【正文】 P3 口 ： P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電陽的 8 位雙向 I/O 口。作輸入口使用時，因?yàn)閮?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 (IIL ). Flash 編程和程序校驗(yàn)期間， P1 接收低 8 位地址 8路輸入模擬信號數(shù)值顯示器的設(shè)計 14 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。 在 Flash 編程時， PO 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時，輸出指令字節(jié)校驗(yàn)時，要求外接上拉電阻 . Pl 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。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?？?編程串行 UART 通道 3 個 16 位定時 /計數(shù)器 256*8 字節(jié) 內(nèi) 部 RAM 全靜態(tài)操作 :OHz24MHz 8k 字節(jié)可重擦寫 Flash 閃速存儲器 主要 特性 參數(shù) ： 空閑方 式停 止 CPU的工作，但允許 RAM，定時 /計數(shù)器，串行通信口及中 斷系統(tǒng)繼 續(xù)工作。 4 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 硬件電路 各模塊 簡介 AT89C52 單片機(jī) AT89C52 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電 壓 ,高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k bytes 的可反復(fù) 擦寫的 Flash 只讀程序存儲器 （ EPROM） 和 256 bytes 的隨機(jī)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)，與 8路輸入模擬信號數(shù)值顯示器的設(shè)計 12 標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng) 及 8052 產(chǎn)品引腳兼容 ，片內(nèi)置通用 8 位中 央處理器 (CPU)和 Flash 存儲單元， 功能強(qiáng)大 的 AT89C52 單片機(jī)可 提供許 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 a 技術(shù)指標(biāo)及 功能特性 AT89C52 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能 :8k 字 節(jié) Flash 閃速存儲器， 256 字 節(jié)內(nèi) RAM,32 個可編程 I/O 口線， 3 個 16 位定時 /計數(shù)器，一個 6 向量兩級中 斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口， 片 內(nèi)振蕩器及時鐘電路。所以采用動態(tài)顯示方式對 LED 數(shù)碼管進(jìn)行顯示控制。 這兩種顯示方式各有利弊；靜態(tài)顯示雖然數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用很少的 CPU 時間，但每個顯示單元都需要單獨(dú)的顯示驅(qū)動電路，使用的硬件較多；動態(tài)顯示雖然有閃爍感，占用的 CPU時間多，但使用的硬件少，能節(jié)省線路板空間。 方案二：動態(tài)顯示 動態(tài)顯示 就是一位一位地輪流點(diǎn)亮顯示器的各個位（掃描）。 編程容易，管理簡單，顯示亮度高，顯示數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用很少的 CPU 時間。 8路輸入模擬信號數(shù)值顯示器的設(shè)計 11 由于采樣信號非固定值，所以采用軟件譯碼 方式 對 LED 數(shù)碼管進(jìn)行顯示驅(qū)動。 a 譯碼方式 方案一：硬件譯碼 硬件譯碼就是顯示的段碼完全由硬件完成， CPU只要送出標(biāo)準(zhǔn)的 BCD 碼即可，硬件接線有一定標(biāo)準(zhǔn)。 要求 最大顯示數(shù)值為 255，并且要對 8 個通道進(jìn)行輪流顯示，所以需要 4 個 LED數(shù)碼管對其進(jìn)行顯示， 1 個顯示通道數(shù)，其余 3 個顯示采樣值。所以，方案二成為該設(shè)計首選的 ADC0809 與單片機(jī)接口的方式。但是直接利用單片機(jī)的任意的一個 I/O 口與 CLOCK 引腳連接，通過軟件編程的方法給 CLOCK 引腳送入一個時鐘脈沖，那么 ADC0809 也就可以滿足 A/D 轉(zhuǎn)換的必要條件了。 ADC0809 轉(zhuǎn)換的必要條件就是 CLOCK 引腳得到一個能 夠正常工作的時鐘脈沖，以經(jīng)典接口方式來看，是由單片機(jī)的 ALE 引腳經(jīng)分頻器給 CLOCK 一個時鐘脈沖，通過硬件電路直接給 CLOCK 引腳一個時鐘脈沖。 在讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時，用單片機(jī)的讀信號 RD 和 引腳經(jīng)或非門后，產(chǎn)生正脈沖作為 OE 信號，打開三態(tài)輸出鎖存器。 