基于单片机的数字电压表设计课设报告

基于单片机的数字电压表设计课设报告内容摘要：

和处理器控制变得更加方便。 通过 DI 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。 其主要特点有： （ 1） 8 位分辨率，逐次逼近型，基准电压为 5V； （ 2） 5V 单电源供电； （ 3）输入模拟信号电压范围为 0～ 5V； （ 4）输入和输出电平与 TTL 和 CMOS 兼容； （ 5）在 250KHZ 时钟频率时，转换时间为 32us； （ 6）具有两个可供选择的模拟输入通道； （ 7）功耗低， 15mW。 ADC0832 外部引脚及其说明 ADC0832有 DIP 和 SOIC两种封装， DIP封装的 ADC0832引脚排列如图 3所示。 各引脚说明如下： CS—— 片选端，低电平有效。 CH0， CH1—— 两路模拟信号输入端。 DI—— 两路模拟输入选择输入端。 DO—— 模数转换结果串行输出端。 CLK—— 串行时钟输入端。 Vcc/REF—— 正电源端和基准电压输入端。 GND—— 电源地。 单片机对 ADC0832 的控制原理 一般情况下 ADC0832与单片机的接口应为 4条数据线，分别是 CS、 CLK、 DO、DI。 但由于 DO端与 DI端在通信时并未同时有效并与单 片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将 DO和 DI 并联在一根数据线上使用。 当 ADC0832未工作时其 CS输入端应为高电平，此时芯片禁用， CLK 和 DO/DI 的电平可任意。 当要进行 A/D转换时，须先将 CS端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。 此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端 CLK提供时钟脉冲， DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。 在第 1个时钟脉冲到来之前 DI端必须是高电平，表示启动位。 在第 3个时钟脉冲到来之前 DI端应输入 2位数据用于选择通 图 3 ADC0832 引脚图 7 道功能，其功能项见表 2。 表 2 ADC0832配置位 输入形式 配置位 选择通道 CH0 CH1 CHO CH1 差分输入 0 0 + 0 1 + 单端输入 1 0 + 1 1 + 如表 2所示，当配置位 2位数据为 0时，只对 CH0 进行单通道转换。 当配置2位数据为 1时，只对 CH1进行单通道转换。 当配置 2位数据为 0、 0时，将 CH0作为正输入端 IN+， CH1作为负输入端 IN进行输入。 当配置 2位数据为 0、 1时，将CH0作为负输入端 IN， CH1 作为正输入端 IN+进行输入。 LED 显示模块 LED 基本结构 LED 是发光二极管显示器的缩写。 LED 显示器是由若干个发光二极管组成显示字段的显示器件。 在单片机中使用最多的是七段数码显示器。 如图 4 所示。 图 4 LED 引脚排列 LED 七段数码显示器由 8个发光二极管组成显示字段，其中 7个长条形的发光二极管排列成“日”字形，另一个圆点形的发光二极管在显示器的右下角作为显示小数点用，其通过不同的组合可用来显示各种数字。 LED 显示器的选择 在应用系统中，设计要求不同，使用的 LED 显示器的位数也不同，因此就生产了位数，尺寸，型号不同 的 LED 显示器供选择，在本设计中，选择 4位一体的数码型 LED 显示器，简称“ 4LED”。 本系统中前一位显示电压的整数位，即个位，后一位显示电压的小数位。 4LED 显示器引脚如图 5所示，是一个共阳极接法的 4位 LED 数码显示管，8 其中 a， b， c， d, e， f， g 为 4 位 LED 各段的公共输出端， 4 分别是每一位的位数选端， dp 是小数点引出端， 4 位一体 LED 数码显示管的内部由 4个单独的 LED 组成，每个 LED 的段输出引脚在内部都并联后，引出到器件的外部。 图 5 4 位 LED 引脚 对于这种结构的 LED 显示器 ，它的体积和结构都符合设计要求，由于 4 位LED 阳极的各段已经在内部连接在一起，所以必须使用动态扫描方式（将所有数码管的段选线并联在一起，用一个 I/O 接口控制）显示。 LED 译码方式 译码方式是指由显示字符转换得到对应的字段码的方式，对于 LED 数码管显示器，通常的译码方式有硬件译码和软件译码方式两种。 硬件译码是指利用专门的硬件电路来实现显示字符码的转换。 软件译码就是编写软件译码程序，通过译码程序来得到要显示的字符的字段码，译码程序通常为查表程序。 本设计系统中为了简化硬件线路设计， LED 译码 采用软件编程来实现。 由于本设计采用的是共阳极 LED，其对应的字符和字段码如下表 3所示。 表 3 共阳极字段码表 显示字符 共阳极字段码 0 0x03H 1 0x9fH 2 0x25H 3 0x0dH 4 0x99H 5 0x49H 6 0x41H 7 0x1fH 8 0x01H 9 0x09H 9 3 设计方案 设计要求 （ 1）选用 51 系列单片机，在单片机的作用下组成一个简单的直流数字电压表。 （ 2）能 监测两路的输入电压值 ，测量范围为 05V 的输入电压 值。 （ 3） 用 8 位串行 A/D 转换器， 8 位分辨率，逐次逼近型，基准电压为 5伏。 （ 4）能 用两位 LED 进行轮流显示或单路选择显示，显示精度 伏，并通过串口通信在 PC 机上进行显示。 整体设计方案 硬件电路设计由 6 个部分组成。 A/D 转换电路， AT89C51 单片机系统， LED显示系统、时钟电路、复位电路以及测量电压输入电路。 硬件电路设计框图如图6所示。 图 6 数字电压表系统硬件设计框图 测量的模拟电压输入后经过 A/D 转换，变成数字量，输入进单片机，然后又控制 LED 显示出电压值。 详细电 路设计 详细电路都是先在 Proteus 软件里做仿真，然后再进行的实际电路连接。 复位电路 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。 当震荡器起震后，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。 如图 7 所示。 10 图 7 复位电路设计 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 7 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。 时钟电路 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。 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 8所示。 图 8 时钟电路设计 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，在本系统中是 ，因11 而时钟信号的震荡频率为。 LED 显示系统电路 由于单片机的并行口不能直接驱动 LED 显示器，所以，在一般情况下，必须采用专用的驱动电路芯片，使之产生足够大的电流，显示器才能正常工作。 如果驱动电路能力差，即负载能力不够时，显示器亮度就低，而且驱动电路长期在超负荷下运行容易损坏，因此， LED 显示器的驱动电路设计是一个非常重要的问题。 我们设计的电路图如图 9 所示。 图 9 LED 显示系统电路设计 为了简化数字式直流电压表的电路设计，在 LED 驱动电路的设计上，可以利用单片机 P0 口上外接的上拉电阻来实现，即将 LED 的 AG 段显示引脚和 DP小数点显示引脚并联到 P0 口与上拉电阻之间，这样，就可以加大 P0 口作为输出口的驱动能力，使得 LED 能按照正常的亮度显示出数字。