基于51单片机的高精度数字电压表的设计(编辑修改稿)

基于51单片机的高精度数字电压表的设计(编辑修改稿)内容摘要：

D D1（ 1 1 1 1 20脚）每一位驱动信号分别输出一个正脉冲信号，脉冲宽度为 200 个时钟周期，其中 D5对应万位选通，以下依次为千、百、十、个位。 在正常输入情况下， D5D1 输出连续脉冲。 当输入电压过量程时， D5D1 在 AZ 阶段开始时只分别输出一个脉冲，然后都处于低电平，直至 DE 阶段开始时才输出连续脉冲。 利用这个特性，可使得显示器件在过程时产生一亮一暗的直观现象。 (h)B B B B1（ 1 1 1 13脚）该四端为转换结果 BCD 码输出，采用动态扫描输出方式，即当位选信号 D5=“1” 时，该四端的信号为万位数的内容， D4=“1”时为千位数内容，其余依次类推。 在个、十、百、千四位数的内容输出时， BCD 码范围为 00001001，对于万位数只有 0 和 1 两种状态，所以其输出的 BCD 码为 “0000” 和“0001”。 当输入电压过量程时，各位数输出全部为零，这一点在使用时应注意。 最后还要说明一点，由于数字部分以 DGNG 端作为接地端，所以所有输出端输出电平以 DGNG 作为相对参考点。 基准电压，基准电压的输入必须对 于模拟公共端 COM 是正电压。 [4的介绍 LM317 是美国国家半导体公司的三端可调稳压器集成电路。 国内和世界各大集成电路生产商均有同类产品可供选用，是使用极为广泛的一类串连集成稳压器。 LM317 的输出电压范围是 至 37V，负载电流最大为。 它的使用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。 此外它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好。 LM317 内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。 通常 LM317 不需要外接电容，除非输入滤波电容到 LM317 输入端的连线 超过 6 英寸（约 15 厘米）。 使用输出电容能改变瞬态响应。 调整端使用滤波电容能得到比标准三端稳压器高的多的纹波抑制比。 LM317 能够有许多特殊的用法。 比如把调整端悬浮到一个较高的电压上，可以用来调节高达数百伏的电压，只要输入输出压差不超过 LM317 的极限就行。 当然还要避免输出端短路。 还可以把调整端接到一个可编程电压上，实现可编程的电源输出。 LM317 塑料封装外壳如图 36 所示。 设计说明书（论文） 第 15 页 共 39 页 36 封装外壳 它主要特性 : （ 1）可调整输出电压低到。 （ 2）保证 输出电流。 （ 3）典型线性 调整率 %。 （ 4）典型负载调整率 %。 （ 5） 80dB 纹波抑制比。 （ 6）输出短路保护。 （ 7）过流、过热保护。 （ 8）调整管安全工作区保护。 （ 9）标准三端晶体管封装。 （ 10） 至 37V 连续可调。 [4]的功能 （介绍） 与应用 TL431， A、 B 集成电路是三端可编程并联稳压二极管。 这些单片集成电路电压基准如同低温度系数齐纳管一样运行，通过 2 个外部电阻可从 Vref 编程至 36V。 这些器件显示出宽工作电流范围，在典型动态电阻 欧姆时为 mA 至 100mA。 这些 基准的特性使他们能在数字电压表、电源和运放电路等许多应用中 代替齐纳二极管。 参考从 逻辑电源可方便地获得稳定参考电压。 由于 TL431,A、 B工作方式为并联稳压器，所以可以用作正压或负压参考。 TL431 塑料封装外壳如图 37所示。 设计说明书（论文） 第 16 页 共 39 页 图 37 塑料封装外壳及符号 管脚 （ 1） 可编程输出电压，达 36V。 （ 2） 电压参考源误差： 典型 +/%@25 摄氏度。 （ 3） 低动态输出阻抗，典型为 欧姆。 （ 4） mA 至 100 mA 的灌电流能力。 （ 5） 典型值为 50PPM/摄氏度的等效全范围温度系数。 （ 6） 在整个额定工作温度范围内可进行工作温度补偿。 （ 7） 低输出噪声电压。 TL431 为用于多方面的可编程精密参考。 在需要非标准参考电压的电路中它可作为参考电压。 其它用途 包括驱动电压监视器、恒流源、横流宿、串联稳压器和电源中的光耦合器的反馈控制。 在每一项上述应用中在各种工作电流和负载电容情况下保持器件的稳定性相当关键。 有些情况下，电路设计者可以从图 38 提供的稳定性边界条件曲线估计出稳定电容。 