表 31 0809 輸入通道地址 地址碼 輸入通道 C B A 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 8路輸入模擬信號數(shù)值顯示器的設(shè)計 10 控制信號：將 作為片選信號，在啟動 A/D 轉(zhuǎn)換時，由單片機(jī)的寫信號和 控制 ADC 的地址鎖存和啟動轉(zhuǎn)換。通道基本地址為 0000H～ 0007H。單片機(jī)時鐘頻率采用12MHz,則 ALE 輸出的頻率是 2MHz，二分頻后為 1MHz,符合 ADC0809 對頻率的要求。 8路輸入模擬信號數(shù)值顯示器的設(shè)計 9 圖 36 ADC0809 與 MCS51 的接口電路 由于 ADC0809 無片內(nèi)時鐘，時鐘信號可由單片機(jī)的 ALE 信號經(jīng) D 觸發(fā)器二分頻后獲 得。 方案一：經(jīng)典接口方式。 用它可直接將 8 個單端模擬信號輸入，分時進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，在多點(diǎn)巡回監(jiān)測、過程控制等領(lǐng)域中使用非常廣泛 ， 所以本設(shè)計中選用該芯片作為 A/D 轉(zhuǎn)換電路的核心。 8路輸入模擬信號數(shù)值顯示器的設(shè)計 8 c ADC 位數(shù)的選擇 A/D 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)決定著信號采集的精度和分辨率。通常， 8 位逐次比較式 ADC 的轉(zhuǎn)換時間為100us 左右。 圖 35 雙積分式 ADC 工作原理 b 轉(zhuǎn)換時間的選擇 轉(zhuǎn)換速度是指完成一次 A/D 轉(zhuǎn)換所需時間的倒數(shù)，是一個很重要的指標(biāo)。輸入電壓大，則反向積分時間長?？刂七壿嬒葘ξ粗妮斎肽M電壓 VIN進(jìn)行固定時間 T 的積分，然后轉(zhuǎn)為對標(biāo)準(zhǔn)電壓進(jìn)行反向積分，直至積分輸出返回起始值。 方案二：雙積分式 ADC 的轉(zhuǎn)換原理 圖 34 是雙積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器 。以此類推，從 D7 到 D0 都 比較完畢，轉(zhuǎn)換便結(jié)束。于是在時鐘脈沖的同步下，保留 D7=1，并使下一位 D6=1，所得新值（ C0H）再經(jīng) DAC 轉(zhuǎn)換得到新的 VN，再與 VIN比較，重復(fù)前述過程。 圖 33 逐次逼近 式 ADC 原理圖 在時鐘脈沖的同步下，控制邏輯先使 N 位寄存器的 D7 位置 1（其余位為 0）。 方案一：逐次逼近式 ADC 的轉(zhuǎn)換原理 8路輸入模擬信號數(shù)值顯示器的設(shè)計 6 圖 33 是逐次逼近式 ADC 的工作原理圖。 a 轉(zhuǎn)換原理的選擇 隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展， A/D 轉(zhuǎn)換器新品不斷推出。所以時鐘電路采取內(nèi)部時鐘方式。 HMOS 工藝的 MCU 則 XTAL2 端接外部時鐘信號， XTAL1 端須接地。 方案二：外部 時鐘方式，如圖 32 8路輸入模擬信號數(shù)值顯示器的設(shè)計 5 圖 32 外部 時鐘方式 外部振蕩器信號的接法與芯片類型有關(guān)。 方案一：內(nèi)部 時鐘方式 ，如圖 31 圖 31 內(nèi)部時鐘方式 外接石英 晶 體 (或陶瓷諧振器 )及電容 C1, C2 接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。 時鐘電路 的選擇 ： AT89C52 中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器 ,引腳 XTAL1 和XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端 。 系統(tǒng)框圖如圖 31 所示 M C UA D C L E D8 路 輸 入模 擬 信 號 圖 31 系統(tǒng)模塊框圖 主控制器 模塊 的 分析與 選擇 用單片機(jī)作為這一控制系統(tǒng)的核心，接 收 來自 ADC0809 的數(shù)據(jù)，經(jīng)處理后通 8路輸入模擬信號數(shù)值顯示器的設(shè)計 4 過串口傳送，由于系統(tǒng)功能簡單，單片機(jī)通過與 LED 數(shù)碼顯示器相連，驅(qū)動顯示器顯示相應(yīng)通道采集到的數(shù)據(jù)。 其中系統(tǒng)的 主控制器 采用 AT89C52 單片機(jī) ,直接 驅(qū)動 LED 數(shù)碼管， 數(shù)據(jù)采集模塊 由 AT89C52 與 ADC0809 組成 。本顯示器可自動輪流顯示 8 路輸入模擬信號的數(shù)值，最小分辨率為，最大顯示數(shù)值為 255（輸入為 5V時），模擬輸入最大值為 5V，可作為數(shù)字電壓表用。這部分程序也主要是對單片機(jī)進(jìn)行編程來驅(qū)動 LED 數(shù)碼管進(jìn)行正常的顯示工作。 軟件設(shè)計簡介 該系統(tǒng)的軟件設(shè)計也可以相應(yīng)的分為以下兩部分： ? A/D 轉(zhuǎn)換程序設(shè)計 ? 顯示程序設(shè)計 A/D 轉(zhuǎn)換程 序設(shè)計 A/D 轉(zhuǎn)換程序的設(shè)計是該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的核心部分，通過設(shè)計 A/D 轉(zhuǎn)換程序驅(qū)動單片機(jī)向模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC0809 輸入指令開啟模數(shù)轉(zhuǎn)換，以達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計的主要功能。 