基于S08AW60的數(shù)字電壓表設(shè)計

1、 微控制系統(tǒng)原理課程設(shè)計微控制系統(tǒng)原理課 程 設(shè) 計課程設(shè)計名稱： 基于S08AW60的數(shù)字電壓表設(shè)計 專 業(yè) 班 級 ： 自動1302 學(xué) 生 姓 名 ： 張鵬濤 學(xué) 號 ： 201323020219 指 導(dǎo) 教 師 ： 鄭維 課程設(shè)計時間： 2016-4-202016-5-6 指導(dǎo)教師意見：成績:簽名： 年 月 日I目錄1引言12 總體設(shè)計方案22.1 硬件組成22.2總體方案23 硬件電路設(shè)計33.1 S08AW特性結(jié)構(gòu)及原理圖33.2最小系統(tǒng)電路圖63.3電壓顯示電路63.4 時鐘電路73.5復(fù)位電路84 程序設(shè)計94.1 程序流程圖95 總結(jié)10參考文獻(xiàn)11附錄A源程序12附錄B 系

2、統(tǒng)原理圖14II1引言 數(shù)字電壓表（DigitalVoltmeter）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。與此同時，由DVM擴(kuò)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。微控制器誕生于20世紀(jì)70年代中期，經(jīng)過20多年的發(fā)展，其成本越來越低，而性能越來越強(qiáng)大，這使其應(yīng)用已經(jīng)無處不在，遍及各個領(lǐng)域。例如電機(jī)控制、條碼閱讀器掃描器、消費類電子、游戲設(shè)備、電話、樓宇安全與門禁控制、工業(yè)控制與自動化和白色家電(洗衣機(jī)、微波爐)等。微程序控制的基本思想，就是仿照通常的解題程序的方法，把所有的控制命

3、令信號匯集在一起編碼成所謂的微指令，再由微指令組成微程序，存放在一個EPROM里。系統(tǒng)運行時，一條又一條地讀出這些微指令，產(chǎn)生執(zhí)行部件所需要的各種控制信號，從而驅(qū)動執(zhí)行部件進(jìn)行所規(guī)定的操作。微控制器可從不同方面進(jìn)行分類：根據(jù)數(shù)據(jù)總線寬度可分為8位、16位和32位機(jī)。Intel公司作為最早推出微處理器的公司，同樣也是最早推出微控制器的公司。MCU主要用于輸入輸出控制，通常嵌入某一具體的產(chǎn)品或裝置之中，所以又稱為嵌入式控制器，一般由MCU構(gòu)成的嵌入式控制系統(tǒng)應(yīng)具有實時、快速的外部響應(yīng)，能迅速采集到所需的數(shù)據(jù)，并在確定的時間內(nèi)作出邏輯判斷與推理后實現(xiàn)對被控制對象的參數(shù)調(diào)整與控制。MCU以其功能強(qiáng)、體

4、積小、可靠性高、面向控制及價格低廉等一系列優(yōu)點，已滲入到人們工作和生活的各個角落，幾乎是無所不在，無所不為，牢固樹立了其在生產(chǎn)和生活中的霸主地位。MCU的應(yīng)用已從面向工業(yè)控制、通信、交通及智能儀表等迅速發(fā)展到面向家用消費產(chǎn)品、辦公自動化、汽車電子、PC外設(shè)以及網(wǎng)絡(luò)通信等廣大領(lǐng)域。本次設(shè)計采用飛思卡爾公司生產(chǎn)的8位高級MCU S08AW60設(shè)計一個微控制器實驗裝置，以S08AW/AC60為核心，建立最小化系統(tǒng)的中心系統(tǒng)，該實驗裝置能夠有效地投入實驗室使用，可以完成顯示、輸入、輸出、PWM、電子鬧鐘等基本功能。2 總體設(shè)計方案2.1 硬件組成 按照數(shù)字電壓表控制系統(tǒng)的技術(shù)要求，控制系統(tǒng)的硬件應(yīng)包括

