基于单片机的简易数字电压表的设计毕业设计(编辑修改稿)

基于单片机的简易数字电压表的设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

8：数字量输出端， D1 为高位。 OE： OE 为输出允许端，高电平能使 D1D8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。 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 4 所示。 基于单片机的简易数字电压表的设计 6 图 4 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 D0D7 读出数据。 基于单片机的简易数字电压表的设计 7 单片机系统 AT89C51 性能 AT89C51 是美国 ATMEL 公司生产的低电压，高性能 CMOS8 位单片机，片内含有 4KB 的可反复擦写的只读程序存储器和 128 字节的随机存储器。 该器件 采用ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS51 指令集和输出管脚相兼容，由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中， ATMEL 的AT89C51 是一种高效微控制器，它为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 AT89C51 功能性能 :与 MCS51 成品指令系统完全兼容 ； 4KB 可编程闪速存储器 ；寿命： 1000 次写 /擦循环 ； 数据保留时间： 10年；全静态工作： 024MHz；三级程序存储器锁定； 128*8B 内部 RAM； 32 个可编程 I/O 口线； 2 个 16 位定时 /计数器；5 个中断源；可编程串行 UART 通道； 片内震荡器和掉电模式 [6]。 AT89C51 各引脚 功能 AT89C51 提供以下标准功能： 4KB 的 Flash 闪速存储器， 128B 内部 RAM， 32个 I/O 口线，两个 16 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，片内震荡器及时钟电路，同时， AT89C51 可降至 0Hz 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，但震荡器停止工作并禁止 其他所有工作直到下一个硬件复位。 AT89C51采用 PDIP 封装形式，引脚配置如图 5 所示 [7]。 图 5 AT89C51 的引脚图 基于单片机的简易数字电压表的设计 8 AT89C51 芯片的各引脚功能为： P0 口 ： 这组引脚共有 8 条， 为最低位。 这 8 个引脚有两种不同的功能，分别适用于不同的情况，第一种情况是 89C51不带外存储器， P0 口可以为通用 I/O口使用， 用于 传送 CPU 的输入 /输出数据，这时输出数据可以得到锁存，不需要外接专用锁存器，输入数据可以得到缓冲，增加了数据输入的可靠性；第二种情况是 89C51 带片外存储器， 在 CPU 访问片外存储器时先传送片外存储器的低 8 位地址，然后传送 CPU 对片外存储器的读 /写数据。 P0 口为开漏输出，在作为通用 I/O 使用时，需要在外部用电阻上拉。 P1 口 ： 这 8 个引脚和 P0 口的 8 个引脚类似， 为最高位， 为最低位，当 P1 口作为通用 I/O 口使用时， 的功能和 P0 口的第一功能相同，也用于传送用户的输入和输出数据。 P2 口 ： 这组引脚的第一功能与上述两组引脚的第一功能相同即它可以作为通用 I/O 口使用，它的第一功能和 P0 口引脚的第二功能相配合，用于输出片外存储器的高 8 位地址，共同选中片外存储器单元，但并不是像 P0口那样传送存储器的读 /写数据。 P3 口 ： 这组引脚的第一功能和其余三个端口的第一功能相同，第二功能为控制功能，每个引脚并不完全相同，如下表 2 所示： 表 2 P3 口各位的第二功能 P3 口各位 第二功能 RXT（串行口输入） TXD（串行口输出） /INT0（外部中断 0 输入） /INT1(外部中断 1 输入 ) T0（定时器 /计数器 0的外部输入） T1（定时器 /计数器 1的外部输入） /WR（片外数据存储器写允许） /RD（片外数据存储器读 允许） Vcc为 +5V 电源线， Vss 接地。 ALE：地址锁存允许线，配合 P0 口的 第二功能使用，在访问外部存储器时，89C51 的 CPU 在 引脚线去传送 随后而来的片外存储器读 /写数据。 在不访问片外存储器时， 89C51 自动在 ALE 线上输出频率为 1/6 震荡器频率的脉冲序列。 该脉冲序列可以作为外部时钟源或定时脉冲使用。 基于单片机的简易数字电压表的设计 9 /EA:片外存储器访问选择线，可以控制 89C51使用片内 ROM 或使用片外 ROM, 若 /EA=1，则 允许使用片内 ROM, 若 /EA=0，则只使用片外 ROM。 /PSEN：片外 ROM 的选通线，在访问片外 ROM 时， 89C51 自动在 /PSEN 线上产生一个负脉冲，作为片外 ROM 芯片的读选通信号。 RST：复位线，可以使 89C51处于复位 (即初始化 )工作状态。 通常 89C51 复位有自动上电 复位和人工按键复位两种。 XTAL1 和 XTAL2：片内震荡电路输入线，这两个端子用来外接石英晶体和微调电容，即用来连接 89C51 片内 OSC(震荡器 )的定时反馈回路。 复位 电路 和时钟电路 复位电路设计 单片机在 启动运行时都需要复位，使 CPU 和系统中的其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。 MCS51单片机有一个复位引脚 RST,采用施密特触发输入。 当震荡器起振后，只要该引脚上出现 2 个机器周期以上的高电平即可确保时器件复位 [1]。 复位完成后，如果 RST 端继续保持高电平， MCS51 就一直处于复位状态，只要 RST 恢复低电平后，单片机才能进入其他工作状态。 单片机的复位方式有上电自动复位和手动复位两种，图 6 是 51系列单片机 统常用的上电复位和手动复位组合电路，只要 Vcc 上升时间不超过 1ms，它们都能很好的工 作 [1]。 图 6 复位电路 时钟电路设计 单片机中 CPU 每执行一条指令，都必须在统一的时钟脉冲的控制下严格按时间节拍进行，而这个时钟脉冲是单片机控制中的时序电路发出的。 CPU 执行一条指令的各个微操作所对应时间顺序称为单片机的时序。 MCS51单片机芯片内部有一个高增益反相放大器，用于构成震荡器， XTAL1 为该放大器的输入端， XTAL2 为该放大器输出端，但形成时钟电路还需附加其他电路 [1]。 基于单片机的简易数字电压表的设计 10 本设计系统采用内部时钟方式，利用单片机内部的高增益反相放大器，外部电路简，只需要一 个晶振和 2个电容即可，如图 7 所示。 图 7 时钟电路 电路中的器件选择可以通过计算和实验确定，也可以参考一些典型电路的参数，电路中，电容器 C1 和 C2 对震荡频率有微调作用，通常的取值范围是 30177。 10pF，在这个系统中选择了 33pF；石英晶振选择范围最高可选 24MHz，它决定了单片机电路产生的时钟信号震荡频率，在本系统。