【正文】 在以后的實(shí)踐中，我將繼續(xù)努力學(xué)習(xí)電路設(shè)計(jì)方面的理論知識，并理論聯(lián)系實(shí)際，爭取在電路設(shè)計(jì)方面能有所提升。在調(diào)試過程中遇到很多問題，硬件上的理論知識學(xué)得不夠扎實(shí)，對電路的仿真方面也不夠熟練。設(shè)計(jì)中還用到了模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0809，以前在學(xué)單片機(jī)課程時(shí)只是對其理論知識有了初步的理解。無論是在硬件連接方面還是在軟件編程方面。在實(shí)際應(yīng)用工作中實(shí)用性好，測量電壓準(zhǔn)確，精度高。通過這次設(shè)計(jì)更加熟悉了Proteus和Keil軟件的使用方法，掌握了從系統(tǒng)的需要、方案的設(shè)計(jì)、功能模塊的劃分、原理圖的設(shè)計(jì)和電路圖的仿真的設(shè)計(jì)流程，積累了不少經(jīng)驗(yàn)。但設(shè)計(jì)中的不足之處仍然存在。 總 結(jié) 本次設(shè)計(jì)總體還是比較成功的，首先，通過對簡易數(shù)字電壓表的兩種方案進(jìn)行論證與比較，確定出了用單片機(jī)與芯片構(gòu)建數(shù)字電壓表系統(tǒng)，該系統(tǒng)由單片機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換芯片、顯示器件、電壓四大部分構(gòu)成，通過對幾種熟知的單片機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換芯片、顯示器件的優(yōu)劣勢比較以確定出最適系統(tǒng)組成部件，然后又對總體電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)，用Proteus畫出了電路圖，并對各接口電路進(jìn)行了詳細(xì)的分析與論證，并焊接了電路板，最后軟件部分在keil環(huán)境下進(jìn)行了調(diào)試與測量。另外，可以用軟件編程來校正測量值。~，這可以通過校正ADC0809的基準(zhǔn)電壓來解決。 性能分析 由于單片機(jī)為8位處理器，ADC0809輸出數(shù)據(jù)值為255（FFH），（5/255）。測試對比表如表101所列，表中標(biāo)準(zhǔn)電壓值采用UT56數(shù)字萬用表測得。在顯示控制程序中加入了對單路或多路循環(huán)按鍵和通道選擇按鍵的判斷。單路顯示程序只對當(dāng)前選中的一路數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。 顯示子程序 LED數(shù)碼管采用軟件譯碼動態(tài)掃描方式。 圖91 主程序流程圖 A/D轉(zhuǎn)換子程序A/D轉(zhuǎn)換子程序用于對ADC0809八路輸入模擬電壓進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換的數(shù)值存入8個(gè)相應(yīng)的存儲單元中，如圖92所示。初始化部分包含存放通道數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)初始化和顯示緩沖區(qū)初始化。 圖81 硬件總電路圖9 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 多路數(shù)字電壓表系統(tǒng)軟件程序由主程序、A/D轉(zhuǎn)換子程序和顯示子程序組成。P1口為LED數(shù)碼管的字段碼輸出端。時(shí)鐘信號輸入端CLOCK信號的頻率為1MHZ。10引腳為ADC0809的時(shí)鐘信號輸入端CLOCK。7引腳為A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC，ADC0809為逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器，當(dāng)開始轉(zhuǎn)換時(shí)，EOC信號為低電平，經(jīng)過一定時(shí)間，轉(zhuǎn)換結(jié)束，轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC輸出高電平，轉(zhuǎn)換的結(jié)果存放在ADC0809內(nèi)部的輸出數(shù)據(jù)鎖存器中。22引腳為地址鎖存控制端ALE，當(dāng)輸入為高電平時(shí)，C、B、A引腳輸入的地址鎖存于ADC0809內(nèi)部的鎖存器中，經(jīng)內(nèi)部譯碼選中相應(yīng)的模擬通道。8 硬件電路系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì) 總電路模塊簡易數(shù)字電壓表應(yīng)用系統(tǒng)硬件電路由單片機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)碼管顯示電路和按鍵處理電路組成，它的硬件電路如圖81。設(shè)計(jì)時(shí)假設(shè)待測的輸入電壓為8路，電壓值的范疇為0~5V，要求能在4位LED數(shù)碼管上輪流顯示或單路選擇顯示。