【正文】 例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。 (4)在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用 現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件。 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)過程 單片機(jī) 的應(yīng)用系統(tǒng)隨著其用途不同，其硬件和軟件均不相同，也即單片機(jī)的最初的選型都很重要，原則上是選擇高性價比的單片機(jī)，硬件軟件化是提供系統(tǒng)性價比的有效方法，盡量減少硬件成本，多用軟件來實現(xiàn)相同的功能，這樣也可大大提高系統(tǒng)的可靠性。 數(shù)字電壓表 數(shù)字 電壓表簡稱 DVM，它是采用數(shù)字化測量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量（直流輸入電壓）轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式 并加以顯示的儀表。 8 （ 2 準(zhǔn)確度高 準(zhǔn)確度是測量結(jié)果中系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差的綜合。分辨力隨顯示位數(shù)的增加而提高。 (4)測量范圍寬 多量程 DVM 一般可測量 0～ 1000V 直流電壓，配上高壓探頭 還可測上萬伏的高壓。 (6)測量速度快 數(shù)字電壓表 在每秒鐘內(nèi)對被測電壓的測量次數(shù)，叫測量速率，單位是 次 /S。 (7)輸入阻抗高 數(shù)字電壓表具有很高的輸入阻抗，通常為 10MΩ～ 10000MΩ，最高可達(dá) 1TΩ。 (9)抗干擾能力強 第二章 基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表的總體設(shè)計 系統(tǒng)概述 本課題 所設(shè)計的數(shù)字電壓表主要包括兩部分： 硬件電路及軟件程序。 各部分電路的設(shè)計及原理將會在硬件電路設(shè)計部分詳細(xì)介紹；程序的設(shè)計使用 C 語言編程，利用 Keil 軟件對其編譯和仿真，詳細(xì)的設(shè)計算法將會在程序設(shè)計部分詳細(xì)介紹。 數(shù)字式電壓表工作過程簡介 電壓表 的數(shù)字化是將連續(xù)模擬的電壓量經(jīng) A/D轉(zhuǎn)化后變?yōu)椴贿B續(xù)的離散的數(shù)字量并加以顯示 [7]。 A/D 轉(zhuǎn)換器選用的是 八位模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC0809。在顯示的時候也是如此。硬件則需要將輸出線接到八段數(shù)碼管上 [8]。 ADC0809 的 REF（ ）接地， REF（ +）接電源 +5V，因此采集電壓的范圍是 0～ 5V，A/D 轉(zhuǎn)換輸出的結(jié)果 D0～ D7 為 8 位二進(jìn)制數(shù)。由此可以看出這樣運算的輸出結(jié)果很不準(zhǔn)確，在 0～ +5V 之間只有 0， 1， 2， 3， 4， 5 六個電壓值，所以必須把單片機(jī)運算結(jié)果中的小數(shù)部分保留下來 [8]。小數(shù)點后保留兩位的公式如下： （ ） 軟件程序設(shè)計簡介 開機(jī)后首先初始化，使數(shù)碼管顯示為“ ”然后調(diào)用 A/D 轉(zhuǎn)換子程序啟動 A/D轉(zhuǎn)換器，單片機(jī)等待查詢轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，如果有信號則通過并行口讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)并存儲，就這樣連著讀取五次數(shù)據(jù)后求平均值，再按上面的方法通過串行口把數(shù)據(jù)傳輸出，經(jīng)譯碼在數(shù)碼管顯示。 51 1 0 0 01 0 0 052 5 5 ????? Do u tDo u tV i n 第三章 硬件電路設(shè)計 A/D 轉(zhuǎn)換電路 A/D 轉(zhuǎn)換芯片的選擇 A/D 轉(zhuǎn)換 器是模擬量輸入通道中的一個環(huán)節(jié)，單片機(jī)通過 A/D 轉(zhuǎn)換器把輸入模擬量變成數(shù)字量再處理。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。 雙積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器具有抗干擾能力強、轉(zhuǎn)換精度高、價格便宜等優(yōu)點，比如ICL71XX 系列等，它們通常帶有自動較零、七段碼輸出等功能。 本設(shè)計中，要求精度小于 %，則選用分辨率為 8 位的芯片，如 ADC0809，ADC0801， ADC0808 就能滿足設(shè)計要求。 