畢業(yè)設(shè)計（論文）基于單片機的數(shù)字電壓表

1、湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院hunan industry polytechnic畢 業(yè) 實 踐類 別 項目承接與技術(shù)服務(wù) 題 目 基于單片機的數(shù)字電壓表 系 名 稱 電氣工程系 專業(yè)班級 電氣s2009-4班 學(xué)生姓名 學(xué) 號 34 指導(dǎo)老師 完成日期 2011年12月28日湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)實踐任務(wù)書 系 名 稱 電氣工程系 專業(yè)及班級 電氣s2009-4 學(xué)生姓名 _ _尹 毅_ 學(xué) 號 _34_ 畢業(yè)實踐題目： 基于單片機的數(shù)字電壓表 指 導(dǎo) 教 師： 雷福祥 謝雨陽 2011年 9 月 25 日畢業(yè)實踐課題及任務(wù)課題簡介數(shù)字電壓表（digital voltmeter）簡稱dvm，它是采用

2、數(shù)字化測量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量（直流輸入電壓）轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。傳統(tǒng)的指針式電壓表功能單一、精度低，不能滿足數(shù)字化時代的需求，采用單片機的數(shù)字電壓表，由精度高、抗干擾能力強，可擴展性強、集成方便，還可與pc進行實時通信。課題任務(wù)要求內(nèi)容： 1、了解數(shù)字電壓表的功能，熟悉單片機開發(fā)步驟。2、設(shè)計電路原理圖。3、設(shè)計主程序。要求： 1、熟練運用單片機編程語言。2、原理圖正確。3、主程序調(diào)試正確。 工作量：1、開題報告一份。2、圖紙若干張。3、單片機程序一份。4、畢業(yè)實踐。進程安排第五周第六周：調(diào)研、小組分工、收集資料，完成開題報告第七周第十二周：根據(jù)課題要求，查閱相關(guān)理

3、論書籍、實踐參考書等，進一步加深對實踐課題的理解和認識； 第十三周第十五周：根據(jù)課題要求，寫出系統(tǒng)方案，進行系統(tǒng)電路設(shè)計，畫出硬件電路接線圖及原理說明。第十六周：根據(jù)課題要求，進行系統(tǒng)設(shè)計，畫出控制系統(tǒng)流程圖。第十七周第十八周：實踐資料的準備、修改、完善。第十九周：畢業(yè)實踐答辯。參考資料1、單片機原理及應(yīng)用 北京航空航天大學(xué)出版社 孫涵芳主編2、電子技術(shù) 高教出版社 胡宴如主編3、電子線路cad 機械工業(yè)出版社 王廷才主編4、單片機應(yīng)用程序設(shè)計技術(shù) 北京航空航天大學(xué)出版社 周航慈主編5、 吳金戌，沈慶陽，郭庭吉.8051單片機實踐與應(yīng)用m.北京：清華大學(xué)出版社，2002.6、 高峰，單片微型計

4、算機與接口技術(shù)m.北京：科學(xué)出版社，2003.7、 劉偉，趙俊逸，黃勇，一種基予c8051f單片機的soc型數(shù)據(jù)采錄器的設(shè)計與實現(xiàn)a.天津市計算機學(xué)會單片機分會編. 2003年全國單片機及嵌如入式系統(tǒng)學(xué)術(shù)年會論文集（下冊）c .北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2003 .790-7948、 周航慈單片機應(yīng)用程序設(shè)計技術(shù)m北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1991：1241279、李華等編著mcs-51系列單片機實用接口技術(shù)m 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1993湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)實踐開題報告書 電氣工程 系 電氣自動化 專業(yè) 學(xué)生姓名尹毅班級2009-4學(xué)號34課題名稱基于單片機的數(shù)字電壓表

5、 課題準備情況我參考了專業(yè)相關(guān)書籍：單片機原理及應(yīng)用，電子技術(shù)電子線路cad ， 單片機應(yīng)用程序設(shè)計技術(shù)，另外還查閱了大量的相關(guān)文獻，與老師進行了長時間的溝通和交流，經(jīng)過老師的提點，我已有了初步完整的思路。思路和方法先對實踐有個全局的構(gòu)思，準備工作完成之后再動手寫程序。參照已有的課本書籍再結(jié)合自己的思路寫出畢業(yè)實踐應(yīng)有詳細的設(shè)計方案、控制電路、控制程序及分析說明。擬重點解決的問題1：解決有關(guān)于硬件電路接線圖的問題。2：解決有關(guān)于控制系統(tǒng)流程圖的問題。3：解決有關(guān)于編寫控制程序的問題。計劃進度第五周第六周：調(diào)研、小組分工、收集資料，完成開題報告第七周第十二周：根據(jù)課題要求，查閱相關(guān)理論書籍、實踐

