2022年毕业设计方案单片机应用系统中模拟通道的设计方案 .pdf

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1、1 / 48 摘要本文介绍了一种基于单片机的简易数字电压表的设计。该设计主要由三个模块组成： A/D 转换模块，数据处理模块及显示模块。A/D转换主要由芯片ADC0809来完成，它负责把采集到的模拟量转换为相应的数字量在传送到数据处理模块。数据处理则由芯片AT89S52来完成，其负责把ADC0809 传送来的数字量经过一定的数据处理，产生相应的显示码送到显示模块进行显示；此外, 它还控制着ADC0809 芯片工作。该系统的数字电压表电路简单，所用的元件较少，成本低，且测量精度和可靠性较高。此数字电压表可以测量0-5V 的 1 路模拟直流输入电压值，并通过一个四位一体的 7 段数码管显示出来。关

2、键词：单片机 数字电压表 A/D 转换 AT89S52ADC0809 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 48 页2 / 48 Abstract This paper which introduces a kind of simple digital voltmeter is based on single-chip microcontroller design. The circuit of the voltage meter is mainly consisted of three mould pieces: A/D c

3、onverting mould piece, A/D converting is mainly completed by the ADC0809, it converts the collected analog data into the digital data and transmits the outcome to the manifestation controlling mould piece. Data processing is mainly completed by the AT89S52 chip, it processes the data produced by the

4、 ADC0809 chip and generates the right manifestation codes, also transmits the codes to the manifestation controlling mould piece. Also, the AT89S52 chip controls the ADC0809 chip to work. The voltmeter features in simple electrical circuit, lower use of elements, low cost, moreover, its measuring pr

5、ecision and reliability. The voltmeter is capable of measuring voltage inputs from 1 route ranging from 0 to 5 volt, and displaying the measurements though a digital code tube of 7 pieces of LED. Keywords：Single-chip microcontroller Digital voltmeter A/D converterAT89S52 ADC0809 精选学习资料 - - - - - - -

6、 - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 48 页i / 48 目录第一章绪论 11.1 数字电压表设计方案选择1 1.2 单片机的选择 1 1.2.1 内部结构的变化 2 1.2.2 功耗、封装及电源电压的发展2 1.2.3 工艺上的发展 3 1.3 以单片机为核心的嵌入式系统3 1.4 本研究课题的发展趋势3 第二章设计总体方案52.1 数字电压表的设计要求5 2.2 设计思路 5 第三章硬件电路的设计73.1 ADC0809的简介 7 3.1.1 ADC0809概述 7 3.1.2 A/D转换模块 7 3.1.3 逐次逼近型 A/D转换器原理 7 3.1.4 AD

7、C0809主要特性 8 3.1.5 内部结构 8 3.1.6 外部特性 引脚功能） 8 3.1.7 ADC0809的工作过程9 3.2 AT89S52 性能 10 3.2.1 AT89S52 主要功能 10 3.2.2 AT89S52 各引脚功能 11 3.3 复位电路和时钟电路的设计13 3.3.1 复位电路设计 13 3.3.2 时钟电路设计 14 3.4 LED 显示系统设计 14 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 48 页ii / 48 3.4.1 LED 基本结构 14 3.4.2 LED 显示器的选择 15 3

8、.4.3 LED 译码方式 16 3.5 电位器 17 3.5.1 简介 17 3.5.2 原理 17 3.6 总体电路设计 18 第四章软件设计 214.1 系统软件设计流程图21 4.2 C 语言介绍 22 4.3 系统程序代码 23 4.4 keil软件调试 26 4.4.1 软件介绍 26 4.4.2 系统概述 27 4.4.3 Keil C51单片机软件开发系统的整体结构27 4.5 仿真 27 4.5.1 软件调试 27 4.5.2 误差分析 28 4.5.3 proteus软件介绍 29 4.5.4 电路仿真 31 第五章系统调试 335.1 焊接 33 5.2 硬件调试 37

