【正文】 ......... 3 系統(tǒng)各個模塊的最終方案 ........................................ 11 4 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 ................................................ 11 硬件電路各模塊簡介 ............................................ 11 系統(tǒng)的仿真 .................................................... 21 5 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 ................................................ 21 主程序的設(shè)計 .................................................. 22 各子程序的設(shè)計 ................................................ 22 8路輸入模擬信號數(shù)值顯示器的設(shè)計 6 系統(tǒng)調(diào)試 ....................................................... 25 調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題 .......................................... 25 問題分析與解決 ................................................ 25 7 結(jié) 論 ........................................................... 26 致 謝 ........................................................... 27 參考文獻(xiàn) ......................................................... 28 附錄 .............................................................. 29 8路輸入模擬信號數(shù)值顯示器的設(shè)計 I 摘 要 本文主要論述 了基于單片機(jī)的 A/D轉(zhuǎn)換 的硬件結(jié)構(gòu) ,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了軟件設(shè)計。具體包括控制、顯示、 A/D轉(zhuǎn)換器等。顯示部分由 LED數(shù)碼顯示器構(gòu)成。 關(guān)鍵詞 ： AT89C52，單片機(jī) ， 模數(shù)轉(zhuǎn)換， ADC0809， LED 數(shù)碼管 8路輸入模擬信號數(shù)值顯示器的設(shè)計 II Abstract The hardware structure of data collection system based on SCM is primarily presented in the its software is designed secondly. Take the AT89C52 SCM and a/d conversion chip ADC0809 as a core, this system has two parts: A/D transforms, data processing and demonstration. Specifically includes the control, the demonstration, the A/D switch and so on. In the design carries on 8ways with ADC0809 according to the sampling, uses the AT89C52 SCM the serial mouth transmission and thereceive data. Demonstrated partially constitutes by the LED numericalcode monitor. The hardware design application electron design automation tool, the software design uses the modular programmingmethod. Key Words: AT89C52， SCM， A/d conversion， ADC0809， LED numerical code tube 8路輸入模擬信號數(shù)值顯示器的設(shè)計 1 1 引言 隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展及普及， 多路輸入模擬信號數(shù)值顯示 系統(tǒng)在多個領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。