【正文】 n technology, electronic detection technology advances, the 80C51 microcontroller for this design is based on an 8input voltage measurement circuit that uses ADC0809 A / D conversion ponents, digital voltage meter hardware and software design . The system39。傳統(tǒng)的指針是電壓表功能單一，精度低，不能滿足數(shù)字化時代的需求，采用單片機(jī)的數(shù)字電壓表，由精度高，抗干擾能力強，可擴(kuò)展性強，集成方便，不可與 PC 進(jìn)行實時通信。數(shù)字電壓表是諸多數(shù)字化儀表的核心與基礎(chǔ)，電壓表的數(shù)字化是將連續(xù)的模擬量如直流電壓轉(zhuǎn)換成不連續(xù)的離散的數(shù)字形式，并加以顯示，這有別于傳統(tǒng)的指針加刻度盤進(jìn)行讀數(shù)的方法，避免了讀數(shù)的視差和視覺的疲勞，目前數(shù)字電壓表的核心部件是 A/D 轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器的精度很大程度上影響著數(shù)字電壓表的準(zhǔn)確度。而硬件電路又大體可分為單片機(jī)小系統(tǒng)電路、 A/D 轉(zhuǎn)換電路、 LED 顯示電路，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)計使用匯編語言編程，利用緯福軟件對其編譯，詳細(xì)的設(shè)計算法將會在程序設(shè)計部分詳細(xì)介紹。但在 A/D 轉(zhuǎn)換前，輸入到 A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入信號必須經(jīng)各種傳感器把各種物理量轉(zhuǎn)換成電壓信號。 圖 逐次逼近法 原理 逐次逼近法轉(zhuǎn)換過程是：初始化時將逐次逼近寄存器各位清零；轉(zhuǎn)換開始時，先將逐次逼近寄存器最高位置 1，送入 D/A 轉(zhuǎn)換器，經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換后生成的模擬量送入比較器，稱為 Ｖ o，與送入比較器的待轉(zhuǎn)換的模擬量Ｖ i進(jìn)行比較，若Ｖ oＶ i，該位 1 被保留，否則被清除。 (2)雙積分法 采用雙積分法的 A/D 轉(zhuǎn)換器由電子開關(guān)、積分器、比較器和控制邏輯等部件組成。 基本原理是將輸入電壓變換成與其平均值成正比的時間間隔，再把此時間間隔轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，屬于間接轉(zhuǎn)換。Ｖ i 越大，積分器輸出電壓越大，反向積分時間也越長。 (3)電壓頻率轉(zhuǎn)換法 采用電壓頻率轉(zhuǎn)換法的 A/D 轉(zhuǎn)換器，由計數(shù)器、控制門及一個具有恒定的 時鐘門控制信號組成，如圖 所示 : 圖 電壓頻率轉(zhuǎn)換法 原理 電壓頻率轉(zhuǎn)換法的工作過程是：當(dāng)模擬電壓 V/I 加到 V/F 的輸入端，便產(chǎn)生頻率 F 與 Vi 成正比的脈沖，在一定的 時間內(nèi)對該脈沖信號計數(shù)，時間到，統(tǒng)計到計數(shù)器的計數(shù)值正比于輸入電壓 Vi，從而完成 A/D 轉(zhuǎn)換。因而， ADC 的性能好壞直接影響整個系統(tǒng)指標(biāo)的高低和性能好壞，從而使得 ADC 的性能測試變得十分重要 ， 表征 ADC 性能的參數(shù)，由于尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各主要器件生產(chǎn)廠家在其產(chǎn)品參數(shù)特性表中給出的也不完全一致。 1． 2． 1 ADC 靜態(tài)特性 ADC 的靜態(tài)特性是指其與時間特性無關(guān)的 特性，主要包括以下幾類： 1) 分辨率 ADC 的分辨率定位為二進(jìn)制末位變化 1 所需的最小輸入電壓與參考電壓的比值，即 ADC 能夠分辨的最小的模擬量的變化 。量化電平一般用 Q 表示 。 4) 偏置誤差 和 增益誤差 ADC 的偏置誤差定義為使最低位被置成 “1” 狀態(tài)時 ADC 的輸入電壓與理論上使最低位被置成 “1” 狀態(tài)時的輸入電壓之差。 12 ADC 動態(tài)特性 高速 ADC 的動態(tài)特性是指輸入為交變簡諧信號時的性能技術(shù)指標(biāo)，它是與 ADC 的操作速度有關(guān)的特性。 采集時間是指采樣保持電路在采樣模式下能夠保證其在隨之到來的保持模式輸出在采樣保持轉(zhuǎn)換時，相對該時刻存在的輸入電 平之間的誤差將會限制在一定的誤差范圍內(nèi)所需的時間。 