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1、摘 要本文介绍了基于AT89C51单片机的一种8路输入电压测量电路,该电路采用ADC0809作为A/D转换元件,测量范围0.00V至5.00V,小数点后显示二位。要求能够依次显示每路通道电压。使用4位LED模块显示,前面一位显示通道号,后面三位显示测量电压值。测量最小分辨率为0.02V。本系统主要包括四大模块:数据采集模块、数码管控制模块、显示模块、A/D转换模块。绘制电路原理图与工作流程图,并进行调试,最终设计完成了该系统的硬件电路。在软件编程上,采用了汇编语言进行编程,开发环境使用WAVE集成开发环境。开发了显示模块程序、延时程序、A/D转换程序。关键词:ADC0809;A/D转换;LED
2、显示1 前言1.1概述数字电压表(Digital Voltmeter)简称DVM,它是采用数字化测量技术,把连续的模拟量(直流输入电压)转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。传统的指针式电压表功能单一、精度低,不能满足数字化时代的需求,采用单片机的数字电压表,由精度高、抗干扰能力强,可扩展性强、集成方便,还可与PC进行实时通信。目前,由各种单片A/D 转换器构成的数字电压表,已被广泛用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域,显示出强大的生命力。与此同时,由DVM扩展而成的各种通用及专用数字仪器仪表,也把电量及非电量测量技术提高到崭新水平。本章重点介绍单片A/D
3、转换器以及由它们构成的基于单片机的数字电压表的工作原理。单片机是一种集成在电路芯片,是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。1.2系统原理及基本框图如图1.1所示,8路模拟电压经过不同的分压电路衰减后,经隔离干扰送到A/D转换器进行A/D转换,然后送到单片机中进行数据处理。处理后的数据通过串行口送到74LS164,74LS164的输出送到LCD中显示,由单片机控制LED选
4、通,同时通过串行通讯与上位机通信。A/D转换89C51单片机74LS164LCD显示输入电路图1.1系统基本方框图1.3 软件开发环境软件开发环境:用PROTEUS软件画电路图 ,KEIL软件进行程序编写。Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统,与汇编相比,C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势,因而易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发,体会更加深刻。Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具,全Windows界面。另外重要的一点,只要看一下编译后生成的汇编代码,就能体会到Keil C51生成的目标
5、代码效率非常之高,多数语句生成的汇编代码很紧凑,容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。Proteus是一款Labcenter出品的电路分析实物仿真系统,可仿真各种电路和IC,并支持单片机,元件库齐全,使用方便,时不多的的专业的单片机软件仿真系统。该软件的特点:全部满足我们提出的单片机软件仿真系统的标准,并在同类产品中具有明显的优势。 具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS一232动态仿真、1 C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能;有各种虚拟仪器,如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。 目前支持的单片机类型有:68000系列、8051系列
6、、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。 支持大量的存储器和外围芯片。总之该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件,功能极其强大 ,可仿真51、AVR、PIC。2 数字电压表硬件设计2.1 单片机主电路设计在本次课题设计中我们选择了8951芯片,其具有功能强、体积小、成本低、功耗小等特点,它可单独地完成现代工业控制所要求的智能化控制功能,能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。2.1.1 89C51单片机的功能介绍2.1.2主要特性:与MCS-51 兼容 4K字节可编程闪烁存储器 寿命:1000
7、写/擦循环数据保留时间:10年全静态工作:0Hz-24Hz三级程序存储器锁定128*8位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源 可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路 2.1.3管脚说明: VCC:供电电压。 GND:接地。 P0口:P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。P0能够用于外部程 序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时,P0 口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。 P1口:P1口是一个内部提供上拉电阻的
8、8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作 输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。 P2口:P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻 拉高,且作为输入。并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存 储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位
9、地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器 的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口:P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口,如下表所示:口管脚 备选功能P3.0 RXD(串行输入口)P3.1 TXD(串行输出口)P3.2 /INT0(外部中断0)P3.3 /INT1(外部中断1)P3.4 T0(记时器0外部输入)P3.5 T1(记时器
10、1外部输入)P3.6 /WR(外部数据存储器写选通)P3.7 /RD(外部数据存储器读选通)P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST:复位输入。当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG:当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。在平时,ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是:每当用作外部数据存储器 时,将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时, ALE
11、只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。另外,该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。 /PSEN:外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /EA/VPP:当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时, /EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。 XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部
12、时钟工作电路的输入。 XTAL2:来自反向振荡器的输出。2.1.4振荡器特性: XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器 件,XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器,因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求,但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。2.1.5芯片擦除: 整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合,并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中,代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前,该操作必须被执行。此外,AT89C51设
13、有稳态逻辑,可以在低到零频率的条件下静态逻辑,支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下,CPU停止工作。但RAM,定时器, 计数器,串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下,保存RAM的内容并且冻结振荡器,禁止所用其他芯片功能,直到下一个硬件复位为止。2.1.6本章中单片机的引脚连接图2.2显示电路设计2.2.1 LED数码管构成LED数码管显示器是由发光二极管显示字段的显示器件,也称为数码管。其外形结构如图所示。它由8个发光二极管构成,通过不同的组合可用来显示0-9、A-F及小数点“.”等字符。数码管有共阴极和共阳极两种结构规格,如图2.5所示。图中电阻为外接。共阴极数码管的发光二极管阴极共地,
14、当某发光二极管的阳极为高电平时,二极管点亮;共阳极数码管的发光二极管是阳极,并接高电平,对于需点亮的发光二极管将其阴极接低电平即可。对照图2.5中的字段:7段发光二极管,在加上1个小数点位,共计8段,因此提供给LED显示器的字形码正好一字节。2.2.2 显示方式(1) 静态显示方式直接利用并行口输出。LED显示工作于静态显示方式时,各位的共阴极连接在一起接地;每位的段选线分别于一个8位的锁存输出相连。一般称之为静态显示,是由于显示器中的各位相互独立。而且各位的显示字符一经确定,相应锁存器的输出将维持不变,直到显示另一个字符为止。利用通信号串行输出。在实际应用中,多位LED显示时,为了简化电路,
15、在系统不需要通信功能时,经常采用串行通信口工作方式0,外接移位寄存器74LS164、CD4094来实现静态显示。(2) 动态显示方式对多位LED显示器的动态显示,通常都时采用动态扫描的方法进行显示,即逐个循环点亮各位显示器。这样虽然在任一时刻只有一位显示器被点亮,但是由于间隔时间较短,且人眼具有视觉残留效应,看起来与全部显示器持续点亮一样。为了实现LED显示器的动态扫描,除了要给显示器提供的输入之外,还要对显示器加位选择控制,这就是通常所说的段控和位控。因此多位LED显示器接口电路需要有两个输出口,其中一个用于输出8位控信号;另一个用于输出段控信号,其连接图如下。 表2.1七段LED段选码表 显示字符共阴极段显示字符共阴极段03FHC39H106HD5EH25BHE79H