【正文】 P0 基 于單片機(jī)的簡易數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì) 第 3 頁 共 34 頁 第二章 硬件電路設(shè)計(jì) A/D 轉(zhuǎn)換模塊 現(xiàn)實(shí)世界的物理量都是模擬量，能把模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量的器件稱為模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器（ A/D 轉(zhuǎn)換器）， A/D 轉(zhuǎn)換器是單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的關(guān)鍵接口電路，按照各種 A/D 芯片 的轉(zhuǎn)化原理可分為逐次逼近型，雙重積分型等等。與雙積分相比，逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換速度更快，而且精度更高，比如 ADC080 ADC0809 等，它們通常具有 8 路模擬選通開關(guān)及地址譯碼、鎖存電路等，它們可以與單片機(jī)系統(tǒng)連接，將數(shù)字量送到單片機(jī)進(jìn)行分析和顯示。 逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器原理 逐次 逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器是由一個(gè)比較器、 A/D 轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器及控制電路組成。 轉(zhuǎn)換過程如下： 開始時(shí)，寄存器各位清零，轉(zhuǎn)換時(shí)，先將最高位置 1，把數(shù)據(jù)送入 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果與輸入的模擬量比較，如果轉(zhuǎn)換的模擬量比輸入的模擬量小，則1 保留，如果轉(zhuǎn)換的模擬量比輸入的模擬量大，則 1 不保留，然后從第二位依次重復(fù)上述過程直至最低位，最后寄存器中的內(nèi)容就是輸入模擬量對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)字量 [5]。 ADC0809 主要特性 :8 路 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，即分辨率 8 位；具有鎖存控制的 8路模擬開關(guān)；易與各 種微控制器接口；可鎖存三態(tài)輸出，輸出與 TTL 兼容；轉(zhuǎn)換時(shí)間： 128μ s；轉(zhuǎn)換精度： %；單個(gè) +5V 電源供電；模擬輸入電壓范圍 0 +5V，無需外部零點(diǎn)和滿度調(diào)整；低功耗，約 15mW[6]。 圖 3 ADC0809 引腳圖 下面說明各個(gè)引腳功能 : IN0IN7（ 8 條）： 8 路模擬量輸入線，用于輸入和控制被轉(zhuǎn)換的模擬電壓。 基 于單片機(jī)的簡易數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì) 第 5 頁 共 34 頁 ADDA,ADDB,ADDC:3 位地址輸入線，用于選擇 8 路模擬輸入中的一路，其對(duì)應(yīng)關(guān)系如表 1所示： 表 1 ADC0809 通道選擇表 地址碼 對(duì)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 START： START 為“啟動(dòng)脈沖”輸入法，該線上正脈沖由 CPU 送 來，寬度應(yīng)大于 100ns，上升沿清零 SAR,下降沿啟動(dòng) ADC 工作。 D1D8：數(shù)字量輸出端， D1為高位。 REF+、 REF:參考電壓輸入量，給電阻階梯網(wǎng)絡(luò)供給標(biāo)準(zhǔn)電壓。 ADC0809 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作流程 ADC0809 由 8路模擬通道選擇開關(guān)，地址鎖存與譯碼器，比較器， 8 位開關(guān)樹型 A/D 轉(zhuǎn)換器，逐次逼近型寄存器，定時(shí)和控制電路和三態(tài)輸出鎖存器等組成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 4 所示。 （ 2）地址鎖存與譯碼器用于當(dāng) ALE 信號(hào)有效時(shí)，鎖存從 ADDA、 ADDB、 ADDC 3 根地址線上送來的 3 位地址，譯碼后產(chǎn)生通道選擇信號(hào)，從 8 路模擬通道中選擇當(dāng)前模擬通道。 （ 4）三態(tài)輸出鎖存器保存當(dāng)前模擬通道轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量，當(dāng) OE 信號(hào)有效時(shí)，把轉(zhuǎn)換的結(jié)果送出。 （ 2）送 START 一高脈沖， START 的上升沿使逐次寄存器 復(fù)位，下降沿啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換，并使 EOC 信號(hào)為低電平。 （ 4）當(dāng) CPU 執(zhí)行一讀數(shù)據(jù)指令時(shí)，使 OE 為高電平，則從輸出端 D0D7 讀出數(shù)據(jù)。該器件采用ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容，由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的AT89C51 是一種高效微控制器，它為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 AT89C51 各引腳功能 AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 4KB 的 Flash 閃速存儲(chǔ)器， 128B 內(nèi)部 RAM， 32個(gè) I/O 口線，兩個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 5 向量兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)震蕩器及時(shí)鐘電路，同時(shí)， AT89C51 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。 AT89C51 采用 PDIP 封裝形式，引腳 配置如圖 5 所示 [7]。