5、以下幾部分：（1） 將要檢測的電壓模擬量經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的到一個對應(yīng)的二進(jìn)制的值（2） 經(jīng)過數(shù)據(jù)處理得到對應(yīng)的轉(zhuǎn)換精度內(nèi)的近似電壓值（3） 經(jīng)過數(shù)碼管顯示出來 硬件方框圖如圖2.1圖2.1 硬件方框圖2.2總體方案 按照上述方案論證的結(jié)果，數(shù)字電壓表系統(tǒng)的總體方案框圖如圖2.2所示。 S08AW系列是Freescale公司推出的新一代S08系列為控制器中的一款增強(qiáng)型8位微控制器，它不僅集成度高、片內(nèi)資源豐富，還有很寬的工作溫度范圍（-40+125）,S08AW微控制器采用8位S08CPU,片內(nèi)總線時鐘頻率可高達(dá)20MHz，片內(nèi)資源包括2KB RAM，約62KB Flash、串行通信模塊、定時器

6、模塊、并可選擇寬范圍時鐘頻率，還提供一個8位/10位精度的模/數(shù)轉(zhuǎn)換，并支持后臺調(diào)試模式BDM。在汽車電子、工業(yè)控制和中高檔機(jī)電產(chǎn)品等領(lǐng)域具有廣泛的用途。時鐘信號用來控制S08AW內(nèi)各種微操作的時間基準(zhǔn)，通常有兩種形式得到，即內(nèi)部震蕩方式和外部震蕩方式。內(nèi)部震蕩方式所得的信號比較穩(wěn)定，故設(shè)計數(shù)字溫度計的時鐘信號選用內(nèi)部震蕩方式，晶振選用12MHZ。用ADC0804轉(zhuǎn)化模擬電壓信號，通過微控制器控制數(shù)碼管顯示出來當(dāng)前的電壓。3 硬件電路設(shè)計3.1 S08AW特性結(jié)構(gòu)及原理圖S08AW系列有4種芯片：S08AW60/48/32/16,他們之間的區(qū)別主要是片上程序存儲器的容量不同而且具有各種引腳封裝

7、形式，S08AW特性如下:中央處理器位S08CPU。最高可達(dá)40MzCPU時鐘頻率和20MHz內(nèi)部總線頻率。約62KB片上在線可編程Flash存儲器，具有模塊保護(hù)與安全選項功能。2KB片上RAM。時鐘源選項為晶體振動器、陶瓷諧振器、外部時鐘和內(nèi)部時鐘?？蛇x的看門狗（COP）復(fù)位。具有復(fù)位和中斷的功能的低壓檢測。2個定時器TPM模塊為共有（2+6）通道的16位定時器/脈寬調(diào)制器，每個通道都有可選的輸入捕捉、輸出比較及PWM功能。多達(dá)54個通用輸入/輸出（I/O）引腳。具有主復(fù)位和引腳和上電復(fù)位（POR）功能。單線后臺調(diào)試模塊BDM?？芍С侄噙_(dá)32個中斷/復(fù)位源。S08AW系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3.1所示，

8、大致可分為MCU核心和MCU外設(shè)兩部分。S08AW核心部分包括：具有運行監(jiān)視功能的增強(qiáng)型中央處理器S08CPU、后臺調(diào)試控制、系統(tǒng)控制等。S08MCU有兩種存儲器Flash和RAM；電壓調(diào)整器可對數(shù)字電路和模擬電路供電；程序存儲器具有頁面控制模式；具有內(nèi)部時鐘發(fā)生器和低能耗晶體振蕩器。外設(shè)部分可分為6種外設(shè)：數(shù)字輸入；數(shù)字輸出；10位/8位二進(jìn)制精度的模擬量/數(shù)字量轉(zhuǎn)換器ADC；定時器/PWM；串行接口；許多微控制器中所沒有的鍵盤中斷輸入。圖3.1 S08AW系統(tǒng)結(jié)構(gòu)S08AW60基本系統(tǒng)的連接電路如圖3.2.1所示。大多數(shù)S08基本應(yīng)用系統(tǒng)電路與此電路圖相近，因此它在S08系列中具有代表性。

9、該系統(tǒng)電路由電源電路、振蕩器、復(fù)位電路、后臺調(diào)試/模式選擇電路、通用I/O和外圍設(shè)備接口電路。主電源供電VDD和VSS，VDD和VSS是S08MCU主要的電源引腳，工作電壓范圍是2.75.5V，該電源為所有的I/O緩沖器電路和內(nèi)部穩(wěn)壓器供電，電源電路通常在電源引腳上加兩個獨立的電容器，其中一個為大容量的電解電容，另外一個為靠近MCU電源引腳的地方安裝一個0.1F的陶瓷路旁電容來抑制高頻噪音，VDDAD和VSSAD是MCU的模擬電源引腳，該引腳為片內(nèi)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路一共電源；S08AW60中的振蕩器為傳統(tǒng)的皮爾斯振蕩器，它支持晶體和陶瓷諧振器，并可通過寄存器選擇兩種頻率范圍，低頻范圍為32100

