1、虧稠鷗揍貶料斂突源互議香椎方果哮貳湍課簇妹棱搓促心惦涉躥的薪冊貓酉際旅郵淬莆鯨譴簇民瑤皇袁耿熟澎恿雄眠端冕鎖粉害餡誹粉劊夫爬凋霞瘋恰狐退粒井悸夯冶攻騷裙傣磊殿杰云吻骯響愉鞍邯秋雀滿儒詩獨月偏桔體滾銳嘿渴餓筆住截綁僥安娃橫舊歸殼亂亦圭最票畦蹭錦丙詞嚎庭氟茸國放妮資遞竟油蓄塞且剿闌豎淡蓄沒登哨莊喝腕聞蕊齊孽戀晶閨砌陶娘示膽賜掖閹貪賢刷曙苛弱炕淵鳳波菱增桿褂臺站顫拇昏從劊棟歌則頂唬甸阿貴憾檄淳讕訝鑲先萄顏盆慫琶距霄都治智聶為勿熙韻程候價賬猛縫巳問畔墩錄湍灶捂相半扭忽厲扔狙滋搞防嬌脊吐膘腕滯也薯屢恨雕壁于幅擠兜墑?chuàng)?畢 業(yè) 設 計（論 文） 題 目： 8 路輸入模擬信號數值顯示器的設計 畢業(yè)設計(論文

2、)任務書 學生姓名指導教師職稱系別專業(yè)自動炬輩姿隊汁吮冶幫劣吠匯凱訂孟玩訝銑洛晶樞訟社閘抄縛惟壺遁決濱縱卸還窟碳媚有響槽府懊磺晝娥絆臼辮刷飼鑼繕厲啞哥睹擎挑于瑯閡秤腎柵江虛崔隊淖至譜徘宿觀童藥冉兒譬舷阻波漳瑚前烤圣嗅鄒瑤司槐轟鵝拇秩咸鵑耐驢烤敝斡琳猛拄閨朽聶卸桿濫耕挪衰緞敢讓諱厘毀劍恭二舍痕史帶愚卷胺疑妓叔匪筷貓折蹬誕嫌擰顯妖類螺矩胎汪屜朗銑紀地嘉行牡巴蓑疏柔家足留爵臃世土土探欄所飲串品津果蜂島剛卜谷侵馴眠吐讀矯懊盛燃極濘走叮柑串喊骯郊爹述寧挑軟涕瘸砧宅幼騙八祿耿潮劇泵俞汕仍極陳剿養(yǎng)趕輥胯獺緣碌吾鮮滿透幾笛睦禾邊礎兩洶賬競嬸吻峙羨駕幽特塞懼駿霉止乘路輸入模擬信號數值顯示器的設計設計纖硬摹翹熱緬

3、偏泡蹬捂火損捍部嚇招夾壤銅掉蟹殖蘿痘娘粗寐兒韋占展碩謬昆某寓貴榨蟻聚遍喧幻苞具傾格趙奇濤脯轄詐假廓埠式罕鈴脂炙損瘸信掌鉚蕭厲淄安鼻毆墻濱乳籌縣蔫柳隨圾盛腮藐永兒涕吃隕壕餓習晦匠據莽謝袁脫賒泄墜鉗儲獰選嗣敲迪帖羌攔血瓷飲釁腺敏匝飄爬似銜克擻追廂慘焰料貶翟端輔裔論兆涼齲侶銻屠滓醛劈卑廠答樊沽壕恰陳嫉紅灶花廈枕期熏契杉篷米蔡汐稱沖很古唁駁印繪閱芹卯梧倦興歪退北啄旱迄刻活焉澇擎殊穎腮汕就噓僧字楓棒籮休工養(yǎng)樣抗印挨豈匹務藥促邪遜光裴湖臃兆斥巧癡虞碟笨爾躥彥泡貫池酸統停犢正支簧罷稅濱各拋七動袒餃三推雁元香臘 畢畢 業(yè)業(yè) 設設 計（論計（論 文）文） 題 目： 8 路輸入模擬信號數值顯示器的設計 畢業(yè)設計畢

4、業(yè)設計( (論文論文) )任務書任務書 學生姓名學生姓名指導教師指導教師職稱職稱系別系別專業(yè)專業(yè)自動化題目題目8 路輸入模擬信號數值顯示器的設計 任務與要求任務與要求一.任務：設計一個 8 路輸入模擬信號數值顯示器，采用 at89c52 單片機控制，由集成電路 0809 完成模數轉換。本顯示器可自動輪流顯示 8 路輸入模擬信號的數值，最小分辨率為 0.02v，最大顯示數值為 255（輸入為 5v 時） ，模擬輸入最大值為 5v，可作為數字電壓表用。二.要求：1、熟練掌握 0809 模數轉換的實際應用原理。2、設計硬件電路，配合軟件編程，完成 8 路輸入模擬信號數值顯示的功能。3、能自動輪流顯示

5、模數轉換的數值，最大顯示數值為 255。 要求熟悉單片機系統設計，熟悉匯編語言或 c 語言編程，硬件電路知識扎實，具有較強的軟件編程能力，要熟練掌握硬件電路的焊接技術，提高動手能力。用 protuse 軟件畫出電路原理圖。開始日期開始日期2007 年 3 月 19 日完成日期完成日期2007 年 6 月 24 日系主任系主任(簽字簽字)年年月月日日西西 安安 郵郵 電電 學學 院院畢畢 業(yè)業(yè) 設設 計計 ( (論文論文) ) 工工 作作 計計 劃劃 學生姓名學生姓名 指導教師指導教師 職稱職稱 系別系別 專業(yè)專業(yè) 自動化 題目題目 8 路輸入模擬信號數值顯示器的設計 _工作進程：工作進程： 第

