【正文】 電路和數字電路是相互聯(lián)系的由邏輯控制電路產生控制信號按規(guī)定的時序將AD轉換器中個組模擬開關接通或斷開保證AD轉換正常進行AD轉換結果通過計數譯碼電路變換成段碼最后驅動顯示器顯示出相應的數值此方案設計其優(yōu)點是設計成本低能夠滿足一般的電壓測量但設計不靈活都是采用純硬件電路很難將其在原有的基礎上進行擴展113基于單片機系統(tǒng)及AD轉換芯片的電壓表這種方案是利用單片機系統(tǒng)與模數轉換芯片顯示模塊等的結合構建數字電壓表由于單片機的發(fā)展已經成熟利用單片機系統(tǒng)的軟硬件結合可以組裝出許多的應用電路來此方案的原理是模數AD轉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AD轉換芯片將被測量電壓輸入端所采集到的模擬電壓信號轉換成相應的數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114 方案的選擇綜上所述根據以上兩種設計方案各方面優(yōu)點及其在所設計電壓表中的實用性我們選擇第二種電壓表設計方案即由單片機系統(tǒng)及數字芯片構建的方法來我們本次設計第二種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計方案設計的不靈活和難于在原基礎上進行功能擴展等不足第2章 總體設計21 硬件電路的設計設計思路1根據設計要求選擇AT89C51單片機為核心控制器件2AD轉換采用ADC0809實現3電壓顯示采用1602液晶顯示器211單片機簡介及本設計單片機的選擇目前單片機的種類很繁多主要有主流的8位單片機和高性能的32位單片機結合本設計各方面因素對于本設計8位單片機已經是綽綽有余了但用哪一種類8的單片機呢在這里先簡單的介紹一下幾種常用的8位單片機2111常用單片機的特點比較及本設計單片機的選擇單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統(tǒng)具有一個完整計算機所需要的大部分部件CPU內存總線系統(tǒng)等而目前常用的單片機的8位有51系列單片機AVR單片機PIC單片機應用最廣的8位單片機還是intel的51系列單片機51系列單片機的特點是硬件結構合理指令系統(tǒng)規(guī)范加之生產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并在其基礎上擴充其性能使得芯片的運行速度變得更快性價比更高AVR單片機是atmel公司推出較新的單片機它的顯著特點是高性能低功能高速度指令單周期為主但性格方面比51單片機要高有專門的IO方向寄存器雖然有轉強的驅動電壓但IO口使用沒51單片機方便PIC單片機系列是美國微芯公司的產品也是市面上增長最快的單片機之一屬精簡指令集單片機其特點是高速度高性能但在性格方面比51單片機要高也有專門的IO方向寄存器IO口使用不比51單片機方便綜合以上各種單片機的基本性能及本設計的滿足需要我們將選擇51系列單片機2112本設計使用的單片機的簡介本設計中選用是51系列的AT89C51它是低電壓低功耗高性能的CMOS8位單片機片內含4KB的可反復擦寫的只讀程序存儲器和128B的隨機存取數據存儲器32個IO口線片內振蕩器及時鐘電路并與MCS51系列單片機兼容在設計中單片機起著連接硬件電路與程序運行及存儲數據的任務一方面它將AD轉換器顯示器等通過IO口地址線和數據線連接起來另一方面它將用戶下載的程序通過控制總線控制數據的輸入輸出從而實現冊電壓的功能下圖21為AT89C51 單片機內部結構框圖圖 21 AT89C51單片機內部結構框圖從內部結構圖框圖上可以看出AT89C51單片機包括一下資源一個8位的CPU一個片內振蕩器及時鐘電路4KB的FlashROM128的內部RAM可擴展64KB外部ROM和外部RAM的控制電路2個16位的定時計數器26個特殊功能寄存器4個8位的并行口一個全雙工的串行口5個中斷源2個外部中斷3內部中斷內部硬件看門狗電路一個SPI串行接口用于芯片的在系統(tǒng)編程AT89C51單片機有四十個引腳引腳可分為四類電源地時鐘控制和IO口管腳說明 Vcc供電電壓 GND接地 P0口P0口為一個8位雙向IO口每腳可吸收8TTL門電流當P1口的管腳第一次寫1時被定義為高阻輸入P0能夠用于外部程序數據存儲器它可以被定義為數據地址的第八位在FIASH編程時P0 口作為原碼輸入口當FIASH進行校驗時P0輸出原碼此時P0外部必須被拉高 P1口P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向IO口P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流P1口管腳寫入1后被內部上拉為高電平可用作輸入P1口被外部下拉為低電平時將輸出電流這是由于內部上拉的緣故在FLASH編程和校驗時P1口作為第八位地址接收 P2口P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向IO口P2口緩沖器可接收輸出4個TTL門電流當P2口被寫1時其管腳被內部上拉電阻拉高且作為輸入并因此作為輸入時P2口的管腳被外部拉低將輸出電流這是由于內部上拉的緣故P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數據存儲器進行存取時P2口輸出地址的高八位在給出地址1時它利用內部上拉優(yōu)勢當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時P2口輸出其特殊功能寄存器的內容P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號 