8路输入模拟信号数值显示器的设计毕业设计论文(编辑修改稿)

8路输入模拟信号数值显示器的设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

图 31 内部时钟方式 外接石英 晶 体 (或陶瓷谐振器 )及电容 C1, C2 接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。 对外接电容 C1, C2 虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性，如果使用石英 晶 体，我们推荐电容使用 30pF 士 10pF，而如使用陶瓷谐振器建议选择 40pF 士 l0pF。 方案二：外部 时钟方式，如图 32 8路输入模拟信号数值显示器的设计 5 图 32 外部 时钟方式 外部振荡器信号的接法与芯片类型有关。 CMOS 工艺的 MCU 其 XTAL1 端接外部时钟信号， XTAL2 端可悬空。 HMOS 工艺的 MCU 则 XTAL2 端接外部时钟信号， XTAL1 端须接地。 由于外部时钟方式 常用于多片单片机同时工作 ，以便于各单片机同步。 所以时钟电路采取内部时钟方式。 数据采集 模块 的 分析与 选择 根据设计要求，该设计需要对 8路模拟信号进行采样，并且最小分辨率为。 a 转换原理的选择 随着大规模集成电路技术的迅速发展， A/D 转换器新品不断推出。 按工作方式原理分， ADC 的主要种类有：逐次逼近式 和 双积分式。 方案一：逐次逼近式 ADC 的转换原理 8路输入模拟信号数值显示器的设计 6 图 33 是逐次逼近式 ADC 的工作原理图。 由图可见， ADC 由比较器、 D/A 转换器 、逐次逼近寄存器和控制逻辑组成。 图 33 逐次逼近 式 ADC 原理图 在时钟脉冲的同步下，控制逻辑先使 N 位寄存器的 D7 位置 1（其余位为 0）。 此时该寄存器输出的内容为 80H，此值经 DAC 转换为模拟量输出为 VN， 与待转换的模拟输入信号 VIN相比较，若 VIN大于等于 VN，则比较器输出为 1。 于是在时钟脉冲的同步下，保留 D7=1，并使下一位 D6=1，所得新值（ C0H）再经 DAC 转换得到新的 VN，再与 VIN比较，重复前述过程。 反之，若使 D7=1 后，经比较，若 VIN小于 VN，则使 D7=0， D6=1，所得新值 VN再与 VIN比较，重复前述过程。 以此类推，从 D7 到 D0 都 比较完毕，转换便结束。 转换结束时，控制逻辑使 EOC 变为高电平，表示 A/D 转换结束，此时的 D7~D0 即为对应于模拟输入信号 VIN的数字量。 方案二：双积分式 ADC 的转换原理 图 34 是双积分式 A/D 转换器。 D/ A转 换器锁存缓存器N位 寄存器控制逻辑V INV NSTARTEOCV REFOE数据输出 8路输入模拟信号数值显示器的设计 7 图 34 双积分式 A/D 转换器 图 35 是双积分式 ADC 的工作原理图。 控制逻辑先对未知的输入模拟电压 VIN进行固定时间 T 的积分，然后转为对标准电压进行反向积分，直至积分输出返回起始值。 对标准电压的积分时间 t2（或 t2’）正比于模拟输入电压 VIN。 输入电压大，则反向积分时间长。 用高频率标准时钟 脉冲来测量积分时间 t2（或 t2’），即可得到对应于模拟电压 VIN的数字量。 图 35 双积分式 ADC 工作原理 b 转换时间的选择 转换速度是指完成一次 A/D 转换所需时间的倒数，是一个很重要的指标。 A/D转换器型号不同，转换速度差别很大。 通常， 8 位逐次比较式 ADC 的转换时间为100us 左右。 由于本系统的控制时间允许， 可选 8 位逐次比较式 A/D 转换器。 8路输入模拟信号数值显示器的设计 8 c ADC 位数的选择 A/D 转换器的位数决定着信号采集的精度和分辨率。 