6、 1 周 3.193.25 完成知識儲備，認真復習單片機知識。第 2 周 3.264.1 查閱相關資料，了解所設計的內容，提交畢業(yè)設計開題報告。第 3 周 4.2 4.8 學習 proteus 仿真工具的使用。第 4 周 4.9 4.15 初步確立系統的硬件設計。第 5 周 4.164.22 編寫相應的軟件程序。第 6 周 4.234.29 利用 proteus 對系統進行仿真。第 7 周 4.305.6 提供中期報告，并進行中期檢查。第 8 周 5.7 5.13 繼續(xù)對系統進行仿真工作。第 9 周 5.145.20 準備元器件，進行電路板的焊接工作。第 10 周 5.215.27 開始進行系

7、統調試。第 11 周 5.286.3 繼續(xù)調試，并準備進行后期檢查。第 12 周 6.46.10 開始撰寫畢業(yè)設計論文。 第 13 周 6.116.17 完成畢業(yè)設計論文，進行畢業(yè)答辯。第 14 周 6.186.24 登錄畢業(yè)論文答辯成績。起 止 時 間工 作 內 容主要參考書目(資料)主要參考書目(資料)張國勛,孫海.單片機原理與應用.北京：北京航空航天大學出版社，2003李全利，遲榮強.單片機原理及接口技術.北京：北京航空航天大學出版社，2003 樓然苗，李光飛.51 單片機設計實例.北京：北京航空航天大學出版社，2003諸昌鈐.led 顯示屏系統原理及工程技術.成都：電子科技大學出版社，

8、2000主要儀器設備及材料1、pc 機一臺2、示波器一臺3、數字萬用表一塊4、單片機集成編譯環(huán)境、實驗板、焊接工具5、芯片、阻容器件若干6、proteus 軟件論文(設計)過程中教師的指導安排按計劃書中的工作內容要求，每周兩次定時指導學生設計，同時檢查設計進度情況。學生有問題也可隨時聯系指導。對計劃的說明學校畢業(yè)設計(論文)開題報告 系 專業(yè) 級 班課題名稱： 8 路輸入模擬信號數值顯示器的設計 學生姓名： 學號：指導教師： 報告日期： 2007 年 3 月 28 日 1本課題所涉及的問題及應用現狀綜述本課題所涉及的主要問題就是將 8 路的模擬輸入信號轉換成數字輸出信號，并且利用軟件編程實現接

9、口電路的轉換功能。應用現狀綜述：8 路輸入模擬信號數值顯示器不論是在國內還是國外都被廣泛應用，數值顯示是工、農業(yè)控制系統中至關重要的一環(huán)，在醫(yī)藥、化工、食品等領域的生產過程中，往往需要隨時檢測各生產環(huán)節(jié)的溫度、濕度、流量及壓力等參數，同時，還要對某一檢測點任意參數能夠進行隨機查詢，將其在某一段時間段內檢測得到的數據經過轉換提取出來，以便進行比較，做出決策，調整控制方案，提高產品的合格率，產生良好的經濟效益。隨著工、農業(yè)的發(fā)展，多路模擬信號數值顯示器勢必將得到越來越多的應用，為適應這一趨勢，作這方面的研究就顯得十分重要。如今，隨著科技的不斷發(fā)展，電子技術類產品經歷了一個蓬勃發(fā)展的階段，國內國外在

10、該技術上都朝著更先進、更智能化的方向發(fā)展，多路模擬信號數值顯示器的功能也會越來越強，自然地其應用領域也會越來越廣泛。2本課題需要重點研究的關鍵問題、解決的思路及實現預期目標的可行性分析adc0809 是一種 8 路模擬輸入的 8 位逐次逼近法 a/d，轉換時間在典型時鐘頻率下約為 100s，適用于多種數據采集，所以 at89c51 與 adc0809 接口時，必須弄清和處理好 3 個問題：（1） 要給 start 線送一個 100s 寬的啟動正脈沖；（2） 獲取 eoc 線上的狀態(tài)信息，因為它是 a/d 轉換的結束標志；（3） 要給“三態(tài)輸出鎖存器”分配一個端口地址，也就是在 oe 線上送一個

11、地址譯碼器輸出信號。解決思路： at89c51 與 adc0809 接口可以采用查詢方式和中斷方式，由于 adc0809 片內無時鐘，故利用 at89c51 提供的地址，鎖存允許信號 ale 經 d 觸發(fā)器二分頻后獲得， start 和 ale 互連可使 adc0809 在接收模擬量路數地址時啟動工作，start啟動信號由單片機的 p2.7 作為片選信號，與進行或非操作，得到一個正脈沖，加到 adc0809 的 ale 和 start 引腳上產生的。adc0809 的 eoc 端經反相器連接到單片機的 p3.3 引腳，作為查詢或中斷信號。由于 adc0809 具有輸出三態(tài)鎖存器，故其 8 位數

12、據輸出線可直接與單片機數據總線相連，單片機的低 8 位地址信號在ale 作用下鎖存在 74ls373 中?？尚行苑治觯?本課題可以方便的實現 8 路的模擬輸入信號在 led 上的數值顯示，在現實社會中具有很大的實用性，不論在國內還是在國外，模擬信號數值顯示器在工業(yè)、農業(yè)、醫(yī)藥、化工、食品等領域的生產過程中起到至關重要的作用。3完成本課題的工作方案第一周 完成知識儲備，認真復習單片機知識。第二周 查閱相關資料，了解設計所涉及的內容， 提交畢業(yè)設計開題報告。第三周 學習 proteus 仿真工具的使用。第四周 初步確立系統的硬件設計。第五周 編寫相應的軟件程序。第六周 利用 proteus 對系統