9、结论 39致谢 41参考文献 43精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 48 页1 / 48 第一章绪论在电量的测量中，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发展，更是经常需要测量高精度的电压，所以本文是以简易数字直流电压表的设计为研究内容，本系统主要包括三大模块：转换模块、数据处理模块及显示模块。其中，A/D 转换采用ADC0809对输入的模拟信号进行转换，控制核心AT89S52再对转换的结果进行运算处理，最后驱动输出装置 LED显示数字电压信号。1.1 数字电压表设计方案选择数字

10、电压表有多种的设计方法，方案是多种多样的，由于大规模集成电路数字芯片的高速发展，各种数字芯片品种多样，导致对模拟数据的采集部分的不一致性，进而又使对数据的处理及显示的方式的多样性。又由于在现实的工作生活中，电压表的测量量程范围是比较大的，所以必须要对输入电压作分压处理，而各个数据处理芯片的处理电压范围不同，则各种方案的分段也不同。由此结合设计要求选择由单片机系统及数字芯片构建。这种方案是利用单片机系统与其模数转换功能、显示模块等的结合构建数字电压表。由于单片机的发展已经成熟，利用单片机系统的软硬件结合，可以组装出许多的应用电路来。此方案的原理选用单片机的外部参考电压AREF为模数A/D）转换功

11、能的基准电压端，被测量电压输入端分别输入基准电压和被测电压。模数 A/D）转换功能将被测量电压输入端所采集到的模拟电压信号转换成相应的数字信号，然后通过对单片机系统进行软件编程，使单片机系统能按规定的时序来采集这些数字信号，通过一定的算法计算出被测量电压的值。最后单片机系统将计算好了的被测电压值按一定的时序送入显示电路模块加以显示。1.2 单片机的选择在这一设计中，我们涉及到了一个关键系统模块单片机系统模块，而目前单片机的种类是很繁多的，主要有主流的8 位单片机和高性能的32 位单片机，结合本设计各方面因素， 8 位单片机对于本设计已经是绰绰有余了，但将用哪一种类 8 的单片机呢。在这里，不得

12、不先简单的介绍一下几种常用的8 单片机。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 48 页2 / 48 单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统，具有一个完整计算机所需要的大部分部件： CPU ，内存，总线系统等。而目前常用的单片机的8 位有 51 系列单片机， AVR单片机， PIC 单片机。本设计中选用 ATmegaAVR 系列的 ATmega16 ，它是低电压、低功耗的8 位单片机，片内含16KB 的在线可编程Flash 程序存储器、 512 字节片内在线可编程EEPROM 数据存储器， 32 个 I/O 口线， 1

13、个 16 位定时 / 计数器， 2 个 8 位定时 / 计数器，片内振荡器及时钟电路。在设计中，单片机起着连接硬件电路与程序运行及存储数据的任务，一方面，它将其A/D 转换功能、显示模块和按键模块等通过I/O 口地址线和数据线连接起来；另一方面，它将用户下载的程序通过控制总线控制数据的输入输出，从而实现测电压。1.2.1 内部结构的变化单片机在内部已集成了越来越多的部件，这些部件包括一般常用的电路，例如：定时器，比较器，A/D 转换器， D /A 转换器，串行通信接口，Watchdog 电路，LCD控制器等。有的单片机为了构成控制网络或形成局部网，内部含有局部网络控制模块CAN 。例如， In

14、fineon公司的 C 505C，C515C ，C167CR ，C167CS-32FM ，81C90 。因此，这类单片机十分容易构成网络。特别是在控制，系统较为复杂时，构成一个控制网络十分有用。为了能在变频控制中方便使用单片机，形成最具经济效益的嵌入式控制系统。有的单片机内部设置了专门用于变频控制的脉宽调制控制电路。这些单片机有Fujitsu公司的 MB89850系列、 MB89860系列；Motorola 公司的 MC68HC08MR16、MR24等。在这些单片机中，脉宽调制电路有 6 个通道输出，可产生三相脉宽调制交流电压，并内部含死区控制等功能。特别引人注目的是：现在有的单片机已采用所谓