3) 動態(tài)積分非線性誤差和動態(tài)微分非線性誤差 動態(tài)積分非線性誤差（ INL）定義為在動態(tài)情況下（一般輸入信號為正弦信號），ADC 實際轉(zhuǎn)換特性曲線之間的最大偏差。 動態(tài)微分非線性誤差（ DNL）定義為在動態(tài)情況下（一般輸入信號為正弦信號），ADC 實際轉(zhuǎn)換特性的碼寬（ 1LSB）與 理想代碼寬度之間的最大偏差，單位為 LSB。 4) 信噪比、信噪失真比和有效位數(shù) 13 信噪比（ SNR）是信號電平的有效值與各種噪聲（包括量化噪聲、熱噪聲、白噪聲等）有效值之比的分貝數(shù)。 5) 小信號帶寬和全功率帶寬 ADC 的模擬帶寬是指輸入掃描頻率基波在 ADC 輸出端用 FFT 分析得到的基波頻譜下降到 3dB 處的帶寬（不考慮諧波失真和噪聲影響）。 ADC 性能測試 ADC 測試方法主要有兩種：模擬方法和數(shù)字方法。模擬量可以是電壓、電流等電信號，也可以是壓力、溫度 、濕度、位移、聲音等非電信號。 14 第二章 8OC51 單片機(jī)引腳 圖 80C51 引腳 總線型 DIP40 引腳封裝 電源引腳（ 2 個） VCC：接 +5V 電源。 外接 晶體引腳（ 2 個） XTAL1：外接晶振輸入端（采用外部振蕩器時，此引腳接地）。 并行輸入 /輸出引腳（ 32 個） ~：通用 I/O 引腳。 ~：通用 I/O 引腳或數(shù)據(jù)低 8 位地址總線復(fù)用引腳。 15 控制引腳（ 4 個） RST/VPD：復(fù)位信號輸入引腳 /備用電源輸入引腳。 EA/VPP：內(nèi)、外存儲器選擇引腳 /片內(nèi) EPROM(或 Flatiron)編程電壓輸入引腳。 16 第三章 ADC0809 ADC0809 引腳功能 ADC0809 的引腳如圖所示，下面對引腳功能做簡要說明 : 圖 ADC0809 引腳 IN0~IN7： 8 個模擬量的輸入端。 START：啟動 A/D 轉(zhuǎn)換，加正脈沖后 A/D 轉(zhuǎn)換開始。轉(zhuǎn)換開始時， EOC 信號變低電平；轉(zhuǎn)換結(jié)束時， EOC信號返回高電平。 OE：輸出允許信號， 輸入高電平有效。此信號有效時， CPU 可以從 ADC0809 中讀取數(shù)據(jù)，同時也可以作為 ADC0809 的片選信號。 ALE:通道地址鎖存允許信號，輸入高電平有效。 ADDC~ADDC：通道地址選擇輸入，其排列順序從低到高依次為 ADDA 、ADDB、 ADDC。一般情況下， VREF+接 +5V,VREF接地。 （ 2） 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器 能對所選擇的模擬量進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 （ 4）三態(tài)輸出的鎖存緩沖器 是 TTL 結(jié)構(gòu)，負(fù)責(zé)輸出轉(zhuǎn)換的最終結(jié)果。 控制與時序 逐次逼近寄存器 SAR 樹狀開關(guān) 內(nèi)部 電阻網(wǎng)絡(luò) 三態(tài)輸出鎖存緩沖器 A 8 路模擬量選擇開關(guān) 地址鎖存 與譯碼 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器 電壓比較器 EOC 轉(zhuǎn)換結(jié)束 數(shù)字量輸出D0~D7 ``` `D7 ADDA ADDB ADDC地址 選擇 模擬量輸入IN0`IN7 START CLK 地址鎖存ALE Vcc GND + OE輸出允許 19 與 80C51 的接口 圖 80C51 與 ADC0809 的接口圖 ADC0809 與 80C51 的接口滿足 ADC0809 轉(zhuǎn)換時序的要求，電路如圖 所示： (1) 地址線與數(shù)據(jù)線的連接 ADC0809 內(nèi)部輸出電路有三態(tài)緩沖器，所以 8 位輸出數(shù)據(jù)線可以直接和80C51 的 P0 口相連。 (2) 時鐘信號的連接 ADC0809 必須外接時鐘。如果 80C51的晶振頻率太高，則需要對 ALE 所輸出的脈沖進(jìn)行分頻處理。 (3) 控制信號的連接 由于 ADC0809 的 ALE 和 START 均為正脈沖，而且基本同步，所以可以由80C51 的 和 WR“或非”而成。 EOC 信號經(jīng)“非”門與 80C51 的 INTI 相連，可申請中斷。 （ 2） 初始化時，使 ST 和 OE 信號全為低電平。 （ 4） 在 ST 端給出一個至少有 100ns 寬的正脈沖信號。 （ 6） 當(dāng) EOC 變?yōu)楦唠娖綍r，這時給 OE 為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了 。常用的判斷一次 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時間的方法有三種。