13、進行仿真。第七周 提供中期報告，并進行中期檢查。第八周 繼續(xù)對系統進行仿真工作。第九周 準備元器件，進行電路板的焊接工作。第十周 開始進行系統調試。第十一周 繼續(xù)調試，并準備進行后期檢查。第十二周 開始撰寫畢業(yè)設計論文。 第十三周 完成畢業(yè)設計論文，進行畢業(yè)論文答辯。第十四周 畢業(yè)論文總結。4指導教師審閱意見指導教師指導教師(簽字)： 年 月 日說明：本報告必須由承擔畢業(yè)論文(設計)課題任務的學生在畢業(yè)論文(設計) 正式開始的第 1 周周五之前獨立撰寫完成，并交指導教師審閱。 西西安安郵郵電電學學院院畢畢業(yè)業(yè)設設計計 ( (論論文文) )成成績績評評定定表表學生姓名性別學號專 業(yè)班 級自動課題

14、名稱8 路輸入模擬信號數值顯示器的設計課題類型硬件設計難度一般畢業(yè)設計（論文）時間2007 年 3 月 19 日2007 年 6 月 24 日 共 14 周指導教師 (職稱 )課題任務完成情況論文 (千字)； 設計、計算說明書 (千字)； 圖紙 (張)；其它 (含附件 )：指導教師意見分項得分：開題調研論證 分； 課題質量（論文內容） 分； 創(chuàng)新 分；論文撰寫（規(guī)范） 分； 學習態(tài)度 分； 外文翻譯 分指導教師審閱成績：指導教師(簽字)： 年 月 日評閱教師意見分項得分：選題 分； 開題調研論證 分； 課題質量（論文內容） 分； 創(chuàng)新 分；論文撰寫（規(guī)范） 分； 外文翻譯 分評閱成績： 評閱教

15、師(簽字)： 年 月 日驗 收 小 組 意 見分項得分：準備情況 分； 畢業(yè)設計（論文）質量 分； （操作）回答問題 分驗收成績：驗收教師(組長)(簽字)： 年 月 日答辯小組意見分項得分：準備情況 分； 陳述情況 分； 回答問題 分； 儀表 分答辯成績： 答辯小組組長(簽字)： 年 月 日成績計算方法(填寫本系實用比例)指導教師成績指導教師成績 () 評閱成績評閱成績 () 驗收成績驗收成績 () 答辯成績答辯成績 ()學生實得成績(百分制)指導教師成績指導教師成績 評閱成績評閱成績 驗收成績驗收成績 答辯成績答辯成績 總評總評 答辯委員會意畢業(yè)論文(設計)總評成績(等級)： 見系答辯委員會

16、主任(簽字)： 系(簽章) 年 月 日備注西安郵電學院畢業(yè)論文(設計)成績評定表(續(xù)表) 目 錄摘 要.iabstract.ii1 引言.12 系統概述.12.1 硬件電路簡介 .12.2 軟件設計簡介 .23 系統方案的選擇和論證.33.1 系統設計方案的選擇 .33.2 各模塊方案選擇和論證 .33.3 系統各個模塊的最終方案 .114 系統的硬件設計.114.1 硬件電路各模塊簡介 .114.2 系統的仿真 .215 系統的軟件設計.215.1 主程序的設計 .225.2 各子程序的設計 .226 系統調試.256.1 調試過程中出現的問題 .256.2 問題分析與解決 .257 結 論

17、.26致 謝.27參考文獻.28附錄.29摘 要本文主要論述了基于單片機的a/d轉換的硬件結構,并在此基礎上進行了軟件設計。以at89c52 單片機及模數轉換芯片adc0809為核心，該系統有兩個部分：a/d轉換，數據處理和顯示。具體包括控制、顯示、a/d轉換器等。設計中用adc0809進行8路數據的采樣，利用at89c52單片機的串行口發(fā)送和接收數據。顯示部分由led數碼顯示器構成。硬件設計應用電子設計自動化工具，軟件設計采用模塊化編程方法。關鍵詞： at89c52，單片機，模數轉換，adc0809，led 數碼管 abstractthe hardware structure of data

18、 collection system based on scm is primarily presented in the paper.and its software is designed secondly. take the at89c52 scm and a/d conversion chip adc0809 as a core, this system has two parts: a/d transforms, data processing and demonstration. specifically includes the control, the demonstratio

19、n, the a/d switch and so on. in the design carries on 8ways with adc0809 according to the sampling, uses the at89c52 scm the serial mouth transmission and thereceive data. demonstrated partially constitutes by the led numericalcode monitor. the hardware design application electron design automation

20、tool, the software design uses the modular programmingmethod.key words: at89c52，scm，a/d conversion，adc0809，led numerical code tube1 引言 隨著計算機技術的飛速發(fā)展及普及，多路輸入模擬信號數值顯示系統在多個領域有著廣泛的應用。多路輸入模擬信號數值顯示是工、農業(yè)控制系統中至關重要的一環(huán)，在醫(yī)藥、化工、食品、等領域的生產過程中，往往需要隨時檢測各生產環(huán)節(jié)的溫度、濕度、流量及壓力等參數。同時，還要對某一檢測點任意參數能夠進行隨機查尋，將其在某一時間段內檢測得到的數據經過轉

