基于51單片機的高精度數字電壓表的設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 D D1（ 1 1 1 1 20腳）每一位驅動信號分別輸出一個正脈沖信號，脈沖寬度為 200 個時鐘周期，其中 D5 對應萬位選通，以下依次為千、百、十、個位。在正常輸入情況下， D5D1 輸出連續脈沖。當輸入電壓過量程時， D5D1 在 AZ階段開始時只分別輸出一個脈沖，然后都處于低電平，直至 DE階段開始時才輸出連續脈沖。利用這個特性，可使得顯示器件在過程時產生一亮一暗的直觀現象。 (h)B B B B1（ 1 1 1 13 腳）該四端為轉換結果 BCD碼輸出，采用動態掃描輸出方式，即當位選信號 D5=“1” 時，該四端的信號為萬位數的內容， D4=“1”時為千位數內容，其余依次類推。在個、十、百、千四位數的內容輸出時， BCD 碼范圍為 00001001，對于萬位數只有 0 和 1 兩種狀態，所以其輸出的 BCD 碼為 “0000” 和“0001” 。當輸入電壓過量程時，各位數輸出全部為零，這一點在使用時應注意。 最后還要說明一點，由于數字部分以 DGNG 端作為接地端，所以所有輸出端輸出電平以 DGNG 作為相對參考點。基準電壓，基準電壓的輸入必須對 于模擬公共端 COM 是正電壓。 [4的介紹 LM317 是美國國家半導體公司的三端可調穩壓器集成電路。國內和世界各大集成電路生產商均有同類產品可供選用，是使用極為廣泛的一類串連集成穩壓器。 LM317 的輸出電壓范圍是 至 37V，負載電流最大為 。它的使用非常簡單，僅需兩個外接電阻來設置輸出電壓。此外它的線性調整率和負載調整率也比標準的固定穩壓器好。LM317 內置有過載保護、安全區保護等多種保護電路。通常 LM317 不需要外接電容，除非輸入濾波電容到 LM317 輸入端的連線 超過 6 英寸（約 15 厘米）。使用輸出電容能改變瞬態響應。調整端使用濾波電容能得到比標準三端穩壓器高的多的紋波抑制比。LM317 能夠有許多特殊的用法。比如把調整端懸浮到一個較高的電壓上，可以用來調節高達數百伏的電壓，只要輸入輸出壓差不超過 LM317 的極限就行。當然還要避免輸出端短路。還可以把調整端接到一個可編程電壓上，實現可編程的電源輸出。 LM317 塑料封裝外殼如圖 36 所示。 設計說明書（論文） 第 15 頁 共 39 頁 36 封裝外殼 它主要特性 : （ 1）可調整輸出電壓低到 。 （ 2）保證 輸出電流。 （ 3）典型線性 調整率 %。 （ 4）典型負載調整率 %。 （ 5） 80dB 紋波抑制比。 （ 6）輸出短路保護。 （ 7）過流、過熱保護。 （ 8）調整管安全工作區保護。 （ 9）標準三端晶體管封裝。 （ 10） 至 37V 連續可調。 [4]的功能 （介紹） 與應用 TL431， A、 B 集成電路是三端可編程并聯穩壓二極管。這些單片集成電路電壓基準如同低溫度系數齊納管一樣運行，通過 2個外部電阻可從 Vref 編程至 36V。這些器件顯示出寬工作電流范圍，在典型動態電阻 歐姆時為 mA 至 100mA。這些 基準的特性使他們能在數字電壓表、電源和運放電路等許多應用中 代替齊納二極管。 參考從 邏輯電源可方便地獲得穩定參考電壓。由于 TL431,A、 B 工作方式為并聯穩壓器，所以可以用作正壓或負壓參考。 TL431 塑料封裝外殼如圖 37 所示。 設計說明書（論文） 第 16 頁 共 39 頁 圖 37塑料封裝外殼及符號 管腳 （ 1） 可編程輸出電壓，達 36V。 （ 2） 電壓參考源誤差： 典型 +/%@25 攝氏度 。 （ 3） 低動態輸出阻抗，典型為 歐姆 。 （ 4） mA至 100 mA 的灌電流能力 。 （ 5） 典型值為 50PPM/攝氏度的等效全范圍溫度系數 。 （ 6） 在整個額定工作溫度范圍內可進行工作溫度補償 。 （ 7） 低輸出噪聲電壓 。 TL431 為用于多方面的可編程精密參考。在需要非標準參考電壓的電路中它可作為參考電壓。其它用途 包括驅動電壓監視器、恒流源、橫流宿、串聯穩壓器和電源中的光耦合器的反饋控制。在每一項上述應用中在各種工作電流和負載電容情況下保持器件的穩定性相當關鍵。有些情況下，電路設計者可以從圖 38 提供的穩定性邊界條件曲線估計出穩定電容。然而這些曲線僅提供在指 定陰極電壓和指定負載條件下的穩定性信息。需要更多的信息以確定優化相位余量或允許處理偏差所需的電容。 