【正文】 換為相應(yīng)的數(shù)字量數(shù)字部分完成邏輯控制譯碼和顯示等功能數(shù)字電壓表的核心是 AD轉(zhuǎn)換器由 AD轉(zhuǎn)換器工作原理的不同數(shù)字電壓表又可分為逐次比較型和雙積分型 傳統(tǒng)模擬式電壓表具有電路簡(jiǎn)單成本低測(cè)量方便等特點(diǎn)但測(cè)量精度較差特別是受表頭精度的限制即使采用 05 級(jí)的高靈敏度表頭讀測(cè)時(shí)的分辨力也只能達(dá)到半格再者模擬式電壓表的輸入阻抗不高測(cè)高內(nèi)阻源時(shí)精度明顯下降 22 數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)要求 1 以單片 機(jī)為核心器件組成一個(gè)數(shù)字式電壓表 2 測(cè)量電壓范圍分為兩檔 DC 0～ 5V 和 DC 0～ 50V 最小測(cè)量電壓誤差 50mV 3 采用 3 位 LED 數(shù)碼管進(jìn)行電壓顯示 2 位整數(shù) 1 位小數(shù) 4 給出全部電路和源程序 5 擴(kuò)展功能自行發(fā)揮 3 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)選用 89C51 單片機(jī)作為核心 TLC2543 作為 AD 轉(zhuǎn)換芯片數(shù)碼管作為顯示器 7805 穩(wěn)壓器為主的直流穩(wěn)壓電路做為電源配合采集轉(zhuǎn)換顯示程序共同實(shí)現(xiàn)可測(cè)量 05V 直流電壓的數(shù)字式電壓表系統(tǒng)總設(shè)計(jì)框圖見圖 31 圖 31 系統(tǒng)框圖 31 電源電路 本設(shè)計(jì)選擇三端集成穩(wěn)壓器 7805 及變壓器整流橋?yàn)V波電容構(gòu)成直流穩(wěn)壓電路 C1C2C3 用來實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償防止穩(wěn)壓器產(chǎn)生高頻自激振蕩和意志電路引入高頻干擾 C4 是電解電容以減小穩(wěn)壓電源輸出端由輸入電源引入的低頻干擾 D 是保護(hù)二極管當(dāng)輸入端短路時(shí)給輸出電容器 C4一個(gè)放電通路防止 C4兩端電壓作用于穩(wěn)壓器造成擊穿而損壞變壓器采用 220V9V 變壓器整流橋和保護(hù)二極管采用IN4001 電源電路見下圖 32 圖直流穩(wěn)壓電源電路 在這一設(shè)計(jì)中我們涉及到了一個(gè)關(guān)鍵系統(tǒng)模塊單片機(jī)系統(tǒng)模塊而目前單片機(jī)的種類是很繁多的主要有主流的 8 位單片機(jī)和高性能的 32 位單片機(jī)結(jié) 合本設(shè)計(jì)各方面因素 8位單片機(jī)對(duì)于本設(shè)計(jì)已經(jīng)是綽綽有余了但用哪一種類 8的單片機(jī)呢在這里不得不先簡(jiǎn)單的介紹一下幾種常用的 8 單片機(jī)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)應(yīng)用最廣的 8 位單片機(jī)還是 intel 的 51 系列單片機(jī) 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 AVR 單片機(jī)是 atmel 公司推出較新的單片機(jī)它的顯著特點(diǎn)是高性能 低功高速度指令單周期為主但方面比 51單片機(jī)要高有專門的 IO方向寄存器雖然有強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)電壓但 IO口使用不比 51單片機(jī)方便 PIC單片機(jī)系列是美國(guó)微芯公司的產(chǎn)品也是市面上增長(zhǎng)最快的單片機(jī)之一屬精簡(jiǎn)指令集單片機(jī)其特點(diǎn)是高速度高性能但在方面比 5單片機(jī)要高也有專門的 IO方向寄存器 IO 口使用不比 51單片機(jī)方便綜合以上各種單片機(jī)的基本性能及本設(shè)計(jì)的滿足需要我們將選擇 51 系列單片機(jī) 本設(shè)計(jì)中選用是 51系列的 AT89C5它是低電壓低功耗高性能的 CMOS 8 位單片機(jī)片內(nèi)含 8KB 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器和 256B 的隨機(jī)存 取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器個(gè) IO口線 3個(gè) 16 位定時(shí)計(jì)數(shù)器片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路并與 MCS51系列單片機(jī)兼容在設(shè)計(jì)中單片機(jī)起著連接硬件電路程序運(yùn)行及存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的任務(wù)一方面它將 AD轉(zhuǎn)換器顯示器和語音芯片等通過 IO口地址線和數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的輸入輸出從而實(shí)現(xiàn)電壓的功能VP 端接 5V 電源 X1X2 接 晶 振 電 路 RESET 端 接 復(fù) 位 電 路 其 余INT1INT0T1T0RXDTXDALEPSEN端懸空由于 P0口的驅(qū)動(dòng)能力較弱故每個(gè)引腳接 47K的上拉電阻以增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)顯示器的能力單片機(jī)引腳見下圖 33 圖 33 AT89C51 單片機(jī)引腳圖 AT89C51 主要特性 1 與 MCS51 兼容 