ATS直流数字电压表设计 .docx
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1、精品名师归纳总结封面可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结作者: PanHongliang仅供个人学习基于 AT89S52的直流数字电压表设计摘要:随着电子科学技术的进展, 电子测量成为广大电子工作者必需把握的手段, 对测量的精度和功能的要求也越来越高 , 而电压的测量甚为突出 , 由于电压的测量最为普遍. 本设计在参阅了大量前人设计的数字电压表的基础上 , 利用单片机技术结合A/D 转换芯片 A/D574A 构建了一个直流数字电压表. 本文第一简要介绍可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结了设计电压表的主要方式以及单片机系统的优势。然后详细介绍了直流数字电压表的设计流程,
2、 以及硬件系统和软件系统的设计 , 并给出了硬件电路的设计细节, 包括各部分电路的走向、芯片的选择以及方案的可行性分析等 .关键词:单片机 MCU。 电压。 A/D 转换。 AD574A。 ISD1420Abstract: With the development of electronicalscientific technology,electronical measurement becamea technic that everyone of engaging electronical had to master it. Whats more, the precision is hig
3、her and higher and, the function is more and more powerful, and voltages measurement is best important. Primarily, I designed a Digital-Voltmeter use MCU technicwith A/D-switch chipAD574A base on lots of predecessor design. In this article, introduce somemethods that design Digital-Voltmeter and the
4、 advantages of use MCU system to do it on the first。 then treat the procedure of design of direct- Digital-Voltmeter,contain the hardware and software.Keywords: Micro Controller Unit。 Voltmeter 。 A/D switch 。 AD574A 。 ISD14201. 前言在电量的测量中 , 电压、电流和频率是最基本的三个被测量, 其中电压量的测量最为经常 . 而且随着电子技术的进展 , 更是经常需要测量高精度
5、的电压 , 所以数 字 电 压 表 就 成 为 一 种 必 不 可 少 的 测 量 仪 器 . 数字 电 压 表 ( DigitalVoltmeter )简称 DVM它, 是接受数字化测量技术 , 把连续的模拟量(直流或沟通输入电压)转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的外表. 由于数字式仪器具有读数精确便利、精度高、误差小、灵敏度高和辨论率高、测量速度快等特点而倍受青睐 . 本设计从各个角度分析了由单片机组成的数字电压表的设计过程及各部分电路的组成及其原理 , 并且分析了程序如何驱动单片机进而使系统运行起来的原理及方法 . 框图如下:可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结ISD1
6、420语音 芯片单片机A/D换转器AD574A模拟电压输入量控 电路程制电压显示系统总框图本设计主要分为两部分:硬件电路及软件程序. 而硬件电路又大体可分为单片机小系统电路、分压电路、 A/D 转换电路、 LED 显示电路及语音报读电路 , 各部分电路的设计及原理将会在硬件电路设计部分详细介绍。程序的设计使用C语言编程 , 利用 Keil软件对其编译和仿真 , 详细的设运算法将会在程序设计部分详细介绍 .2. 系统硬件电路设计2.1 单片机小系统电路2.1.1. 单片机芯片选择单片机接受 MCS-51系列单片机 . 由ATME公L 司生产的 AT89S52是一种低功耗、高性能 CMOS位8 微
7、把握器 , 具有8K 在系统可编程 Flash储备器. 使用Atmel 公司高密度非易失性储备器技术制造 , 与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容 . 在单芯片上, 拥有灵敏的 8 位CPU和在线系统可编程 Flash, 使得AT89S52为众多嵌入式把握应用系统供应高灵敏、有效的解决方案.AT89S52具有以下标准功能: 8k 字节Flash,256 字节RAM,32 位I/O口线, 看门狗定时器 ,2个数据指针 , 三个16 位定时器 / 计数器, 一个6向量2级中断结构 , 全双工串行口 , 片内晶振准时钟电路 . 闲暇模式下 ,CPU停止工作 , 答应RAM、定时器 / 计数器、