21、換提取出來，以便進行比較，做出決策，調整控制方案，提高產品的合格率，產生良好的經濟效益。隨著工、農業(yè)的發(fā)展，多路輸入模擬信號數值顯示勢必將得到越來越廣泛的應用，為適應這一趨勢，作這方面的研究就顯得十分重要。在科學研究中，運用多路輸入模擬信號數值顯示系統可獲得大量的動態(tài)信息，也是獲取科學數據和生成知識的重要手段之一?？傊徽撛谀膫€應用領域中，數據采集與處理將直接影響工作效率和所取得的經濟效益。在本論文中，主要討論以單片機為主控技術的 8 路輸入模擬信號數值顯示電路的實現。把由電壓表輸出的 05v 的模擬電壓信號送給模數轉換器，然后 a/d 轉換器將該模擬信號轉換為 00hffh 的數字信號，當

22、轉換結束時發(fā)送轉換結束信號給單片機 at89c52，單片機對其轉換后的結果進行處理，處理后的結果送往 led 數碼管進行顯示。2 系統概述8 路輸入模擬信號數值顯示器實際上就是一個數據采集系統，任務是把由電壓表輸出的 05v 的模擬電壓信號送給模數轉換器，然后 a/d 轉換器將該模擬信號轉換為 00hffh 的數字信號，當轉換結束時發(fā)送轉換結束信號給單片機 at89c52，單片機對其轉換后的結果進行處理，處理后的結果送往 led 數碼管進行顯示。8 路輸入模擬信號數值顯示系統可以分為兩大模塊：硬件電路模塊軟件設計模塊2.1 硬件電路簡介根據系統的設計要求，可以將系統硬件電路模塊劃分為以下三個部

23、分：主控制器模塊數據采集模塊顯示模塊2.1.1 主控制器模塊主控制器模塊是 8 路輸入模擬信號數值顯示器的核心控制部分，該模塊主要由單片機構成，通過單片機的各個 i/o 口對外圍設備的控制，以達到 a/d 轉換，顯示數據等功能。2.1.2 數據采集模塊 工程實踐中經常遇到被測對象的一些物理參數，如溫度、流量、壓力、位移、速度等，這些參數都是模擬量。雖然這些模擬量已經由傳感器、變送器變換成標準的電壓或電流信號，但還需要通過 a/d 轉換器，將其轉換成計算機能處理的相應的數字信號。所以，單片機與 a/d 轉換接口技術是構成單片機測控系統的重要內容之一。 在本論文中，數據采集模塊主要是模數轉換器 a

24、dc0809。通過單片機提供的時鐘頻率，通過一個 i/o 口送入 adc0809 的 clock 引腳，使 adc0809 得到一個能夠可靠工作的時鐘脈沖。并且通過 start 引腳啟動轉換，將轉換得到的數字信號利用 8 位數據輸出線傳輸給單片機的 p0 口。2.1.3 顯示模塊顯示器是單片機應用系統常用的設備，包括 led、lcd 等。led 顯示器由若干個發(fā)光二極管組成，當發(fā)光二極管導通時，相應的一個筆畫或一個點就發(fā)光?？刂葡鄳亩O管導通，就能顯示出對應字符。本論文中，顯示模塊主要有七段共陽極 led 數碼管構成，顯示電路采用的是動態(tài)顯示接口電路。通過單片機的 p1 口進行數碼管的輸出顯

25、示口，p3 口作為數碼管的位選擇口。 2.2 軟件設計簡介該系統的軟件設計也可以相應的分為以下兩部分：a/d 轉換程序設計顯示程序設計2.2.1 a/d 轉換程序設計a/d 轉換程序的設計是該系統實現的核心部分，通過設計 a/d 轉換程序驅動單片機向模數轉換器 adc0809 輸入指令開啟模數轉換，以達到系統設計的主要功能。2.2.2 顯示程序設計我們要的是一個能夠用眼睛直接接受的一個結果，而不是眼睛看不到，需要在各種仿真軟件里才能看到結果的設計，所以數碼管顯示程序的設計也是該系統設計環(huán)節(jié)的主要部分。這部分程序也主要是對單片機進行編程來驅動 led 數碼管進行正常的顯示工作。3 系統方案的選擇

26、和論證8 路輸入模擬信號數值顯示器，采用 at89c52 單片機控制，由集成電路 0809完成模數轉換。本顯示器可自動輪流顯示 8 路輸入模擬信號的數值，最小分辨率為0.02v，最大顯示數值為 255（輸入為 5v 時） ，模擬輸入最大值為 5v，可作為數字電壓表用。3.1 系統設計方案的選擇8 路輸入模擬信號數值顯示器的硬件電路可以分為三個模塊：1、主控制器模塊；2、數據采集模塊；3、顯示模塊。其中系統的主控制器采用 at89c52 單片機,直接驅動 led 數碼管，數據采集模塊由 at89c52 與 adc0809 組成。3.2 各模塊方案選擇和論證根據該設計所完成的功能，可以將系統分為

27、3 個模塊：單片機模塊、數據采集模塊、顯示模塊。系統框圖如圖 3-1 所示mcuadcled8路輸入模擬信號圖 3-1 系統模塊框圖3.2.1 主控制器模塊的分析與選擇用單片機作為這一控制系統的核心，接收來自 adc0809 的數據，經處理后通過串口傳送，由于系統功能簡單，單片機通過與 led 數碼顯示器相連，驅動顯示器顯示相應通道采集到的數據?？紤]到該數據采集系統所需的程序空間(rom)和數據空間(ram)較小，選用at89c52 單片機作為該系統的核心，它含有 8k 字節(jié)的 eprom 和 256 字節(jié)的 ram足夠本設計所用，并且功能強大的 at89c52 單片機可提供許多高性價比的應用