同時，還要對某一檢測點(diǎn)任意參數(shù)能夠進(jìn)行隨機(jī)查尋 ，將其在某一時間段內(nèi)檢測得到的數(shù)據(jù)經(jīng)過轉(zhuǎn)換提取出來，以便進(jìn)行比較，做出決策，調(diào)整控制方案，提高產(chǎn)品的合格率，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益 。 在科學(xué)研究中，運(yùn)用 多路輸入模擬信號數(shù)值顯示 系統(tǒng)可獲得大量的動態(tài)信息，也是獲取科學(xué)數(shù)據(jù)和生成知識的重要手段之一。 在本論文中， 主要 討論 以單片機(jī)為主控技術(shù)的 8 路輸入模擬信號數(shù)值顯示 電路的實(shí) 現(xiàn) 。 2 系統(tǒng) 概述 8 路輸入模擬信號數(shù)值顯示器 實(shí)際上就是一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，任務(wù)是把由電壓表輸出的 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。 數(shù)據(jù)采集模塊 工程實(shí)踐中經(jīng)常遇到被測對象的一些物理參數(shù)，如溫度、 流量、壓力、位移、速度等，這些參數(shù) 都是模擬量。所以，單片機(jī)與 A/D 轉(zhuǎn)換接口技術(shù)是構(gòu)成單片機(jī)測控系統(tǒng)的重要內(nèi)容之一。通過單片機(jī)提供的時鐘頻率， 通過一個 I/O 口 送入 ADC0809 的 CLOCK 引腳，使 ADC0809 得到一個能夠可靠工作的時鐘脈沖。 顯示 模塊 顯示器是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)常用的設(shè)備，包括 LED、 LCD 等?？刂葡鄳?yīng)的二極管導(dǎo)通，就能顯示出對應(yīng)字符。通過單片機(jī)的 P1 口進(jìn)行數(shù)碼管的輸出顯示口， P3 口作為數(shù)碼管的位選擇口。 8路輸入模擬信號數(shù)值顯示器的設(shè)計 3 顯示程序設(shè)計 我們要的是一個能夠用眼睛直接接受的一個結(jié)果，而不是眼睛看不到，需要在各種仿真軟件里才能看到結(jié)果的設(shè)計，所以數(shù)碼管顯示程序的設(shè)計也是該系統(tǒng)設(shè)計環(huán)節(jié)的主要部分。 3 系統(tǒng)方案的選擇和論證 8 路輸入模擬信號數(shù)值顯示器，采用 AT89C52 單片機(jī)控制，由集 成電路 0809完成模數(shù)轉(zhuǎn)換。 系統(tǒng) 設(shè)計 方案 的選擇 8 路輸入模擬信號數(shù)值顯示器 的 硬件電路 可以分為三個 模塊 ： 主控制器模塊 ； 數(shù)據(jù)采集模塊 ； 顯示 模塊 。 各模塊方案選擇和論證 根據(jù)該設(shè)計所完成的功能，可以將系統(tǒng)分為 3 個模塊：單片機(jī) 模塊、 數(shù)據(jù)采集模塊、顯示模塊。 考慮到該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所需的程序空間 (ROM)和數(shù)據(jù)空間 (RAM)較小，選用AT89C52 單片機(jī)作為該系統(tǒng)的核心，它含有 8K 字節(jié)的 EPROM 和 256 字節(jié)的 RAM足夠本設(shè)計所用 ，并且 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，所以采用 AT89C52 單片機(jī)作為本設(shè)計的主控制器。 這個放大器與作為反饋的元件的片外石英晶體和陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器。對外接電容 C1, C2 雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英 晶 體，我們推薦電容使用 30pF 士 10pF，而如使用陶瓷諧振器建議選擇 40pF 士 l0pF。 CMOS 工藝的 MCU 其 XTAL1 端接外部時鐘信號， XTAL2 端可懸空。 由于外部時鐘方式 常用于多片單片機(jī)同時工作 ，以便于各單片機(jī)同步。 數(shù)據(jù)采集 模塊 的 分析與 選擇 根據(jù)設(shè)計要求，該設(shè)計需要對 8路模擬信號進(jìn)行采樣，并且最小分辨率為 。按工作方式原理分， ADC 的主要種類有：逐次逼近式 和 雙積分式。由圖可見， ADC 由比較器、 D/A 轉(zhuǎn)換器 、逐次逼近寄存器和控制邏輯組成。此時該寄存器輸出的內(nèi)容為 80H，此值經(jīng) DAC 轉(zhuǎn)換為模擬量輸出為 VN， 與待轉(zhuǎn)換的模擬輸入信號 VIN相比較，若 VIN大于等于 VN，則比較器輸出為 1。反之，若使 D7=1 后，經(jīng)比較，若 VIN小于 VN，則使 D7=0， D6=1，所得新值 VN再與 VIN比較，重復(fù)前述過程。轉(zhuǎn)換結(jié)束時，控制邏輯使 EOC 變?yōu)楦唠娖剑硎?A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束，此時的 D7~D0 即為對應(yīng)于模擬輸入信號 VIN的數(shù)字量。 