8、串口、中断连续工作 . 掉电爱惜方式下 ,RAM内容被储存 , 振荡器被冻结 , 单片机一切工作停止 , 直到下一个中断或硬件复位为止 . 而且, 它仍具有一个看门狗( WD)T 定时/ 计数器, 假如程序可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结没有正常工作 , 就会强制整个系统复位 , 仍可以在程序陷入死循环的时候, 让单片机复位而不用整个系统断电 , 从而爱惜你的硬件电路 .AT89S52有40个引脚 ,32 个外部双向输入 / 输出( I/O )端口, 同时内含 2个外中断口,2 个16位可编程定时计数器 ,2 个全双工串行通信口 , 片上Flash 答应程序储备器在系统可编程
9、, 亦适于常规编程器 . 其将通用的微处理器和 Flash 储备器结合在一起 , 特别是可反复擦写的 Flash 储备器可有效的降低开发成本 . 其芯片引脚图如下:图2.1_1AT89S52引脚图2.1.2. 单片机管脚说明VCC:供电电压 . GND:接的 .P0口: P0口为一个 8位漏级开路双向 I/O 口, 每脚可吸取 8TTL门流. 当P1口的管脚第一次写 1时, 被定义为高阻输入 .P0 能够用于外部程序数据储备器 , 它可以 被定义为数据 / 的址的第八位 . 在FIASH编程时 ,P0 口作为原码输入口 , 当FIASH进行校验时 ,P0 输出原码 , 此时P0外部必需被拉高
10、.P1口: P1口是一个内部供应上拉电阻的 8位双向I/O 口,P1 口缓冲器能接收输出4TTL门电流 .P1 口管脚写入 1后, 被内部上拉为高 , 可用作输入 ,P1 口被外部下拉为低电平常 , 将输出电流 , 这是由于内部上拉的缘故 . 在FLASH编程和校验时 ,P1 口作为第八位的址接收 .P2口: P2口为一个内部上拉电阻的 8位双向 I/O 口,P2 口缓冲器可接收 , 输出4个TTL门电流 , 当P2口被写“ 1”时, 其管脚被内部上拉电阻拉高 , 且作为输入 . 并因此作为输入时 ,P2口的管脚被外部拉低 , 将输出电流 . 这是由于内部上拉的缘故.P2 口当用于外部程序储备
11、器或 16位的址外部数据储备器进行存取时 ,P2 口输出的址的高八位 . 在给出的址“ 1”时, 它利用内部上拉优势 , 当对外部八位的址数据储备器进行读写时 ,P2 口输出其特别功能寄存器的内容 .P2 口在FLASH编程和校验时接收高八位的址信号和把握信号.P3口: P3口管脚是 8个带内部上拉电阻的双向 I/O 口, 可接收输出 4个TTL门电流. 当P3口写入“ 1”后, 它们被内部上拉为高电平 , 并用作输入 . 作为输入 , 由于外部下拉为低电平 ,P3 口将输出电流( ILL )这是由于上拉的缘故 .P3口也可作为 AT89S52的一些特别功能口 , 如下表所示:可编辑资料 -
12、- - 欢迎下载精品名师归纳总结P3口引脚P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6P3.7其次功能RXD(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 0外部脉冲输入) T1(定时器 1外部脉冲输入) WR(外部数据储备器写脉冲输出)RD(外部数据储备器读脉冲输出)P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些把握信号 .RST:复位输入 . 当振荡器复位器件时 , 要保持 RST脚两个机器周期的高电平常间.ALE/PRO:G 当拜望外部储备器时 , 的址锁存答应的输出电平用于锁存的址的位置字节 . 在FLAS
13、H编程期间 , 此引脚用于输入编程脉冲 . 在平常,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号 , 此频率为振荡器频率的 1/6. 因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的 . 然而要留意的是:每当用作外部数据储备器时 , 将跳过一个ALE脉冲. 如想禁止 ALE的输出可在 SFR8E的H 址上置 0. 此时, ALE 只有在执行MOVX,MOV指C令是 ALE才起作用 . 另外, 该引脚被略微拉高 . 假如微处理器在外部执行状态ALE禁止, 置位无效 ./PSEN:外部程序储备器的选通信号 . 在由外部程序储备器取指期间 , 每个机器周期两次 /PSEN有效. 但在拜望外部数据储备器时 , 这
14、两次有效的 /PSEN信号将不显现./EA/VPP:当/EA保持低电平常 , 就在此期间外部程序储备器( 0000H- FFFFH), 不管是否有内部程序储备器 . 留意加密方式 1时,/EA 将内部锁定为 RESET。当/EA端保持高电平常 , 此间内部程序储备器 . 在FLASH编程期间 , 此引脚也用于施加 12V编程电源( VPP) .XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入. XTAL2:来自反向振荡器的输出 .2.1.3. 单片机小系统电路连接电路连接图如下图:可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 2.1_2单片机小系统2.2 A/D转换器与单片机接口
