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1、 毕毕 业业 设设 计(论计(论 文)文) 题 目: 8 路输入模拟信号数值显示器的设计 毕业设计毕业设计( (论文论文) )任务书任务书 学生姓名学生姓名指导教师指导教师职称职称 系别系别专业专业自动化 题目题目8 路输入模拟信号数值显示器的设计 任务与要求任务与要求 一.任务: 设计一个 8 路输入模拟信号数值显示器,采用 AT89C52 单片机控制,由 集成电路 0809 完成模数转换。本显示器可自动轮流显示 8 路输入模拟信号的 数值,最小分辨率为 0.02V,最大显示数值为 255(输入为 5V 时) ,模拟输入 最大值为 5V,可作为数字电压表用。 二.要求: 1、熟练掌握 080
2、9 模数转换的实际应用原理。 2、设计硬件电路,配合软件编程,完成 8 路输入模拟信号数值显示的功能。 3、能自动轮流显示模数转换的数值,最大显示数值为 255。 要求熟悉单片机系统设计,熟悉汇编语言或 C 语言编程,硬件电路知识扎 实,具有较强的软件编程能力,要熟练掌握硬件电路的焊接技术,提高动手能 力。用 PROTUSE 软件画出电路原理图。 开始日期开始日期2007 年 3 月 19 日完成日期完成日期2007 年 6 月 24 日 系主任系主任(签字签字)年年月月日日 西西 安安 邮邮 电电 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计 ( (论文论文) ) 工工 作作 计计 划划 学生姓名学生
3、姓名 指导教师指导教师 职称职称 系别系别 专业专业 自动化 题目题目 8 路输入模拟信号数值显示器的设计 _ 工作进程:工作进程: 第 1 周 3.193.25 完成知识储备,认真复习单片机知识。 第 2 周 3.264.1 查阅相关资料,了解所设计的内容, 提交毕业设计开题报告。 第 3 周 4.2 4.8 学习 PROTEUS 仿真工具的使用。 第 4 周 4.9 4.15 初步确立系统的硬件设计。 第 5 周 4.164.22 编写相应的软件程序。 第 6 周 4.234.29 利用 PROTEUS 对系统进行仿真。 第 7 周 4.305.6 提供中期报告,并进行中期检查。 第 8
4、周 5.7 5.13 继续对系统进行仿真工作。 第 9 周 5.145.20 准备元器件,进行电路板的焊接工作。 第 10 周 5.215.27 开始进行系统调试。 第 11 周 5.286.3 继续调试,并准备进行后期检查。 第 12 周 6.46.10 开始撰写毕业设计论文。 第 13 周 6.116.17 完成毕业设计论文,进行毕业答辩。 第 14 周 6.186.24 登录毕业论文答辩成绩。 起 止 时 间工 作 内 容 主要参考书目(资料) 主要参考书目(资料) 张国勋,孙海.单片机原理与应用.北京:北京航空航天大学出版社,2003 李全利,迟荣强.单片机原理及接口技术.北京:北京航
5、空航天大学出版社,2003 楼然苗,李光飞.51 单片机设计实例.北京:北京航空航天大学出版社,2003 诸昌钤.LED 显示屏系统原理及工程技术.成都:电子科技大学出版社,2000 主要仪器设备及材料 1、PC 机一台 2、示波器一台 3、数字万用表一块 4、单片机集成编译环境、实验板、焊接工具 5、芯片、阻容器件若干 6、PROTEUS 软件 论文(设计)过程中教师的指导安排 按计划书中的工作内容要求,每周两次定时指导学生设计,同时检查设计进 度情况。学生有问题也可随时联系指导。 对计划的说明 学校 毕业设计(论文)开题报告 系 专业 级 班 课题名称: 8 路输入模拟信号数值显示器的设计
6、 学生姓名: 学号: 指导教师: 报告日期: 2007 年 3 月 28 日 1本课题所涉及的问题及应用现状综述 本课题所涉及的主要问题就是将 8 路的模拟输入信号转换成数字输出信号, 并且利用软件编程实现接口电路的转换功能。 应用现状综述:8 路输入模拟信号数值显示器不论是在国内还是国外都被广 泛应用,数值显示是工、农业控制系统中至关重要的一环,在医药、化工、食品 等领域的生产过程中,往往需要随时检测各生产环节的温度、湿度、流量及压力 等参数,同时,还要对某一检测点任意参数能够进行随机查询,将其在某一段时 间段内检测得到的数据经过转换提取出来,以便进行比较,做出决策,调整控制 方案,提高产品