6、參考書等，進一步加深對設(shè)計課題的理解和認識； 第十三周第十五周：根據(jù)課題要求，寫出系統(tǒng)方案，進行系統(tǒng)電路設(shè)計，畫出硬件電路接線圖及原理說明。第十六周：根據(jù)課題要求，進行系統(tǒng)設(shè)計，畫出控制系統(tǒng)流程圖。第十七周第十八周：資料的準備、修改、完善。第十九周：畢業(yè)實踐答辯。指導(dǎo)教師意見 簽名：年 月 日湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)實踐考核表 電氣工程 系 電氣自動化 專業(yè) 學(xué)生姓名尹毅班級s2009-4學(xué)號34課題名稱基于單片機的數(shù)字電壓表 課題完成情況及自我評價通過這次的實踐，我掌握了單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的基本方法，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路原理及其應(yīng)用，單片機外圍電路接口設(shè)計，單片機應(yīng)用軟件編程的基本方法，單片機應(yīng)用系

7、統(tǒng)制作，測試的基本方法。基本上完成了任務(wù)，因?qū)W生專業(yè)能力有限，其中仍有許多不足之處，需要老師多多提點。指導(dǎo)教師評價評語評級 簽名： 年 月 日評閱教師評價評語評級 簽名： 年 月 日答辯小組評價評語評級 組長簽名： 年 月 日畢業(yè)實踐評審組審核 經(jīng)綜合考核該學(xué)生畢業(yè)實踐得分 分，評定為 組長簽名：年 月 日 摘 要數(shù)字電壓表（digital voltmeter）簡稱dvm，它是采用數(shù)字化測量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量（直流輸入電壓）轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。傳統(tǒng)的指針式電壓表功能單一、精度低，不能滿足數(shù)字化時代的需求，采用單片機的數(shù)字電壓表，由精度高、抗干擾能力強，可擴展性強、集

8、成方便，還可與pc進行實時通信。目前，由各種單片a/d 轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)字電壓表，已被廣泛用于電子及電工測量、工業(yè)自動化儀表、自動測試系統(tǒng)等智能化測量領(lǐng)域，示出強大的生命力。與此同時，由dvm擴展而成的各種通用及專用數(shù)字儀器儀表，也把電量及非電量測量技術(shù)提高到嶄新水平。本章重點介紹單片a/d 轉(zhuǎn)換器以及由它們構(gòu)成的基于單片機的數(shù)字電壓表的工作原理。關(guān)鍵詞：數(shù)字電壓表 a/d 轉(zhuǎn)換器 pc 電壓測量 前 言目 錄前言 第一章 設(shè)計方案11.1 a/d轉(zhuǎn)換部分11.2電源部分2第二章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計32.1輸入電路. 3 2.2 a/d轉(zhuǎn)換電路. 4 2.3 單片機芯片. 5 2.4 89c51與

9、外圍電路的接口82.5數(shù)碼管顯示器. 9 2.6 通訊模塊.11 第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計.13 3.1復(fù)位電路133.2電源電路143.3 程序框圖 . 17 總結(jié). 21 致謝 .22 附錄.23 附錄a 系統(tǒng)框圖.23 附錄b 數(shù)字電壓表protel原理圖.24 附錄c 源程序.25 參考文獻 .34 第一章 設(shè)計方案在電量的測量中，電壓、電流和頻率是最基本的三個被測量，其中電壓量的測量最為經(jīng)常。而且隨著電子技術(shù)的發(fā)展，更是經(jīng)常需要測量高精度的電壓，所以數(shù)字電壓表就成為一種必不可少的測量儀器。數(shù)字電壓表（digital voltmeter）簡稱dvm，它是采用數(shù)字化測量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量（

10、直流或交流輸入電壓）轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。由于數(shù)字式儀器具有讀數(shù)準確方便、精度高、誤差小、靈敏度高和分辨率高、測量速度快等特點而倍受青睞。本設(shè)計從各個角度分析了由單片機組成的數(shù)字電壓表的設(shè)計過程及各部分電路的組成及其原理，并且分析了程序如何驅(qū)動單片機進而使系統(tǒng)運行起來的原理及方法。本設(shè)計主要分為兩部分：硬件電路及軟件程序。而硬件電路又大體可分為a/d轉(zhuǎn)換電路、led顯示電路，各部分電路的設(shè)計及原理將會在硬件電路設(shè)計部分詳細介紹；程序的設(shè)計使用匯編語言編程，利用wave和proteus 軟件對其編譯和仿真，詳細的設(shè)計算法將會在程序設(shè)計部分詳細介紹。1.1 a/d轉(zhuǎn)換部分：

