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正文內(nèi)容

基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表設(shè)計課設(shè)報告-文庫吧資料

2024-10-16 12:02本頁面
  

【正文】 ,因此, LED 顯示器的驅(qū)動電路設(shè)計是一個非常重要的問題。 10pF,在這個系統(tǒng)中選擇了 33pF;石英晶振選擇范圍最高可選 24MHz,它 決定了單片機(jī)電路產(chǎn)生的時鐘信號震蕩頻率,在本系統(tǒng)中是 ,因11 而時鐘信號的震蕩頻率為 。 本設(shè)計系統(tǒng)采用內(nèi)部時鐘方式,利用單片機(jī)內(nèi)部的高增益反相放大器,外部電路簡,只需要一個晶振和 2 個電容即可,如圖 8所示。 CPU 執(zhí)行一條指令的各個微操作所對應(yīng)時間順序稱為單片機(jī)的時序。單片機(jī)的復(fù)位方式有上電自動復(fù)位和手動復(fù)位兩種,圖 7 是 51系列單片機(jī)統(tǒng)常用的上電復(fù)位和手動復(fù)位組合電路,只要 Vcc 上升時間不超過 1ms,它們都能很好的工作。如圖 7 所示。 MCS51 單片機(jī)有一個復(fù)位引腳 RST,采用施密特觸發(fā)輸入。 詳細(xì)電 路設(shè)計 詳細(xì)電路都是先在 Proteus 軟件里做仿真,然后再進(jìn)行的實際電路連接。硬件電路設(shè)計框圖如圖6所示。 整體設(shè)計方案 硬件電路設(shè)計由 6 個部分組成 。 ( 3) 用 8 位串行 A/D 轉(zhuǎn)換器, 8 位分辨率,逐次逼近型,基準(zhǔn)電壓為 5伏 。 表 3 共陽極字段碼表 顯示字符 共陽極字段碼 0 0x03H 1 0x9fH 2 0x25H 3 0x0dH 4 0x99H 5 0x49H 6 0x41H 7 0x1fH 8 0x01H 9 0x09H 9 3 設(shè)計方案 設(shè)計要求 ( 1)選用 51 系列單片機(jī),在單片機(jī)的作用下組成一個簡單的直流數(shù)字電壓表。 本設(shè)計系統(tǒng)中為了簡化硬件線路設(shè)計, LED 譯碼 采用軟件編程來實現(xiàn)。 硬件譯碼是指利用專門的硬件電路來實現(xiàn)顯示字符碼的轉(zhuǎn)換。 圖 5 4 位 LED 引腳 對于這種結(jié)構(gòu)的 LED 顯示器 ,它的體積和結(jié)構(gòu)都符合設(shè)計要求,由于 4 位LED 陽極的各段已經(jīng)在內(nèi)部連接在一起,所以必須使用動態(tài)掃描方式(將所有數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一起,用一個 I/O 接口控制)顯示。本系統(tǒng)中前一位顯示電壓的整數(shù)位,即個位,后一位顯示電壓的小數(shù)位。 圖 4 LED 引腳排列 LED 七段數(shù)碼顯示器由 8個發(fā)光二極管組成顯示字段,其中 7個長條形的發(fā)光二極管排列成“日”字形,另一個圓點形的發(fā)光二極管在顯示器的右下角作為顯示小數(shù)點用,其通過不同的組合可用來顯示各種數(shù)字。在單片機(jī)中使用最多的是七段數(shù)碼顯示器。 LED 顯示模塊 LED 基本結(jié)構(gòu) LED 是發(fā)光二極管顯示器的縮寫。當(dāng)配置 2位數(shù)據(jù)為 0、 0時,將 CH0作為正輸入端 IN+, CH1作為負(fù)輸入端 IN進(jìn)行輸入。 表 2 ADC0832配置位 輸入形式 配置位 選擇通道 CH0 CH1 CHO CH1 差分輸入 0 0 + 0 1 + 單端輸入 1 0 + 1 1 + 如表 2所示,當(dāng)配置位 2位數(shù)據(jù)為 0時,只對 CH0 進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。在第 1個時鐘脈沖到來之前 DI端必須是高電平,表示啟動位。當(dāng)要進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換時,須先將 CS端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。但由于 DO端與 DI端在通信時并未同時有效并與單 片機(jī)的接口是雙向的,所以電路設(shè)計時可以將 DO和 DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。 GND—— 電源地。 CLK—— 串行時鐘輸入端。 DI—— 兩路模擬輸入選擇輸入端。 各引腳說明如下: CS—— 片選端,低電平有效。 其主要特點有: ( 1) 8 位分辨率,逐次逼近型,基準(zhǔn)電壓為 5V; ( 2) 5V 單電源供電; ( 3)輸入模擬信號電壓范圍為 0~ 5V; ( 4)輸入和輸出電平與 TTL 和 CMOS 兼容; ( 5)在 250KHZ 時鐘頻率時,轉(zhuǎn)換時間為 32us; ( 6)具有兩個可供選擇的模擬輸入通道; ( 7)功耗低, 15mW。獨立的芯片使能輸入,使多器件連接和處理器控制變得更加方便。 ADC0832 為 8 位分辨率 A/D 轉(zhuǎn)換芯片,其最高分辨可達(dá) 256級,可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。 