延時時間取決于計算和調(diào)試而獲得的 ADC 完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時間。在主程序中啟動 A/D 轉(zhuǎn)換，在繼續(xù)執(zhí)行主程序。 （ 3）查詢法 查詢法將 EOC 接至 80C51 的某端口 I/O 口線。 21 ADC0809 編程方法 應(yīng)用 ADC0809 進(jìn)行程序設(shè)計時，一般要包含以下基本步驟： （ 1）初始化 設(shè)置 ADC0809 的 IN0~IN7 通道地址， 設(shè)置存放結(jié)果的首單元地址和通道數(shù)。 （ 3）判斷 A/D 轉(zhuǎn)換是否結(jié)束 （ 4）讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果 A/D 轉(zhuǎn)換完成后， EOC 端會發(fā)出一個正脈沖，接著執(zhí)行“ MOVX A， DPTR”指令產(chǎn)生 RD 信號 ,使 OE 端有效 ,打開鎖存器三態(tài)門 ,8 位數(shù)據(jù)就讀入單片機(jī)中。 23 74LS373 概述 引腳圖 圖 74LS373 引腳 工 作原理 (1)1 腳是輸出使能 (OE),是低電平有效 ,當(dāng) 1 腳是高電平時 ,不管輸入 1 1 1 18 如何 ,也不管 11 腳 (鎖存控制端 ,G)如何 ,輸出 2(Q1)、 5(Q2)、6(Q3)、 9(Q4)、 12(Q5)、 15(Q6)、 16(Q7)、 19(Q8)全部呈現(xiàn)高阻狀態(tài) (或者叫浮空狀態(tài) )。 當(dāng)三態(tài)門使能信號 OE 為低電平時，三態(tài)門導(dǎo)通，允許 Q1~Q8 輸出， OE 為高電平時，輸出懸空 。OE——使能端，接地。OE 為輸出允許端；當(dāng) OE=“0”時，三態(tài)門打開；當(dāng) OE=“1”時，三態(tài)門關(guān)閉，輸出呈高阻狀態(tài)。 51 單片機(jī)的 ALE 信號可以直接與 74LS373 的 C 連接。 其中輸入端 D1~D8 接至單片機(jī)的 P0 口，輸出端 提供的是低 8位地址， G 端接至單片機(jī)的地址鎖存允許信號 ALE。 簡易數(shù)字電壓表的硬件設(shè)計 用一片 ADC0809 和必要的外圍器件與 80C51 進(jìn)行接口連接，要求對 IN0 所輸入的模擬電壓進(jìn)行識別，將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)并以發(fā)光二極管的形式顯示。 25 結(jié) 論 通過這次比較完整的設(shè)計，使我們擺脫了單純的理論知識學(xué)習(xí)狀態(tài)，達(dá)到了理論與實踐的結(jié)合鍛煉了我的綜合運用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識，解決實際設(shè)計問題的能力，同時，也提高了我們查閱文獻(xiàn)資料 、設(shè)計手冊、設(shè)計規(guī)范以及電腦制圖等專業(yè)能力水平，而且通過整體的掌握對布局的取舍以及對細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我們能力得到了鍛煉、經(jīng)驗得到了豐富，抗壓能力以及耐力在不同程度上得到了提高，這是我們都想看到的也是我們進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計的目的所在。 26 參考文獻(xiàn) 張友德：單片 微型 機(jī)原理、應(yīng)用和實驗、電子工業(yè)出版社。 李群芳： 單片機(jī)微型計算機(jī)與接口技術(shù)，電工業(yè)出版社。 張曄等：單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)，高等教育出版社。 2020 年 謝自美 .電子線路設(shè)計測試（第二版） .武漢 :華中理工出版社 ,2020 27 . 軟件設(shè)計程序 ORG 0000H LJMP START ORG 0013H LJMP INT_1 ORG 0100H START: MOV R7, 00H MOV DPTR, 0FEF8H SETB 1T1 SETB EA SETB EX1 A_D: MOV R0, 00H MOV A, R0 MOVX DPTR, A CJNE R7, 00H, $ MOV A, B MOV P1, A MOV R7, 0FFH SJMP A_D INT_1: MOVX A,DPTR MOV B, A MOV R7, 00H RET1 END 28 2..硬件原理 30pFC130pFC2C31KR11KR21KR41KR51KR61KR71KR81KR3IN31IN42IN53IN64IN75START6EOC7D38OE9CLK10VCC11VREF+12GND13D114D215VREF16D017D418D519D620D721ALE22ADD C23ADD B24ADD A25IN026IN1