10、KHz，高頻范圍為116MHz；在S08AW系列MCU中，復(fù)位引腳是一個專用的引腳，帶有內(nèi)置的上拉器件，它具有輸入電壓遲滯和10mA電流輸出驅(qū)動；后臺調(diào)試模式/模式選擇引腳包含一個內(nèi)部上拉器件，輸入滯后且具有2mA的輸出驅(qū)動能力；S08AW60最多可提供56個引腳，這些引腳是通用I/O和片上外圍設(shè)備共享的，在復(fù)位的瞬間，所有這些引腳立即配置為高阻抗通用輸入。圖3.2.1 S08AW60系統(tǒng)原理圖3.2最小系統(tǒng)電路圖該系統(tǒng)最小系統(tǒng)電路圖如下所示圖3.2 最小系統(tǒng)電路圖3.3電壓顯示電路 八位共陰極數(shù)碼管，能夠顯示帶一位小數(shù)的正負(fù)電壓。零下時：3顯示負(fù)號，4顯示十位，5顯示十位和小數(shù)位。6、7顯示

11、°C。零上時：3顯示百位，4顯示十位，5顯示個位和小數(shù)位，6、7顯示°C 電路上，數(shù)碼管又可以分為共陰和共陽兩種。數(shù)碼管的公共端就是位選段。共陰極的數(shù)碼管公共端接地，段選高電平有效。共陰極公共端接+5伏電源，段選端低電平有效。位選端地意思就是只有這一端選通的時候才能給段選端賦不同的值。比如說對共陰極的數(shù)碼管，只有先給位選一個低電平時，才能給段選端賦不同的碼，才能在數(shù)碼管上顯示不同的數(shù)字。用途：用于各類儀表、儀器、家用電器等的數(shù)字顯示。特點：顏色豐富、亮度高、功耗低、響應(yīng)速度快、易于集成電路譯碼器，驅(qū)動器直接配合使用。8段數(shù)碼管屬于LED發(fā)光器件的一種。LED發(fā)光器件一般常用

12、的有兩類：數(shù)碼管和點陣。8段數(shù)碼管又稱為8字?jǐn)?shù)碼管，分為8段：A、B、C、D、E、F、G、P。其中P位小數(shù)點。數(shù)碼管常用的有10根管腳，每一段有一根管腳，另外兩根管腳位一個數(shù)碼管的公共端COM，兩根之間互相連通圖3.3 LED的管腳和電路原理八段數(shù)碼管也分為共陰型和共陽型，共陽型就是發(fā)光管的正極都連在一起，作為一條引線，負(fù)極分開。八段數(shù)碼發(fā)光管就是8個發(fā)光管組成的，在空間排列成為8字型帶個小數(shù)點，只要將電壓加在陽極和陰極之間相應(yīng)的筆畫就會發(fā)光。8個發(fā)光二極管的陽極并聯(lián)在一起，8個陰極分開，因此成為共陽八段數(shù)碼管。3.4 時鐘電路S08AW的時鐘信號使用內(nèi)部震蕩方式產(chǎn)生，其電路圖如圖3.4所示。

13、電容器C、C1起穩(wěn)定震蕩頻率、快速起振的作用，電容值一般為5-30pF，晶振通常選用6MHZ、12MHZ、24MHZ。內(nèi)部震蕩方式所得的時鐘信號比較穩(wěn)定。 圖3.4內(nèi)部震蕩電路3.5復(fù)位電路復(fù)位操作是為了完成S08AW內(nèi)部電路的初始化，使S08AW從一種確定的狀態(tài)開始運行。當(dāng)S08AW的復(fù)位引腳RST出現(xiàn)2個機(jī)器周期以上，S08AW就完成了復(fù)位操作。如果RST持續(xù)為高電平，S08AW就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。復(fù)位通常有2種基本形式：上電復(fù)位和開關(guān)復(fù)位。上電復(fù)位要求要求接通電源后，自動實現(xiàn)復(fù)位操作。開關(guān)復(fù)位要求在電源接通的條件下，在S08AW運行期間，用按鈕開關(guān)操作使S08AW復(fù)位。本次采用的是常用的

