毕业论文)基于单片机的数字电压表的设计

毕业论文)基于单片机的数字电压表的设计内容摘要：

C2 经R2 放电，等待下一次按下复位按钮。 本设计的数字电压表采用的是按键复位方式。 （三） A/D 转换电路 A/D 转换器实际上是将模拟信号转换成数字量的装置，其转换过程主要包括采样、量化、编码三个步骤。 （ 1）采样、量化部分 采样就是周期性地测量一种连续信号或连续过程信号，测量的周期称为采样周期 Ts，采样周期的倒数称为采样频率 31 在对模拟信号进行模数转换时， A/D 转换器从启动变换到转换完成需要一定的转换。 当输入信号频率较高时，由于转换时间的存在，会造成较大的转换误差。 为了防止这种现象的产生，必须在 A/D 转换开始时将信号电平保持住。 A/D 转换器输出数字量的大小只能是某个规定的最小单位的整数倍，即必须把采样电压转化为这个最小数值单位的整数倍，这个转化过程叫做量化，所取的最小数量单位叫做量化单位，其大小等于输出的数字信号最低有效位 1 所代表的数量大小。 把量化的结果用代码表示出来称为编码。 采样保持电路能将采样后的模拟信号暂时存储起来，保持一个采样周期。 2 量化、编码部分 量化编码部分是 A/D 转换器的核心组成部分。 所谓量化，就是采用一组数码来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换为数字信号。 将采样信号转换为数字信号的过程称为量化过程。 执行量化动作的装置为 A/D 转换器。 在实际应用中，串行 A/D 转换芯片具有占用单片机的引脚资源少，可以简化单片机系统，降低成本的优点，所以串行工作方式的 A/D 转换器在单片机系统中有着广泛的应用。 其内部有一个 8 通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号， 只选通 8 个单断模拟输入信号中的一个进行 A/D 转换。 ADC0809 是最常用的 8 位 A/D 转换器，属于逐次逼近型。 ADC0809 由单一 +5V电源供电，片内带有锁存功能的 8 路模拟电子开关，可对 0～ +5V 八路的输入电压信号分时进行转换，输出具有 TTL 三态锁存缓冲器，直接与 MCS51 系列单片机数据总线相连，通过适当的外接电路，还可对 0～ +5V 的双极性模拟信号进行A/D 转换。 ADC0809 片内集成了 8 路模拟多路开关、地址锁存与译码、 8 位 A/D 转换器以及 8位三台输出锁存器四部分组成。 ADC0809内部组成结构框图 如图。 图 ADC0809 内部组成结构框图 ADC0809 双列直插式封装的引脚配置如图 所示。 图 ADC0809 引脚图 ADC0809具有 8路模拟量输入通道 IN0IN7,通过 3位地址输入端 C、B、 A 进行选择，用于选通 8 路模拟输入中的一路。 地址锁存控制端 ALE,当输入为高电平时， C、 B、 A 引脚输入的地址锁存于 ADC0809 内部的锁存器中，经内部译码电路译码选中相应 的模拟通道。 启动转换控制端 START，其上升沿用于清除 ADC 内部寄存器，下降沿用于启动控制内部逻辑，使 ADC0809 开始对输入通道的模拟量进行转换。 A/D 转换器，当开始转换时， EOC 信号为低电平，经过一段时间，转换结束，转换结束信号 EOC 输出高电平，转换结果存放于 ADC0809 内部的输出数据寄存器中。 OE 为 A/D 转换数据输出允许控制端，当 OE 为高电平时，才能打开输出三态门，将存放于输出数据锁存器中的数据通过 ADC0809的数据线 D0D7输出。 ADC0809 的时钟信号输入端 CLOCK，它的频率决定了 A/D 转换器的转换速度。 在此，它的频率不能高于 640kHz，对应的转换速度为 100us。 图 A/D 转换电路 REF（ +）和 REF（ ）是 D/A 转换器的参考电压输入线，要求 REF（ ）不得为负值， REF（ +）不得高于 Vcc,并且 1/2[REF（ +） + REF（ ） ]与 1/2Vcc之差不得大于。 Vcc 为 +5V 电源， GND 为接地端。 在连接时， ADC0809 的数据线 D0D7 端与 AT89C52 单片机的 P0 口相连接， ADC0809 的地址引 脚、地址锁存端 ALE、启动信号 START、数据输出允许控制端 OE 与 AT89C52 的 P2 口相连接，转换结束信号 EOC 与 AT89C52 的 口相连接。 时钟信号输入端 CLOCK 信号，由单片机的地址锁存信号 ALE 得到，通过软件实现。 通过 SW1 和 SW2 轻触按钮开关给单片机提供选择信号，由单片机控制ADC0809 地址输入端，选中相应的模拟通道进行测量。 ADC0809 与单片机的连接电路如图 所示。 （四）数码显示电路 数码管显示分为动态显示和静态显示两种方式。 所谓静态显示，就是当数码管显示某一个字符时，相 应的发光二极管恒定的导通或截止。 这种显示方式，优点是编程简单，显示亮度高，缺点是每一位都需要有一个 8 位输出口控制，所以占用的硬件较多，所以一般用于数码管比较少的场合。 数码管动态显示是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的 8 个显示段“ a,b,c,d,e,f,g,dp”的相同端连接在一起，另外为每个数码管的公共极 COM 增加位选通控制电路，位选通由各自独立的 I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是哪个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通 COM 端电路的控制，所以只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。 通过分时轮流控制各个 LED 数码管的 COM 端，就使各个数码管轮流受控显示。 在轮流显示过程中，每位元数码管的点亮时间为 1～ 2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极体的余辉效应，虽然实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，达到和静态显示同样的显示效果。 动态显示能够节省大量的 I/O 口，而且功耗更低。 设计的数字电压表要求可以同时测量 8 路 05V 的直流电压，测量最大分辨率为 ，并要求最高位用于显示测量电压的地址范围，所以要求数码管至少采用 4 位显示的数码管。 图 4 位共阳数码管内部引脚分布图 为了方便和减少设计的复杂度，设计采用的是 4 位共阳数码管来进行测量结果的显示，数码管的内部结构及引脚分布如图 所示。 数码管每位的8 个 LED 阳极连接到一个公共端口 COM,分别为 COM1， COM2,COM3,COM4，把每位相同位置 LED 段的阴极连接到一个公共端口，分别为 a,b,c,d,e,f,g,dp 口。 如果采 用静态显示方式，则需要 4 832 个 I/O 口，应用时必须增加扩展芯片和较多驱动器进行驱动，这将很大程度上增加了硬体电路设计的复杂性。 若采用静态显示的方式，只需要 12 个 I/O，其中 8 个 I/O 用于连接每位数码管的 8 位显示段，作为数据端口；另外 4 个 I/O 口用于连接每位数码管显示段的公共端，作为扫描端口，控制数字显示。 数码显示电路如图 所示。 图 数码管动态显示电路 四、系统的程序设计 （一）软件设计思想框图 系统上电时，初始化程序主要用来执行 70H77H 内存单元清 0 和 P2口置 0 等 准备工作。 初始化后，单片机片选 A/D 转换器，然后发出信号启动 A/D 转换，此时单片机内部定时器 /计数器也开始工作，不断扫描 A/D 转换器结束端口有无结束信号。 如果存在，则启动信号采集，对 A/D 转换器数据输出口输出的数值进行存储，定时器 /计数器重新置零，准备下一次的采集，如果没有，则。