7、的合格率,产生良好的经济效益。随着工、农业的发展,多路模 拟信号数值显示器势必将得到越来越多的应用,为适应这一趋势,作这方面的研 究就显得十分重要。如今,随着科技的不断发展,电子技术类产品经历了一个蓬 勃发展的阶段,国内国外在该技术上都朝着更先进、更智能化的方向发展,多路 模拟信号数值显示器的功能也会越来越强,自然地其应用领域也会越来越广泛。 2本课题需要重点研究的关键问题、解决的思路及实现预期目标的 可行性分析 ADC0809 是一种 8 路模拟输入的 8 位逐次逼近法 A/D,转换时间在典型时钟 频率下约为 100s,适用于多种数据采集,所以 AT89C51 与 ADC0809 接口时,必
8、 须弄清和处理好 3 个问题: (1) 要给 START 线送一个 100s 宽的启动正脉冲; (2) 获取 EOC 线上的状态信息,因为它是 A/D 转换的结束标志; (3) 要给“三态输出锁存器”分配一个端口地址,也就是在 OE 线上送一个地 址译码器输出信号。 解决思路: AT89C51 与 ADC0809 接口可以采用查询方式和中断方式,由于 ADC0809 片内 无时钟,故利用 AT89C51 提供的地址,锁存允许信号 ALE 经 D 触发器二分频后获 得, START 和 ALE 互连可使 ADC0809 在接收模拟量路数地址时启动工作,START 启动信号由单片机的 P2.7 作
9、为片选信号,与进行或非操作,得到一个正脉冲, 加到 ADC0809 的 ALE 和 START 引脚上产生的。ADC0809 的 EOC 端经反相器连接到 单片机的 P3.3 引脚,作为查询或中断信号。由于 ADC0809 具有输出三态锁存器, 故其 8 位数据输出线可直接与单片机数据总线相连,单片机的低 8 位地址信号在 ALE 作用下锁存在 74LS373 中。 可行性分析: 本课题可以方便的实现 8 路的模拟输入信号在 LED 上的数值显示,在现实社 会中具有很大的实用性,不论在国内还是在国外,模拟信号数值显示器在工业、 农业、医药、化工、食品等领域的生产过程中起到至关重要的作用。 3完
10、成本课题的工作方案 第一周 完成知识储备,认真复习单片机知识。 第二周 查阅相关资料,了解设计所涉及的内容, 提交毕业设计开题报告。 第三周 学习 PROTEUS 仿真工具的使用。 第四周 初步确立系统的硬件设计。 第五周 编写相应的软件程序。 第六周 利用 PROTEUS 对系统进行仿真。 第七周 提供中期报告,并进行中期检查。 第八周 继续对系统进行仿真工作。 第九周 准备元器件,进行电路板的焊接工作。 第十周 开始进行系统调试。 第十一周 继续调试,并准备进行后期检查。 第十二周 开始撰写毕业设计论文。 第十三周 完成毕业设计论文,进行毕业论文答辩。 第十四周 毕业论文总结。 4指导教师
11、审阅意见 指导教师指导教师(签字): 年 月 日 说明: 本报告必须由承担毕业论文(设计)课题任务的学生在毕业论文(设计) 正式开始 的第 1 周周五之前独立撰写完成,并交指导教师审阅。 西西安安邮邮电电学学院院毕毕业业设设计计 ( (论论文文) )成成绩绩评评定定表表 学生姓名性别学号 专 业 班 级 自动 课题名称8 路输入模拟信号数值显示器的设计 课题 类型 硬件 设计 难 度 一 般 毕业设计 (论文)时 间 2007 年 3 月 19 日2007 年 6 月 24 日 共 14 周 指导教师 (职称 ) 课题任务 完成情况 论文 (千字); 设计、计算说明书 (千字); 图纸 (张)
12、; 其它 (含附件 ): 指导教师意见 分项得分:开题调研论证 分; 课题质量(论文内容) 分; 创新 分; 论文撰写(规范) 分; 学习态度 分; 外文翻译 分 指导教师审阅成绩: 指导教师(签字): 年 月 日 评 阅 教 师 意 见 分项得分:选题 分; 开题调研论证 分; 课题质量(论文内容) 分; 创新 分; 论文撰写(规范) 分; 外文翻译 分 评阅成绩: 评阅教师(签字): 年 月 日 验 收 小 组 意 见 分项得分:准备情况 分; 毕业设计(论文)质量 分; (操作)回答问题 分 验收成绩: 验收教师(组长)(签字): 年 月 日 答 辩 小 组 意 见分项得分:准备情况 分