11、電壓是模擬量，而數(shù)碼管顯示需要的是數(shù)字量，故需要采用a/d轉(zhuǎn)換模擬信號為數(shù)字信號供數(shù)碼管顯示出來,可供選擇的芯片有adc0809,adc574和tlc2543等等。由于要求測量精度在5%，因此須選用12位精度的a/d轉(zhuǎn)換器，且可直接驅(qū)動led顯示器工作，0809為8位精度,故不能采用,而綜合性價比,tlc2543就成為了本次設(shè)計的首選。由于tlc2543測量范圍為0-+5v，故需要為其設(shè)計降壓穩(wěn)壓電路。被測量模擬量變?yōu)閿?shù)字量之后，并不能通過數(shù)碼管直接顯示出來，而需要單片機加以處理形成段碼才能顯示出來。而且，a/d電路的時鐘與輸入輸出都需要單片機與其對接予以控制。故選擇含有內(nèi)部閃存的89c51完

12、成此工作。該芯片無論從性能還是價格上都是非常合適的。數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為段碼并顯示出來需要有程序和其它接口電路配合。在程序上，a/d采集程序采用多次取值并求和求平均的方法得出雙字節(jié)數(shù)據(jù)，然后通過雙字節(jié)轉(zhuǎn)換bcd碼子程序得出bcd碼。硬件顯示上選用動態(tài)掃描法，即數(shù)碼管位選端連入單片機的某一組i/o口，片選端連入另一組i/o口，配合顯示子程序?qū)崿F(xiàn)顯示。此外，主程序和其它程序用中斷方式進行組合。顯示所需的數(shù)碼管，選用7段共陽極數(shù)碼管，由于精度要求為5%，故本設(shè)計顯示部分由四個數(shù)碼管組成。1.2電源部分： 本設(shè)計各芯片，數(shù)碼管及單片機外圍電路需要5v的直流電源，故需要一個穩(wěn)定的5v直流穩(wěn)壓源。根據(jù)模擬電子技

13、術(shù)基礎(chǔ)的知識，本設(shè)計選擇含有7805三端集成穩(wěn)壓器的電源電路。電路中選擇二極管整流橋整流，電容進行濾波，并選用220v-9v變壓器進行變壓。 綜上，本次設(shè)計選用89c51單片機作為核心，tlc2543作為a/d轉(zhuǎn)換芯片，數(shù)碼管作為顯示器，7805穩(wěn)壓器為主的直流穩(wěn)壓電路做為電源，配合采集，轉(zhuǎn)換，顯示程序共同實現(xiàn)可測量0-10v直流電壓的數(shù)字式電壓表。系統(tǒng)總設(shè)計框圖見圖模擬電壓經(jīng)過檔位切換到不同的分壓電路衰減后，經(jīng)隔離干擾送到a/d轉(zhuǎn)換器進行a/d轉(zhuǎn)換，然后送到單片機中進行數(shù)據(jù)處理。處理后的數(shù)據(jù)送到數(shù)碼管中顯示，同時通過串行通訊與上位機通信。第二章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計2.1輸入電路圖2.1.1量程

14、切換開關(guān)圖2.1.2衰減輸入電路輸入電路的作用是把不同量程的被測的電壓規(guī)范到a/d轉(zhuǎn)換器所要求的電壓值。智能化數(shù)字電壓表所采用的單片雙積分型adc芯片icl7135，它要求輸入電壓0-2v。本儀表設(shè)計是0-1000v電壓，靈敏度高所以可以不加前置放大器，只需衰減器，如圖3.1.2所示9m、900k、90k、和10k電阻構(gòu)成1/10、1/100、1/1000的衰減器。衰減輸入電路可由開關(guān)來選擇不同的衰減率，從而切換檔位。為了能讓cpu自動識別檔位2.2 a/d轉(zhuǎn)換電路a/d 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度對測量電路極其重要，它的參數(shù)關(guān)系到測量電路性能。本設(shè)計采用雙積a/d 轉(zhuǎn)換器，它的性能比較穩(wěn)定，轉(zhuǎn)換精度高