ADC0809 內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) 8路模擬量開關(guān) 地址鎖存器與譯碼器 8 路A/D轉(zhuǎn)換器 三態(tài)輸出鎖存器 INT0 INT1INT2INT3INT4INT5INT6INT7 A B C ALE OE EOC START CLK VREF（ +） VREF（ — ） D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 12 被測電壓 ui Us CP GO ADIF=1 數(shù)字量輸出 圖 31 ADC0809內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) ADC0809 的工作原理 ADC 是一種基本的外圍擴(kuò)展器件，其種類很多，工作原理也不僅相同，比較有代表性的是：單積分型，雙積分型，脈寬調(diào)制型和逐次比較型（逐次逼近型）。所以有著廣泛的應(yīng)用 [10] 逐次逼近型 ADC 實際采用的方法上從高到底開始逐位設(shè)定，比較模擬量輸出，再來確定原設(shè)定位的正確與否。其主要由采集保持電路、電壓比較器、逐次比較寄存器、數(shù) /模轉(zhuǎn)換器 ADC 和鎖 存器等部分組成。當(dāng)獲得模擬量 Us 的數(shù)值 達(dá)到并接近被測電壓所對應(yīng) ui 后，就可以檢測出電壓比較器完成最后的反轉(zhuǎn)。以上的分析表明，逐次比較的模 /數(shù)轉(zhuǎn)換方法，歸根到底是數(shù) /模轉(zhuǎn)換，采用逐 次與模擬量進(jìn)行比較后得到最終的數(shù)字標(biāo)定值 [11]。帶 8 個模擬量輸入通道，芯片內(nèi)有通道地址譯碼鎖存器，有輸出三態(tài)數(shù)據(jù)鎖存器，啟動信號為脈沖啟動方式，每個通道的轉(zhuǎn)換時間大約為 100μ s，可以和單片機(jī)直接接口 [9]。 ADC0809 對輸入模擬量的要求是信號單極性，電壓范模 /數(shù)轉(zhuǎn)換 寄存器 逐次比較 寄存器 + — 圍是 0— 5V，若信號太小，必須進(jìn)行放大：輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)保持不變，如若模擬信號變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電 路。當(dāng) ALE 線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將 A， B， C 三條地址線的地址信號進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)化器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。通道選擇如表 31 地址碼 對應(yīng)的輸入通道 C B A 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 表 31 數(shù)字量輸出及控制線： 11 條。 EOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。 OE 為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。 CLK 為時鐘輸入信號線。 VREF（ +）， VREF（ ）為參考電壓輸入，決定了輸入模擬量的范圍。 單片機(jī)簡介 單片機(jī)介紹 單片微型計算機(jī)簡稱單片機(jī)，又稱微型控制或嵌入式控制器，是將計算機(jī)的基本部件微型化，使之集成在一塊芯片上的微機(jī)。 采用 AT89C51 的原因 在眾多的 51 系列單片機(jī)中，要算 ATMEL 公司的 AT89C51 更實用，它是由北京集成電路設(shè)計中心在 MSC51 單片機(jī)的基礎(chǔ)上精心設(shè)計，由美國生產(chǎn)的至今為止世界上最新型的高性能八位單片機(jī)。顯而易見，這種單片機(jī)對開發(fā)設(shè)備的要求很低，開發(fā)時間也大大縮短 [12]。它與MCS51 系列單片機(jī)在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容，不僅可完全代替 MCS51 系列單片機(jī)，而且能使系統(tǒng)具有許多 MCS51 單片機(jī)，而且能使系統(tǒng)具有許多 MCS51 系列產(chǎn)品沒有的功能。只要程序長度小于 4K，四個 I/O 口全部提供給用戶。工作電壓范圍寬 ，全靜態(tài)工作，工作頻 率寬，在 0MHz24MHz 內(nèi)，比 8751/87C51 等 51 系列的 6MHz12MHz 更具有靈活性，系統(tǒng)能快能慢。 另外， AT89C51 還具有 MCS51 系列單片機(jī)的所有優(yōu)點。 AT89C51 引腳介紹及分配 引腳描述： P0 口： P0 口是一組 8 位漏極開路雙向 I/O 口，也既地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。 