本論文中， 顯示模塊主要有七段共陽極 LED 數(shù)碼管 構(gòu)成， 顯示電路采用的是動態(tài)顯示接口電路。 LED 顯示器由若干個發(fā)光二極管組成，當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時，相應(yīng)的一個筆畫或一個點(diǎn)就發(fā)光。并且通過 START 引腳啟動轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號利用 8 位數(shù)據(jù)輸出線傳輸給單 片機(jī)的 P0 口。 在本論文中， 數(shù)據(jù)采集模塊 主要 是 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC0809。雖然這些模擬量已經(jīng)由傳感器、變送器變換成標(biāo)準(zhǔn)的電壓或電流信號，但還需要通過 A/D 轉(zhuǎn)換器，將其轉(zhuǎn)換成計算機(jī)能處理的相應(yīng)的數(shù)字信號。 8 路輸入模擬信號數(shù)值顯示系統(tǒng) 可以分為兩大模塊： ? 硬件 電路 模塊 ? 軟件設(shè)計 模塊 硬件電路簡介 根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計要求，可以將系統(tǒng)硬件電路 模塊 劃分為以下 三 個部分 ： 8路輸入模擬信號數(shù)值顯示器的設(shè)計 2 ? 主控制器模塊 ? 數(shù)據(jù)采集 模塊 ? 顯示 模塊 主控制器模塊 主控制器模塊是 8 路輸入模擬信號數(shù)值顯示器的核心控制部分，該模 塊 主要 由單片機(jī)構(gòu)成，通過單片機(jī)的各個 I/O 口對外圍設(shè)備的控制，以達(dá)到 A/D 轉(zhuǎn)換，顯示數(shù)據(jù)等功能。 把由電壓表輸出的 0~5V的模擬電壓信號送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器，然后 A/D 轉(zhuǎn)換器將該模擬信號轉(zhuǎn)換為 00H~FFH 的數(shù)字信號，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時發(fā)送轉(zhuǎn)換結(jié)束信號給單片機(jī) AT89C52，單片機(jī)對其轉(zhuǎn)換后的結(jié)果進(jìn)行處理，處理后的結(jié)果送往 LED 數(shù)碼管進(jìn)行顯示?？傊?，不論在哪個應(yīng)用領(lǐng)域中，數(shù)據(jù)采集與處理將直接影響工作效率和所取得的經(jīng)濟(jì)效益。 隨著工、農(nóng)業(yè)的發(fā)展，多路 輸入模擬信號數(shù)值顯示 勢必將得到越來越 廣泛 的應(yīng)用，為適應(yīng)這一趨勢，作這方面的研究就顯得十分重要。 多路 輸入模擬信號數(shù)值顯示 是工、農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)中至關(guān)重要的一環(huán)，在醫(yī)藥、化工、食品、等領(lǐng)域的生產(chǎn)過程中，往往需要隨時檢測各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的溫度、濕度、流量及壓力等參數(shù)。硬件設(shè)計應(yīng)用電子設(shè)計自動化工具，軟件設(shè)計采用模塊化編程方法。設(shè)計中用 ADC0809進(jìn)行 8路數(shù)據(jù)的采樣，利用 AT89C52單片機(jī)的串行口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。 以 AT89C52 單片機(jī) 及模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809為核心，該系統(tǒng) 有 兩 個部分： A/D轉(zhuǎn)換 ，數(shù)據(jù)處理和顯示。 4． 指導(dǎo)教師審閱意見 指導(dǎo)教師 (簽字 )： 年 月 日 說明： 本報告必須由承擔(dān)畢業(yè)論文 (設(shè)計 )課題任務(wù)的學(xué)生在畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 正式開始的第 1周周五之前獨(dú)立撰寫完成，并交指導(dǎo)教師審閱。 第十三周 完成畢業(yè)設(shè)計論文，進(jìn)行畢業(yè)論文答辯。 第十一周 繼續(xù)調(diào)試，并準(zhǔn)備進(jìn)行后期檢查。 第九周 準(zhǔn)備元器件，進(jìn)行電路板的焊接工作。 第七周 提供中期報告，并進(jìn)行中期檢查。 第五周 編寫相應(yīng)的軟件程序。 第三周 學(xué)習(xí) PROTEUS仿真工具的使用。 3． 完成本課題的工作方案 第一周 完成 知識儲備，認(rèn)真復(fù)習(xí)單片機(jī)知識 。由于 ADC0809 具有輸出三態(tài)鎖存器，故其 8位數(shù)據(jù)輸出線可直接與單片機(jī) 數(shù)據(jù)總線相連，單片機(jī)的低 8 位地址信號在 ALE 作用下鎖存在 74LS373 中。 解決思路： AT89C51 與 ADC0809 接口可以采用查詢方式和中斷方式，由于 ADC0809 片內(nèi)無時鐘，故利用 AT89C51 提供的地址，鎖存允許信號 ALE 經(jīng) D 觸發(fā)器二分頻后獲得， START 和 ALE 互連可使 ADC0809 在接收模