15、，具有很高的抗干擾能力，電路結(jié)構(gòu)簡單，其缺點是工作速度較低。在對轉(zhuǎn)換精度要求較高，而對轉(zhuǎn)換速度要求不高的場合如電壓測量有廣泛的應(yīng)用。圖2.2.1.雙積a/d 轉(zhuǎn)換器如圖所示：對輸入模擬電壓和基準電壓進行兩次積分，先對輸入模擬電壓進行積分，將其變換成與輸入模擬電壓成正比的時間間隔 t1，再利用計數(shù)器測出此時間間隔，則計數(shù)器所計的數(shù)字量就正比于輸入的模擬電壓；接著對基準電壓進行同樣的處理。在常用的a/d轉(zhuǎn)換芯片（如adc -0809、icl7135、icl7109等）中，icl7135與其余幾種有所不同，它是一種四位半的雙積分a/d轉(zhuǎn)換器，具有精度高（精度相當于14位二進制數(shù)）、價格低廉、抗干擾能

16、力強等優(yōu)點。2.3單片機芯片at89c51是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（fperomfalsh programmable and erasable read only memory）的低電壓，高性能cmos8位微處理器，俗稱單片機。由于將多功能8位cpu和閃爍存儲器組合在單個芯片中，atmel的at89c51是一種高效微控制器，at89c2051是它的一種精簡版本。at89c51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。1主要特性： 與mcs-51 兼容 ,4k字節(jié)可編程閃爍存儲器，壽命：1000寫/擦循環(huán)， 數(shù)據(jù)保留時間：10年，全靜態(tài)工作：0hz-24hz ，

17、三級程序存儲器鎖定，128*8位內(nèi)部ram ，32可編程i/o線， 兩個16位定時器/計數(shù)器， 5個中斷源 ，可編程串行通道，低功耗的閑置和掉電模式，片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 。2管腳說明： vcc：供電電壓。gnd：接地。 p0口：p0口為一個8位漏級開路雙向i/o口，每腳可吸收8ttl門電流。當p1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在fiash編程時，p0 口作為原碼輸入口，當fiash進行校驗時，p0輸出原碼，此時p0外部必須被拉高。 p1口：p1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向i/o口，p1口緩沖器能接收輸出4ttl

18、門電流。p1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，p1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在flash編程和校驗時，p1口作為第八位地址接收。 p2口：p2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2口緩沖器可接收，輸出4個ttl門電流，當p2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，p2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。p2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，p2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，p2口輸出其特殊功能寄存器的

19、內(nèi)容。p2口在flash編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 p3口：p3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個ttl門電流。當p3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，p3口將輸出電流（ill）這是由于上拉的緣故。 p3口也可作為at89c51的一些特殊功能口，如下所示： 口管腳 備選功能 p3.0 rxd（串行輸入口） p3.1 txd（串行輸出口） p3.2 /int0（外部中斷0） p3.3 /int1（外部中斷1） p3.4 t0（記時器0外部輸入） p3.5 t1（記時器1外部輸入） p3.6 /wr（外部數(shù)據(jù)存

20、儲器寫選通）p3.7 /rd（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） p3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 rst：復(fù)位輸入。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持rst腳兩個機器周期的高電平時間。 ale/prog：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ale端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ale脈沖。如想禁止ale的輸出可在sfr8eh地址上置0。此時， ale只有在執(zhí)行movx，movc指令是ale

21、才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ale禁止，置位無效。 /psen：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/psen有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/psen信號將不出現(xiàn)。 /ea/vpp：當/ea保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000h-ffffh），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/ea將內(nèi)部鎖定為reset；當/ea端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在flash編程期間，此引腳也用于施加12v編程電源（vpp）。 xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 xtal2：來自反向

22、振蕩器的輸出。 3振蕩器特性： xtal1和xtal2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，xtal2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 4芯片擦除： 整個perom陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ale管腳處于低電平10ms 來完成。此外，at89c51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，cpu停止工作。但ram，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍

23、在工作。在掉電模式下，保存ram的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。 5. 結(jié)構(gòu)特點：8位cpu；片內(nèi)振蕩器和時鐘電路；32根i/o線；外部存貯器尋址范圍rom、ram64k；2個16位的定時器/計數(shù)器；5個中斷源，兩個中斷優(yōu)先級；全雙工串行口；布爾處理器。2.4本設(shè)計中89c51與外圍電路的接口本系統(tǒng)采用p0與p2口與顯示器連接，p1口與a/d的數(shù)據(jù)及控制端連接。/ea/vp端接5v電源，x1，x2接晶振電路，reset端接復(fù)位電路，其余int1，int0，t1，t0，/rd，/wr，rxd，txd，ale，psen端置空。由于p0口的驅(qū)動能力較弱，故每個引腳

