畢業(yè)設(shè)計-基于單片機的直流數(shù)字電壓表的設(shè)計(編輯修改稿)
2025-01-08 18:51 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 的參考標(biāo)準(zhǔn)為最大的可轉(zhuǎn)換信號大小。而輸出的數(shù)字量則表示輸入信號相對于參考信號的大小。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器最重要的參數(shù)是轉(zhuǎn)換的精度，通常用輸出的數(shù)字信號的位數(shù)的多少表示。轉(zhuǎn)換器能夠準(zhǔn)確輸 出的數(shù)字信號的位數(shù)越多，表示轉(zhuǎn)換器能夠分辨輸入信號的能力越強，轉(zhuǎn)換器的性能也就越好。 A/D 轉(zhuǎn)換一般要經(jīng)過采樣、保持、量化及編碼 4 個過程。在實際電路中，有些過程是合并進行的，如采樣和保持，量化和編碼在轉(zhuǎn)換過程中是同時實現(xiàn)的。 一般來說， AD 比 DA貴，尤其是高速的 AD，因為在某些特殊場合，如導(dǎo)彈的攝像頭部分要求有高速的轉(zhuǎn)換能力。一般那樣 AD 要上千美元。還有通過 AD 的并聯(lián)可以提高 AD 的轉(zhuǎn)換效率，多個 AD同時處理數(shù)據(jù)，能滿足處理器的數(shù)字信號需求了。 圖 23 A/D轉(zhuǎn)換器 （ 2） 模數(shù)轉(zhuǎn)換過程包括量化和 編碼。量化是將模擬信號量程分成許多離散量級，并確定輸入信號所屬的量級。編碼是對每一量級分配唯一的數(shù)字碼，并確定與輸入信號相對應(yīng)的代碼。最普通的碼制是二進制，它有 2n 個量級（ n 為位數(shù)） ,可依次逐個編號。模數(shù)轉(zhuǎn)換的方法很多，從轉(zhuǎn)換原理來分可分為直接法和間接法兩大類。 直接法是直接將電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。它用數(shù)模網(wǎng)絡(luò)輸出的一套基準(zhǔn)電壓，從高位起逐位與被測電壓反復(fù)比較，直到二者達到或接近平衡（見圖）?？刂七壿嬆軐崿F(xiàn)對分搜索的控制，其比較方法如同天平稱重。先使二進位制數(shù)的最高位 Dn1＝ 1，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后得到一個整個量程一 半的模擬電壓 VS，與輸入電壓 Vin 相比較，若 VinVS,則保留這一位；若 VinVin，則 Dn1＝ 0。然后使下一位 Dn2＝ 1,與上一次的結(jié)果一起經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后與 Vin 相比較 ,重復(fù)這一過程，直到使 D0＝ 1，再與 Vin 相比較 ,由 VinVS 還是 VinV 來決定是否保留這一位。經(jīng)過 n次比較后， n 位寄存器的狀態(tài)即為轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。這種直接逐位比較型（又稱反饋比較型）轉(zhuǎn)換器是一種高速的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換精度很高，但對干擾的抑制能力較差，常用提高數(shù)據(jù)放大器性能的方法來彌補。它在計算機接口電路中用得最普遍。 間 接法不將電壓直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字，而是首先轉(zhuǎn)換成某一中間量 ,再由中間量轉(zhuǎn)換成數(shù)字。常用的有電壓 時間間隔 (V/T)型和電壓 頻率 (V/F)型兩種，其中電壓 時間間隔型中的雙斜率法（又稱雙積分法）用得較為普遍。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的選用具體取決于輸入電平、輸出形式、控制性質(zhì)以及需要的速度、分辨率和精度。 用半導(dǎo)體分立元件制成的模數(shù)轉(zhuǎn)換器常常采用單元結(jié)構(gòu)，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，模數(shù)轉(zhuǎn)換器體積逐漸縮小為一塊模板、一塊集成電路 電壓表顯示電路 設(shè)計中采用的是 8 段 LED 數(shù)碼管來顯示電壓值。 LED 具有耗電低、 亮度高、視角大、線路簡單、耐震及壽命長等優(yōu)點，它由 8 個發(fā)光二極管組成，其中 7 個按‘ 8’字型排列，另一個發(fā)光二極管為圓點形狀，位于右下角，常用于顯示小小數(shù)點，把 8 個發(fā)光二極管連在一起，公共端接高電平，叫共陽極接法，相反，公共端接低電平的叫共陰極接法，我們采用共陽極接法，當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時，相應(yīng)的一段筆畫或占就發(fā)亮，從而形成不同的發(fā)光字符。其中 8段分別命名為 dp g f e d c b a .例如，要顯示‘ 0’ ,則 dp g f e d c b a 分別為： 11000000B（共陽極）；要顯示‘ A’， 則 dp g f e d c b a 分別為： 00010001B（共陽極）。若要顯示多個數(shù)字，只要讓若干個數(shù)碼管的位碼循環(huán)為低電平就可以了。 根據(jù)設(shè)計要求，顯示電路需要至少 4 位 LED 數(shù)碼管來顯示電壓值，我們再多加一位用來顯示電壓單位‘ V’，則有 7 位 LED 循環(huán)顯示。自用單片機的 I/O 口驅(qū)動 LED 數(shù)碼管的亮滅，設(shè)計中由 P0口戲碼 LED 的段碼顯示，即顯示字符，由 P2 口選擇 LED 位碼，即選擇點亮哪位 LED 來顯示，電路如圖 24 所示。 另外，一般 I/O接口芯片的驅(qū)動能力是很有限的，在 LED 顯示器接口電路中，輸出口所能提 供的驅(qū)動電流一般是不夠的尤其是設(shè)計中需要用到多位 LED，此時就需要增加 LED驅(qū)動電路，驅(qū)動電路有多種，常用的是 TTL 或 MOS 集成電路驅(qū)動器，在本設(shè)計中采用了74LS245 芯片驅(qū)動電路。 選擇器件 并放入圖形編輯區(qū)，器件庫如 表 21 所選器件列表所示 。 表 21 器件庫 器件庫 器件名稱 統(tǒng)稱 Microprocessor AT89C51 主芯片 Resistors 3WATT100R 電阻 Resistors POTLOG 電阻 Data Converters ADC0808 AD轉(zhuǎn)換器 Optoelectronics 7SEGCONANODE 數(shù)碼管（ 陽 極） TTL 74LS series 74LS33 與、或、非門 Data Converters DS18B20 復(fù)位器 Capacitors CAP 電容 Miscellaneous CRYSTAL 晶振器 Power VCC 電源 Ground Label 接地 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計 系統(tǒng) 流程圖 系統(tǒng)默認為循環(huán)顯示 2個 LED 數(shù)碼管電壓值。所進行整體操作流程方案，總體流程圖和 A/D轉(zhuǎn)化流程圖最大的 不同就在：總體流程圖是將總體控制電路的運行步驟，而 A/D 轉(zhuǎn)化流程圖是局部中斷運行方式，兩種控制功能 融合在一起，是考慮到可以實現(xiàn)全部功能的原因，且原理簡單。如此設(shè)計，其優(yōu)點在于：設(shè)計思想比較簡單，較容易組裝電路?；蛘呤?，連線方便、一清二楚，不容易出錯。要顯示電路的優(yōu)勢，則勢必形成各門電路使用。引導(dǎo)顯示電路的穩(wěn)定性，抗干擾能力增強。 流程圖如圖 31 所示 。 開始 程序初始化 溫度從 IN 口讀入 調(diào)用顯示子程序
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