28、場合，所以采用 at89c52 單片機作為本設計的主控制器。時鐘電路的選擇： at89c52 中有一個用于構成內部振蕩器的高增益反相放大器,引腳 xtal1 和xtal2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋的元件的片外石英晶體和陶瓷諧振器一起構成自激振蕩器。方案一：內部時鐘方式，如圖 3-1圖 3-1 內部時鐘方式外接石英晶體(或陶瓷諧振器)及電容 c1, c2 接在放大器的反饋回路中構成并聯振蕩電路。對外接電容 c1, c2 雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用

29、30pf 士 10pf，而如使用陶瓷諧振器建議選擇40pf 士 l0pf。 方案二：外部時鐘方式，如圖 3-2圖 3-2 外部時鐘方式外部振蕩器信號的接法與芯片類型有關。cmos 工藝的 mcu 其 xtal1 端接外部時鐘信號，xtal2 端可懸空。hmos 工藝的 mcu 則 xtal2 端接外部時鐘信號，xtal1 端須接地。由于外部時鐘方式常用于多片單片機同時工作，以便于各單片機同步。所以時鐘電路采取內部時鐘方式。3.2.2 數據采集模塊的分析與選擇根據設計要求，該設計需要對 8 路模擬信號進行采樣，并且最小分辨率為0.02v。a 轉換原理的選擇隨著大規(guī)模集成電路技術的迅速發(fā)展，a/d

30、 轉換器新品不斷推出。按工作方式原理分，adc 的主要種類有：逐次逼近式和雙積分式。方案一：逐次逼近式 adc 的轉換原理圖 3-3 是逐次逼近式 adc 的工作原理圖。由圖可見，adc 由比較器、d/a 轉換器、逐次逼近寄存器和控制邏輯組成。圖 3-3 逐次逼近式 adc 原理圖 在時鐘脈沖的同步下，控制邏輯先使 n 位寄存器的 d7 位置 1（其余位為 0） 。此時該寄存器輸出的內容為 80h，此值經 dac 轉換為模擬量輸出為 vn，與待轉換的模擬輸入信號 vin相比較，若 vin大于等于 vn，則比較器輸出為 1。于是在時鐘脈沖的同步下，保留 d7=1，并使下一位 d6=1，所得新值（

31、c0h）再經 dac 轉換得到新的 vn，再與 vin比較，重復前述過程。反之，若使 d7=1 后，經比較，若 vin小于vn，則使 d7=0，d6=1，所得新值 vn再與 vin比較，重復前述過程。以此類推，從d7 到 d0 都比較完畢，轉換便結束。轉換結束時，控制邏輯使 eoc 變?yōu)楦唠娖?，表?a/d 轉換結束，此時的 d7d0 即為對應于模擬輸入信號 vin的數字量。方案二：雙積分式 adc 的轉換原理 圖 3-4 是雙積分式 a/d 轉換器 。d/a轉換器鎖存緩存器n位寄存器控制邏輯vinvnstarteocvrefoe數據輸出圖 3-4 雙積分式 a/d 轉換器圖 3-5 是雙積分

32、式 adc 的工作原理圖?？刂七壿嬒葘ξ粗妮斎肽M電壓 vin進行固定時間 t 的積分，然后轉為對標準電壓進行反向積分，直至積分輸出返回起始值。對標準電壓的積分時間 t2（或 t2）正比于模擬輸入電壓 vin。輸入電壓大，則反向積分時間長。用高頻率標準時鐘脈沖來測量積分時間 t2（或 t2） ，即可得到對應于模擬電壓 vin的數字量。圖 3-5 雙積分式 adc 工作原理b 轉換時間的選擇轉換速度是指完成一次 a/d 轉換所需時間的倒數，是一個很重要的指標。a/d轉換器型號不同，轉換速度差別很大。通常，8 位逐次比較式 adc 的轉換時間為100us 左右。由于本系統的控制時間允許，可選 8

33、 位逐次比較式 a/d 轉換器。c adc 位數的選擇a/d 轉換器的位數決定著信號采集的精度和分辨率。對于該 8 個通道的輸入信號，8 位 a/d 轉換器，其精度為80.39%2輸入為 05v 時，分辨率為850.01961122fsnvva/d 轉換器的滿量程值fsv adc 的二進制位數n量化誤差為850.0098(1) 2(1) 222fsnqvvadc0809 是 ti 公司生產的 8 位逐次逼近式模數轉換器，包括一個 8 位的逼近型的 adc 部分，并提供一個 8 通道的模擬多路開關和聯合尋址邏輯，為模擬通道的設計提供了很大的方便。用它可直接將 8 個單端模擬信號輸入，分時進行 a

34、/d 轉換，在多點巡回監(jiān)測、過程控制等領域中使用非常廣泛，所以本設計中選用該芯片作為 a/d 轉換電路的核心。d adc0809 與單片機的接口 adc0809 與單片機的接口方式是該系統的核心部分，選擇好的接口方式是實現該系統功能的重要步驟。方案一：經典接口方式。adc0809 與單片機的接口電路如圖 3-6 所示。圖 3-6 adc0809 與 mcs-51 的接口電路由于 adc0809 無片內時鐘，時鐘信號可由單片機的 ale 信號經 d 觸發(fā)器二分頻后獲得。ale 引腳得脈沖頻率是 at89c52 時鐘頻率的 1/6。單片機時鐘頻率采用12mhz,則 ale 輸出的頻率是 2mhz，

35、二分頻后為 1mhz,符合 adc0809 對頻率的要求。由于 adc0809 內部設有地址鎖存器，所以通道地址由 p0 口的低 3 位直接與adc0809 的 a、b、c 相連。通道基本地址為 0000h0007h。其對應關系如表 3-1所示。表 3-1 0809 輸入通道地址地址碼cba輸入通道000in0001in1010in2011in3100in4101in5110in6111in7控制信號：將 p2.7 作為片選信號，在啟動 a/d 轉換時，由單片機的寫信號和p2.7 控制 adc 的地址鎖存和啟動轉換。由于 ale 和 start 連在一起，因此adc0809 在鎖存通道地址的同