15、的三核TrCore）结构。这是一种建立在系统级芯片System on a chip）概念上的结构。这种单片机由三个核组成：一个是微控制器和DSP核，一个是数据和程序存储器核，最后一个是外围专用集成电路 ASIC）。这种单片机的最大特点在于把DSP和微控制器同时做在一个片上。把它和传统单片机结合集成大大提高了单片机的功能。这是目前单片机最大的进步之一。这种单片机最典型的有Infineon公司的TC10GP ；Hitachi公司的 SH7410 ，SH7612等。1.2.2 功耗、封装及电源电压的发展现在新的单片机的功耗越来越小，特别是很多单片机都设置了多种工作方精选学习资料 - - - - -

16、- - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 48 页3 / 48 式，这些工作方式包括等待，暂停，睡眠，空闲，节电等工作方式。现在单片机的封装水平已大大提高，随着贴片工艺的出现，单片机也大量采用了各种合符贴片工艺的封装方式出现，以大量减少体积。扩大电源电压范围以及在较低电压下仍然能工作是今天单片机发展的目标之一。目前，一般单片机都可以在3.3 5.5V 的条件下工作。而一些厂家，则生产出可以在2.26V的条件下工作的单片机。1.2.3 工艺上的发展现在的单片机基本上采用CMOS 技术，但已经大多数采用了0.6?m 以上的光刻工艺，有个别的公司，如Motorola公司

17、则已采用0.35?m 甚至是 0.25?m 技术。这些技术的进步大大地提高了单片机的内部密度和可靠性。1.3 以单片机为核心的嵌入式系统单片机的另外一个名称就是嵌入式微控制器。目前，把单片机嵌入式系统和Internet连接已是一种趋势。要实现嵌入式设备和Internet连接，就需要把传统的 Internet理论和嵌入式设备的实践都颠倒过来。为了使复杂的或简单的嵌入式设备，例如单片机控制的机床、单片机控制的门锁，能切实可行地和Internet连接，就要求专门为嵌入式微控制器设备设计网络服务器，使嵌入式设备可 Internet相连，并通过标准网络浏览器进行过程控制。EmWare公司提出嵌入式系统入

18、网的方案-EMIT 技术。这个技术包括三个主要部分：即emMicro，emGateway和网络浏览器。目前，单片机应用中提出了一个新的问题：这就是如何使 8 位、 16 位单片机控制的产品，也即嵌入式产品或设备能实现和互联网互连？ TASKING公司目前正在为解决这个问题提供了途径。该公司已把emWare的EMIT软件包和有关的软件配套集成，形成一个集成开发环境，向用户提供开发方便。嵌入互联网联盟ETIembed the Internet Consortium）正在紧密合作，共同开发嵌入式 Internet的解决方案。1.4 本研究课题的发展趋势随着微电子技术的不断发展，微处理器芯片的集成程度

19、越来越高，单片机已可以在一块芯片上同时集成CPU 、存储器、定时器计数电路，这就很容易将精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 48 页4 / 48 计算机技术与测量控制技术结合，组成智能化测量控制系统。数字电压表Digital Voltmeter）简称 DVM ，它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量直流输入电压）转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。与此同时，由DVM扩展而成的各种通用及专用数字仪器仪表，也把电量及非电量测量技术提高到崭新水平。本章重点介绍单片A/D 转换器以及由它们构成的基于单片机的数字电压表的工作

20、原目前，由各种单片A/D 转换器构成的数字电压表，已被广泛用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域，示出强大的生命力理。本设计AT89S52 单片机的一种电压测量电路, 该电路采用ADC0809本文介绍一种基于A/D 转换电路，测量范围直流 0 5V 的 4 路输入电压值，并D数码管上显示或单路选择显示。测量最小分辨率为0.019V，测量误差约为正负0.02V。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 48 页5 / 48 第二章设计总体方案2.1 数字电压表的设计要求以 MCS-52系列单片机为核心器件，

