基于at89c51及adc0809數字電壓表畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 轉換器逐個組模擬開關接通或斷開，保證 A/D 轉換正常進行。A/D 轉換結果由計數譯碼電路變成段碼，最后驅動顯示器顯示出相應的數值。此方案設計其優點是：設計成本低，能夠滿足一般的電壓測量。但設計不靈活，都是采用純硬件電路，很難將其在原有的基礎上進行擴展。2．由單片機系統及 A/D 轉換芯片構成這種方案是利用單片機系統與模數轉換芯片、顯示模塊等的結合后，組成數字電壓表。由于單片機的發展已經成熟，利用單片機系統的軟硬件結合，可以組裝出應用電路來。此方案的原理是模數(A/D)轉換芯片的基準電壓端，被測量電壓輸入端分別輸入基準電壓和被測電壓。模數(A/D)轉換芯片將被測量電壓輸入端所采集到的模擬電壓信號轉換成相應的數字信號，然后通過對單片機系統進行軟件編程，使單片機系統能按規定的時序來采集這些數字信號，通過一定的算法計算出被測量電壓的值，最后單片機系統將計算好了的被測電壓值按一定的時序送入顯示電路模塊加以顯示。此方案不僅能夠繼承上一種方案的各種優點，還能改進上一種設計方案設計不靈活，難以在原基礎上進行功能擴展等不足。哈爾濱工業大學華德應用技術學院畢業設計（論文）7 方案論證方案 2 不僅能夠繼承方案 1 的各種優點，還能改進方案 1 設計方案設計不靈活，難于在原基礎上進行功能擴展等不足。經過以上方案設計，決定采用如圖 21 所示方案。單片機晶振電路復位電路4 位顯示A/D 轉換輸入電路圖 21 方案設計本章小結本章主要介紹了課題的設計方案，提出了兩種方案。此次畢業設計采用了方案二，本文是采用 ADC0808 芯片做 A/D 轉換器。哈爾濱工業大學華德應用技術學院畢業設計（論文）8第 3 章 硬件電路設計 系統主控電路單片機控制模塊的作用是為控制各單元電路的運行并完成數據的換算或處理，主要由單片機、時鐘電路、復位電路組成。 單片機 AT89C51單片機采用 MCS51 系列單片機 AT89C51。它是美國 ATMEL 公司生產的低電壓，高性能 CMOS8 位單片機，片內含 4k bytes 的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和 128 bytes 的隨機存取數據存儲器（ RAM） ，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準 MCS51 指令系統，片內置通用 8 位中央微處理器（CPU）和 Flash 存儲單元，功能強大 AT89C51 單片機可提供多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領域。哈爾濱工業大學華德應用技術學院畢業設計（論文）9圖 31 AT89C51 引腳圖P0 口：P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，也即地址、數據總線復用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅動 8 個 TTL 邏輯門電路，對端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。P1 口：P1 是一個帶內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P1 的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4 個 TTL 邏輯門電路。對端口寫“1” ，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時，會輸出一個電流。P2 口：P2 是一個帶有內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4 個 TTL 邏輯門電路。對端口寫“1” ，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。P3 口：P3 口是一組帶有內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O。P3 口輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4 個 TTL 邏輯門電路。對 P3 口寫入“1”時，它們被內部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流。RST:復位輸入。當振蕩器工作時，RST 引腳出現兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。ALE:當訪問外部程序存儲器或數據存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的 8 位字節。即使不訪問外部存儲器，ALE 仍以時鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。EA：外部訪問允許。欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址為 0000HFFFFH） ，EA 端必須保持低電平（接地） 。XTAL1：振蕩器反相放大器及內部時鐘發生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。主要性能參數： MCS51 產品指令系統完全兼容； 字節可重擦寫Flash 閃速存儲器； 次擦寫周期；：0Hz24Hz；密程序存儲器；*8 字節內部 RAM； 個可編程 I/O 口； 個 16 位定時、計數器； 個中斷源； UART 通道；模式。哈爾濱工業大學華德應用技術學院畢業設計（論文）10 時鐘電路單片機內部每個部件要想協調一致地工作，必須在統一口令——時鐘信號的控制下工作。單片機工作所需要的時鐘信號有兩種產生方式，即內部時鐘方式和外部時鐘方式。圖 32 是內部時鐘方式：單片機內部有一個構成振蕩器的增益反相放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是此放大器的輸入端和輸出端，這個放大器與作為反饋元件的片外晶振一起構成自激振蕩器。在該圖中，電容 C2和 C3 取 30pF，晶體的震蕩頻率取 12Mhz，晶體震蕩頻率高，則系統的時鐘頻率也高，單片機運行速度也就快。實際連接如圖 31 所示。圖 32 系統時鐘電路 復位電路AT89C51 的復位電路如圖 33 所示。當單片機通電，立即復位。電容 C 和電阻 R9 實現上電自動復位。復位也是使單片機退出低功耗工作方式而進入正哈爾濱工業大學華德應用技術學院畢業設計（論文）11常狀態的一種操作。圖 33 系統復位電路 A/D 轉換電路A/D 轉換器是 DVM 的心臟，利用它可將模擬量轉換為數字量。在 A/D 轉換器中，因為輸入的模擬信號在時間上是連續量，而輸出的數字信號時離散量，所以進行轉換時必須在一系列選定的瞬間對輸入的模擬洗好取樣，然后再把這些取樣值轉換為輸出的數字量。因此，一般的 A/D 轉換過程是通過取樣、保持、量化、編碼這四個步驟完成的。目前，A/D 轉換器的類型多達數十種，其中常見形式見表 31。哈爾濱工業大學華德應用技術學院畢業設計（論文）12圖 31 常見的 A/D 轉換器類型 形式積分型 雙積分式，多重積分式，電荷平衡式斜坡型 斜坡（V/T）式，階梯斜坡式，多斜式比較型 逐次比較式，跟隨比較式，余數再循環比較式脈寬型 脈沖寬度調制式（PWM）復合型 積分斜坡式，兩次取樣式，多次取樣式單片 A/D 轉換器是采用 CMOS 工藝，將模擬電路與數字電路集成在同一芯片上，并且能配數顯器件顯示 A/D 轉換結果的專用集成電路。80 年代以來，隨著 CMOS 大規模集成電路和超大規模集成電路的發展，各種新型單片 A/D 轉換器競相問世。這類芯片集成度高，功能完善，價格較低，能以最簡方式構成一塊數字儀表或測試，被廣泛用于新型數字儀表、智能儀器中。其共同特點是測量準確的高、分辨力強、外圍電路簡單、耗電省、體積小、成本低、具有很高的性價比。逐次逼近式 A/D 轉換器屬于直接型 A/D 轉換器，它能把輸入的模擬電壓直接轉換為輸出的數字代碼，而不需要經過中間變量，主要由比較器、環形分配器、控制門、寄存器與 D/A 轉換器組成。常用的 A/D 芯片有 ADC080AD083TLC2543C 等幾種。下面簡單介紹一下這三個芯片。ADC0808 是采樣分辨率為 8 位的、以逐次逼近原理進行模/數轉換的器件。其內部有一個 8 通道多路開關，它可以根據地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8 路模擬輸入信號中的一個進行 A/D 轉換。ADC0808 是 ADC0809 的簡化版本，功能基本相同。一般在硬件仿真時采用 ADC0808 進行 A/D 仿真，實際使用時采用 ADC0809 進行 A/D 轉換。AD0832 是一個 8 位 D/A 轉換器芯片，單電源供電。CMOS 工藝，低功耗。它由一個 8 位輸入寄存器、1 個 8 位 DAC 寄存器和一個 8 位 D/A 轉換器組成。可支持單端輸入通道和一個差分輸入通道。它易于和微處理器接口或獨立使用；可滿量程工作；可用地址邏輯多路器選擇各輸入通道TLC2543 是 TI 公司的 12 位串行模數轉換器，使用開關電容逐次逼近技術完成 A/D 轉換過程。每個器件有三個控制輸入端，片選，輸入/輸出時鐘以及地址輸入端。它可以從主機告訴傳輸轉換數據。它有告訴的轉換，通用的控制哈爾濱工業大學華德應用技術學院畢業設計（論文）13能力，具有簡化比率轉換，刻度以及模擬電路與邏輯電路和電源噪聲隔離，耐高溫等特點。由于是串行輸入結構，能夠節省 51 系列單片機 I/O 資源；且分辨率較高，因此在儀器儀表中有較為廣泛的使用。 ADC0808 簡介圖 34 ADC0808 引腳圖IN0~IN7：8 路模擬量輸入。A、B、C：3 位地址輸入，2 個地址輸入端的不同組合選擇 8 路模擬量輸入。ALE：地址鎖存啟動信號。在 ALE 的上升沿，將 A、B、C 上的通道地址鎖存到內部的地址鎖存器。D0~D7：8 位數據輸入端。A/D 轉換結果由這 8 根線傳送給單片機。OE：允許輸出信號。當 OE=1 時，即為高電平，允許輸出鎖存器輸出數據。START：啟動信號輸入端。STAR