13、; 陈述情况 分; 回答问题 分; 仪表 分 答辩成绩: 答辩小组组长(签字): 年 月 日 成绩计算方法 (填写本系实用比例) 指导教师成绩指导教师成绩 () 评阅成绩评阅成绩 () 验收成绩验收成绩 () 答辩成绩答辩成绩 () 学生实得成绩(百分制) 指导教师成绩指导教师成绩 评阅成绩评阅成绩 验收成绩验收成绩 答辩成绩答辩成绩 总评总评 答 辩 委 员 会 意毕业论文(设计)总评成绩(等级): 见系答辩委员会主任(签字): 系(签章) 年 月 日 备 注 西安邮电学院毕业论文(设计)成绩评定表(续表) 8 路输入模拟信号数值显示器的设计 目 录 摘 要.I AbstractII 1 引
14、言.1 2 系统概述1 2.1 硬件电路简介 .1 2.2 软件设计简介 .2 3 系统方案的选择和论证3 3.1 系统设计方案的选择 .3 3.2 各模块方案选择和论证 .3 3.3 系统各个模块的最终方案 11 4 系统的硬件设计11 4.1 硬件电路各模块简介 11 4.2 系统的仿真 21 5 系统的软件设计21 5.1 主程序的设计 22 5.2 各子程序的设计 22 8 路输入模拟信号数值显示器的设计 6 系统调试.25 6.1 调试过程中出现的问题 25 6.2 问题分析与解决 25 7 结 论.26 致 谢27 参考文献.28 附录29 8 路输入模拟信号数值显示器的设计 I
15、摘 要 本文主要论述了基于单片机的A/D转换的硬件结构,并在此基础上进行了软件设 计。以AT89C52 单片机及模数转换芯片ADC0809为核心,该系统有两个部分:A/D 转换,数据处理和显示。具体包括控制、显示、A/D转换器等。设计中用ADC0809 进行8路数据的采样,利用AT89C52单片机的串行口发送和接收数据。显示部分由 LED数码显示器构成。硬件设计应用电子设计自动化工具,软件设计采用模块化编 程方法。 关键词: AT89C52,单片机,模数转换,ADC0809,LED 数码管 8 路输入模拟信号数值显示器的设计 II Abstract The hardware structure
16、 of data collection system based on SCM is primarily presented in the paper.And its software is designed secondly. Take the AT89C52 SCM and a/d conversion chip ADC0809 as a core, this system has two parts: A/D transforms, data processing and demonstration. Specifically includes the control, the demo
17、nstration, the A/D switch and so on. In the design carries on 8ways with ADC0809 according to the sampling, uses the AT89C52 SCM the serial mouth transmission and thereceive data. Demonstrated partially constitutes by the LED numericalcode monitor. The hardware design application electron design aut
18、omation tool, the software design uses the modular programmingmethod. Key Words: AT89C52,SCM,A/d conversion,ADC0809,LED numerical code tube 8 路输入模拟信号数值显示器的设计 2 8 路输入模拟信号数值显示器的设计 1 1 引言 随着计算机技术的飞速发展及普及,多路输入模拟信号数值显示系统在多个领 域有着广泛的应用。多路输入模拟信号数值显示是工、农业控制系统中至关重要的 一环,在医药、化工、食品、等领域的生产过程中,往往需要随时检测各生产环节 的温度、湿度
19、、流量及压力等参数。同时,还要对某一检测点任意参数能够进行随 机查寻,将其在某一时间段内检测得到的数据经过转换提取出来,以便进行比较, 做出决策,调整控制方案,提高产品的合格率,产生良好的经济效益。 随着工、农业的发展,多路输入模拟信号数值显示势必将得到越来越广泛的应 用,为适应这一趋势,作这方面的研究就显得十分重要。在科学研究中,运用多路 输入模拟信号数值显示系统可获得大量的动态信息,也是获取科学数据和生成知识 的重要手段之一。总之,不论在哪个应用领域中,数据采集与处理将直接影响工作 效率和所取得的经济效益。 在本论文中,主要讨论以单片机为主控技术的 8 路输入模拟信号数值显示电路 的实现。