24、接4.7k的上拉電阻，以增強驅(qū)動顯示器的能力tlc2543a/d轉(zhuǎn)換。圖2-1 89c51單片機引腳圖1轉(zhuǎn)換器簡介：tlc2543是ti公司的12位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器，使用開關(guān)電容逐次逼近級數(shù)完成a/d轉(zhuǎn)換過程。由于是串行輸入結(jié)構(gòu)，能夠節(jié)省51系列單片機i/o資源；且價格適中，分辨率較高，因此在儀器儀表中有較為廣泛的應(yīng)用。2tlc2543的特點12位分辯率a/d轉(zhuǎn)換器在工作溫度范圍內(nèi)10s轉(zhuǎn)換時間；11個模擬輸入通道；3路內(nèi)置自測試方式；采樣率為66kbps；線性誤差1lsbmax；有轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出eoc；具有單、雙極性輸出；可編程的msb或lsb前導(dǎo)。3tlc2453接口時序 可以用四種方式使tl

25、c2543實現(xiàn)全12位分辨率，每次轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳遞可以使用12或16個時鐘周期。一個片選（）脈沖要插到每次轉(zhuǎn)換的開始處，或是在轉(zhuǎn)換時序的開始處變化一次后保持為低，直到時序結(jié)束。 開始時，片選 為高，i/o clock、data input被禁止，data out呈高阻狀態(tài)，eoc為高。使 變低，i/o clock、data input使能，data out脫離高阻狀態(tài)。12個時鐘信號從i/o clock端依次加入，隨著時鐘信號的加入，控制字從data input一位一位地在時鐘信號的上升沿時被送入tlc2543(高位先送入)，同時上一周期轉(zhuǎn)換的a/d數(shù)據(jù)。tlc2543收到第4個時鐘信號后，通道

26、號也已收到，因此，此時tlc2543開始對選定通道的模擬量進行采樣，并保持到第12個時鐘的下降沿。在第12個時鐘下降沿，eoc變低，開始對本次采樣的模擬量進行a/d轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時間約需10s，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)完成eoc變高，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)在輸出數(shù)據(jù)寄存器中，待下一個工作周期輸出。此后，可以進行新的工作周期。4tlc2543 a/d芯片與89c51單片機的接口 本設(shè)計中，tlc2543的ain0引腳接測量降壓電路，ain1-ain10置空，gnd接地，vrf+接+5v電壓，vrf接地，/cs端接p1.4口，tdo端接p1.2口，tdi端接p1.3口，tck端接p1.1口，eoc端接p1.0口。圖2-2 tlc25

27、43 a/d轉(zhuǎn)換芯片引腳圖2.5數(shù)碼管顯示器 數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點顯示）；按能顯示多少個“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(com)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極com接到+5v，當某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點亮。當某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(com)的

28、數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極com接到地線gnd上，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就點亮。當某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮。數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。靜態(tài)顯示驅(qū)動：靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的i/o端口進行驅(qū)動，或者使用如bcd碼二-十進制譯碼器譯碼進行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用i/o端口多，如驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5840根i/o端口來驅(qū)動，要知道一個89s51單片機可

29、用的i/o端口才32個呢：），實際應(yīng)用時必須增加譯碼驅(qū)動器進行驅(qū)動，增加了硬件電路的復(fù)雜性。動態(tài)顯示驅(qū)動：數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極com增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的i/o線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通com端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮?xí)r間為12ms，

30、由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的i/o端口，而且功耗更低。參數(shù)：8字高度：8字上沿與下沿的距離。比外型高度小。通常用英寸來表示。范圍一般為0.25-20英寸。長*寬*高：長數(shù)碼管正放時，水平方向的長度；寬數(shù)碼管正放時，垂直方向上的長度；高數(shù)碼管的厚度。時鐘點：四位數(shù)碼管中，第二位8與第三位8字中間的二個點。一般用于顯示時鐘中的秒。 電流：靜態(tài)時，推薦使用10-15ma；動態(tài)時，16/1動態(tài)掃描時，平均電流為4-5ma，峰值電流50

31、-60ma。電壓：查引腳排布圖，看一下每段的芯片數(shù)量是多少？當紅色時，使用1.9v乘以每段的芯片串聯(lián)的個數(shù)；當綠色時，使用2.1v乘以每段的芯片串聯(lián)的個數(shù)。由于精度要求為5%，故本設(shè)計顯示部分由四個數(shù)碼管組成，構(gòu)成十位，個位，十分位，百分位。圖2-3 共陰極數(shù)碼管及其接口電路2.6 通訊模塊89s52內(nèi)部已集成通信接口urt，只需擴展一片max232芯片將輸出信號轉(zhuǎn)換成rs-232協(xié)議規(guī)定的電平標準, max232 是 一 種 雙 組 驅(qū) 動 器 / 接 收 器 ，每個接收器將eia/tia-232-e電平輸入轉(zhuǎn)換為5vttl/cmos電平。 每個驅(qū)動器將ttl/cmos輸入電平轉(zhuǎn)換 為 ei

