基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)畢設(shè)論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 器 F0H F7 F6 F5 F4 F3 F2 F1 F0 B E0H E7 E6 E5 E4 E3 E2 E1 E0 A D0H D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 PSW B8H BC PS BB PT1 BA PX1 B9 PT0 B8 PX0 IP B0H B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 P3 A8H AF EA AC ES AB ET1 AA EX1 A9 ET0 A8 EX0 IE A0H A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 P2 98H 9F SM0 9E SM1 9D SM2 9C REN 9B TB8 9A RB8 99 TI 98 RI SCON 90H 97 96 95 94 93 92 91 90 P1 88H 8F TF1 8E TR1 8D TF0 8C TR0 8B IE1 8A IT1 89 IE0 88 IT0 TCON 80H 87 86 85 84 83 82 81 80 P0 中斷 外部中斷 INT0 和 INT1 可根據(jù)寄存器 TCON 中的 IT0和 IT1 位狀態(tài)分別設(shè)置為電平或者邊沿觸發(fā)實(shí)際產(chǎn)生的中斷標(biāo)志是 TCON中的位 IE0 和 IE1當(dāng)產(chǎn)生外部中斷時(shí)如果是邊沿觸發(fā)進(jìn)入中斷服務(wù)程序后由硬件清除中斷標(biāo)志位如果中斷是電平觸發(fā)由外部請(qǐng)求源而不是由片內(nèi)硬件控制請(qǐng)求標(biāo)志定時(shí)器 0和定時(shí)器 1中斷由 TF0 和 TF1 產(chǎn)生 當(dāng)產(chǎn)生定時(shí)器中斷時(shí)進(jìn)入中斷服務(wù)程序后由片內(nèi)硬件清除標(biāo)志位 串口中斷由 RI和 TI產(chǎn)生進(jìn)入中斷服務(wù)程序后這些標(biāo)志均不能被硬件清除實(shí)際上中斷服務(wù)程序通常需要確定是由 RI還是 TI產(chǎn)生的中斷然后由軟件清除中斷標(biāo)志 所以這些產(chǎn)生中斷的位都可通過(guò)軟件置位或清零與通過(guò)硬件 置位或清零的效果相同簡(jiǎn)而言之中斷可由軟件產(chǎn)生推遲或取消每個(gè)中斷源可通過(guò)置位或清零寄存器 IE 中的相應(yīng)位分別使能或禁止 IE中還包含一個(gè)全局禁止位 EA可以立即禁止所有的中斷 1 中斷優(yōu)先級(jí)結(jié)構(gòu) 每個(gè)中斷源都可通過(guò)編程中斷優(yōu)先級(jí)寄存器 IP 和 IPH 單獨(dú)設(shè)置優(yōu)先級(jí)一個(gè)中斷服務(wù)程序可響應(yīng)更高級(jí)的中斷但不能響應(yīng)同優(yōu)先級(jí)或低級(jí)中斷最高級(jí)中斷服務(wù)程序不響應(yīng)其它任何中斷如果兩個(gè)不同中斷優(yōu)先級(jí)的中斷源同時(shí)申請(qǐng)中斷時(shí)響應(yīng)較高優(yōu)先級(jí)的中斷申請(qǐng)如果 2 個(gè)同優(yōu)先級(jí)的中斷源同時(shí)申請(qǐng)中斷內(nèi)部查詢順序?qū)⒋_定首先響應(yīng)哪一個(gè)中斷請(qǐng)求 查詢順序如 下所示 中斷源 同級(jí)優(yōu)先級(jí) ① IE0 外部中斷 0 最高 ② TF0 定時(shí)器 0 ③ IE1 外部中斷 1 ④ TF1 定時(shí)器 1 ⑤ RITI UART ⑥ TF2EXF2 定時(shí)器 2 最低 注同級(jí)優(yōu)先級(jí)只用來(lái)處理相同優(yōu)先級(jí)別中斷源同時(shí)申請(qǐng)中斷的情況 IP和 IPH寄存器中包含了一些無(wú)效位由于這些位可能用于其它 80C51 