20、把由电压表输出的 05V 的模拟电压信号送给模数转换器,然后 A/D 转换 器将该模拟信号转换为 00HFFH 的数字信号,当转换结束时发送转换结束信号给单 片机 AT89C52,单片机对其转换后的结果进行处理,处理后的结果送往 LED 数码 管进行显示。 2 系统概述 8 路输入模拟信号数值显示器实际上就是一个数据采集系统,任务是把由电压 表输出的 05V 的模拟电压信号送给模数转换器,然后 A/D 转换器将该模拟信号转 换为 00HFFH 的数字信号,当转换结束时发送转换结束信号给单片机 AT89C52, 单片机对其转换后的结果进行处理,处理后的结果送往 LED 数码管进行显示。 8 路输
21、入模拟信号数值显示系统可以分为两大模块: 硬件电路模块 软件设计模块 2.1 硬件电路简介 根据系统的设计要求,可以将系统硬件电路模块划分为以下三个部分: 8 路输入模拟信号数值显示器的设计 2 主控制器模块 数据采集模块 显示模块 2.1.1 主控制器模块 主控制器模块是 8 路输入模拟信号数值显示器的核心控制部分,该模块主要由 单片机构成,通过单片机的各个 I/O 口对外围设备的控制,以达到 A/D 转换,显示 数据等功能。 2.1.2 数据采集模块 工程实践中经常遇到被测对象的一些物理参数,如温度、流量、压力、位移、 速度等,这些参数都是模拟量。虽然这些模拟量已经由传感器、变送器变换成标
22、准 的电压或电流信号,但还需要通过 A/D 转换器,将其转换成计算机能处理的相应的 数字信号。所以,单片机与 A/D 转换接口技术是构成单片机测控系统的重要内容之 一。 在本论文中,数据采集模块主要是模数转换器 ADC0809。通过单片机提供的时 钟频率,通过一个 I/O 口送入 ADC0809 的 CLOCK 引脚,使 ADC0809 得到一个能 够可靠工作的时钟脉冲。并且通过 START 引脚启动转换,将转换得到的数字信号 利用 8 位数据输出线传输给单片机的 P0 口。 2.1.3 显示模块 显示器是单片机应用系统常用的设备,包括 LED、LCD 等。LED 显示器由若 干个发光二极管组
23、成,当发光二极管导通时,相应的一个笔画或一个点就发光。控 制相应的二极管导通,就能显示出对应字符。 本论文中,显示模块主要有七段共阳极 LED 数码管构成,显示电路采用的是动 态显示接口电路。通过单片机的 P1 口进行数码管的输出显示口,P3 口作为数码管 的位选择口。 2.2 软件设计简介 该系统的软件设计也可以相应的分为以下两部分: A/D 转换程序设计 显示程序设计 2.2.1 A/D 转换程序设计 A/D 转换程序的设计是该系统实现的核心部分,通过设计 A/D 转换程序驱动单 片机向模数转换器 ADC0809 输入指令开启模数转换,以达到系统设计的主要功能。 8 路输入模拟信号数值显示
24、器的设计 3 2.2.2 显示程序设计 我们要的是一个能够用眼睛直接接受的一个结果,而不是眼睛看不到,需要在 各种仿真软件里才能看到结果的设计,所以数码管显示程序的设计也是该系统设计 环节的主要部分。这部分程序也主要是对单片机进行编程来驱动 LED 数码管进行正 常的显示工作。 3 系统方案的选择和论证 8 路输入模拟信号数值显示器,采用 AT89C52 单片机控制,由集成电路 0809 完成模数转换。本显示器可自动轮流显示 8 路输入模拟信号的数值,最小分辨率为 0.02V,最大显示数值为 255(输入为 5V 时) ,模拟输入最大值为 5V,可作为数字 电压表用。 3.1 系统设计方案的选
25、择 8 路输入模拟信号数值显示器的硬件电路可以分为三个模块:1、主控制器模块; 2、数据采集模块;3、显示模块。 其中系统的主控制器采用 AT89C52 单片机,直接驱动 LED 数码管,数据采集模块 由 AT89C52 与 ADC0809 组成。 3.2 各模块方案选择和论证 根据该设计所完成的功能,可以将系统分为 3 个模块:单片机模块、数据采集 模块、显示模块。系统框图如图 3-1 所示 MCUADCLED 8路输入 模拟信号 图 3-1 系统模块框图 3.2.1 主控制器模块的分析与选择 8 路输入模拟信号数值显示器的设计 4 用单片机作为这一控制系统的核心,接收来自 ADC0809