32、a/tia-232-e電平。即eia接口，就是把5v轉(zhuǎn)換為-8v到-15v電位0v轉(zhuǎn)換為8v到15v再經(jīng)rxd輸出，接收時由rxd輸入，把-8v到-15v電位轉(zhuǎn)換為5v，8v到15v轉(zhuǎn)換為0v。max232的工作電壓只需5v，內(nèi)部有振蕩電路產(chǎn)生正負9v電位。圖2.4 max232元件圖圖2.5.max232引腳功能圖第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計3.1 復(fù)位電路 89c51單片機的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的。最簡單的上電自動復(fù)位電路，是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的。只要vcc的上升時間不超過1ms，就可以實現(xiàn)自動上電復(fù)位。當時鐘頻率選用6mhz時，c取22uf，r取1k。 除上電復(fù)位外，有時還

33、需要按鍵手動復(fù)位。按鍵手動復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復(fù)位是通過rst端經(jīng)電阻和電源vcc接通而實現(xiàn)的，按鍵手動電平復(fù)位電路如圖3.1。當時鐘頻率選用12mhz時，c選取22uf，r選擇1000歐。圖3-1 單片機復(fù)位電路晶振電路 晶振是晶體振蕩器的簡稱，在電氣上它可以等效成一個電容和一個電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個電容的二端網(wǎng)絡(luò)，電工學(xué)上這個網(wǎng)絡(luò)有兩個諧振點，以頻率的高低分其中較低的頻率是串聯(lián)諧振，較高的頻率是并聯(lián)諧振。由于晶體自身的特性致使這兩個頻率的距離相當?shù)慕咏?，在這個極窄的頻率范圍內(nèi)，晶振等效為一個電感，所以只要晶振的兩端并聯(lián)上合適的電容它就會組成并聯(lián)諧振電路。這個并聯(lián)諧振電路加到一

34、個負反饋電路中就可以構(gòu)成正弦波振蕩電路，由于晶振等效為電感的頻率范圍很窄，所以即使其他元件的參數(shù)變化很大，這個振蕩器的頻率也不會有很大的變化。晶振有一個重要的參數(shù)，那就是負載電容值，選擇與負載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以得到晶振標稱的諧振頻率。一般的晶振振蕩電路都是在一個反相放大器（注意是放大器不是反相器）的兩端接入晶振，再有兩個電容分別接到晶振的兩端，每個電容的另一端再接到地，這兩個電容串聯(lián)的容量值就應(yīng)該等于負載電容，請注意一般ic的引腳都有等效輸入電容，這個不能忽略。一般的晶振的負載電容為15p或12.5p ，如果再考慮元件引腳的等效輸入電容，則兩個22p的電容構(gòu)成晶振的振蕩電路就是比較好

35、的選擇。 晶體振蕩器也分為無源晶振和有源晶振兩種類型。無源晶振與有源晶振（諧振）的英文名稱不同，無源晶振為crystal（晶體），而有源晶振則叫做oscillator（振蕩器）。無源晶振需要借助于時鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號，自身無法振蕩起來，所以“無源晶振”這個說法并不準確；有源晶振是一個完整的諧振振蕩器。諧振振蕩器包括石英（或其晶體材料）晶體諧振器，陶瓷諧振器，lc諧振器等。晶振與諧振振蕩器有其共同的交集有源晶體諧振振蕩器。 石英晶片所以能做振蕩電路（諧振）是基于它的壓電效應(yīng)，從物理學(xué)中知道，若在晶片的兩個極板間加一電場，會使晶體產(chǎn)生機械變形；反之，若在極板間施加機械力，又會在相應(yīng)的方向上產(chǎn)生