24K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 31000 寫擦循環(huán) 4 數(shù)據(jù)保留時(shí)間 10 年 5 全靜態(tài)工作 0Hz24Hz 6 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 71288 位內(nèi)部 RAM 832 可編程 IO 線 9 兩個(gè) 16 位定時(shí)器計(jì)數(shù)器 105 個(gè)中斷源 11 可編程串行通道 12 低功耗的閑置和掉電模式 13 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 管腳說明 VCC 供電電壓 GND 接地 P0 口 P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 IO 口每腳可吸收 8TTL 門電流當(dāng) P0 口的管腳 第一次寫 1 時(shí)被定義為高阻輸入 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器它可以被定義為數(shù)據(jù)地址的第八位在 FLASH編程時(shí) P0 口作為原碼輸入口當(dāng) FLASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí) P0 輸出原碼此時(shí) P0 外部必須被拉高 P1 口 P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 IO口 P1 口緩沖器能接收輸出 4個(gè) TTL門電流 P1口管腳寫入 1后被內(nèi)部上拉為高可用作輸入 P1口被外部下拉為低電平時(shí)將輸出電流這是由于內(nèi)部上拉的緣故在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí) P1 口作為第八位地址接收 P2 口 P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 IO口 P2 口緩沖器可接收輸出 4 個(gè) TTL 門 電流當(dāng) P2口被寫 1 時(shí)其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高且作為輸入并因此作為輸入時(shí) P2 口的管腳被外部拉低將輸出電流這是由于內(nèi)部上拉的緣故 P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí) P2口輸出地址的高八位在給出地址 1 時(shí)它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí) P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容 P2口在 FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào) P3口 P3口管腳是 8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 IO口可接收輸出 4個(gè) TTL門電流當(dāng) P3 口寫入 1 后它們被內(nèi)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 TTL 電流這是由于上拉的緣故 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口如下所示 管腳 備選功能 P30 RXD 串行輸入口 P31 TXD 串行輸出口 P32 外部中斷 0 P33 外部中斷 1 P34 T0 記時(shí)器 0 外部輸入 P35 T1 記時(shí)器 1 外部輸入 P36 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 P37 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào) RST復(fù)位輸入當(dāng)振蕩器復(fù)位時(shí)要保持 RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間 ALEPROG 當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)在 FLASH編程期間此引腳用于輸入編程脈沖在平時(shí) ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)此頻率為振蕩器頻率的 16 因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的然而要注意的是每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè) ALE脈沖如想禁止 ALE的輸出可在 SFR8EH地址上置 0此時(shí) ALE只有在執(zhí)行 MOVXMOVC指令時(shí) 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 外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)在由外部程序存儲(chǔ)器 取指期間每個(gè)機(jī)器周期兩次有效但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)這兩次有效的信號(hào)將不出現(xiàn) Vpp當(dāng)保持低電平時(shí)則在此期間外部程序存儲(chǔ)器為 0000HFFFFH不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器注意加密方式 1時(shí)將內(nèi)部鎖定為 