14、上電且開關(guān)復(fù)位電路，如圖3.8所示。圖3.5 復(fù)位電路上電后，由于電容充電，使RST持續(xù)一段高電平時間。當(dāng)S08AW已在運行之中時，按下復(fù)位鍵也能使RST持續(xù)一段時間的高電平，從而實現(xiàn)上電且開關(guān)復(fù)位的操作。通常選擇C=1030F，R=101000。復(fù)位操作使S08AW進(jìn)入初始化過程，其中包括使程序計數(shù)器PC=0000H，其它寄存器處于零。4 程序設(shè)計4.1 程序流程圖本程序主要環(huán)節(jié)是通過AD芯片采樣外界輸入電壓，然后程序處理這個電壓信號，最終顯示在數(shù)碼管上。主程序流程圖如圖4.1所示圖4.1 主程序流程圖5 總結(jié) 本次設(shè)計是基于S08AW60微控制器的學(xué)習(xí)裝置的設(shè)計，以S08AW60 CPU為

15、核心，設(shè)計一塊實驗板，并能夠投入實驗室使用，可以完成顯示、輸入、輸出、PWM、電子鬧鐘等基本功能，通過幾天的努力奮戰(zhàn)以及老師和同學(xué)的幫助下，終于完成了任務(wù)，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。微控制器在市場上占有率也越來越大，如今在各個行業(yè)里面都少不了微控制器，特別是在汽車消費電子領(lǐng)域有著廣泛的用途以及很好的發(fā)展前景。在這次設(shè)計當(dāng)中使我們更深刻地了解了S08AW60微控制器的優(yōu)越性，由于S08系列為控制器的廣泛使用，在各大教育機(jī)構(gòu)以及汽車消費電子都有很大的份額。所以設(shè)計的實驗板有著很好的用途。在這個設(shè)計當(dāng)中，我們更深入的了解和學(xué)習(xí)了對S08AW60輸入、輸出、顯示等電路的研究和制作，這是我設(shè)計的實驗板在實驗室最

16、基本的實驗，使使用者能夠很好地學(xué)會微控制器的輸入輸出以及顯示等基本原理。本次設(shè)計使我們進(jìn)一步掌握和學(xué)習(xí)自動化本科4年所學(xué)的專業(yè)知識，比如在本設(shè)計當(dāng)中用處比較多的電子技術(shù)，微控制器原理即應(yīng)用等只是，另外對鍵盤和顯示接口也有了深入的分析和了解，在、許多軟件也有了很好的鞏固，這個小型的自動化項目給予了我們很多的訓(xùn)練，很希望以后還有這種類似的項目來發(fā)揮我們的才能，使我們的綜合知識水平得到更進(jìn)一步的提高，讓我們得到很好的鍛煉，這為我們以后的工作有著重要的意義，對我們的學(xué)習(xí)和生活有著很好的幫助。參考文獻(xiàn)1 王威.嵌入式微控制器S08AW原理與實踐M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，20092 嚴(yán)雋永.嵌入式

17、控制器M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20053 謝瑞和.楊明.Motorola68HC08原理及嵌入式應(yīng)用M.北京：清華大學(xué)出版社，20024 邵貝貝.單片機(jī)認(rèn)識與實踐M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006附錄A源程序#include<hidef.h>#nclude "derivative"#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuint code table=0xa0,0xf5,0x62,0x2a,0x39,0x2c,0x24,0xba,0x20,0x28;#define cs PTBD_PTBD

18、0#define rd PTBD_PTBD1#define wr PTBD_PTBD2#define P3 PTAD #define P0 PTBD#define duan PTEDfloat val;void delay(uint q) uint a,b; for(a=q;a>0;a-) for(b=110;b>0;b-);uchar AD() uchar a; cs=0; wr=1; _nop_(); wr=0; _nop_(); wr=1;delay(1);P0=0xff; rd=1;_nop_(); rd=0;_nop_();_nop_();_nop_();a=P3;return a; void xian(uint c1) uchar shi,ge,bai; ge=