36、電場，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。如在極板間所加的是交變電壓，就會產(chǎn)生機械變形振動，同時機械變形振動又會產(chǎn)生交變電場。一般來說，這種機械振動的振幅是比較小的，其振動頻率則是很穩(wěn)定的。但當外加交變電壓的頻率與晶片的固有頻率（決定于晶片的尺寸）相等時，機械振動的幅度將急劇增加，這種現(xiàn)象稱為壓電諧振，因此石英晶體又稱為石英晶體諧振器。 其特點是頻率穩(wěn)定度很高。石英晶體振蕩器與石英晶體諧振器都是提供穩(wěn)定電路頻率的一種電子器件。石英晶體振蕩器是利用石英晶體的壓電效應(yīng)來起振，而石英晶體諧振器是利用石英晶體和內(nèi)置ic來共同作用來工作的。振蕩器直接應(yīng)用于電路中，諧振器工作時一般需要提供3.3v電壓來維持工作。振蕩器

37、比諧振器多了一個重要技術(shù)參數(shù)為：諧振電阻（rr），諧振器沒有電阻要求。rr的大小直接影響電路的性能，也是各商家競爭的一個重要參數(shù)。本設(shè)計采用12mhz晶振，并聯(lián)兩個30pf電容構(gòu)成晶振電路。 圖3-2 單片機晶振電路3.2 電源電路 本設(shè)計選擇三端集成穩(wěn)壓器0875及變壓器，整流橋,濾波電容構(gòu)成直流穩(wěn)壓電路。c1，c2，c3用來實現(xiàn)頻率補償，防止穩(wěn)壓器產(chǎn)生高頻自激振蕩和意志電路引入高頻干擾，c4是電解電容，以減小穩(wěn)壓電源輸出端由輸入電源引入的低頻干擾。d是保護二極管，當輸入端短路時，給輸出電容器c4一個放電通路，防止c4兩端電壓作用于穩(wěn)壓器，造成擊穿而損壞。變壓器采用220v-9v變壓器，整流

38、橋和保護二極管采用in4001。圖3-3直流穩(wěn)壓電源電路3.3程序流程圖主程序流程圖圖開始初始化采集4次ad4次ad求和4次ad求平均值將雙字節(jié)轉(zhuǎn)換bcd碼取低四位bcd碼轉(zhuǎn)換成對應(yīng)數(shù)碼管字段圖3-4 主程序流程框圖icl7135a/d與單片機連接電路的軟件設(shè)計系統(tǒng)的程序流程圖如圖所示。主程序一開始運行則設(shè)置堆棧起始地址為70h，設(shè)置中斷寄存器，用來對icl7135的中斷進行計數(shù)，每5次后清零，完成一次數(shù)據(jù)采集工作，然后設(shè)置icl7135的stb端的中斷的優(yōu)先級。緊接著lcdm1601b進行一次清屏，使其各個指令、數(shù)據(jù)寄存器的值進行清空，屏幕不顯示任何字符。以前面對1601b的介紹，只要將01

39、h送到數(shù)據(jù)總線，使rs=0，r/w=0，e有個下降沿的脈沖就可以完成清屏工作。用以下指令實現(xiàn) mov p2,#01h ;送到數(shù)據(jù)db7-db0，調(diào)用子程序 enable，由于下降沿時，內(nèi)部數(shù)據(jù)要送到ram區(qū)，所以要有一個延時子程序，使這個下降沿持續(xù)2.5毫秒。內(nèi)部ram有指令代碼后就開始對ram進行清零，所以屏幕原有的字符將被清除。接著對1601進行功能的設(shè)定。mov p2,#01111000b，按表3.1.1來看是設(shè)定顯示器按2行顯示，每行8位，57點陣。調(diào)用一次子程序enable程序，寫入cpu的指令寄存器中。每次向lcdm中寫入一個指令，就調(diào)用一次enable，然后再對顯示器進行閃爍、光

40、標等功能進行設(shè)定。顯示器的ram地址按加方法進行讀寫。再設(shè)定第一行字符，也就是voltage的顯示地址80h。字符voltage的table表地址送到dptr中，然后調(diào)用遠程查表命令，依次把數(shù)據(jù)送到p2口，這時再調(diào)用子程序write3，使lcd1601的rs=1，r/w=0使使能端e產(chǎn)生一個下降沿脈沖，將數(shù)據(jù)送入到數(shù)據(jù)寄存器中，接下來執(zhí)行子程序display1，它的主要功能是將table表中的字符輸出到lcd中去。調(diào)定好顯示字符數(shù)即遠程查表的次數(shù)，就開始查表了。例如第一個字符“v”的ascii碼是56h，就將這個碼送到p2口，再調(diào)用使能數(shù)據(jù)子程序，使rs=1（數(shù)據(jù)區(qū)使能）寫入顯示數(shù)據(jù)區(qū)，r/w