RESET當(dāng)端保持高電平時(shí)此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器 0000HFFFFH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(nèi)部時(shí)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(nèi)振蕩器石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件XTAL2 應(yīng)不接有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)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 元運(yùn)算器算術(shù)／邏輯部件 ALU用以完成 的算術(shù)運(yùn)算及布爾代數(shù)的邏輯運(yùn)算并通過運(yùn)算結(jié)果影響程序狀態(tài)寄存器 PSW 的某些位從而為判斷轉(zhuǎn)移十進(jìn)制修正和出錯(cuò)等提供依據(jù)累加器 A 在算術(shù)／邏輯運(yùn)算中存放一個(gè)操作數(shù)或結(jié)果在與外部存儲(chǔ)器和 IO 接口打交道時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送都要經(jīng)過 A 來完成寄存器 B 在 運(yùn)算中要使用寄存器 B 乘法時(shí) B 用來存放 乘數(shù)以及積的高字節(jié)除法時(shí) B 用來存放除數(shù)及余數(shù)不作乘除時(shí) B可作通用寄存器使用程序狀態(tài)標(biāo)志寄存器 PSW用來存放當(dāng)前指令執(zhí)行后操作結(jié)果的某些特征以便為下一條指令的執(zhí)行提供依據(jù) PSW D0H D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0Cy AC F0 RS1 RS0 OV P Cy進(jìn)位標(biāo)志有進(jìn)位或借位則 Cy＝ 1否則 Cy＝ 0 在布爾運(yùn)算時(shí) Cy簡(jiǎn)稱 C作為布爾處理器 AC 輔助進(jìn)位標(biāo)志位 F0 用戶標(biāo)志位用戶可用軟件對(duì) F0 置位 1 或清 0以決定程序的流向 OV 溢出標(biāo)志位當(dāng)運(yùn)算結(jié)果溢出時(shí) OV為 1 否則為 0D1 未定義 P奇偶校驗(yàn)位當(dāng) 累加器 A中的 1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)時(shí) P置 1否則 P 置 0RS1RS0工作寄存區(qū)選擇位片內(nèi)工作寄存器組 RS1RS0 與片內(nèi)工作寄存器組的對(duì)應(yīng)關(guān)系 RS1 RS0 寄存器區(qū) 片內(nèi) RAM 地址 通用寄存器名稱 0 0 0 00H～ 07H R0～ R70 1 1 08H～ 0FH R0～ R71 0 2 10H～ 17H R0～ R71 1 3 18H～ 1FH R0～ R7 控制器指令寄存器 IR 和指令譯碼器程序計(jì)數(shù)器存放 CPU 執(zhí)行下一條指令的地址是一個(gè) 16 位寄存器可尋址 64KB 堆棧指針 SP 用于子程序調(diào)用和中斷處理機(jī)器復(fù)位后 SP← 07H 因此壓棧的 第一個(gè)數(shù)據(jù)在 08H 單元中數(shù)據(jù)指針寄存器 DPTR16 位的寄存器也可以作為兩個(gè)8 位寄存器 DPH 和 DPL DPTR 主要作外部數(shù)據(jù)指針可對(duì) 64KB 外部 RAM 進(jìn)行間接尋址 MCS51 由包括 PC 在內(nèi)的 22 個(gè)特殊功能寄存器它們除有各自的名稱外還有唯一的地址離散的分布在片內(nèi) RAM 中的 80H～ FFH 共 128 個(gè)存儲(chǔ)單元中在這 128 個(gè)儲(chǔ)存單元構(gòu)成的 SFR 塊中未被占用的單元不可使用 21 個(gè)特殊功能寄存器 SFR 特殊功能寄存器 功能名稱 地址 復(fù)位后狀態(tài) B 寄存器 F0H 00HA 累加器 E0H 00HPSW 程序狀態(tài)標(biāo)志寄存器 D0H 00HIP 中斷優(yōu)先級(jí)控制器 B8H XXX00000BP3 P3 口數(shù)據(jù)寄存器 B0H FFHIE 中斷允許控制寄存器 A8H 0XX00000BP2 P2 口數(shù)據(jù)寄存器 A0H FFHSBUF 串行口發(fā)送／接收緩沖器 99H 不定 SCON 串行口控制寄存器 98H 00HP1 P1 口數(shù)據(jù)寄存器 90H FFHTL1 T1 計(jì)數(shù)器低 8 位 8BH 00HTL0 T0 計(jì)數(shù)器低 8 位 8AH 00HTH1 T1 計(jì)數(shù)器高 8 位 8DH 00HTH0 T0 計(jì)數(shù)器高 8 位 8CH 00HTMOD 定時(shí)器／計(jì) 數(shù)器方式控制寄存器 89H 00HTCON 定時(shí)器控制寄存器 88H 00HPCON 電源控制寄存器 87H 00HDPL 地址寄存器低 8 位 82H 00HDPH 地址寄存器高 8 位 83H 00HSP 堆棧指針寄存器 81H 07HP0 P0 口數(shù)據(jù)寄存器 80H FFHPC 程序計(jì)數(shù)器 無地址 0000H 注表示可位尋址 SP 賦值方法其中 50H 為寄存器 50H 不可直接寫為 50H 否則 SP指向寄存器 00HMOV SP50HSER 塊中具有位尋址功能寄存器的位地址地址 [HSB] 位地址名稱即可用地址也可用內(nèi)的名稱 [LSB] 寄存