通過按鍵選擇可8路循環(huán)顯示，也可單路顯示，單路顯示可通過按鍵選擇顯示的通道數(shù)。如每隔一段時(shí)間依次輪流改變3位地址輸入端的地址，就能依次對8路輸入電壓進(jìn)行測量。輸出的數(shù)據(jù)值為255（0FFH），（5/255）。 設(shè)計(jì)方案 根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，控制系統(tǒng)采用AT89C52單片機(jī)，A/D轉(zhuǎn)換器采用ADC0809。設(shè)計(jì)時(shí)假設(shè)待測的輸入電壓為8路，電壓值的范疇為0~5V，要求能在4位LED數(shù)碼管上輪流顯示或單路選擇顯示。10腳為ADC0809的時(shí)鐘輸入端，利用單片機(jī)30腳的六分頻晶振頻率再通過分頻器二分頻得到1MHz時(shí)鐘。7腳EOC為A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，7腳輸出高電平。22腳ALE為地址鎖存控制，當(dāng)輸入為高電平時(shí)，對地址信號進(jìn)行鎖存。P0端口作A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)讀入用，P2端口用作0809的A/D轉(zhuǎn)換控制。 電路如圖61所示（本次設(shè)計(jì)中在數(shù)碼管和單片機(jī)之間加了74HC244芯片）。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，顯示電路需要4位LED數(shù)碼管來顯示電壓值 。把4個(gè)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。 圖56 ADC0809引腳圖　　6 接口電路 顯示電路 設(shè)計(jì)中采用的是7段LED數(shù)碼管來顯示電壓值。直到A／D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號可用作中斷申請。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。 　ADC0809的工作過程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。 　　 Vcc：電源，單一＋5V。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ。當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 　　 EOC： A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 　 表54 ADDA、ADDB、ADDC真值表ADDCADDBADDA輸入通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7 ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。 ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用與選通8路模擬輸入中的一路。 　　IN0～I(xiàn)N7：8路模擬量輸入端。 2）引腳功能　 ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖56 所示。 　 f、工作溫度范圍為40～＋85攝氏度。 　 b、具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?。本次設(shè)計(jì)采用8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809。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。它有高速的轉(zhuǎn)換，通用的控制能力，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(diǎn)。TLC2543C是12位開關(guān)電容逐次逼近 A/D 轉(zhuǎn)換，每個(gè)器件有三個(gè)控制輸入端，片選， 輸入/輸出時(shí)鐘以及地址輸入端。AD0832也是8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，可支持致命傷個(gè)單端輸入通道和一個(gè)差分輸 入通道。多路開關(guān)可選通 8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。下面簡單介紹一下這三種芯片。輸出一個(gè)段碼就可以控制LED顯示器的字型，表53給出了段碼與字型的關(guān)系，假定a、b、c、d、e、f、g、DP分別對應(yīng)D0、DDDDDDD7。共陽極：把發(fā)光二極管的陽極連在一起構(gòu)成共陽極。 ，工作電流為己毫安到幾十毫安，壽命很長。要LED能夠顯示相應(yīng)的字符，就必須采用動態(tài)掃描方式，只要每位顯示的時(shí)間足夠短，則可造成多位同時(shí)顯示的假象，達(dá)成顯示的目的。