然而这些曲线仅提供在指 定阴极电压和指定负载条件下的稳定性信息。 需要更多的信息以确定优化相位余量或允许处理偏差所需的电容。 设计说明书（论文） 第 17 页 共 39 页 图 38稳定性边界条件 [3]的功能介绍 LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器， 适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与 电源电压无关。 它的使用范围包括传感放大器、直流增益模组 ,音频放大器、工业控制、 DC增益部件和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。 LM358 的封装形式有塑封 8 引线双列直插式 和贴片式，内部结构图如图 39所示。 设计说明书（论文） 第 18 页 共 39 页 图 39 LM358内部结构 LM358 有以下几个特性 : (1) 内部频率补偿。 (2) 直流电压增益高 (约 100dB)。 (3) 单位增益频带宽 (约 1MHz)。 (4) 电源电压范围宽：单电源 (3— 30V)；双电源 (177。 一177。 15V)。 (5) 低功耗电流，适合于电池供电。 (6) 低输入偏流。 (7) 低输入失调电压和失调电流。 (8) 共模输入电压范围宽，包括接地。 (9) 差模输入电压范围宽，等于电源电压范围。 [9]功能介绍 设计说明书（论文） 第 19 页 共 39 页 74LS74 是一个边沿触发器数字电路 器件，每个器件中包含两个相同的、相互独立的边沿触发 D触发器电路模块。 如图 310所示。 31074LS74内部逻辑图 控制部分的设计 STC89C51 单片机的结构 [8] 框图 STC89C51内部结构框图如图 311。 内部 中断 中断控制 外部中断 CPU OSC E—— A—— ALE P—— S—— E—— N—— 程序存贮器 4K 字节 ROM 总线 控制 P0 P1 P2 P3 数据存贮器 128字 节 RAM 4 8 I/O 口 TXD RXD 串行口 外部计 数脉冲 定时器 1 定时器 0 设计说明书（论文） 第 20 页 共 39 页 图 311 STC89C51内部结构框图 [14] STC89C51 是双列制插封装形式的器件，其引脚图如图 312所示。 STC89C51 的引脚 P00～ P0 P10～ P1 P20～ P2 P30～ P37为四个 8 位并行输入 /输出口，其中 P3口、 P0 口、 P2口为双功能口，可以作为普通输入 /输出口（第一功能），也可以作为特殊输入 /输出口。 RST 为复位输入线， ALE、 P—— S—— E—— N—— 、 E—— A—— 为系统扩展控制线， XTAL1 和 XTAL2 为时钟电 路输入 /输出线， VCC、 VSS 为电源输入线，一般接＋ 5V和地。 STC89C51 单片机 最小 系统 [7] 最小系统包括单片机的基本供电、时钟电路和复位电路。 时钟电路是计算机的心脏，它控制着计算机的工作节奏。 STC89C51 单片允许的时钟频率的典型值 12MHZ，也可以是 6MHZ。 本设计采用 12MHZ。 单片机时钟电路图如图 313 图 313 单片机时钟电路 图 313 中晶振频率选择 12MHZ。 接到晶振两端的瓷片电容作用是使振荡器起振和对 f 微调补偿，典型值为 30PF，本设计中选用 20PF 瓷片电容。 当单片机加电以后延迟约 10ms 的时间振荡器起振产生时钟，不受软件控制（ XTAL2 输出幅度为 3V 左右的正弦波。 计算机在启 动运行时都需要复位，使中央处理器 CPU 和系统中的其它部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。 单片机的复位引脚是 RST，当振荡器起振图 312 STC89C51引脚 图 设计说明书（论文） 第 21 页 共 39 页 后，该引脚上出现 2个周期的高电平，是器件复位，只要 RST 保持高电平，单片机保持复位状态。 单片机复位方式有二种：上电复位（如图 314）、人工复位（如图 315）。 图 314 上电复位电路 图 315 上电复位和开关复位 注： RST与 Vss之间的那个电阻在 NMOS型单片机种需要接，但是在 CMOS型单片机中不接。 其中电容一般为 10UF 的电解电容。 单片机最小系统连接原理图 本设计的 STC89C51 单片机最小系统原理图 [6]如图 316。