21、组成一个简单的直流数字电压表。采用 1 路模拟量输入，能够测量0-5V 之间的直流电压值。电压显示用 4 位一体的 LED数码管显示，至少能够显示两位小数。尽量使用较少的元器件。2.2 设计思路根据设计要求，选择AT89S52单片机为核心控制器件。A/D转换采用 ADC0809 实现，与单片机的接口为P1口和 P2口的高四位引脚。电压显示采用 4 位一体的 LED数码管。LED数码的段码输入 , 由并行端口 P0产生；位码输入，用并行端口P2 低四位产生。5）硬件电路设计框图如图2.1 所示。图 2.1 数字电压表系统硬件设计框图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结

22、- - - - - - -第 9 页，共 48 页6 / 48 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 48 页7 / 48 第三章硬件电路的设计3.1 ADC0809的简介3.1.1 ADC0809概述ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS 工艺 8 通道， 8 位逐次逼近式 A/D 模数转换器。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 路模拟输入信号中的一个进行A/D 转换。是目前国内应用最广泛的 8 位通用 A/D 芯片。3.1.2 A/D转换模块现实世界的物理量都是模拟量，能把

23、模拟量转化成数字量的器件称为模/ 数转换器 ，130s时钟为 500kHz 时） 4 ）单个 +5V电源供电 5 ）模拟输入电压范围0+5V，不需零点和满刻度校准。 6 ）工作温度范围为-40 +85 摄氏度 7 ）低功耗，约15mW 。3.1.5内部结构ADC0809是 CMOS 单片型逐次逼近式A/D 转换器，内部结构如图所示，它由 8 路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8 位开关树型 A/D 转换器、逐次逼近寄存器、逻辑控制和定时电路组成。3.1.6 外部特性 引脚功能）ADC0809 芯片有 28 条引脚，采用双列直插式封装，如图所示。下面说明各引脚功能。 IN0IN7：8 路模拟

24、量输入端。 2-12-8：8 位数字量输出端。顺序脉冲发生器逐次逼近寄存器ADC 电压比较器输入数字量输入电压精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 48 页9 / 48 ADDA、ADDB 、ADDC ：3 位地址输入线，用于选通8 路模拟输入中的一路 ALE ：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。 START： A/D 转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲至少 100ns 宽）使其启动脉冲上升沿使 0809 复位，下降沿启动A/D 转换）。 EOC ： A/D 转换结束信号，输出，当A/D 转换结束时，此端输出一个高电平转换

25、期间一直为低电平）。 OE ：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A/D 转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。 CLK ：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ 。 REF+ ）、REF- ）：基准电压。 Vcc ：电源，单一 +5V。GND ：地。3.1.7 ADC0809的工作过程首先输入 3 位地址，并使ALE=1 ，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通 8 路模拟输入之一到比较器。START 上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 A/D 转换，之后EOC 输出信号变低，指示转换正在进行。直到A/D转换完成， EOC 变为高电平，指示A/D 转

26、换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。转换数据的传送 A/D 转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。数据传送的关键问题是如何确认A/D 转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行传送。为此可采用下述三种方式。1）定时传送方式对于一种 A/D 转换器来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。例如 ADC0809转换时间为 128s，相当于 6MHz的 MCS-51单片机共 64 个机器周期。可据此设计一个延时子程序，A/D 转换启动后即调用此子程序，延迟时间一到，转换肯定已经完成了，接着就可进行数据传

27、送。 2 ）查询方式精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 48 页10 / 48 A/D转换芯片由表明转换完成的状态信号，例如ADC0809的 EOC 端。因此可以用查询方式，测试EOC的状态，即可确认转换是否完成，并接着进行数据传送。 3 ）中断方式把表明转换完成的状态信号. 拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash (2. 晶片内部具时钟振荡器 . 内部程序存储器 . 内部数据存储器 .32 个可编程 I/O 口线(6.8 个中断向量源(7. 三个 16 位定时器 / 计数器精选学习资料 - - - - -