這 8 個(gè)引腳有兩種不同的功能，分別適用于不同的情況，第一種情況是 89C51 不帶外存儲(chǔ)器， P0口可以為通用 I/O口使用， 用于傳送 CPU 的輸入 /輸出數(shù)據(jù)，這時(shí)輸出數(shù)據(jù)可以得到鎖存，不需要外接專用鎖存器，輸入數(shù)據(jù)可以得到緩沖，增加了數(shù)據(jù)輸入的可靠性；第二種情況是 89C51 帶片外存儲(chǔ)器， 在 CPU 訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)先傳送片外存儲(chǔ)器的低 8 位地址，然后傳 送 CPU 對(duì)片外存儲(chǔ)器的讀 /寫數(shù)據(jù)。 P1口：這 8 個(gè)引腳和 P0口的 8個(gè)引腳類似， 為最高位， 為最低位，當(dāng) P1 口作為通用 I/O 口使用時(shí)， 的功能和 P0 口的第一功能相同，也用于傳送用戶的輸入和輸出數(shù)據(jù)。 P3口：這組引腳的第一功能和其余三個(gè)端口的第一功能相同，第二功能為控制功能，每個(gè)引腳并不完全相同，如下表 2 所示： 表 2 P3 口各位的第二功能 P3 口各位 第二功能 RXT（串行口輸入） TXD（串行口輸出） /INT0（外部中斷 0輸入） /INT1(外部中斷 1 輸入 ) T0（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0的外部輸入） T1（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1的外部輸入） /WR（片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫允許） /RD（片外 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀允許） VCC 為 +5V 電源線， VSS 接地。在不訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)， 89C51 自動(dòng)在 ALE 線上輸出頻率為 1/6 震蕩器頻率的脈沖序 基 于單片機(jī)的簡易數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì) 第 9 頁 共 34 頁 列。 /EA:片外存儲(chǔ)器訪問選擇線，可以控制 89C51 使用片內(nèi) ROM 或使用片外 ROM, 若 /EA=1，則允許使用片內(nèi) ROM, 若 /EA=0，則只使用片外 ROM。 RST：復(fù)位線，可以使 89C51 處于復(fù)位 (即初始化 )工作狀態(tài)。 XTAL1 和 XTAL2：片內(nèi)震蕩電路輸入線，這兩個(gè)端子用來外接石英晶體和微調(diào)電容，即用來連接 89C51 片內(nèi) OSC(震蕩器 )的定時(shí)反饋回路。 MCS51單片機(jī)有一個(gè)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 6 復(fù)位電路 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 單 片機(jī)中 CPU 每執(zhí)行一條指令，都必須在統(tǒng)一的時(shí)鐘脈沖的控制下嚴(yán)格按時(shí)間節(jié)拍進(jìn)行，而這個(gè)時(shí)鐘脈沖是單片機(jī)控制中的時(shí)序電路發(fā)出的。 MCS51單片機(jī)芯片內(nèi)部有一個(gè)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 基 于單片機(jī)的簡易數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì) 第 10 頁 共 34 頁 為該放大器輸出端，但形成時(shí)鐘電路還需附加其他電路 [1]。 圖 7 時(shí)鐘電路 電路中的器件 選擇可以通過計(jì)算和實(shí)驗(yàn)確定，也可以參考一些典型電路的參數(shù)，電路中，電容器 C1 和 C2對(duì)震蕩頻率有微調(diào)作用，通常的取值范圍是 30177。 LCD602 顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì) 簡介 圖 8 LCD1602 實(shí)物 工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示 16x02 即 32個(gè)字符。它由若干個(gè) 5X7 或者 5X11 等 點(diǎn)陣 字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒芎芎玫仫@示圖形（用自定義 CGRAM，顯示效果也不好）。 基 于單片機(jī)的簡易數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì) 第 11 頁 共 34 頁 市面上字符液晶大多數(shù)是基于 HD44780 液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于 HD44780 寫的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分的字符型液晶。 第 4 腳： RS 為 寄存器 選擇，高電平 1 時(shí)選擇 數(shù)據(jù)寄存器 、低電平 0 時(shí)選擇 指令寄存器 。 第 6 腳： E(或 EN)端為使能 (enable)端 ,高電平（ 1）時(shí)讀取信息，負(fù)跳變時(shí)執(zhí)行指令。 第 15～ 16腳： 空腳 或背燈電源。 LCD1602 特性如下： 或 5V 工作電壓，對(duì)比度可調(diào) 內(nèi)含復(fù)位電路 提供各種控制命令 ,如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能 有 80 字節(jié) 顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 DDRAM 內(nèi)建有 192 個(gè) 5X7 點(diǎn)陣 的字型的字符發(fā)生器 CGROM 8個(gè)可由用戶自定義的 5X7 的字符發(fā)生器 CGRAM 微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧，常用在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中。 在 單片機(jī) 編程 中還可以用字符型 常量 或 變量 賦值，如 39。因?yàn)?CGROM 儲(chǔ)存的字符代碼與我們 PC 中的字符代碼是基本 一致的，因此我們?cè)谙?DDRAM 寫C51 字符