù)： MCS51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容； 字節(jié)可重擦寫Flash 閃速存儲器； 次擦寫周期；：0Hz24Hz；密程序存儲器；*8 字節(jié)內(nèi)部 RAM； 個可編程 I/O 口； 個 16 位定時、計數(shù)器； 個中斷源； UART 通道；模式。哈爾濱工業(yè)大學華德應(yīng)用技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計（論文）10 時鐘電路單片機內(nèi)部每個部件要想?yún)f(xié)調(diào)一致地工作，必須在統(tǒng)一口令——時鐘信號的控制下工作。單片機工作所需要的時鐘信號有兩種產(chǎn)生方式，即內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。圖 32 是內(nèi)部時鐘方式：單片機內(nèi)部有一個構(gòu)成振蕩器的增益反相放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是此放大器的輸入端和輸出端，這個放大器與作為反饋元件的片外晶振一起構(gòu)成自激振蕩器。在該圖中，電容 C2和 C3 取 30pF，晶體的震蕩頻率取 12Mhz，晶體震蕩頻率高，則系統(tǒng)的時鐘頻率也高，單片機運行速度也就快。實際連接如圖 31 所示。圖 32 系統(tǒng)時鐘電路 復位電路AT89C51 的復位電路如圖 33 所示。當單片機通電，立即復位。電容 C 和電阻 R9 實現(xiàn)上電自動復位。復位也是使單片機退出低功耗工作方式而進入正哈爾濱工業(yè)大學華德應(yīng)用技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計（論文）11常狀態(tài)的一種操作。圖 33 系統(tǒng)復位電路 A/D 轉(zhuǎn)換電路A/D 轉(zhuǎn)換器是 DVM 的心臟，利用它可將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。在 A/D 轉(zhuǎn)換器中，因為輸入的模擬信號在時間上是連續(xù)量，而輸出的數(shù)字信號時離散量，所以進行轉(zhuǎn)換時必須在一系列選定的瞬間對輸入的模擬洗好取樣，然后再把這些取樣值轉(zhuǎn)換為輸出的數(shù)字量。因此，一般的 A/D 轉(zhuǎn)換過程是通過取樣、保持、量化、編碼這四個步驟完成的。目前，A/D 轉(zhuǎn)換器的類型多達數(shù)十種，其中常見形式見表 31。哈爾濱工業(yè)大學華德應(yīng)用技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計（論文）12圖 31 常見的 A/D 轉(zhuǎn)換器類型 形式積分型 雙積分式，多重積分式，電荷平衡式斜坡型 斜坡（V/T）式，階梯斜坡式，多斜式比較型 逐次比較式，跟隨比較式，余數(shù)再循環(huán)比較式脈寬型 脈沖寬度調(diào)制式（PWM）復合型 積分斜坡式，兩次取樣式，多次取樣式單片 A/D 轉(zhuǎn)換器是采用 CMOS 工藝，將模擬電路與數(shù)字電路集成在同一芯片上，并且能配數(shù)顯器件顯示 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果的專用集成電路。80 年代以來，隨著 CMOS 大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，各種新型單片 A/D 轉(zhuǎn)換器競相問世。這類芯片集成度高，功能完善，價格較低，能以最簡方式構(gòu)成一塊數(shù)字儀表或測試，被廣泛用于新型數(shù)字儀表、智能儀器中。其共同特點是測量準確的高、分辨力強、外圍電路簡單、耗電省、體積小、成本低、具有很高的性價比。逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器屬于直接型 A/D 轉(zhuǎn)換器，它能把輸入的模擬電壓直接轉(zhuǎn)換為輸出的數(shù)字代碼，而不需要經(jīng)過中間變量，主要由比較器、環(huán)形分配器、控制門、寄存器與 D/A 轉(zhuǎn)換器組成。常用的 A/D 芯片有 ADC080AD083TLC2543C 等幾種。下面簡單介紹一下這三個芯片。ADC0808 是采樣分辨率為 8 位的、以逐次逼近原理進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個 8 通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8 路模擬輸入信號中的一個進行 A/D 轉(zhuǎn)換。ADC0808 是 ADC0809 的簡化版本，功能基本相同。一般在硬件仿真時采用 ADC0808 進行 A/D 仿真，實際使用時采用 ADC0809 進行 A/D 轉(zhuǎn)換。AD0832 是一個 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換器芯片，單電源供電。CMOS 工藝，低功耗。它由一個 8 位輸入寄存器、1 個 8 位 DAC 寄存器和一個 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換器組成。可支持單端輸入通道和一個差分輸入通道。它易于和微處理器接口或獨立使用；可滿量程工作；可用地址邏輯多路器選擇各輸入通道TLC2543 是 TI 公司的 12 位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器，使用開關(guān)電容逐次逼近技術(shù)完成 A/D 轉(zhuǎn)換過程。每個器件有三個控制輸入端，片選，輸入/輸出時鐘以及地址輸入端。它可以從主機告訴傳輸轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。它有告訴的轉(zhuǎn)換，通用的控制哈爾濱工業(yè)大學華德應(yīng)用技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計（論文）13能力，具有簡化比率轉(zhuǎn)換，刻度以及模擬電路與邏輯電路和電源噪聲隔離，耐高溫等特點。由于是串行輸入結(jié)構(gòu)，能夠節(jié)省 51 系列單片機 I/O 資源；且分辨率較高，因此在儀器儀表中有較為廣泛的使用。 ADC0808 簡介圖 34 ADC0808 引腳圖IN0~IN7：8 路模擬量輸入。A、B、C：3 位地址輸入，2 個地址輸入端的不同組合選擇 8 路模擬量輸入。ALE：地址鎖存啟動信號。在 ALE 的上升沿，將 A、B、C 上的通道地址鎖存到內(nèi)部的地址鎖存器。D0~D7：8 位數(shù)據(jù)輸入端。A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果由這 8 根線傳送給單片機。OE：允許輸出信號。當 OE=1 時，即為高電平，允許輸出鎖存器輸出數(shù)據(jù)。START：啟動信號輸入端。STAR