26、的数据,经处理后通 过串口传送,由于系统功能简单,单片机通过与 LED 数码显示器相连,驱动显示器 显示相应通道采集到的数据。 考虑到该数据采集系统所需的程序空间(ROM)和数据空间(RAM)较小,选用 AT89C52 单片机作为该系统的核心,它含有 8K 字节的 EPROM 和 256 字节的 RAM 足够本设计所用,并且功能强大的 AT89C52 单片机可提供许多高性价比的应用场合, 所以采用 AT89C52 单片机作为本设计的主控制器。 时钟电路的选择: AT89C52 中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器,引脚 XTAL1 和 XTAL2 分别是该放大器的输入端和输出端。这个放
27、大器与作为反馈的元件的片外石 英晶体和陶瓷谐振器一起构成自激振荡器。 方案一:内部时钟方式,如图 3-1 图 3-1 内部时钟方式 外接石英晶体(或陶瓷谐振器)及电容 C1, C2 接在放大器的反馈回路中构成并联 振荡电路。对外接电容 C1, C2 虽然没有十分严格的要求,但电容容量的大小会轻微 影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性,如果 使用石英晶体,我们推荐电容使用 30pF 士 10pF,而如使用陶瓷谐振器建议选择 40pF 士 l0pF。 8 路输入模拟信号数值显示器的设计 5 方案二:外部时钟方式,如图 3-2 图 3-2 外部时钟方式 外部振荡器信号的
28、接法与芯片类型有关。CMOS 工艺的 MCU 其 XTAL1 端接外 部时钟信号,XTAL2 端可悬空。HMOS 工艺的 MCU 则 XTAL2 端接外部时钟信号, XTAL1 端须接地。 由于外部时钟方式常用于多片单片机同时工作,以便于各单片机同步。所以时 钟电路采取内部时钟方式。 3.2.2 数据采集模块的分析与选择 根据设计要求,该设计需要对 8 路模拟信号进行采样,并且最小分辨率为 0.02V。 a 转换原理的选择 随着大规模集成电路技术的迅速发展,A/D 转换器新品不断推出。按工作方式 原理分,ADC 的主要种类有:逐次逼近式和双积分式。 方案一:逐次逼近式 ADC 的转换原理 8
29、路输入模拟信号数值显示器的设计 6 图 3-3 是逐次逼近式 ADC 的工作原理图。由图可见,ADC 由比较器、D/A 转 换器、逐次逼近寄存器和控制逻辑组成。 图 3-3 逐次逼近式 ADC 原理图 在时钟脉冲的同步下,控制逻辑先使 N 位寄存器的 D7 位置 1(其余位为 0) 。 此时该寄存器输出的内容为 80H,此值经 DAC 转换为模拟量输出为 VN,与待转换 的模拟输入信号 VIN相比较,若 VIN大于等于 VN,则比较器输出为 1。于是在时钟脉 冲的同步下,保留 D7=1,并使下一位 D6=1,所得新值(C0H)再经 DAC 转换得到 新的 VN,再与 VIN比较,重复前述过程。
30、反之,若使 D7=1 后,经比较,若 VIN小于 VN,则使 D7=0,D6=1,所得新值 VN再与 VIN比较,重复前述过程。以此类推,从 D7 到 D0 都比较完毕,转换便结束。转换结束时,控制逻辑使 EOC 变为高电平, 表示 A/D 转换结束,此时的 D7D0 即为对应于模拟输入信号 VIN的数字量。 方案二:双积分式 ADC 的转换原理 图 3-4 是双积分式 A/D 转换器 。 D/A转换器 锁 存 缓 存 器 N位寄存器 控制 逻辑 VIN VN START EOC VREF OE 数 据 输 出 8 路输入模拟信号数值显示器的设计 7 图 3-4 双积分式 A/D 转换器 图
31、3-5 是双积分式 ADC 的工作原理图。控制逻辑先对未知的输入模拟电压 VIN 进行固定时间 T 的积分,然后转为对标准电压进行反向积分,直至积分输出返回起 始值。对标准电压的积分时间 t2(或 t2)正比于模拟输入电压 VIN。输入电压大, 则反向积分时间长。用高频率标准时钟脉冲来测量积分时间 t2(或 t2) ,即可得到 对应于模拟电压 VIN的数字量。 图 3-5 双积分式 ADC 工作原理 b 转换时间的选择 转换速度是指完成一次 A/D 转换所需时间的倒数,是一个很重要的指标。A/D 转换器型号不同,转换速度差别很大。通常,8 位逐次比较式 ADC 的转换时间为 100us 左右。