28、 - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 48 页11 / 48 (8. 三级加密程序存储器AT89S52各引脚功能(9. 全双工 UART 串行通道3.2.2 AT89S52 各引脚功能VCC ：AT89S52电源正端输入，接 +5V。VSS ：电源地端。XTAL1 ：单芯片系统时钟的反相放大器输入端。XTAL2 ：系统时钟的反相放大器输出端，一般在设计上只要在 XTAL1 和XTAL2 上接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了，此外可以在两引脚与地之间加入一 20PF 的小电容，可以使系统更稳定，避免噪声干扰而死机。RESET ：AT89S52的重置引脚，高

29、电平动作，当要对晶片重置时，只要对此引脚电平提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间，AT89S51便能完成系统重置的各项动作，使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态，并且至地址0000H处开始读入程序代码而执行程序。EA/Vpp：EA为英文 External Access的缩写，表示存取外部程序代码之意，低电平动作，也就是说当此引脚接低电平后，系统会取用外部的程序代码存于外部 EPROM 中）来执行程序。因此在8031 及 8032 中，EA 引脚必须接低电平，因为其内部无程序存储器空间。如果是使用 8751 内部程序空间时，此引脚要接成高电平。此外，在将程序代码烧录至8751 内部

30、EPROM 时，可以利用此引脚来输入 21V的烧录高压 Vpp）。ALE/PROG ：ALE 是英文 Address Latch Enable的缩写，表示地址锁存器启用信号。 AT89S52可以利用这支引脚来触发外部的8 位锁存器 如 74LS373 ），将端口 0 的地址总线 A0A7）锁进锁存器中，因为AT89S52是以多工的方式送出地址及数据。平时在程序执行时ALE 引脚的输出频率约是系统工作频率的1/6 ，因此可以用来驱动其他周边晶片的时基输入。此外在烧录8751 程序代码时，此引脚会被当成程序规划的特殊功能来使用。PSEN ：此为 Program Store Enable的缩写，其意

31、为程序储存启用，当8051被设成为读取外部程序代码工作模式时EA=0 ），会送出此信号以便取得程序代码，通常这支脚是接到EPROM 的 OE脚。AT89S52可以利用 PSEN 及 RD引脚分别启用存在外部的RAM与 EPROM，使得数据存储器与程序存储器可以合并在一起而共用 64K的定址范围。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 48 页12 / 48 PORT0P0.0 P0.7）：端口 0 是一个 8 位宽的开路汲极 Open Drain）双向输出入端口，共有8 个位， P0.0 表示位 0，P0.1 表示位 1，依此

32、类推。其他三个I/O 端口P1、P2、P3）则不具有此电路组态，而是内部有一提升电路，P0 在当做 I/O 用时可以推动 8 个 LS 的 TTL负载。如果当 EA引脚为低电平时 即取用外部程序代码或数据存储器），P0 就以多工方式提供地址总线A0A7）及数据总线D0D7）。设计者必须外加一锁存器将端口0 送出的地址栓锁住成为A0A7，再配合端口2 所送出的 A8A15 合成一个完整的16 位地址总线，而定址到64K的外部存储器空间。PORT2P2.0 P2.7）：端口 2 是具有内部提升电路的双向I/O 端口，每一个引脚可以推动 4 个 LS 的 TTL负载，若将端口2 的输出设为高电平时，

33、此端口便能当成输入端口来使用。 P2除了当作一般 I/O 端口使用外，若是在AT89S52扩充外接程序存储器或数据存储器时，也提供地址总线的高字节A8A15，这个时候P2便不能当作 I/O 来使用了。PORT1P1.0 P1.7）：端口 1 也是具有内部提升电路的双向I/O 端口，其输出缓冲器可以推动4 个 LS TTL 负载，同样地若将端口1 的输出设为高电平，便是由此端口来输入数据。如果是使用8052 或是 8032 的话， P1.0 又当做定时器2的外部脉冲输入脚，而P1.1 可以有T2EX 功能，可以做外部中断输入的触发脚位。PORT3P3.0 P3.7）：端口 3 也具有内部提升电路