設計說明書（論文） 第 17 頁 共 39 頁 圖 38穩定性邊界條件 [3]的功能介紹 LM358 內部包括有兩個獨立的、高增益、內部頻率補償的雙運算放大器， 適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與 電源電壓無關。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模組 ,音頻放大器、工業控制、 DC增益部件和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。 LM358 的封裝形式有塑封 8 引線雙列直插式 和貼片式，內部結構圖如圖 39 所示。 設計說明書（論文） 第 18 頁 共 39 頁 圖 39 LM358內部結構 LM358 有以下幾個特性 : (1) 內部頻率補償。 (2) 直流電壓增益高 (約 100dB) 。 (3) 單位增益頻帶寬 (約 1MHz) 。 (4) 電源電壓范圍寬：單電源 (3— 30V)；雙電源 (177。 一177。 15V) 。 (5) 低功耗電流，適合于電池供電。 (6) 低輸入偏流。 (7) 低輸入失調電壓和失調電流。 (8) 共模輸入電壓范圍寬，包括接地。 (9) 差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍。 [9]功能介紹 設計說明書（論文） 第 19 頁 共 39 頁 74LS74 是一個邊沿觸發器數字電路 器件，每個器件中包含兩個相同的、相互獨立的邊沿觸發 D觸發器電路模塊 。 如圖 310所示。 31074LS74內部邏輯圖 控制部分的設計 STC89C51 單片機的結構 [8] 結構 框圖 STC89C51內部結構框圖如圖 311。 內部 中斷 中斷控制 外部中斷 CPU OSC E—— A—— ALE P—— S—— E—— N—— 程序存貯器 4K 字節 ROM 總線 控制 P0 P1 P2 P3 數據存貯器 128字 節 RAM 4 8 I/O 口 TXD RXD 串行口 外部計 數脈沖 定時器 1 定時器 0 設計說明書（論文） 第 20 頁 共 39 頁 圖 311 STC89C51內部結構框圖 [14] STC89C51 是雙列制插封裝形式的器件，其引腳圖如圖 312所示。 STC89C51 的引腳 P00～ P0 P10～ P1 P20～ P2 P30～ P37為四個 8 位并行輸入 /輸出口，其中 P3 口、 P0口、 P2 口為雙功能口，可以作為普通輸入 /輸出口（第一功能），也可以作為特殊輸入 /輸出口。 RST 為復位輸入線， ALE、 P—— S—— E—— N—— 、 E—— A—— 為系統擴展控制線， XTAL1 和 XTAL2 為時鐘電 路輸入 /輸出線， VCC、 VSS為電源輸入線，一般接＋ 5V和地。 STC89C51 單片機 最小 系統 [7] 最小系統包括單片機的基本供電、時鐘電路和復位電路。 時鐘電路是計算機的心臟，它控制著計算機的工作節奏。 STC89C51 單片允許的時鐘頻率的典型值 12MHZ，也可以是 6MHZ。本設計采用 12MHZ。單片機時鐘電路圖如圖 313 圖 313 單片機時鐘電路 圖 313 中晶振頻率選擇 12MHZ。接到晶振兩端的瓷片電容作用是使振蕩器起振和對 f 微調補償，典型值為 30PF，本設計中選用 20PF 瓷片電容。當單片機加電以后延遲約 10ms 的時間振蕩器起振產生時鐘，不受軟件控制（ XTAL2 輸出幅度為 3V左右的正弦波。 計算機在啟 動運行時都需要復位，使中央處理器 CPU 和系統中的其它部件都處于一個確定的初始狀態，并從這個狀態開始工作。單片機的復位引腳是 RST，當振蕩器起振圖 312 STC89C51引腳 圖 設計說明書（論文） 第 21 頁 共 39 頁 后，該引腳上出現 2個周期的高電平，是器件復位，只要 RST 保持高電平，單片機保持復位狀態。單片機復位方式有二種：上電復位（如圖 314）、人工復位（如圖 315）。 圖 314 上電復位電路 圖 315 上電復位和開關復位 注： RST與 Vss之間的那個電阻在 NMOS型單片機種需要接，但是在 CMOS型單片機中不接 。 其中電容一般為 10UF 的電解電容。 單片機最小系統連接原理圖 本設計的 STC89C51 單片機最小系統原理圖 [6]如圖 316