圖 圖 2 逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器原理圖 轉(zhuǎn)換過程如下: 開始時,寄存器各位清零,轉(zhuǎn)換時,先將最高位置 1,把數(shù)據(jù)送入 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換結(jié)果與輸入的模擬量比較,如果轉(zhuǎn)換的模擬量比輸入的 模擬量小,則 1 保留,如果轉(zhuǎn)換的模擬量比輸入的模擬量大,則 1不保留,然后從第二位依次重復(fù)上述過程直至最低位,最后寄存器中的內(nèi)容就是輸入模擬量對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)字量。它利用內(nèi)部的寄存器從高位到低位依次開始逐位試探比較。一個 n 位的逐次逼近 型 A/D轉(zhuǎn)換器只需要比較 n 次,轉(zhuǎn)換時間只取決于位數(shù)和時鐘周期,逐次逼近型 A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度快,因而在實際中廣泛使用。雙積分式 A/D轉(zhuǎn)換器具有抗干擾能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)換精度高、價格便宜等優(yōu)點。 XTAL1 和 XTAL2:片內(nèi)震蕩電路輸入線,這兩個端子用來外接石英晶體和微調(diào)電容,即用來連接 89C51 片內(nèi) OSC(震蕩器 )的定時反饋回路。 RST:復(fù)位線,可以使 89C51 處于復(fù)位 (即初始化 )工作狀態(tài)。 /EA:片外存儲器訪問選擇線,可以控制 89C51 使用片內(nèi) ROM 或使用片外 ROM, 若 /EA=1,則允許使用片內(nèi) ROM, 若 /EA=0,則只使用片外 ROM。在不訪問片外存儲器時, 89C51 自動在 ALE 線上輸出頻率為 1/6 震蕩器頻率的脈沖序列。 表 1 P3 口各位的第二功能 P3 口各位 第二功能 RXT(串行口輸入) TXD(串行口輸出) /INT0(外部中斷 0 輸入) /INT1(外部中斷 1 輸入 ) T0(定時器 /計數(shù)器 0 的外部輸入) T1(定時器 /計數(shù)器 1 的外部輸入) /WR(片外數(shù)據(jù)存儲器寫允許) /RD(片外數(shù)據(jù)存儲器讀允許) Vcc 為 +5V 電源線, Vss 接地。 P2 口:這組引腳的第一功能與上述兩組引腳的第一功能相同即它可以作為通用 I/O 口使用,它的第一功能和 P0口引腳的第二功能相配合,用于輸出片外4 存儲器的高 8位地址,共同選中片外存儲器單元,但并不是像 P0 口那樣傳送存儲器的讀 /寫數(shù)據(jù)。 P0口為開漏輸出,在作為通用 I/O 使用時,需要在外部用電阻上拉。 圖 1 AT89C51 的引腳圖 AT89C51 芯片的各引腳功能為: P0 口:這組引腳共有 8條, 為最低位??臻e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,掉電方式保 存 RAM 中的內(nèi)容,但震蕩器停止工作并禁止其他所有工作直到下一個硬件復(fù)位。 AT89C51 功能性能 :與 MCS51 成品指令系統(tǒng)完全兼容; 4KB 可編程閃速存儲器;壽命: 1000 次寫 /擦循環(huán) ; 數(shù)據(jù)保留時間: 10 年;全靜態(tài)工作: 024MHz;三級程序存儲器鎖定; 128*8B 內(nèi)部 RAM; 32個可編程 I/O 口線; 2個 16 位定時 /計數(shù)器; 5 個中斷源;可編程串行 UART 通道;片內(nèi)震蕩器和掉電模式。 AT89C51 單片機(jī) AT89C51 性能 AT89C51 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)含有 4KB 的可 反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器和 128 字節(jié)的隨機(jī)存儲器。 2 系統(tǒng)應(yīng)用的硬件介紹 本次課設(shè)用到的主要的 硬件有 3 種: AT89C51 單片機(jī), A/D 轉(zhuǎn)換模塊, LED顯示模塊。 Keil u Vision 簡介 Keil 軟件是美國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機(jī)匯編或 C語言軟件開發(fā)系統(tǒng),在功能上、結(jié)構(gòu)上、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢。在編譯方面,它也支持 IAR、 Keil 和 MPLAB 等多種編譯器。Proteus 是世界上著名的 EDA 工具 (仿真軟件 ),從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片2 機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真,一鍵切換到 PCB 設(shè)計,真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。 Proteus 簡介 Proteus 軟件是英國 Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具軟件。而逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度快,但精度相對較差。 A/D 轉(zhuǎn)換器分成四種:計數(shù)式 A/D 轉(zhuǎn)換器、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。數(shù)字電壓表從 1952 年問世以來,經(jīng)歷了不斷改進(jìn)的過程,
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