34、的双向I/O 端口，其输出缓冲器可以推动4 个 TTL 负载，同时还多工具有其他的额外特殊功能，包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部数据存储器内容的读取或写入控制等功能。其引脚分配如下：P3.0：RXD ，串行通信输入。P3.1：TXD ，串行通信输出。P3.2：INT0，外部中断 0 输入。P3.3：INT1，外部中断 1 输入。P3.4：T0，计时计数器 0 输入。P3.5：T1，计时计数器 1 输入。P3.6：WR ：外部数据存储器的写入信号。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 48 页13 / 48 P3

35、.7：RD ，外部数据存储器的读取信号。 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时间。 ALE/PROG ：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，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。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。此时， ALE只有在执行MOVX ，MOVC 指令是 ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微

36、处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN ：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次 /PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN 信号将不出现。/EA/VPP： 当 /EA 保 持 低 电 平 时 ， 则 在 此 期 间 外 部 程 序 存 储 器 0000H-FFFFH ），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1 时， /EA 将内部锁定为RESET ；当/EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。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。

37、XTAL2 ：来自反向振荡器的输出3.3 复位电路和时钟电路的设计3.3.1 复位电路设计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。MCS-52单片机有一个复位引脚RST,采用施密特触发输入。当振荡器起振后，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。复位完成后，如果RST端继续保持高电平， MCS-52 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3.4 是 52系列单片机统常精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总

38、结 - - - - - - -第 17 页，共 48 页14 / 48 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。图 3.4 复位电路3.3.2 时钟电路设计单片机中 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。MCS-52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

39、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3.5 所示。图 3.5 时钟电路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3010pF，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，在本系统中选择的是12MHz ，因而时钟信号的震荡频率为12MHz 。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 48 页15 / 48 3.4 LED 显示系统设计3.4.1

40、LED 基本结构LED是发光二极管显示器的缩写。LED由于结构简单、价格便宜、与单片机接口方便等优点而得到广泛应用。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。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引脚排列如下图 3.6 所示。图 3.6 LED 引脚排列3.4.2 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

41、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“ 4-LED”。本系统中前一位显示电压的整数位，即个位，后两位显示电压的小数位。4-LED显示器引脚如图 3.7 所示，是一个共阴极接法的4 位 LED数码显示管，其中 a，b，c，e，f ，g 为 4 位 LED各段的公共输出端， 1、2、3、4 分别是1 2 3 4 5 6 7 8 a b c d f e g dpa b c e f d g dp精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 48 页16 / 48 每一位的位数选端， dp 是小数点引出端， 4

42、 位一体 LED数码显示管的内部结构是由 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 3.7 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阴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。3.4.3 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。表 3.2 共阴极字段码表显示字符共阴极字段码0 3FH 1 06H 2 5BH 3 4FH 4 66H

43、5 6DH 6 7DH 7 07H 8 7FH 9 6FH 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。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 48 页17 / 48 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阴极LED ，其对应的字符和字段码如上表3.2 所示。3.5 电位器3.5.1 简介电位器 英文： Potentiometer）是可变电阻器的一种。通常是由电阻体与转动或滑动

44、系统组成，即靠一个动触点在电阻体上移动，获得部分电压输出。电位器的作用调节电压含直流电压与信号电压）和电流的大小。电位器的结构特点电位器的电阻体有两个固定端，通过手动调节转轴或滑柄，改变动触点在电阻体上的位置，则改变了动触点与任一一个固定端之间的电阻值，从而改变了电压与电流的大小。电位器是一种可调的电子元件。它是由一个电阻体和一个转动或滑动系统组成。当电阻体的两个固定触电之间外加一个电压时，通过转动或滑动系统改变触点在电阻体上的位置，在动触点与固定触点之间便可得到一个与动触点位置成一定关系的电压。它大多是用作分压器，这时电位器是一个四端元件。电位器基本上就是滑动变阻器，有几种样式，一般用在音箱