对于该 8 个通道的输入信号， 8 位 A/D 转换器，其精度为 8 %2  输入为 0～ 5V时，分辨率为 85 0 .0 1 9 61122FsN Vv  Fsv — A/D 转换器的满量程值 N — ADC 的二进制位数 量化误差为 8 5 0 .0 0 9 8( 1 ) 2 ( 1 ) 222FsNQVv      ADC0809 是 TI公司生产的 8 位逐次逼近式模数转换器，包括一个 8 位的逼近型的 ADC 部分，并提供一个 8 通道的模拟多路开关和联合寻址逻辑，为模拟通道的设计提供了很 大的方便。 用它可直接将 8 个单端模拟信号输入，分时进行 A/D 转换，在多点巡回监测、过程控制等领域中使用非常广泛 ， 所以本设计中选用该芯片作为 A/D 转换电路的核心。 d ADC0809 与单片机的 接口 ADC0809 与单片机的接口 方式 是该系统的核心部分，选择好的接口 方式 是实现该系统功能的重要步骤。 方案一：经典接口方式。 ADC0809 与单片机的接口电路如图 36 所示。 8路输入模拟信号数值显示器的设计 9 图 36 ADC0809 与 MCS51 的接口电路 由于 ADC0809 无片内时钟，时钟信号可由单片机的 ALE 信号经 D 触发器二分频后获 得。 ALE 引脚得脉冲频率是 AT89C52 时钟频率的 1/6。 单片机时钟频率采用12MHz,则 ALE 输出的频率是 2MHz，二分频后为 1MHz,符合 ADC0809 对频率的要求。 由于 ADC0809 内部设有地址锁存器，所以通道地址由 P0 口的低 3 位直接与ADC0809 的 A、 B、 C 相连。 通道基本地址为 0000H～ 0007H。 其对应关系如表 31所示。 表 31 0809 输入通道地址 地址码 输入通道 C B A 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 8路输入模拟信号数值显示器的设计 10 控制信号：将 作为片选信号，在启动 A/D 转换时，由单片机的写信号和 控制 ADC 的地址锁存和启动转换。 由于 ALE 和 START 连在一起，因此ADC0809 在锁存通道地址的同时也启动转换。 在读取转换结果时，用单片机的读信号 RD 和 引脚经或非门后，产生正脉冲作为 OE 信号，打开三态输出锁存器。 方案二：简易接口方式。 ADC0809 转换的必要条件就是 CLOCK 引脚得到一个能 够正常工作的时钟脉冲，以经典接口方式来看，是由单片机的 ALE 引脚经分频器给 CLOCK 一个时钟脉冲，通过硬件电路直接给 CLOCK 引脚一个时钟脉冲。 所以，只要能让 ADC0809的 CLOCK 引脚得到一个能够工作的时钟脉冲，那么 A/D 转换也就基本能实现。 但是直接利用单片机的任意的一个 I/O 口与 CLOCK 引脚连接，通过软件编程的方法给 CLOCK 引脚送入一个时钟脉冲，那么 ADC0809 也就可以满足 A/D 转换的必要条件了。 这样，不仅可以节省了器件，而且又不会出现因为硬件问题而产生错误。 所以，方案二成为该设计首选的 ADC0809 与单片机接口的方式。 数据显示模块分析 与 选择 用单片机作为这一控制系统的核心，接 收 来自 ADC0809 的数据，经处理后通过串口传送，由于系统功能简单，单片机通过与 LED 数码显示器相连，驱动 LED显示器显示相应通道采集到的数据。 要求 最大显示数值为 255，并且要对 8 个通道进行轮流显示，所以需要 4 个 LED数码管对其进行显示， 1 个显示通道数，其余 3 个显示采样值。 用单片机驱动 LED 数码管有很多方法，按译码方式可分 为 硬件译码和软件译码 ； 按显示方式 可 分 为 静态显示和动态（扫描）显示。 a 译码方式 方案一：硬件译码 硬件译码就是显示的段码完全由硬件完成， CPU只要送出标准的 BCD 码即可，硬件接线有一定标准。 方案二：软件译码 软件译码是用软件来完成硬件的功能，接线灵活，显示段码完全由软件来处理，是目前常用的显示驱动方式。 8路输入模拟信号数值显示器的设计 11 由于采样信号非固定值，所以采用软件译码 方式 对 LED 数码管进行显示驱动。 b 显示方法 方案一：静态显示 静态显示，显示驱动电路具有输出锁存功能，单片机将所要显示的数据送出 后停止传送 ，直到下一次显示数据需要更新时再传送一次数据。 