四路数字电压表

课程设计说明书 第 15 页 四路数字电压表设计 摘 要 随着微电子技术的不断发展，微处理器芯片的集成程度越来越高，单片机已可以在一块芯片上同时集成CPU、存储器、定时器/计数电路，这就很简洁将计算机技术与测量限制技术结合，组成智能化测量限制系统。数字电压表就是采纳数字化测量技术，把连续的模拟量转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。本课程设计是基于单片机的数字电压表的设计，该设计主要由三个模块组成A/D转换模块，数据处理模块及显示模块。A/D转换主要由芯片ADC0808来完成，它负责把采集到的模拟量转换为相应的数字量再传送到数据处理模块。数据处理模块则由芯片AT89C51来完成，其负责把ADC0808传送来的数字量经过肯定的数据处理，产生相应的显示码送到显示模块进行显示。此数字电压表电路相对简洁，所用的元件较少，成本低，且测量精度和牢靠性较高。 关键词A/D转换器, AT89C51 , ADC0808 目 录 1 绪论1 1.1 课题描述1 1.2 基本工作原理及框图1 2 相关芯片及硬件电路设计2 2.1 AT89C51芯片2 2.2 ADC0808芯片2 2.2.1 ADC0808芯片介绍2 2.2.2 ADC0808转换原理3 2.3 时钟电路4 2.4 复位电路4 2.5 A/D转换电路5 2.6 数码显示电路6 2.7总电路7 3 软件设计7 3.1程序设计总方案7 3.2 系统子程序设计8 3.2.1 初始化程序8 3.2.2 A/D转换子程序8 3.2.3 显示子程序9 3.3 程序设计9 4调试仿真11 总 结13 致 谢14 参考文献15 1 绪论 1.1 课题描述 数字电压表的诞生打破了传统电子测量仪器的模式和格局。它显示清楚直观、读数精确，采纳了先进的数显技术，大大地削减了因人为因素所造成的测量误差事务。数字电压表是把连续的模拟量（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。数字电压表把电子技术、计算技术、自动化技术的成果与精密电测量技术亲密的结合在一起，成为仪器、仪表领域中独立而完整的一个分支，数字电压表标记着电子仪器领域的一场革命，也开创了现代电子测量技术的先河[1]。本课程设计就是利用单片机和A/D转换器设计的一个四路数字电压表。 1.2 基本工作原理及框图 本试验采纳AT89C51单片机芯片协作ADC0808模/数转换芯片构成一个简易的四路数字电压表。它是由硬件电路和软件所组成，而硬件电路又可分为A/D转换模块，数据处理模块及数码管显示模块。其工作过程模拟电压经过档位切换到不同的分压电路筛减后，经隔离干扰送到A/D转换器进行A/D转换。然后送到数据处理模块中进行数据处理，处理后的数据送到LED数码管中显示。通过调整滑动变阻器的值可以变更各路模拟电压的值[2]。其基本工作原理框图如图1所示。 模拟电压 A/D转换模块 数据处理模块 数码管显示模块 图1 基本工作原理框图 2 相关芯片及硬件电路设计 2.1 AT89C51芯片 AT89C51是51系列单片机的一个型号，它是ATMEL公司生产的。AT89C51是一个低电压、高性能CMOS 8位单片机。将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。AT89C51有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求[3]。其引脚图如图2所示。 图2 AT89C51引脚图 AT89C51供应以下标准功能4K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个十六位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器刚好钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统接着工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他全部部件工作直到下一个硬件复位。 2.2 ADC0808芯片 ADC0808芯片介绍 ADC 0808 采纳逐次比较的方法完成A/D转换，由单一的5V电源供电。片内带有锁存功能的8路选1的模拟开关，由A、B、C的编码来确定所选的通道。ADC0808完成一次转换需100μs左右，它具有输出TTL三态锁存缓冲器，可干脆连接到AT89C51的数据总线上。通过适当的外接电路，ADC0808可对05V的模拟信号进行转换[4]。其引脚图如图3所示。 图3 ADC0808引脚图 引脚说明 （1）IN0IN78路模拟量输入端。 （2）D0D78位数字量输出端口。 （3）STARTA/D转换启动信号输入端。 （4）ALE地址锁存允许信号，高电平有效。 （5）EOC输出允许限制信号，高电平有效。 （6）OE输出允许限制信号，高电平有效。 （7）CLK时钟信号输入端。 （8）A、B、C转换通道地址,限制8路模拟通道的切换。 ADC0808转换原理 ADC是一种基本的外围扩展器件，其种类很多，工作原理也不仅相同，比较有代表性的是单积分型，双积分型，脉宽调制型和逐次比较型（逐次靠近型）。从产品性价比、转换速度和精度等方面综合分析，逐次比较型ADC是相对应用比较广的类型之一。逐次靠近型ADC实际采纳的方法上从高究竟起先逐位设定，比较模拟量输出，再来确定原设定位的正确与否[5]。逐次比较型ADC原理结构如图4所示。 图4 ADC原理结构图 其工作原理如下首先，被测模拟电压ui通过逐次比较寄存器，将传递进的脉冲CP信号转换成数字信号，该数字量再经过数/模转换器生成对应的模拟量Us。当获得模拟量Us 的数值达到并接近被测电压所对应ui后，就可以检测出电压比较器完成最终的反转。此时，逐次比较积存器的计数值就是被测电压ui所对应的数字量，从而完成模拟量的转换。 2.3 时钟电路 单片机工作的时间基准是由时钟电路供应的，在单片机的XTAL.1和XTAL.2两个管脚接一只晶振及两只电容就构成了单片机的时钟电路，电路中电容器C1和C2对振荡频率有微调作用，通常取3010pF石英晶体选择6MHz或12MHz都可以[6]。其电路图如图5所示。 图5时钟电路图 2.4 复位电路 AT89C51单片机要求至少两个高电平，以便单片机做好打算工作。当上电时，由于电容的电压不能突变，会输出高电平，当电容充电到肯定程度，就会输出低电平，单片机利用输出高电平的这段时间复位[7]。电阻和电容的值选择要合适，在这要求R1R2，所以选取R101KΩ，R910KΩ。当按下开关按钮即可使单片机复位，其电路图如图6所示。 图6 复位电路图 2.5 A/D转换电路 如图7所示