32、由于本系统的控制时间允许,可选 8 位逐次比较式 A/D 转换器。 8 路输入模拟信号数值显示器的设计 8 c ADC 位数的选择 A/D 转换器的位数决定着信号采集的精度和分辨率。 对于该 8 个通道的输入信号,8 位 A/D 转换器,其精度为 8 0.39% 2 输入为 05V 时,分辨率为 8 5 0.0196 11 22 Fs N V v A/D 转换器的满量程值 Fsv ADC 的二进制位数N 量化误差为 8 5 0.0098 (1) 2(1) 2 22 Fs N QV v ADC0809 是 TI 公司生产的 8 位逐次逼近式模数转换器,包括一个 8 位的逼近 型的 ADC 部分,
33、并提供一个 8 通道的模拟多路开关和联合寻址逻辑,为模拟通道 的设计提供了很大的方便。 用它可直接将 8 个单端模拟信号输入,分时进行 A/D 转换,在多点巡回监测、 过程控制等领域中使用非常广泛,所以本设计中选用该芯片作为 A/D 转换电路的核 心。 d ADC0809 与单片机的接口 ADC0809 与单片机的接口方式是该系统的核心部分,选择好的接口方式是实现 该系统功能的重要步骤。 方案一:经典接口方式。 ADC0809 与单片机的接口电路如图 3-6 所示。 8 路输入模拟信号数值显示器的设计 9 图 3-6 ADC0809 与 MCS-51 的接口电路 由于 ADC0809 无片内时
34、钟,时钟信号可由单片机的 ALE 信号经 D 触发器二分 频后获得。ALE 引脚得脉冲频率是 AT89C52 时钟频率的 1/6。单片机时钟频率采用 12MHz,则 ALE 输出的频率是 2MHz,二分频后为 1MHz,符合 ADC0809 对频率的要 求。 由于 ADC0809 内部设有地址锁存器,所以通道地址由 P0 口的低 3 位直接与 ADC0809 的 A、B、C 相连。通道基本地址为 0000H0007H。其对应关系如表 3-1 所示。 表 3-1 0809 输入通道地址 地址码 CBA 输入通道 000IN0 001IN1 010IN2 011IN3 100IN4 101IN5
35、110IN6 111IN7 8 路输入模拟信号数值显示器的设计 10 控制信号:将 P2.7 作为片选信号,在启动 A/D 转换时,由单片机的写信号和 P2.7 控制 ADC 的地址锁存和启动转换。由于 ALE 和 START 连在一起,因此 ADC0809 在锁存通道地址的同时也启动转换。 在读取转换结果时,用单片机的读信号和 P2.7 引脚经或非门后,产生正脉RD 冲作为 OE 信号,打开三态输出锁存器。 方案二:简易接口方式。 ADC0809 转换的必要条件就是 CLOCK 引脚得到一个能够正常工作的时钟脉冲, 以经典接口方式来看,是由单片机的 ALE 引脚经分频器给 CLOCK 一个时
36、钟脉冲, 通过硬件电路直接给 CLOCK 引脚一个时钟脉冲。所以,只要能让 ADC0809 的 CLOCK 引脚得到一个能够工作的时钟脉冲,那么 A/D 转换也就基本能实现。但是 直接利用单片机的任意的一个 I/O 口与 CLOCK 引脚连接,通过软件编程的方法给 CLOCK 引脚送入一个时钟脉冲,那么 ADC0809 也就可以满足 A/D 转换的必要条件 了。这样,不仅可以节省了器件,而且又不会出现因为硬件问题而产生错误。所以, 方案二成为该设计首选的 ADC0809 与单片机接口的方式。 3.2.3 数据显示模块分析与选择 用单片机作为这一控制系统的核心,接收来自 ADC0809 的数据,
37、经处理后通 过串口传送,由于系统功能简单,单片机通过与 LED 数码显示器相连,驱动 LED 显示器显示相应通道采集到的数据。 要求最大显示数值为 255,并且要对 8 个通道进行轮流显示,所以需要 4 个 LED 数码管对其进行显示,1 个显示通道数,其余 3 个显示采样值。 用单片机驱动 LED 数码管有很多方法,按译码方式可分为硬件译码和软件译码; 按显示方式可分为静态显示和动态(扫描)显示。 a 译码方式 方案一:硬件译码 硬件译码就是显示的段码完全由硬件完成,CPU 只要送出标准的 BCD 码即可, 硬件接线有一定标准。 方案二:软件译码 软件译码是用软件来完成硬件的功能,接线灵活,