D/ A轉(zhuǎn) 換器鎖存緩存器N位 寄存器控制邏輯V INV NSTARTEOCV REFOE數(shù)據(jù)輸出 8路輸入模擬信號數(shù)值顯示器的設(shè)計 7 圖 34 雙積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器 圖 35 是雙積分式 ADC 的工作原理圖。對標(biāo)準(zhǔn)電壓的積分時間 t2（或 t2’）正比于模擬輸入電壓 VIN。用高頻率標(biāo)準(zhǔn)時鐘 脈沖來測量積分時間 t2（或 t2’），即可得到對應(yīng)于模擬電壓 VIN的數(shù)字量。 A/D轉(zhuǎn)換器型號不同，轉(zhuǎn)換速度差別很大。由于本系統(tǒng)的控制時間允許， 可選 8 位逐次比較式 A/D 轉(zhuǎn)換器。 對于該 8 個通道的輸入信號， 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，其精度為 8 %2? ? 輸入為 0～ 5V時，分辨率為 85 0 .0 1 9 61122FsN Vv ???? Fsv — A/D 轉(zhuǎn)換器的滿量程值 N — ADC 的二進(jìn)制位數(shù) 量化誤差為 8 5 0 .0 0 9 8( 1 ) 2 ( 1 ) 222FsNQVv? ? ?? ? ? ? ADC0809 是 TI公司生產(chǎn)的 8 位逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括一個 8 位的逼近型的 ADC 部分，并提供一個 8 通道的模擬多路開關(guān)和聯(lián)合尋址邏輯，為模擬通道的設(shè)計提供了很 大的方便。 d ADC0809 與單片機(jī)的 接口 ADC0809 與單片機(jī)的接口 方式 是該系統(tǒng)的核心部分，選擇好的接口 方式 是實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)功能的重要步驟。 ADC0809 與單片機(jī)的接口電路如圖 36 所示。 ALE 引腳得脈沖頻率是 AT89C52 時鐘頻率的 1/6。 由于 ADC0809 內(nèi)部設(shè)有地址鎖存器，所以通道地址由 P0 口的低 3 位直接與ADC0809 的 A、 B、 C 相連。其對應(yīng)關(guān)系如表 31所示。由于 ALE 和 START 連在一起，因此ADC0809 在鎖存通道地址的同時也啟動轉(zhuǎn)換。 方案二：簡易接口方式。所以，只要能讓 ADC0809的 CLOCK 引腳得到一個能夠工作的時鐘脈沖，那么 A/D 轉(zhuǎn)換也就基本能實(shí)現(xiàn)。這樣，不僅可以節(jié)省了器件，而且又不會出現(xiàn)因為硬件問題而產(chǎn)生錯誤。 數(shù)據(jù)顯示模塊分析 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 LED顯示器顯示相應(yīng)通道采集到的數(shù)據(jù)。 用單片機(jī)驅(qū)動 LED 數(shù)碼管有很多方法，按譯碼方式可分 為 硬件譯碼和軟件譯碼 ； 按顯示方式 可 分 為 靜態(tài)顯示和動態(tài)（掃描）顯示 。 方案二：軟件譯碼 軟件譯碼是用軟件來完成硬件的功能，接線靈活，顯示段碼完全由軟件來處理，是目前常用的顯示驅(qū)動方式。 b 顯示方法 方案一：靜態(tài)顯示 靜態(tài)顯示，顯示驅(qū)動電路具有輸出鎖存功能，單片機(jī)將所要顯示的數(shù)據(jù)送出 后停止傳送 ，直到下一次顯示數(shù)據(jù)需要更新時再傳送一次數(shù)據(jù)。但引線多，線路復(fù)雜，硬件成本高。對于顯示器的每一位而言，每隔一段時間點(diǎn)亮一次， 需要 CPU 時刻對顯示器件進(jìn)行數(shù)據(jù)刷新，顯示數(shù)據(jù)會有閃爍感，占用的 CPU時間多。 當(dāng)顯示裝置中有多個多段 LED 時，通常采用動態(tài)掃描驅(qū)動電路，節(jié)省開銷 。 系統(tǒng)各個模塊的最終方案 經(jīng) 上述一系列的 理論分析，本系統(tǒng) 最終 采用 AT89C52單片機(jī)， 數(shù)據(jù)采集 核心采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC0809， 采 用 7段共陽 LED數(shù)碼管 動態(tài)顯示采集到的數(shù)據(jù) 。同時， AT89C52 可 降至 OHz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可 選的 節(jié)電工作模式。掉電方 式保存 RAM 中 的內(nèi)容，但振蕩器停 止 工作并禁 止其它所有部件工作直到下一個硬件復(fù) 位。與 MCS51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 1000 次擦寫 周期 三級加密程序存儲器 32 個可 編程 I/O 口線 8 個 中 斷源 低功耗空閑和掉電模式 b 引腳功能說明 引腳圖如圖 41 8路輸入模擬信號數(shù)值顯示器的設(shè)計 13