15、电路2.2.1. A/D转换器芯片选择A/D 转换器是模拟量输入通道中的一个环节 , 单片机通过 A/D 转换器把输入模拟量变成数字量再处理 .随着大规模集成电路的进展 , 目前不同厂家已经生产出了多种型号的 A/D 转换器, 以中意不同应用场合的需要 . 假如依据转换原理划分 , 主要有 3 种类型, 即双积分式 A/D 转换器、逐次靠近式 A/D 转换器和并行式 A/D 转换器. 目前最常用的是双积分和逐次靠近式 .双积分式 A/D 转换器具有抗干扰才能强、转换精度高、价格廉价等优点 , 比如 ICL71XX系列等, 它们通常带有自动较零、七段码输出等功能. 与双积分相比 ,逐次靠近式 A
16、/D 转换的转换速度更快 , 而且精度更高 , 比如 ADC080、8 ADC0809等,它们通常具有 8 路模拟选通开关及的址译码、锁存电路等, 它们可以与单片机系统连接, 将数字量送单片机进行分析和显示 .本设计中 , 要求精度小于 0.1%, 就必需选用辨论率大于 8 位的芯片 , 如 10 位、12 位、14 位或 16 位 A/D 转换器, 比如 AD573、AD574A、ADC1140等. 本电路接受 AD574A.AD574A是美国 Analog Device公司在 AD574的基础上改进过的一种完全 12 位单片 A/D 转换器. 它接受逐次靠近型的 A/D 转换器, 最大转换
17、时间为 25us, 转换精度为 0.05%, 所以适合于高精度的快速转换采样系统. 芯片内部包含微处理器借口规律(有三态输出缓冲器) , 故可直接与各种类型的 8 位或者 16 位的微处理器连接 , 而无需附加规律接口电路 , 切能与 CMOS及 TTL 电路兼容 .AD574A接受 28 脚双列直插标准封装 , 其引脚图如下 :图 2.2_12.2.2. A/D转换器管脚说明A/D574A有 5 根把握线 , 规律把握输入信号有: A0:字节选择把握信号 .CE:片启动信号 ./CS:片选信号 . 当/CS=0,CE=1 同时中意时 ,AD574 才处于工作状态 , 否就工作被禁止 .R/-
18、C :读数据 / 转换把握信号 .可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结12/-8 :数据输出格式选择把握信号. 当其为高电平常 , 对应 12 位并行输出。为低电平常 , 对应 8 位输出.当 R/-C=0, 启动 A/D 转换:当 A0=0,启动 12 位 A/D 转换方式。当 A0=1,启动 8 位转换方式 .当 R/-C=1, 数据输出 ,A0=0 时, 高 8 位数据有效。 A0=1 时, 低 4 位数据有效 ,中间 4 位为 0, 高 4 位为三态 .输出信号有:STS:工作状态信号线 . 当启动 A/D 进行转换时 ,STS 为高电平。当 A/D 转换终止时为低电平 .
19、 就可以利用此线驱动一信号二极管的亮灭, 从而表示是否处于A/D 转换.其它管脚功能如下:10Vin,20Vin :模拟量输入端 , 分别为 10V 和 20V 量程的输入端 , 信号的另一端接至 AGND.DB11DB:0 12 位数字量输出端 , 送单片机进行数据处理 .REF OUT: 10V内部参考电压输出端 .REF IN :内部解码网络所需参考电压输入端 .BIP OFF :补偿校正端 , 接至正负可调的分压网络 ,0输入时调整数字输出为 0。AGND:接模拟的 . DGN:D 接数字的 .2.2.3. AD574A 与单片机接口由于对 AD574A 8、10、12 引脚的外接电路
20、有不同连接方式 , 所以 AD574A与单片机的接口方案有两种 , 一种是单极性接法 , 可实现输入信号 010V 或者 0 20V 的转换。另一种为双极性接法 , 可实现输入信号 -5 +5V 或者-10 +10V 之间转换.我们接受单极性接法 , 电路图如下 2.2_2 :图 2.2_2AD574A与单片机接口电路依据芯片管脚的原理 , 无论启动、转换仍是结果输出 , 都要保证 CE端为高电平, 所以可以将单片机的 /RD 引脚和/WR端通过与非门与 AD574A的 CE端连接起来. 转换结果分高 8 位、低 4 位与 P0 口相连, 分两次读入 , 所以 12/-8 端接的. 同可编辑资
21、料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结时, 为了使 CS、A0、R/-C 在读取转换结果时保持相应的电平 , 可以将来自单片机的把握信号经 74LS373 锁存后再接入 .CPU 可接受中断、查询或者程序延时等方式读取 AD574A的转换结果 , 本设计接受中断方式 , 就将转换终止状态 STS端接到P3.2 (外部中断 /INT0 ). 其工作过程如下:A. 当单 片机执行 对外 部数 据储备器 的写指令, 并使 CE=1,/CS=0,R/- C=0,A0=0时,进行 12 位 A/D 转换启动 .B. CPU 等待 STS状态信号送 P3.2 口, 当 STS由高电平变为低电平常 , 就
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