41、=0表示寫，e=來個下降沿延時2.5毫秒，使數(shù)據(jù)寫入ram內(nèi)。完成table表輸出以后，向指令ram中寫入第2行的起始地址為och，再調(diào)用顯示采樣數(shù)據(jù)的子程序。采樣數(shù)據(jù)存放的數(shù)據(jù)地址安排如下圖所示,首先將60h中的數(shù)顯示在正負號的位置上，按照ascii碼表，正號不顯示（#20h），負號顯示“”（#2dh）。中斷程序流程圖進入中斷|acc壓棧顯示第一位|？y開第1個數(shù)碼管關(guān)其他 的并賦值計算器加1y顯示第二位？加1開第2個數(shù)碼管關(guān)其他 的并賦值y顯示第三位？開第3個數(shù)碼管關(guān)其他 的并賦值加1y顯示第四位？清零開第4個數(shù)碼管關(guān)其他 的并賦值設(shè)置顯示第一位退出中斷彈出壓棧icl7135每一分鐘完成3

42、次據(jù)的采集工作，1/3秒完成后向cpu申請中斷,cpu這時暫停工作，為中斷服務(wù).中斷響應(yīng)后關(guān)中斷，將psw、acc壓棧，判斷是否首次中斷，如果是首次中斷，則將正負號標志位置入60h，再把萬位置入61h中，如果不是首次中斷，則跳到next處，如果是第二次中斷，則將千位數(shù)置入62h中，如果是第三次中斷，再將百位數(shù)置入63h中，第四次中斷則將十位數(shù)置入64h中，第五次中斷則將小數(shù)點位置入65h中，同時個位置入66h中。同時清除中斷次數(shù)寄存器30h中的值，完成中斷后將acc、psw出棧，開中斷。消隱的思想：每次電壓采集后，cpu將數(shù)據(jù)送到lcd顯示，將可能出現(xiàn)以下幾種需要消隱的情況。例如：2000v檔

43、量程：0199.9此時萬位的值0不符合人們的視覺習(xí)慣，需要把萬位的值消隱掉，編程是將#20h送入萬位，使其在lcd中不顯示任何字符即可。同樣的情況如下：需要消隱萬位、千位需要消隱萬位、千位、百位2000v檔量程：0019.90001.9需要消隱萬位需要消隱萬位、千位200v檔量程：019.99001.99需要消隱萬位20v檔量程：01.999在采集到數(shù)據(jù)之后，置數(shù)之前判斷檔位，是2v檔不消隱，是其他檔位時再看要消隱的位之前有幾個是零。例如2000v檔量程，-0001.9v，在2次中斷時判斷檔位是2000v檔，第1位是零，消隱第2位千位。 總 結(jié)本文介紹了一種基于單片機at89c51制作的頻率計

44、的3種設(shè)計方法，所制作的頻率計需要外圍器件較少，適宜用于嵌入式系統(tǒng)。內(nèi)部計數(shù)器法測量頻率受晶振頻率的限制而且多次中斷會引發(fā)誤差，但硬件結(jié)構(gòu)簡單。外部計數(shù)器法測量頻率不受晶振頻率的限制，但硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜。周期法測量信號頻率較高時誤差較大，適合測量低頻信號，且軟件設(shè)計復(fù)雜。通過對這3種方法優(yōu)缺點的比較，可以為今后頻率計的設(shè)計提供相關(guān)參考。該頻率計應(yīng)用周期測量和相應(yīng)的數(shù)學(xué)處理實現(xiàn)低頻段的頻率測量，因此很容易擴展實現(xiàn)信號的周期測量和占空比測量。該頻率計被應(yīng)用于筆者設(shè)計的“高頻實驗裝置”之中，用來對lc振蕩器和rc振蕩器輸出信號的頻率穩(wěn)定度進行測量，取得良好的應(yīng)用效果。 致謝在要感謝雷福祥，是雷老師的細心指導(dǎo)和關(guān)懷，使我能夠順利的完成畢業(yè)論文。在我的學(xué)業(yè)和論文的研究工作中無不傾注著雷老師辛勤的汗水和心血。雷老師的嚴謹治學(xué)態(tài)度、淵博的知識、無私的奉獻精神使我深受啟迪。從尊敬的導(dǎo)師身上，我不僅學(xué)到了扎實、寬廣的專業(yè)知識，也學(xué)到了做人的道理。在此我要向我的導(dǎo)師致以最衷心的感謝和深深的敬意。 附錄附錄a系統(tǒng)框圖附錄b數(shù)字電壓表protel原理圖附錄c本程序是用來顯示0-10v的測量電壓的，使用的單片機是：89c51，晶振12mhzad_e