45、音量开关和激光头功率大小调节电位器是一种可调的电子元件。用于分压的可变电阻器。在裸露的电阻体上，紧压着一至两个可移金属触点。触点位置确定电阻体任一一端与触点间的阻值。按材料分线绕、炭膜、实芯式电位器；按输出与输入电压比与旋转角度的关系分直线式电位器呈线性关系）、函数电位器呈曲线关系）。主要参数为阻值、容差、额定功率。广泛用于电子设备，在音响和接收机中作音量控制作用。3.5.2 原理从外观看，脉冲电位器与普通电位器一样都是三个引脚，但在其内部与引脚 1、2 相连的是两个长短不一的金属静片，与引脚3 相连的是一周有12 或24 个齿的金属动片。当脉冲电位器旋转时可出现四种状态：即引脚3 与引脚 1

46、相连，引脚 3 与引脚 2 及引脚 1 全相连；引脚3 与引脚 2 相连，引脚3 与引脚2 及引脚 1 全断开。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 48 页18 / 48 在实际使用中，一般将引脚3 接地作为数据输入端。而引脚1、2 作为数据输出端与单片机I/O 口相连。如图2 中所示，将引脚1 与单片机的P1.0 相连，引脚 2 与单片机的P1.1 相连。当脉冲电位器左旋或右旋时，P1.0 和 P1.1就会周期性地产生所示的波形，如果是12 点的脉冲电位器旋转一圈就会产生12 组这样的波形， 24 点的脉冲电位器就会产生

47、24 组这样的波形；一组波形或一个周期）包含了4 个工作状态。因此只要检测出P1.0 和 P1.1 的波形，就能识别脉冲电位器是否旋转是左旋还是右旋。3.6 总体电路设计经过以上的设计过程，可设计出基于单片机的简易数字直流电压表硬件电路原理图如图 3.8 所示。此电路的工作原理是： +5V模拟电压信号通过变阻器VR1分压后由 ADC0809的 IN0 通道进入 由于使用的 IN0 通道，所以 ADDA,ADDB,ADDC均接低电平），经过模/ 数转换后，产生相应的数字量经过其输出通道D0-D7 传送给 AT89S52芯片的 P1口，AT89S52负责把接收到的数字量经过数据处理，产生正确的7

48、段数码管的显示段码传送给四位LED ，同时它还通过其四位I/O 口 P2.0、P2.1、P2.2、P2.3 产生位选信号控制数码管的亮灭。此外，AT89S52还控制 ADC0809的工作。其中，单片机AT89S52通过定时器中断从P2.4 输出方波，接到ADC0809的CLOCK,P2.6发正脉冲启动A/D 转换， P2.5 检测 A/D 转换是否完成，转换完成后，P2.7 置高从 P1口读取转换结果送给LED显示出来 3 。简易数字直流电压表的硬件电路已经设计完成，就可以选取相应的芯片和元器件，利用Proteus软件绘制出硬件的原理，并仔细地检查修改，直至形成完善的硬件原理图。但要真正实现电

49、路对电压的测量和显示的功能，还需要有相应的软件配合，才能达到设计要求。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页，共 48 页19 / 48 图 3.8 简易数字电压表电路图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 23 页，共 48 页20 / 48 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 24 页，共 48 页21 / 48 第四章软件设计系统的软件设计也是工具系统功能的设计。单片机软件的设计主要包括执行软件 完成各种实质性功

50、能）的设计和监控软件的设计。单片机的软件设计通常要考虑以下几个方面的问题：1）根据软件功能要求，将系统软件划分为若干个相对独立的部分，设计出合理的总体结构，使软件开发清晰、简洁和流程合理；2）培养良好的编程风格，如考虑结构化程序设计、实行模块化、子程序化。既便于调试、链接，又便于移植和修改；3）建立正确的数学模型，通过仿真提高系统的性能，并选取合适的参数；4）绘制程序流程图；5）合理分配系统资源；6）为程序加入注释，提高可读性，实施软件工程；7）注意软件的抗干扰设计，提高系统的可靠性。4.1 系统软件设计流程图主程序先是开始，然后赋初值，本设计采用的是动态显示，所以在赋玩初值后显示程序不断被调