系列產(chǎn)品中用戶軟件不應(yīng)將這些位寫入 1 2 中斷的處理 中斷標(biāo)志在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2 時(shí) 采樣在下一個(gè)機(jī)器周期查詢?cè)摬蓸尤绻? S5P2 周期時(shí)有一個(gè)標(biāo)志置位查詢周期將發(fā)現(xiàn)它然后中斷系統(tǒng)產(chǎn)生一個(gè)LCALL 調(diào)用對(duì)應(yīng)的服務(wù)程序由硬件產(chǎn)生的 LCALL 在下面任意一種情況下都會(huì)推遲執(zhí)行 ① 同級(jí)或更高級(jí)的中斷已在處理中 ② 當(dāng)前的周期不是正在執(zhí)行指令的最后一個(gè)周期 ③ 正在處理的指令是 RETI 或任何寫 IE 或 IP 寄存器的指令 條件 2確保正在處理的指令在進(jìn)入任何中斷服務(wù)程序前可以執(zhí)行完畢條件 3確保了如果正在處理的指令是 RETI 或任何訪問(wèn) IE或 IP寄存器的指令那么在進(jìn)入任何中斷服務(wù)程序 之前至少再執(zhí)行一條指令 查詢周期在每個(gè)機(jī)器周期都會(huì)重復(fù)所查詢的值是在前一個(gè)機(jī)器周期的 S5P2出現(xiàn)的值需要注意的是如果一個(gè)中斷標(biāo)志位有效但仍然沒(méi)有被響應(yīng)是因?yàn)槌霈F(xiàn)上面所述的情況如果當(dāng)阻礙的條件撤除時(shí)中斷標(biāo)志不再有效中斷將不再響應(yīng)換句話說(shuō)實(shí)際上如果中斷標(biāo)志有效時(shí)沒(méi)有響應(yīng)中斷之后將不再被記憶每次查詢周期都會(huì)更新中斷標(biāo)志 3 外部中斷 外部中斷源可配置為電平觸發(fā)或邊沿觸發(fā)通過(guò)將寄存器 TCON 中的位 IT1 或IT0 置位或清零實(shí)現(xiàn)如果 ITx 0 外部中斷 x 通過(guò) INTx 腳的低電平觸發(fā)如果 ITx 1外部中斷 x 為邊沿觸發(fā)該模 式下對(duì) INTx 腳連續(xù)采樣如果在一個(gè)周期為高電平而下一個(gè)周期為低電平中斷請(qǐng)求標(biāo)志 IEx 將置位然后通過(guò) IEx 請(qǐng)求中斷 由于外部中斷腳每個(gè)機(jī)器周期采樣一次輸入高或低應(yīng)當(dāng)保持至少 12 個(gè)振蕩周期以確保能夠采樣到如果外部中斷為邊沿觸發(fā)外部中斷源應(yīng)當(dāng)將中斷腳至少保持 1 個(gè)機(jī)器周期高電平然后至少保持 1 個(gè)機(jī)器周期低電平這樣就確保了邊沿能夠被檢測(cè)到以使 IEx 置位當(dāng)調(diào)用中斷服務(wù)程序后 CPU自動(dòng)將 IEx 清零如果外部中斷為電平觸發(fā)外部中斷源必須一直保持請(qǐng)求有效直到產(chǎn)生所請(qǐng)求的中斷然后在中斷程序結(jié)束之前撤除請(qǐng)求否則將產(chǎn)生另一 次中斷 4 響應(yīng)時(shí)間 INT0 和 INT1 電平在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2 取反并鎖存到 IE0和 IE1 在下個(gè)周期之前該值不會(huì)被電路查詢?nèi)绻?qǐng)求有效且應(yīng)答的條件正確下個(gè)執(zhí)行的指令就是硬件子程序調(diào)用請(qǐng)求中斷 CALL 指令本身占用兩個(gè)周期因此從中斷請(qǐng)求有效到開(kāi)始執(zhí)行中斷服務(wù)程序的第一條指令需要至少 3 個(gè)完整的機(jī)器周期 芯片擦除 整個(gè) PEROM 陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合并保持ALE 管腳處于低電平 10ms 來(lái)完成此外 AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯支持兩種軟件可選的掉 電模式在閑置模式下 CPU 停止工作但RAM定時(shí)器計(jì)數(shù)器串口和中斷系統(tǒng)仍在工作在掉電模式下保存 RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器禁止所用其他芯片功能直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 18 位 CPU 2 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 332 根 IO 線 4 外部存貯器尋址范圍 ROMRAM64K 52 個(gè) 16 位的定時(shí)器計(jì)數(shù)器 65 個(gè)中斷源兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí) 7 全雙工串行口 8 布爾處理器 33 AD 轉(zhuǎn)換電路 電壓是模擬量而數(shù)碼管顯示需要的是數(shù)字量故需要采用 AD 轉(zhuǎn)換模擬信號(hào)為數(shù)字信號(hào)供數(shù)碼管顯示出來(lái)可供選擇的芯片有 ADC0809ADC574 和 TLC2543 等等 由于要求測(cè)量精度在 1 因此須選用 12 位精度的 AD 轉(zhuǎn)換器且可直接驅(qū)動(dòng) LED顯示器工作 0809 為 8 位精度故不能采用而綜合性價(jià)比 TLC2543 就成為了本次設(shè)計(jì)的首選 被測(cè)量模擬量變?yōu)閿?shù)字量之后并不能通過(guò)數(shù)碼管直接顯示出來(lái)而需要單片機(jī)加以處理形成段碼才能顯示出來(lái)而且 AD 電路的時(shí)鐘與輸入輸出都需要單片機(jī)與其對(duì)接予以控制故選擇含有內(nèi)部閃存的 89C51 完成此工作該芯片無(wú)論從性能還是價(jià)格上都是非常合適的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為段碼并顯示出來(lái)需要有程序和其它接口電路配合在程序上 AD 采集程序采用多次取值并求和求平均的 方法得出雙字節(jié)數(shù)據(jù)然后通過(guò)雙字節(jié)轉(zhuǎn)換 BCD碼子程序得出 BCD碼硬件顯示上選用動(dòng)態(tài)掃描法即數(shù)碼管位選端連入單片機(jī)的某一組 IO口片選端連入另一組 IO口配合顯示子程序?qū)崿F(xiàn)顯示此外主程序和其它程序用中斷方式進(jìn)行組合 由于單片機(jī)各個(gè) IO 口的驅(qū)動(dòng)能力有限故應(yīng)設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路本設(shè)計(jì)中的驅(qū)動(dòng)電路主要與顯示部分有關(guān)數(shù)碼管的片選端需要連接上拉電阻和三極管以增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力位選端也選擇連接上拉電阻以增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力 TLC2543是 TI公司的 12位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器使用開(kāi)關(guān)電容逐次逼近級(jí)數(shù)完成AD 轉(zhuǎn)換過(guò)程由于是串行輸入結(jié)構(gòu)能夠節(jié)省 51 系列單片機(jī) IO 資源且價(jià)格適中分辨率較高因此在儀器儀表中有較為廣泛的應(yīng)用 TLC2543 的特點(diǎn) 112 位分辯率 AD 轉(zhuǎn)換器 2 在工作溫度范圍內(nèi) 10μ s 轉(zhuǎn)換時(shí)間 311 個(gè)模擬輸入通道 43 路內(nèi)置自測(cè)試方式 5 采樣率為 66kbps 6 線性誤差177。 