编程容易，管理简单，显示亮度高，显示数据稳定，占用很少的 CPU 时间。 但引线多，线路复杂，硬件成本高。 方案二：动态显示 动态显示 就是一位一位地轮流点亮显示器的各个位（扫描）。 对于显示器的每一位而言，每隔一段时间点亮一次， 需要 CPU 时刻对显示器件进行数据刷新，显示数据会有闪烁感，占用的 CPU时间多。 这两种显示方式各有利弊；静态显示虽然数据稳定，占用很少的 CPU 时间，但每个显示单元都需要单独的显示驱动电路，使用的硬件较多；动态显示虽然有闪烁感，占用的 CPU时间多，但使用的硬件少，能节省线路板空间。 当显示装置中有多个多段 LED 时，通常采用动态扫描驱动电路，节省开销。 所以采用动态显示方式对 LED 数码管进行显示控制。 系统各个模块的最终方案 经 上述一系列的 理论分析，本系统 最终 采用 AT89C52单片机， 数据采集 核心采用模数转换器 ADC0809， 采 用 7段共阳 LED数码管 动态显示采集到的数据。 4 系统的硬件设计 硬件电路 各模块 简介 AT89C52 单片机 AT89C52 是美国 ATMEL 公司生产的低电 压 ,高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 8k bytes 的可反复 擦写的 Flash 只读程序存储器 （ EPROM） 和 256 bytes 的随机存取数据存储器 (RAM ),器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，与 8路输入模拟信号数值显示器的设计 12 标准 MCS51 指令系统 及 8052 产品引脚兼容 ，片内置通用 8 位中 央处理器 (CPU)和 Flash 存储单元， 功能强大 的 AT89C52 单片机可 提供许 多高性价比的应用场合，可灵活应用于各 种控制领域 a 技术指标及 功能特性 AT89C52 提供以下标准功能 :8k 字 节 Flash 闪速存储器， 256 字 节内 RAM,32 个可编程 I/O 口线， 3 个 16 位定时 /计数器，一个 6 向量两级中 断结构，一个全双工串行通信口， 片 内振荡器及时钟电路。 同时， AT89C52 可 降至 OHz 的静态逻辑操作，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，但振荡器停 止 工作并禁 止其它所有部件工作直到下一个硬件复 位。 主要 特性 参数 ： 与 MCS51 产品指令系统完全兼容 8k 字节可重擦写 Flash 闪速存储器 1000 次擦写 周期 全静态操作 :OHz24MHz 三级加密程序存储器 256*8 字节 内 部 RAM 32 个可 编程 I/O 口线 3 个 16 位定时 /计数器 8 个 中 断源 可 编程串行 UART 通道 低功耗空闲和掉电模式 b 引脚功能说明 引脚图如图 41 8路输入模拟信号数值显示器的设计 13 图 41 AT89C52 引脚图 引脚功能说明 ： Vcc： 电源电压 GND： 地 P0 口 ： PO 口是一组 8 位漏极开路型双向 I/0 口，也即地址 /数据总线复用口。 作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 逻辑门电路，对端口写 ”1”可作为高阻抗输入端用。 在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址 (低 8 位 )和数据总线复用，在访问期间激活内部上 拉电阻。 在 Flash 编程时， PO 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节校验时，要求外接上拉电阻 . Pl 口 ： P1 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P1 的输出缓冲级可驱动 (吸收或输出电流 )4 个 TTL 逻辑门电路。 对端口写 ”1”,通过内部的上拉电阻时把端口拉到高电平，此时叫一作输入口。 作输入口使用时，因。