38、显示段码完全由软件来处理, 是目前常用的显示驱动方式。 8 路输入模拟信号数值显示器的设计 11 由于采样信号非固定值,所以采用软件译码方式对 LED 数码管进行显示驱动。 b 显示方法 方案一:静态显示 静态显示,显示驱动电路具有输出锁存功能,单片机将所要显示的数据送出后 停止传送,直到下一次显示数据需要更新时再传送一次数据。 编程容易,管理简单,显示亮度高,显示数据稳定,占用很少的 CPU 时间。但 引线多,线路复杂,硬件成本高。 方案二:动态显示 动态显示就是一位一位地轮流点亮显示器的各个位(扫描) 。对于显示器的每一 位而言,每隔一段时间点亮一次,需要 CPU 时刻对显示器件进行数据刷
39、新,显示数 据会有闪烁感,占用的 CPU 时间多。 这两种显示方式各有利弊;静态显示虽然数据稳定,占用很少的 CPU 时间,但 每个显示单元都需要单独的显示驱动电路,使用的硬件较多;动态显示虽然有闪烁 感,占用的 CPU 时间多,但使用的硬件少,能节省线路板空间。 当显示装置中有多个多段 LED 时,通常采用动态扫描驱动电路,节省开销。所 以采用动态显示方式对 LED 数码管进行显示控制。 3.3 系统各个模块的最终方案 经上述一系列的理论分析,本系统最终采用AT89C52单片机,数据采集核心采 用模数转换器ADC0809,采用7段共阳LED数码管动态显示采集到的数据。 4 系统的硬件设计 4
40、.1 硬件电路各模块简介 4.1.1 AT89C52 单片机 AT89C52 是美国 ATMEL 公司生产的低电压 ,高性能 CMOS 8 位单片机,片内 含 8k bytes 的可反复擦写的 Flash 只读程序存储器(EPROM)和 256 bytes 的随机存 取数据存储器(RAM ),器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产,与 8 路输入模拟信号数值显示器的设计 12 标准 MCS-51 指令系统及 8052 产品引脚兼容,片内置通用 8 位中央处理器(CPU)和 Flash 存储单元,功能强大的 AT89C52 单片机可提供许多高性价比的应用场合,可 灵活应用于各种
41、控制领域 a 技术指标及功能特性 AT89C52 提供以下标准功能:8k 字节 Flash 闪速存储器,256 字节内 RAM,32 个 可编程 I/O 口线,3 个 16 位定时/计数器,一个 6 向量两级中断结构,一个全双工串 行通信口,片内振荡器及时钟电路。同时,AT89C52 可降至 OHz 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继续工作。掉电方式保存 RAM 中的内容,但 振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。 主要特性参数: 与 MCS-51 产品指令系统完全兼容 8k
42、 字节可重擦写 Flash 闪速存储器 1000 次擦写周期 全静态操作:OHz-24MHz 三级加密程序存储器 256*8 字节内部 RAM 32 个可编程 I/O 口线 3 个 16 位定时/计数器 8 个中断源 可编程串行 UART 通道 低功耗空闲和掉电模式 b 引脚功能说明 引脚图如图 4-1 8 路输入模拟信号数值显示器的设计 13 图 4-1 AT89C52 引脚图 引脚功能说明: Vcc:电源电压 GND:地 P0 口:PO 口是一组 8 位漏极开路型双向 I/0 口,也即地址/数据总线复用口。 作为输出口用时,每位能吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 逻辑门电路,对端口写”1
43、” 可作为高阻抗输入端用。 在访问外部数据存储器或程序存储器时,这组口线分时转换地址(低 8 位)和数 据总线复用,在访问期间激活内部上拉电阻。 在 Flash 编程时,PO 口接收指令字节,而在程序校验时,输出指令字节校验时, 要求外接上拉电阻. Pl 口:P1 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口,P1 的输出缓冲级可驱动 (吸收或输出电流)4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写”1”,通过内部的上拉电阻时把端口 拉到高电平,此时叫一作输入口。作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个 引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(I). IL Flash 编程和程序校验期间,P1 接收低