在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器話程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（底 8 位）和數(shù)據(jù)總線服用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。 P1 口： P1 口是一個帶內(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。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉底時會輸出一個電流（ IIL）。 P2 口： P2 口是一個帶有內(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。 在訪問外部程序存儲器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVE DPTR）時，P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。 在 Flash 編程或校驗時， P2 亦接收高位地址和其他控制信號。 P3 口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。作輸入端時，被外部拉底的 P3 口將用上拉電阻輸出電流（ IIL）。 RST： 復(fù)位輸入。 ALE/PROG： 當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的底 8 位字節(jié)。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ALE 脈沖。 如有必要，可通過對特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 的 D0 位置位，可禁止ALE 操作。 PSEN： 程序存貯允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng) AT89C51由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機(jī)器周期兩次 PSEN 有效，既輸出兩個脈沖。 EA/VPP： 外部訪問允許。需注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存 EA 端狀態(tài)。 Flash 存儲器編程時，該腳加上 +12V 的編程允許電源 VPP，當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓 VPP。 XTAL2： 振蕩器反相放大器的輸出端。 LED 由于結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、與單片機(jī)接口方便等優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用。在單片機(jī)中使用最多的是七段數(shù)碼顯示器。 LED 引腳排列如下圖 34 所示 : 圖 34 LED 顯示器的選擇 在應(yīng)用系統(tǒng)中，設(shè)計要求不同，使用的 LED 顯示器的位數(shù)也不同，因此就生產(chǎn)了位數(shù)，尺寸，型號不同的 LED 顯示器供選擇，在本設(shè)計中，選擇 4 位一體的數(shù)碼型 LED顯示器，簡稱“ 4LED”。 4LED 顯示器引腳如圖 9 所示，是一個共陰極接法的 4 位 LED 數(shù)碼顯示管，其中 a，b， c， e， f， g 為 4 位 LED 各段的公共輸出端， 4 分別是每一位的位數(shù)選端，dp 是小數(shù)點引出端， 4 位一體 LED 數(shù)碼顯示管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由 4 個單獨的 LED 組成，每個 LED 的段輸出引腳在內(nèi)部都并聯(lián)后，引出到器件的外部。 LED 譯碼方式 譯碼方式是指由顯示字符轉(zhuǎn)換得到對應(yīng)的字段碼的方式，對于 LED 數(shù)碼管顯示器，通常的譯碼方式有硬件譯碼和軟件譯碼方式兩種。 軟件譯碼就是編寫軟件譯碼 程序，通過譯碼程序來得到要顯示的字符的字段碼，譯碼程序通常為查表程序 [3]。由于本設(shè)計采用的是共陰極 LED，其對應(yīng)的字符和字段碼如下表 33 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 。復(fù)位完成后，如果 RST 端繼續(xù)保持高電平， MCS51 就一直處于復(fù)位狀態(tài)，只要 RST 恢復(fù)低電平后，單片機(jī)才能進(jìn)入其他工作狀態(tài)。 圖 35 時鐘電路設(shè)計 單片機(jī)中 CPU 每執(zhí)行一條指令，都必須在統(tǒng)一的時鐘脈沖的控制下嚴(yán)格按時間節(jié)拍進(jìn)行，而這個時鐘脈沖是單片機(jī)控制中的時序電路發(fā)出的。 MCS51 單片機(jī)芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器，用于構(gòu)成震蕩器， XTAL1 為該放大器的輸入端， XTAL2 為該放