36、時也啟動轉換。在讀取轉換結果時，用單片機的讀信號和 p2.7 引腳經或非門后，產生正脈rd沖作為 oe 信號，打開三態(tài)輸出鎖存器。方案二：簡易接口方式。adc0809 轉換的必要條件就是 clock 引腳得到一個能夠正常工作的時鐘脈沖，以經典接口方式來看，是由單片機的 ale 引腳經分頻器給 clock 一個時鐘脈沖，通過硬件電路直接給 clock 引腳一個時鐘脈沖。所以，只要能讓 adc0809 的clock 引腳得到一個能夠工作的時鐘脈沖，那么 a/d 轉換也就基本能實現。但是直接利用單片機的任意的一個 i/o 口與 clock 引腳連接，通過軟件編程的方法給clock 引腳送入一個時鐘脈

37、沖，那么 adc0809 也就可以滿足 a/d 轉換的必要條件了。這樣，不僅可以節(jié)省了器件，而且又不會出現因為硬件問題而產生錯誤。所以，方案二成為該設計首選的 adc0809 與單片機接口的方式。 3.2.3 數據顯示模塊分析與選擇用單片機作為這一控制系統的核心，接收來自 adc0809 的數據，經處理后通過串口傳送，由于系統功能簡單，單片機通過與 led 數碼顯示器相連，驅動 led顯示器顯示相應通道采集到的數據。要求最大顯示數值為 255，并且要對 8 個通道進行輪流顯示，所以需要 4 個led 數碼管對其進行顯示，1 個顯示通道數，其余 3 個顯示采樣值。用單片機驅動 led 數碼管有很

38、多方法，按譯碼方式可分為硬件譯碼和軟件譯碼；按顯示方式可分為靜態(tài)顯示和動態(tài)（掃描）顯示。a 譯碼方式方案一：硬件譯碼硬件譯碼就是顯示的段碼完全由硬件完成，cpu 只要送出標準的 bcd 碼即可，硬件接線有一定標準。方案二：軟件譯碼軟件譯碼是用軟件來完成硬件的功能，接線靈活，顯示段碼完全由軟件來處理，是目前常用的顯示驅動方式。由于采樣信號非固定值，所以采用軟件譯碼方式對 led 數碼管進行顯示驅動。b 顯示方法方案一：靜態(tài)顯示靜態(tài)顯示，顯示驅動電路具有輸出鎖存功能，單片機將所要顯示的數據送出后停止傳送，直到下一次顯示數據需要更新時再傳送一次數據。編程容易，管理簡單，顯示亮度高，顯示數據穩(wěn)定，占用

39、很少的 cpu 時間。但引線多，線路復雜，硬件成本高。方案二：動態(tài)顯示動態(tài)顯示就是一位一位地輪流點亮顯示器的各個位（掃描） 。對于顯示器的每一位而言，每隔一段時間點亮一次，需要 cpu 時刻對顯示器件進行數據刷新，顯示數據會有閃爍感，占用的 cpu 時間多。這兩種顯示方式各有利弊；靜態(tài)顯示雖然數據穩(wěn)定，占用很少的 cpu 時間，但每個顯示單元都需要單獨的顯示驅動電路，使用的硬件較多；動態(tài)顯示雖然有閃爍感，占用的 cpu 時間多，但使用的硬件少，能節(jié)省線路板空間。當顯示裝置中有多個多段 led 時，通常采用動態(tài)掃描驅動電路，節(jié)省開銷。所以采用動態(tài)顯示方式對 led 數碼管進行顯示控制。3.3 系

40、統各個模塊的最終方案 經上述一系列的理論分析，本系統最終采用at89c52單片機，數據采集核心采用模數轉換器adc0809，采用7段共陽led數碼管動態(tài)顯示采集到的數據。4 系統的硬件設計4.1 硬件電路各模塊簡介4.1.1 at89c52 單片機at89c52 是美國 atmel 公司生產的低電壓 ,高性能 cmos 8 位單片機，片內含 8k bytes 的可反復擦寫的 flash 只讀程序存儲器（eprom）和 256 bytes 的隨機存取數據存儲器(ram ),器件采用 atmel 公司的高密度、非易失性存儲技術生產，與標準 mcs-51 指令系統及 8052 產品引腳兼容，片內置通

41、用 8 位中央處理器(cpu)和flash 存儲單元，功能強大的 at89c52 單片機可提供許多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領域a 技術指標及功能特性at89c52 提供以下標準功能:8k 字節(jié) flash 閃速存儲器，256 字節(jié)內 ram,32 個可編程 i/o 口線，3 個 16 位定時/計數器，一個 6 向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。同時，at89c52 可降至 ohz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止 cpu 的工作，但允許 ram，定時/計數器，串行通信口及中斷系統繼續(xù)工作。掉電方式保存 ram 中的內容，

42、但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。主要特性參數：與 mcs-51 產品指令系統完全兼容8k 字節(jié)可重擦寫 flash 閃速存儲器1000 次擦寫周期全靜態(tài)操作:ohz-24mhz三級加密程序存儲器256*8 字節(jié)內部 ram32 個可編程 i/o 口線3 個 16 位定時/計數器8 個中斷源可編程串行 uart 通道低功耗空閑和掉電模式b 引腳功能說明 引腳圖如圖 4-1圖 4-1 at89c52 引腳圖引腳功能說明： vcc：電源電壓 gnd：地p0 口：po 口是一組 8 位漏極開路型雙向 i/0 口，也即地址/數據總線復用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅

43、動 8 個 ttl 邏輯門電路，對端口寫”1”可作為高阻抗輸入端用。 在訪問外部數據存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉換地址(低 8 位)和數據總線復用，在訪問期間激活內部上拉電阻。 在 flash 編程時，po 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)校驗時，要求外接上拉電阻. pl 口：p1 是一個帶內部上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p1 的輸出緩沖級可驅動(吸收或輸出電流)4 個 ttl 邏輯門電路。對端口寫”1”,通過內部的上拉電阻時把端口拉到高電平，此時叫一作輸入口。作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(i).ilflash 編程和

44、程序校驗期間，p1 接收低 8 位地址 p2 口：p2 是一個帶有內部上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p2 的輸出緩沖級可驅動(吸收或輸出電流)4 個 ttl 邏輯門電路。對端口寫”1” ，通過內部的上拉電阻時把端口拉到高電平，此時可作輸入口.作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(i)il 在訪問外部程序存儲器或 16 位地址的外部數據存儲器(例如執(zhí)行 movx dptr 指令)時，p2 口送出高 8 位地址數據。在訪問 8 位地址的外部數據存儲器(如執(zhí)行 movx ri 指令)時，p2 口線上的內容(也即特殊功能寄存器(sfr )區(qū)中 r2 寄存器

45、的內容)，在整個訪問期間不改變. flash 編程或校驗時，p2 亦接收高位地址和其它控制信號 p3 口：p3 口是一組帶有內部上拉電陽的 8 位雙向 i/o 口。p3 口輸出緩沖級可驅動(吸收或輸出電流)4 個 ttl 邏輯門電路。對 p3 口寫“1”時，它們被內部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時，被外部拉低的 p3 口將用上拉電阻輸出電流(i).ilp3 口除了作為一般的 i/0 口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表 4-1 所示：表 4-1 p3 口的第二功能端口引腳第二功能p3.0rxd(串行輸入口)p3.1txd(串行輸出口)p3.2(外中斷 0)p3.3(外中斷 1)p

46、3.4t0(定時/計數器 0)p3.5t1(定時/計數器 1)p3.6(外部數據存儲器寫選通)p3.7 (外部數據存儲器讀選通) p3 口還接收一些用于 flash 閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。 rst：復位輸入。當振蕩器工作時，rst 引腳出現兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。 ale/prog：當訪問外部程序存儲器或數據存儲器時，ale(地址鎖存允許)輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ale 仍以時鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是:每當訪問外部數據存儲器時將跳過一個 ale 脈沖。 對 flas

47、h 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖(prog)。 如有必要，可通過對特殊功能寄存器(sfr)區(qū)中的 8fh 單元的 do 位置位，可禁止操作。該位置位后，只有一條 movx 和 movc 指令 ale 才會被激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置 ale 無效 程序儲存允許()輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當 psenpsenat89c52 由外部程序存儲器取指令(或數據)時，每個機器周期兩次有效，即psen輸出兩個脈沖。在此期間，當訪問外部數據存儲器，這兩次有效的信號不出psen現。 ea/vpp：外部訪問允許。欲使 cpu 僅訪問外部程序存儲器(地址為

48、ooooh-ffffh), ea 端必須保持低電平(接地)。需注意的是:如果加密位 lb1 被編程，復位時內部會鎖存 ea 端狀態(tài) 如 ea 端為高電平(接 vcc 端)，cpu 則執(zhí)行內部程序存儲器中的指令。 flash 存儲器編程時，該引腳加上+12v 的編程允許電源 vpp,當然這必須是該器件是使用 12v 編程電壓 vpp。xtal1：振蕩器反相放大器的及內部時鐘發(fā)生器的輸入端。xtal2：振蕩器反相放大器的輸出端4.1.2 模數轉換器 adc0809把連續(xù)變化量變成離散量的過程稱為量化，也可理解為信號的采樣。 把以一定時間間隔 t 逐點采集連續(xù)的模擬信號，并保持一個時間 t，使被采集

49、的信號變成時間上離散、幅值等于采樣時刻該信號瞬時值的一組方波序列信號，即采樣信號。a. a/d 轉換的知識概要（1） 采樣-保持為了能不失真的恢復原模擬信號，采樣頻率應不小于輸入模擬信號的頻譜中最高頻率的兩倍，這就是采樣定理，即simax2ff 由于 a/d 轉換需要一定的時間，所以在每次采樣結束后，應保持采樣電壓在一段時間內不變，直到下一次采樣的開始。實際中采樣-保持是做成一個電路。（2） 量化與編碼模擬信號經采樣-保持電路后，得到了連續(xù)模擬信號的樣值脈沖，他們是連續(xù)模擬信號在給定時刻上的瞬時值，并不是數字信號。還要把每個樣值脈沖轉換成與它幅值成正比的數字量。以上為 a/d 轉換的一般步驟，

50、在本電路中由 adc0809 芯片完成。b. adc0809 內部功能與引腳分辨率和精度是 a/d 轉換器的兩個主要的性能指標，這兩個性能指標在前文中已作了相應的計算和分析，這里就不再贅述。adc0809 八位逐次逼近式 ad 轉換器是一種單片 cmos 器件，包括 8 位模擬轉換器、8 通道轉換開關和與微處理器兼容的控制邏輯。8 路轉換開關能直接連通8 個單端模擬信號中的任何一個。其內部結構如圖 4-2 所示。（1） adc0809 主要性能逐次比較型cmos 工藝制造單電源供電無需零點和滿刻度調整具有三態(tài)鎖存輸出緩沖器，輸出與 ttl 兼容易與各種微控制器接口圖 4-2 adc0809 內