1LSB 7 有轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出 EOC 8 具有單雙極性輸出 9 可編程的 MSB 或 LSB 前導(dǎo) 10 可編程的輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度引腳號(hào) 名稱 IO 說(shuō)明 1 ～ 91112 AIN0～ AIN10 I 模擬量輸入端 11 路輸入信號(hào)由內(nèi)部多路器選通對(duì)于41MHz 的 IOCLOCK 驅(qū)動(dòng)源阻抗必須小于或等于 50Ω而且用 60pF 電容來(lái)限制模擬輸入電壓的斜率 15 I 片選端在端由高變低時(shí)內(nèi)部計(jì)數(shù)器復(fù)位由低變高時(shí)在設(shè)定時(shí)間內(nèi)禁止 DATAINPUT 和 IO CLOCK 17 DATAINPUT I 串行數(shù)據(jù)輸入端由 4 位的串行地址輸入來(lái)選擇模擬量輸入通道 16 DATA OUT O AD 轉(zhuǎn)換結(jié)果的三態(tài)串行輸出端為高時(shí)處于高阻抗?fàn)顟B(tài)為低時(shí)處于激活狀態(tài) 19 EOC O 轉(zhuǎn)換結(jié)束端在最后的 IOCLOCK 下降沿之后 EOC 從高電平變?yōu)榈碗娖讲⒈３值睫D(zhuǎn)換完成和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備傳輸為止 10 GND 地 GND是內(nèi)部電路的地回路端 除另有說(shuō)明外所有電壓測(cè)量都相對(duì) GND 而言 18 IO CLOCK I 輸入輸出時(shí)鐘端 IOCLOCK 接收串行輸入信號(hào)并完成以下四個(gè)功能 1在 IO CLOCK 的前 8 個(gè)上升沿 8 位輸入數(shù)據(jù)存入輸入數(shù)據(jù)寄存器 2 在 IOCLOCK 的第 4個(gè)下降沿被選通的模擬輸入電壓開(kāi)始向電容器充電直到 IOCLOCK的最后一個(gè)下降沿為止 3 將前一次轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的其余 11 位輸出到 DATA OUT 端在 IOCLOCK 的下降沿時(shí)數(shù)據(jù)開(kāi)始變化 4IOCLOCK 的最后一個(gè)下降沿將轉(zhuǎn)換的控制信號(hào)傳送到內(nèi)部狀態(tài)控制位 14 REF I 正基準(zhǔn)電壓端基準(zhǔn)電壓的正端 通常為 V 被加到 REF最大的輸入電壓范圍由加于本端與 REF端的電壓差決定 13 REF I 負(fù)基準(zhǔn)電壓端基準(zhǔn)電壓的低端通常為地被加到 REF 20 V 電源 REF 接 5V 電壓 REF接地端接 P14 口 TDO 端接 P12 口 TDI 端接 P13 口 TCK 端接 P11 口 EOC 端接 P10 口 TLC2543 控制字 TLC2543 的工作過(guò)程如下首先在 812 或 16 時(shí)鐘周期里向片內(nèi)控制寄存器寫入 8位的控制字控制字中的 2位決定時(shí)鐘長(zhǎng)度在最后一個(gè)時(shí)鐘周期的下降沿啟動(dòng)AD 轉(zhuǎn)換過(guò)程經(jīng)過(guò)一段轉(zhuǎn)換時(shí)間在隨后的 812 或 16 個(gè)時(shí)鐘周期 里從 DATA OUT 腳讀出數(shù)據(jù) 控制字的定義見(jiàn)下表 32 表 32 TLC2543 控制字的定義表 功能 控制字 地址 L1 L2 LSBF BIP D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 AIN0 0 0 0 0 AIN1 0 0 0 1 AIN2 0 0 1 0 AIN3 0 0 1 1 AIN4 0 1 0 0 AIN5 0 1 0 1 AIN6 0 1 1 0 AIN7 0 1 1 1 AIN8 1 0 0 0 AIN9 1 0 0 1 AIN10 1 0 1 0 VnefVnef 2 1 1 0 0 Vnef 1 1 0 1 Vnef 1 1 1 0 軟件斷電模式 1 1 1 1 8 bits 0 1 12 bits X 0 16 bits 1 1 高位在前 0 低位在前 1 無(wú)極性輸出 0 有極性輸出 1 控制字的前 4位 D7D4 代表 11個(gè)模擬通道的地址當(dāng)其為 11001110時(shí)選擇片內(nèi)檢測(cè)電壓當(dāng)其為 1111時(shí)為軟件選擇的斷電模式此時(shí) AD轉(zhuǎn)換器的工作電流只有 25uA 控制字