AT89S51實現(xiàn)LED顯示數(shù)字電壓表設(shè)計
1 引言
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/172569.htm由于單片機具有簡單實用、高可靠性、良好的性能價格比以及體積小等優(yōu)點,已經(jīng)在各個技術(shù)領(lǐng)域得到了迅猛發(fā)展。數(shù)字電壓表(Digital Voltmeter)簡稱DVM,它是采用數(shù)字化測量技術(shù),把連續(xù)的模擬量(直流輸入電壓)轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。傳統(tǒng)的指針式電壓表功能單一、精度低,不能滿足數(shù)字化時代的需求,采用單片機的數(shù)字電壓表,由精度高、抗干擾能力強,可擴展性強、集成方便,還可與PC進行實時通信。目前,由各種單片A/D 轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)字電壓表,已被廣泛用于電子及電工測量、工業(yè)自動化儀表、自動測試系統(tǒng)等智能化測量領(lǐng)域,示出強大的生命力。與此同時,由DVM擴展而成的各種通用及專用數(shù)字儀器儀表,也把電量及非電量測量技術(shù)提高到嶄新水平。本設(shè)計重點介紹單片A/D 轉(zhuǎn)換器以及由它們構(gòu)成的基于單片機的數(shù)字電壓表的工作原理。
2 總體設(shè)計方案
2.1 設(shè)路計思路
按系統(tǒng)功能要求,決定控制系統(tǒng)采用AT89S51單片機,A/D轉(zhuǎn)換采用ADC0809.系統(tǒng)除能確保實現(xiàn)要求的功能外,還可以方便地進行其功能的擴展。本文采用AT89S51作為核心元件,AT89S51是一個低功耗,高性能CMOS 8位單片機,片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造,兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu),芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元,功能強大的微型計算機的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。
采用NS公司的分辨率為8位的逐次比較型的高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809,ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及微處理機兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器,可以和單片機直接接口。把采取的電壓進行處理然后通過單片機的P口送到單片機然后經(jīng)過程序處理,由LED電路把電壓數(shù)值顯示出來。單片機加上外圍的串口顯示電路由74LS245和數(shù)碼管三極管組成。
器件采用ATMEL公司的高密度,非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn),兼容標準8051指令系統(tǒng)及引腳。它集Flash程序存儲器,既可在線編程(ISP)也可用傳統(tǒng)方法進行編程及通用8位微處理器于單片芯片中,ATMEL公司的功能強大,低價AT89s51單片機可為您提供許多高性價比的應(yīng)用場合,可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。
2.2 設(shè)計方框圖
圖1 數(shù)字電壓表系統(tǒng)設(shè)計方案
3 設(shè)計原理分析
3.1 單片機AT89S51
AT89S51單片機是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗,高性能CMOS 8位單片機,片內(nèi)含4K bytes的可系統(tǒng)編程的Flash只讀程序存儲器,器件采用ATMEL公司的高密度,非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn),兼容標準8051指令系統(tǒng)及引腳。它集Flash程序存儲器,既可在線編程(ISP)也可用傳統(tǒng)方法進行編程及通用8位微處理器于單片芯片中,ATMEL公司的功能強大,低價AT89S51單片機可為您提供許多高性價比的應(yīng)用場合,可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。
3.2 AT89S51的特點
40個引腳,4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器,128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM),32個外部雙向輸入/輸出(I/O)口,5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷,2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口,看門狗(WDT)電路,片內(nèi)時鐘振蕩器 此外,AT89S51設(shè)計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式??臻e模式下,CPU暫停工作,而RAM定時計數(shù)器,串行口,外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作,掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù),停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式,以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。
主要特性在:
● 與MCS-51單片機產(chǎn)品兼容
● 4K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器
● 1000次擦寫周期
● 全靜態(tài)工作:0Hz-33MHz
● 32個可編程I/O口線
● 2個16位定時器/計數(shù)器
● 6個中斷源
● 全雙工UART串行通道
● 低功耗空閑和掉電模式
● 掉電后中斷可喚醒
● 看門狗定時器
● 雙數(shù)據(jù)指針
● 靈活的ISP編程(字或字節(jié)模式)
● 4.0---5.5V電壓工作范圍
3.3 ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)
八路數(shù)字電壓表主要利用A/D轉(zhuǎn)換器,處理過程是先用A/D轉(zhuǎn)換器對各路電壓值進行采樣,得到相應(yīng)的數(shù)字量,再按數(shù)字量與模擬量成正比關(guān)系運算得到對應(yīng)的模擬電壓值,然后把模擬值通過顯示器顯示出來。設(shè)計時假設(shè)待測的輸入電壓為八路,電壓值的范圍為0~5V,要求能在4位LED數(shù)碼管上輪流顯示或單路選擇顯示。測量的最小分辨率為0.0119V,c測量誤差為±0.02V。
ADC0809是8路8位ADC芯片,片內(nèi)有8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼、256電阻梯形網(wǎng)絡(luò)、電子開關(guān)樹、逐次逼近寄存器、比較器和3態(tài)輸出鎖存器等,特別適合與微機接口。時鐘頻率=1.26MHz,轉(zhuǎn)換時間=100μs,轉(zhuǎn)換誤差≤±1LSB,內(nèi)含8路數(shù)據(jù)選擇器以便進行8路ADC。8路8位2進制碼LSTTL電平輸出,28腳封裝。ADC0809多路開關(guān)可選通8個模擬通道,允許8路模擬量分時輸入,共用A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量,當OE端為高電平時,才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。
圖2 ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)
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