基于單片機(jī)的簡易數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 8：數(shù)字量輸出端， D1 為高位。 OE： OE 為輸出允許端，高電平能使 D1D8引腳上輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。 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。 Vcc、 GND: Vcc 為主電源輸入端， GND 為接地端，一般 REF+與 Vcc 連接在一起， REF與 GND 連接在一起 . CLK:時(shí)鐘輸入端。 ADC0808 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作流程 ADC0808 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。 基于單片機(jī)的簡易數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì) 6 圖 4 ADC0808 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 其中： （ 1） 8 路模擬通道選擇開關(guān)實(shí)現(xiàn)從 8 路輸入模擬量中選擇一路送給后面的比較器進(jìn)行比較 。 （ 2） 地址鎖存與譯碼器用于當(dāng) ALE 信號有效時(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，從 8 路模擬通道中選擇當(dāng)前模擬通道 。 （ 3） 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)和控制電路組成 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，當(dāng) START 信號有效時(shí)，就開始 對 當(dāng)前通道的模擬信號 進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后，把轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量送到 8 位三態(tài)鎖存器，同時(shí)通過引腳送出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號 。 （ 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 信號有效時(shí)，把轉(zhuǎn)換的結(jié)果送出。 ADC0808 的工作流程為： （ 1） 輸入 3 位地址，并使 ALE=1,將地址存入地址鎖存器中，經(jīng)地址譯碼器從 8路模擬通道中選通 1 路模擬量送給 比較器 。 （ 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 信號為低電平。 （ 3） 當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，轉(zhuǎn)換的結(jié)果送入到輸出三態(tài)鎖存器中，并使 EOC 信號回到高電平，通知 CPU 已轉(zhuǎn)換結(jié)束。 （ 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)。 基于單片機(jī)的簡易數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì) 7 單片機(jī)系統(tǒng) AT89C51 性能 AT89C51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS8 位單片機(jī)，片內(nèi)含有 4KB 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器和 128 字節(jié)的隨機(jī)存儲(chǔ)器。 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 功能性能 :與 MCS51 成品指令系統(tǒng)完全兼容 ； 4KB 可編程閃速存儲(chǔ)器 ；壽命： 1000 次寫 /擦循環(huán) ； 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10年；全靜態(tài)工作： 024MHz；三級程序存儲(chǔ)器鎖定； 128*8B 內(nèi)部 RAM； 32 個(gè)可編程 I/O 口線； 2 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器；5 個(gè)中斷源；可編程串行 UART 通道； 片內(nèi)震蕩器和掉電模式 [6]。 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 。空閑方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時(shí) /計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作，掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但震蕩器停止工作并禁止 其他所有工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。 AT89C51采用 PDIP 封裝形式，引腳配置如圖 5 所示 [7]。 圖 5 AT89C51 的引腳圖 基于單片機(jī)的簡易數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì) 8 AT89C51 芯片的各引腳功能為： P0 口 ： 這組引腳共有 8 條， 為最低位。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 對片外存儲(chǔ)器的讀 /寫數(shù)據(jù)。 P0 口為開漏輸出，在作為通用 I/O 使用時(shí)，需要在外部用電阻上拉。 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)。 P2 口 ： 這組引腳的第一功能與上述兩組引腳的第一功能相同即它可以作為通用 I/O 口使用，它的第一功能和 P0 口引腳的第二功能相配合，用于輸出片外存儲(chǔ)器的高 8 位地址，共同選中片外存儲(chǔ)器單元，但并不是像 P0口那樣傳送存儲(chǔ)器的讀 /寫數(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。 ALE：地址鎖存允許線，配合 P0 口的 第二功能使用，在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，89C51 的 CPU 在 引腳線去傳送 隨后而來的片外存儲(chǔ)器讀 /寫數(shù)據(jù)。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列。該脈沖序列可以作為外部時(shí)鐘源或定時(shí)脈沖使用。 基于單片機(jī)的簡易數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì) 9 /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。 /PSEN：片外 ROM 的選通線，在訪問片外 ROM 時(shí)， 89C51 自動(dòng)在 /PSEN 線上產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖，作為片外 ROM 芯片的讀選通信號。 RST：復(fù)位線，可以使 89C51處于復(fù)位 (即初始化 )工作狀態(tài)。通常 89C51 復(fù)位有自動(dòng)上電 復(fù)位和人工按鍵復(fù)位兩種。 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。 復(fù)位 電路 和時(shí)鐘電路 復(fù)位電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)在 啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)都需要復(fù)位，使 CPU 和系統(tǒng)中的其他部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。 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 。當(dāng)震蕩器起振后，只要該引腳上出現(xiàn) 2 個(gè)機(jī)器周期以上的高電平即可確保時(shí)器件復(fù)位 [1]。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)。 單片機(jī)的復(fù)位方式有上電自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位兩種，圖 6 是 51系列單片機(jī) 統(tǒng)常用的上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位組合電路，只要 Vcc 上升時(shí)間不超過 1ms，它們都能很好的工 作 [1]。 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。 CPU 執(zhí)行一條指令的各個(gè)微操作所對應(yīng)時(shí)間順序稱為單片機(jī)的時(shí)序。 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 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]。 基于單片機(jī)的簡易數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì) 10 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，利用單片機(jī)內(nèi)部的高增益反相放大器，外部電路簡，只需要一 個(gè)晶振和 2個(gè)電容即可，如圖 7 所示。 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 對震蕩頻率有微調(diào)作用，通常的取值范圍是 30177。10pF，在這個(gè)系統(tǒng)中選擇了 33pF；石英晶振選擇范圍最高可選 24MHz，它決定了單片機(jī)電路產(chǎn)生的時(shí)鐘信號震蕩頻率，在本系統(tǒng)