基于单片机的数字电压表设计(1)—-毕业论文设计 下载本文

内容发布更新时间 : 2024/12/23 14:31:08星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

单片机数字电压表-------------------------------------------------------------------西南科技大学城市学院

2 设计总体方案

2.1 设计要求

⑴以MCS-51系列单片机为核心器件,组成一个简单的直流数字电压表。 ⑵采用1路模拟量输入,能够测量0-5V之间的直流电压值。

⑶电压显示用4位一体的LED数码管显示,至少能够显示两位小数。 ⑷尽量使用较少的元器件。

2.2 设计思路

⑴根据设计要求,选择AT89C51单片机为核心控制器件。

⑵A/D转换采用ADC0808实现,与单片机的接口为P1口和P2口的高四位引脚。 ⑶电压显示采用4位一体的LED数码管。

⑷LED数码的段码输入,由并行端口P0产生:位码输入,用并行端口P2低四位产生。

2.3 设计方案

硬件电路设计由6个部分组成; A/D转换电路,AT89C51单片机系统,LED显示系统、时钟电路、复位电路以及测量电压输入电路。硬件电路设计框图如图2.1所示。

AT89C51 时钟电路 P1 P2 P2 复位电路 P0 显示系统 A/D转换电路 测量电压输入 图2.1

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3 硬件电路设计

3.1 A/D转换模块

现实世界的物理量都是模拟量,能把模拟量转化成数字量的器件称为模/数转换器(A/D转换器),A/D转换器是单片机数据采集系统的关键接口电路,按照各种A/D芯片的转化原理可分为逐次逼近型,双重积分型等等。双积分式A/D转换器具有抗干扰能力强、转换精度高、价格便宜等优点。与双积分相比,逐次逼近式A/D转换的转换速度更快,而且精度更高,比如ADC0809、ADC0808等,它们通常具有8路模拟选通开关及地址译码、锁存电路等,它们可以与单片机系统连接,将数字量送到单片机进行分析和显示。一个n位的逐次逼近型A/D转换器只需要比较n次,转换时间只取决于位数和时钟周期,逐次逼近型A/D转换器转换速度快,因而在实际中广泛使用。 3.1.1 逐次逼近型A/D转换器原理

逐次逼近型A/D转换器是由一个比较器、A/D转换器、存储器及控制电路组成。它利用内部的寄存器从高位到低位一次开始逐位试探比较。

转换过程如下:

开始时,寄存器各位清零,转换时,先将最高位置1,把数据送入A/D转换器转换,转换结果与输入的模拟量比较,如果转换的模拟量比输入的模拟量小,则1保留,如果转换的模拟量比输入的模拟量大,则1不保留,然后从第二位依次重复上述过程直至最低位,最后寄存器中的内容就是输入模拟量对应的二进制数字量。其原理框图如图3.1所示:

输入数字量输入电压顺序脉冲发生器主次逼近寄存器ADC电压比较器图3.1 逐次逼近式A/D转换器原理图

3.1.2 ADC0808主要特性

ADC0808是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器,带有使能控制端,与微机直接接口,片内带有锁存功能的8路模拟多路开关,可以对8路0-5V输入模拟电压信号分时进行

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转换,由于ADC0808设计时考虑到若干种模/数变换技术的长处,所以该芯片非常适应于过程控制,微控制器输入通道的接口电路,智能仪器和机床控制等领域[5]。

ADC0808主要特性:8路8位A/D转换器,即分辨率8位;具有锁存控制的8路模拟开关;易与各种微控制器接口;可锁存三态输出,输出与TTL兼容;转换时间:128μs;转换精度:0.2%;单个+5V电源供电;模拟输入电压范围0- +5V,无需外部零点和满度调整;低功耗,约15mW。

3.1.3 ADC0808的外部引脚特征

ADC0808芯片有28条引脚,采用双列直插式封装,其引脚图如图3.2所示。

图3.2 ADC0808引脚图

下面说明各个引脚功能:

IN0-IN7(8条):8路模拟量输入线,用于输入和控制被转换的模拟电压。 地址输入控制(4条):

ALE:地址锁存允许输入线,高电平有效,当ALE为高电平时,为地址输入线,用于选择IN0-IN7上那一条模拟电压送给比较器进行A/D转换。

ADDA,ADDB,ADDC:3位地址输入线,用于选择8路模拟输入中的一路,其对应关系如表3.1所示:

页 第 4地址码 对应的输入通道

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C B A 0 0 0 IN0 0 0 0 1 1 1 1

0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 表3.1 ADC0808通道选择表

START:START为“启动脉冲”输入法,该线上正脉冲由CPU送来,宽度应大于100ns,上升沿清零SAR,下降沿启动ADC工作。

EOC: EOC为转换结束输出线,该线上高电平表示A/D转换已结束,数字量已锁入三态输出锁存器。

D1-D8:数字量输出端,D1为高位。

OE:OE为输出允许端,高电平能使D1-D8引脚上输出转换后的数字量。 REF+、REF-:参考电压输入量,给电阻阶梯网络供给标准电压。

Vcc、GND: Vcc为主电源输入端,GND为接地端,一般REF+与Vcc连接在一起,REF-与GND连接在一起。 CLK:时钟输入端。

3.1.4 ADC0808的内部结构及工作流程

ADC0808由8路模拟通道选择开关,地址锁存与译码器,比较器,8位开关树型A/D转换器,逐次逼近型寄存器,定时和控制电路和三态输出锁存器等组成,其内部结构如图3.3所示。

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图3.3 ADC0808的内部结构

其中:

(1)8路模拟通道选择开关实现从8路输入模拟量中选择一路送给后面的比较器进行比较。

(2)地址锁存与译码器用于当ALE信号有效时,锁存从ADDA、ADDB、ADDC 3根地址线上送来的3位地址,译码后产生通道选择信号,从8路模拟通道中选择当前模拟通道。

(3)比较器,8位开关树型A/D转换器,逐次逼近型寄存器,定时和控制电路组成8位A/D转换器,当START信号有效时,就开始对当前通道的模拟信号进行转换,转换完成后,把转换得到的数字量送到8位三态锁存器,同时通过引脚送出转换结束信号。

(4)三态输出锁存器保存当前模拟通道转换得到的数字量,当OE信号有效时,把转换的结果送出。

ADC0808的工作流程为:

(1)输入3位地址,并使ALE=1,将地址存入地址锁存器中,经地址译码器从8路模拟通道中选通1路模拟量送给比较器。

(2)送START一高脉冲,START的上升沿使逐次寄存器复位,下降沿启动A/D转换,并使EOC信号为低电平。

(3)当转换结束时,转换的结果送入到输出三态锁存器中,并使EOC信号回到高电平,通知CPU已转换结束。

(4)当CPU执行一读数据指令时,使OE为高电平,则从输出端D0-D7读出数据。

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