44、8 位地址 8 路输入模拟信号数值显示器的设计 14 P2 口:P2 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口,P2 的输出缓冲级可驱 动(吸收或输出电流)4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写”1” ,通过内部的上拉电阻时 把端口拉到高电平,此时可作输入口.作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某 个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(I) IL 在访问外部程序存储器或 16 位地址的外部数据存储器(例如执行 MOVX DPTR 指令)时,P2 口送出高 8 位地址数据。在访问 8 位地址的外部数据存储器 (如执行 MOVX RI 指令)时,P2 口线上的内容(也即特殊功能寄存器(SF
45、R ) 区中 R2 寄存器的内容),在整个访问期间不改变. Flash 编程或校验时,P2 亦接收高位地址和其它控制信号 P3 口:P3 口是一组带有内部上拉电阳的 8 位双向 I/O 口。P3 口输出缓冲级可 驱动(吸收或输出电流)4 个 TTL 逻辑门电路。对 P3 口写“1”时,它们被内部上拉 电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时,被外部拉低的 P3 口将用上 拉电阻输出电流(I). IL P3 口除了作为一般的 I/0 口线外,更重要的用途是它的第二功能,如表 4-1 所 示: 表 4-1 P3 口的第二功能 端口引脚第二功能 P3.0RXD(串行输入口) P3.1TXD(串行输出口)
46、 P3.2(外中断 0) P3.3(外中断 1) P3.4T0(定时/计数器 0) P3.5T1(定时/计数器 1) P3.6(外部数据存储器写选通) P3.7 (外部数据存储器读选通) P3 口还接收一些用于 FLASH 闪速存储器编程和程序校验的控制信号。 RST:复位输入。当振荡器工作时,RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将 使单片机复位。 ALE/PROG:当访问外部程序存储器或数据存储器时,ALE(地址锁存允许)输出 脉冲用于锁存地址的低 8 位字节。即使不访问外部存储器,ALE 仍以时钟振荡频率 8 路输入模拟信号数值显示器的设计 15 的 1/6 输出固定的正脉冲信号,因此它
47、可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的 是:每当访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲。 对 Flash 存储器编程期间,该引脚还用于输入编程脉冲(PROG)。 如有必要,可通过对特殊功能寄存器(SFR)区中的 8FH 单元的 DO 位置位,可 禁止操作。该位置位后,只有一条 MOVX 和 MOVC 指令 ALE 才会被激活。此外, 该引脚会被微弱拉高,单片机执行外部程序时,应设置 ALE 无效 程序储存允许()输出是外部程序存储器的读选通信号,当 PSENPSEN AT89C52 由外部程序存储器取指令(或数据)时,每个机器周期两次有效,即PSEN 输出两个脉冲。在此期间,当访问外部数据存储器,这两次有效的信号不出PSEN 现。 EA/VPP:外部访问允许。欲使 CPU 仅访问外部程序存储器(地址为 OOOOH- FFFFH), EA 端必须保持低电平(接地)。需注意的是:如果加密位 LB1 被编程,复位 时内部会锁存 EA 端状态 如 EA 端为高电平(接 VCC 端),CPU 则执行内部程序存储器中的指令。 Flash 存储器编程时,该引脚加上+12V 的编程允许电源 Vpp,当然这必须是该器 件是使用 12V 编程电压 Vpp。 XTAL1:振荡器反相放大器的及内部
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