P3口P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向IO口可接收輸出4個TTL門電流當P3口寫入1后它們被內部上拉為高電平并用作輸入作為輸入由于外部下拉為低電平P3口將輸出電流ILL這是由于上拉的緣故 RST復位輸入當振蕩器復位器件時要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間 ALEPROG當訪問外部存儲器時地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)在FLASH編程期間此引腳用于輸入編程脈沖在平時ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號此頻率為振蕩器頻率的16因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的然而要注意的是每當用作外部數據存儲器時將跳過一個ALE脈沖如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0此時 ALE只有在執(zhí)行MOVXMOVC指令是ALE才起作用另外該引腳被略微拉高如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止置位無效 PSEN外部程序存儲器的選通信號在由外部程序存儲器取址期間每個機器周期兩次PSEN有效但在訪問外部數據存儲器時這兩次有效的PSEN信號將不出現 EAVPP當EA保持低電平時則在此期間外部程序存儲器0000HFFFFH不管是否有內部程序存儲器注意加密方式1時EA將內部鎖定為RESET當EA端保持高電平時此間內部程序存儲器在FLASH編程期間此引腳也用于施加12V編程電源VPP XTAL1反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入 XTAL2來自反向振蕩器的輸出振蕩器特性 XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出該反向放大器可以配置為片內振蕩器石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用如采用外部時鐘源驅動器件XTAL2應不接有余輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度22顯示器件的介紹和選擇本次設計中有顯示模塊而常用的顯示器件比較多有數碼管LED點陣1602液晶12864液晶等221常用顯示器件簡介數碼管是最常用的一種顯示器件它是由幾個發(fā)光二極管組成的8字段顯示器件其特點是價格非常的便宜使用也非常的方便顯示效果非常的清楚小電流下可以驅動每光發(fā)光響應時間極短體積小重量輕抗沖擊性能好壽命長但數碼管只能是顯示09的數據不能夠顯示字符這也是數碼管的不足之處LED點陣顯示器件是由好多個發(fā)光二極管組成的具有高亮度功耗低視角大壽命長耐濕冷熱等特點LED點陣顯示器件可以顯示數字英文字符中文字符等但用LED點陣顯示的軟件程序設計比較麻煩1602液晶是工業(yè)字符型液晶能夠同時顯示162即32個字符1602液晶模塊內部的字符發(fā)生存儲器已經存儲了160個不同的點陣字符圖形這些字這些字符有阿拉伯數字英文字母的大小寫常用的符號和日文假名等每一個字符都有一個固定的代碼使用時直接編寫軟件程序按一定的時序驅動即可它的特點是顯示字跡清楚價格相對便宜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字等信息而且還可以顯示84個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也直接編寫軟件程序按一定的時序驅動即可不過它的價格比1602液晶貴了很多在本設計中我們只需要顯示最后電壓的數字值和電壓的單位綜合上面各種顯示器件的特點數碼管只能顯示數字不能顯示單位字符不符合本設計的要求而點陣顯示器件驅動顯示軟件程序編寫麻煩占用的引腳相對也較多也不是理解的顯示器件所以在本設計中我們考慮用液晶顯示器件雖然12864液晶比1602液晶的功能強不過在價格方面卻貴了好多而1602液晶也足夠滿足本設計的需要因此在本設計實驗我們選擇1602液晶顯示器件222 1602液晶的參數資料我們選擇了1602液晶做為本設計的顯示模塊的顯示器件以下是1602液晶的各方面參數編號 符號 引腳說明 1 VSS 電源地 2 VDD 電源正極 3 VL 液晶顯示偏壓信號 4 RS 數據命令選擇端 5 RW 讀寫選擇端 6 E 使能信號 814 D0D7 Data IO 15 BLA 背光源正極 16 BLK 背光源負極 表2 1 接口信號說明1．基本操作時序讀狀態(tài)輸入RS 0RW 1E 1輸出D0D7為狀態(tài)字寫狀態(tài)輸入RS 0RW 0D0D7為指令碼E為高脈沖輸出無讀數據輸入RS 1RW 1E 1輸出D0D7為數據寫數據輸入RS 1RW 0D0D7為數據E為高脈沖輸出無STA7 STA6 STA5 STA4 STA3 STA2 STA1 STA0 STA06 當前數據地址指針的數值 STA7 讀寫操作使能 1禁止 0允許 表2 2 狀態(tài)字說明指令碼 功能 0 0 1 1 1 0 0 0 設置162顯示57點陣8位數據口 表23 顯示開關及光標設置 指令碼 功能 0 0 0