動態(tài)顯示是將所有位的段選線相應(yīng)的并聯(lián)在一起，由一個(gè)8位的I/O口控制，形成段選線的多路復(fù)用。并且由于各位由一個(gè)8位鎖存器控制段選線，故在同一時(shí)間內(nèi)每一位顯示的字符可以不同。LED顯示器有靜態(tài)和動態(tài)顯示兩種方式，靜態(tài)顯示是將共陰極聯(lián)到一起接地，每位的顯示段（adp）分別與一個(gè)8位的鎖存器輸出相連。 LED 介紹LED顯示是用發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件，也可稱為數(shù)碼管，其外形結(jié)構(gòu)如圖所示，由圖56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)。小電流下可以驅(qū)動發(fā)光，發(fā)光響應(yīng)時(shí)間極短，體積小，重量輕，抗沖擊性能好，壽命長。不過它的價(jià)格比1602液晶貴了很多。12864液晶也是一種工業(yè)字符型液晶，它不僅能夠顯示1602液晶所可以顯示的字符，數(shù)字等信息，而且還可以顯示8*4個(gè)中文漢字和一些簡單的圖片，顯示信息也非常的清楚。使用時(shí)直接編寫軟件程序按一定的時(shí)序驅(qū)動即可。但用LED點(diǎn)陣顯示的軟件程序設(shè)計(jì)比較麻煩32個(gè)字符。圖55 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖LED陣顯示器件是由好多個(gè)發(fā)光二極管組成的。但數(shù)碼管只能是顯示0—9的數(shù)據(jù)。 數(shù)碼管是最常用的一種顯示器件，它是由幾個(gè)發(fā)光二極管組成的8字段顯示器件，其特點(diǎn)是價(jià)格非常的便宜，用也非常的方便，顯示效果非常的清楚。(3) 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)由一個(gè)單片機(jī)、一個(gè)晶振和2 個(gè)磁片電容組成，是單片機(jī)外圍核心電路，如圖55所示。 ④ 可編程輸入/輸出引腳（32根）表52 STC89C52主要功能主要功能特性兼容MCS51指令系統(tǒng)8K可反復(fù)擦寫Flash ROM32個(gè)雙向I/O口256x8bit內(nèi)部RAM3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷時(shí)鐘頻率024MHz2個(gè)串行中斷可編程UART串行通道2個(gè)外部中斷源共6個(gè)中斷源2個(gè)讀寫中斷口線3級加密位低功耗空閑和掉電模式軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 STC89C52單片機(jī)有4組8位的可編程I/O口，分別位P0、PPP3口，每 個(gè)口有8位（8根引腳），共32根。 STC89C52具體介紹如下：① 主電源引腳（2根） VCC(Pin40)：電源輸入，接＋5V電源 GND(Pin20)：接地線② 外接晶振引腳（2根） XTAL1(Pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端 XTAL2(Pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端③ 控制引腳（4根） RST/VPP(Pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù) 位。（a）上電復(fù)位 （b）按鍵電平復(fù)位 （c）按鍵脈沖復(fù)位圖54復(fù)位電路上述電路圖中的電阻、電容參數(shù)適用于6MHz晶振，能保證復(fù)位信號高電平持續(xù)時(shí)間大于2個(gè)機(jī)器周期。按鍵手動復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖 54（a）所示。外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號(RST)送至施密特觸發(fā)器，再由片內(nèi)復(fù)位電路在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2時(shí)刻對施密特觸發(fā)器的輸出進(jìn)行采樣，然后才得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。產(chǎn)生復(fù)位信號的電路邏輯如圖53所示。復(fù)位信號是高電平有效，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù)24個(gè)振蕩周期(即二個(gè)機(jī)器周期)以上。除PC之外，復(fù)位操作還對其他一些寄存器有影響，它們的復(fù)位狀態(tài)如表51所示。其主要功能是把PC初始化為0000H，使單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序。片內(nèi)時(shí)鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個(gè)兩相時(shí)鐘P1和P2，供單片機(jī)使用。 （a）內(nèi)部方式時(shí)鐘電路 （b）外部方式時(shí)鐘電路圖52 時(shí)鐘電路RXD接地，TXD接外部振蕩器。對外部振蕩信號無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于12MHz的方波信號。片內(nèi)時(shí)鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個(gè)兩相時(shí)鐘P1和P2，供單片機(jī)使用。外部方式的時(shí)鐘電路如圖52（b）所示，RXD接地，TXD接外部振蕩器。定時(shí)元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。時(shí)鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。單片機(jī)總控制電路如圖51所示。圖51單片機(jī)總控制電路 STC89C52單片機(jī)介紹STC89C52是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲器（FPEROMFlash Programable and Erasable Read Only Memory ）的低電壓，高性能COMOS8的微處理器，俗稱單片機(jī)。在設(shè)計(jì)中，單片機(jī)起著連接硬件電路與程序運(yùn)行及存儲數(shù)據(jù)的任務(wù)，一方面，它將 A/D 轉(zhuǎn)換器。PIC單片機(jī)系列是美國微芯公司的產(chǎn)品，也是市面上增長最快的單片機(jī)之一，屬精簡指令集單片機(jī)，其特點(diǎn)是：高速度，高性能，但在性格方面比51單片機(jī)要高，也有專門的,I/O方向寄存器，I/O 口使用不比 51單片機(jī)方便。有專門的I/O方向寄存器。51系列單片機(jī)的特點(diǎn)是：硬件結(jié)構(gòu)合理，指令系統(tǒng)規(guī)范，加之生產(chǎn)歷史悠久，世界有許多芯片公司都買了51的芯片核心專利技術(shù)，并在其基礎(chǔ)上擴(kuò)充其性能，使得芯片的運(yùn)行速度變得更快，性價(jià)比更高。單片機(jī)是指一個(gè)集成在一塊芯片上的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，具有一個(gè)完整計(jì)算機(jī)51 系列單片機(jī)，AVR單片機(jī)，PIC單片機(jī)。硬件電路設(shè)計(jì)框圖如圖41所示。該系統(tǒng)以單片機(jī)和A/D轉(zhuǎn)換器核心內(nèi)件，能夠在單片機(jī)的控制下監(jiān)測八路的輸入電壓值，用8位串行A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行05V量程自動轉(zhuǎn)換，并且測量的電壓值可通過三位數(shù)碼管顯示，同時(shí)用一位數(shù)碼管顯示選擇通道。 設(shè)計(jì)思路 由上述可知，由單片機(jī)和A/D轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)建的的方案優(yōu)勢明顯，本次設(shè)計(jì)也是選擇了該方案。測量的最小分辨率為 ，測量誤差為177。⑵ 能夠測量05V之間的直流電壓值。此方案不僅能夠繼承上一種方案的各種優(yōu)點(diǎn)，還能改進(jìn)上一種設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)不靈活，難于在原基礎(chǔ)上進(jìn)行功能擴(kuò)展等不足。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(jī)系統(tǒng)進(jìn)行軟件編程，使單片機(jī)系統(tǒng)能按規(guī)定的時(shí)序來采集這些數(shù)字信號，通過一定的算法計(jì)算出被測量電壓的值。由于單片機(jī)的發(fā)展已經(jīng)成熟，利用單片機(jī)系統(tǒng)的軟硬件結(jié)合，可以組裝出來。但設(shè)計(jì)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(jìn)行擴(kuò)展。A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果通過計(jì)數(shù)譯碼電路變換成段碼，最后驅(qū)動顯示器顯示出相應(yīng)的數(shù)值。其中，A/D轉(zhuǎn)換器是它的核心器件，它將輸入的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。 由數(shù)字電路及芯片構(gòu)建這種設(shè)計(jì)方案是由模擬電路與數(shù)字電路兩大部分組成，模擬部分包括輸入放大器。又由于在現(xiàn)實(shí)的工作生活中，電壓表的測量測程范圍是比較大的，所以必須要對輸入電壓作分壓處理，而各個(gè)數(shù)據(jù)處理芯片的處理電壓范圍不同，則各種