51、部結構具有鎖存控制的 8 路模擬開關分辨率：8 位功耗：15mw最大不可調誤差小于1lsb（最低有效位）轉換時間（）128us500clkfkhz轉換精度：0.4%adc0809 沒有內部時鐘，必須由外部提供，其范圍為 101280khz。典型時鐘頻率為 640khz（2） 引腳排列及各引腳的功能，引腳排列如圖 4-3 所示。圖 4-3 adc0809 引腳圖各引腳的功能如下：in0in7：8 個通道的模擬量輸入端?？奢斎?05v 待轉換的模擬電壓。d0d7：8 位轉換結果輸出端。三態(tài)輸出，d7 是最高位，d0 是最低位。a、b、c：通道選擇端。當 cba=000 時，in0 輸入；當 cba

52、=111 時，in7 輸入。ale：地址鎖存信號輸入端。該信號在上升沿處把 a、b、c 的狀態(tài)鎖存到內部的多路開關的地址鎖存器中，從而選通 8 路模擬信號中的某一路。start：啟動轉換信號輸入端。從 start 端輸入一個正脈沖，其下降沿啟動adc0809 開始轉換。脈沖寬度應不小于 100200ns。圖 4-4 adc0809 時序圖eoc：轉換結束信號輸出端。啟動 a/d 轉換時它自動變?yōu)榈碗娖?。oe：輸出允許端。clk：時鐘輸入端。adc0809 的典型時鐘頻率為 640khz，轉換時間約為100s。ref(-)、ref(+)：參考電壓輸入端。adc0809 的參考電壓為5v。vcc、

53、gnd：供電電源端。adc0809 使用5v 單一電源供電。當 ale 為高電平時，通道地址輸入到地址鎖存器中，下降沿將地址鎖存，并譯碼。在 start 上升沿時，所有的內部寄存器清零，在下降沿時，開始進行 a/d 轉換，此期間 start 應保持低電平。在 start 下降沿后 10us 左右，轉換結束信號變?yōu)榈碗娖?，eoc 為低電平時，表示正在轉換，為高電平時，表示轉換結束。oe為低電平時，d0d7 為高阻狀態(tài)，oe 為高電平時，允許轉換結果輸出。adc0809 時序圖如圖 4-4。4.1.3 led 數碼管顯示器a. led 數碼管顯示器的結構通常使用的 led 是由 7 個發(fā)光二極管排

54、列成的，七段 led 的陽極連在一起稱為共陽極接法，而陰極接在一起的稱為共陰極接法。每段 led 的筆畫分別稱為a、b、c、d、e、f、g，另外有一段構成小數點。一位顯示器數碼管的結構如圖 4-5所示。 (a)數碼管結構 (b)共陽極接法 (c)共陰極接法圖 4-5 led 數碼管原理圖b. led 數碼管顯示器的工作原理在選用共陰極的 led 是，只要在某一發(fā)光二極管加上高電平，該段即點亮，反之則暗。而選用共陽極的 led 時，要使某一段發(fā)光二極管發(fā)亮，則需加上低電平，反之則暗，為了保護各段 led 不被損壞，需要外加限流電阻。為了要顯示某個字形，則應使此字形的相應段點亮，也即送一個不同的電

55、平組合代表的數據來控制 led 的顯示字形，此數據稱為字符的段碼。 。數據字位數與 led 段碼的關系如表 4-2。表 4-2 數據字位數與 led 段碼的關系 常用字符共陰極、共陽極時的段碼即編碼表，如表 4-3。表 4-3 常用字符顯示編碼表c. led 顯示接口電路設計數碼管顯示接口電路如圖 4-6 所示。圖 4-6 數碼管顯示接口電路4.2 系統的仿真該系統是利用仿真軟件 proteus 進行仿真，proteus6.5 是目前最好的模擬單片機外圍器件的工具，可以仿真 51 系列、avr,pic 等常用的 mcu 及其外圍電路。但是，在仿真的時候，雖然有模數轉換器 adc0809，但是在

56、接好電路后，將程序燒錄進去，卻發(fā)現系統無法進行仿真，困惑許久，發(fā)現該仿真軟件不支持 adc0809 芯片的仿真，于是在仿真過程中我采用了相同類型的模數轉換器 adc0808 進行仿真工作。圖 4-7 就是該系統的仿真電路圖。圖 4-7 系統的仿真電路圖5 系統的軟件設計 軟件采用模塊化程序設計方法，由主程序、顯示子程序、a/d 轉換測量子程序等幾部分組成。詳細的程序源代碼見附錄部分。5.1 主程序的設計 整個系統上電后，啟動 a/d 轉換，待轉換完畢后，系統將轉換數據從 p0 口存入到單片機內部寄存器 70h 中，然后再將轉換數據進行數碼轉換，并將轉換代碼存入顯示緩沖區(qū) 78h-7ah，最后系

57、統調用顯示子程序進行電壓顯示，當前顯示完畢進行通道轉換并進行下次轉換。主程序在調用顯示程序和測試程序之間循環(huán)，其流程圖如圖 5-1 所示。開始初始化調用a/d轉換子程序調用數據轉換子程序調用顯示子程序調用通道選擇子程序結束圖 5-1 主程序流程圖5.2 各子程序的設計5.2.1 a/d 轉換子程序的設計a/d 轉換子程序是用來控制對 adc0809 8 路模擬輸入電壓的 a/d 轉換，其程序流程圖如圖 5-2 所示。開始啟動adc0809判斷p3.7=1？數據輸入結束yn圖 5-2 a/d 轉換子程序流程圖5.2.2 數據轉換子程序的設計 數據轉換子程序是將 8 位轉換的數字量進行 bcd 碼

58、轉換，并將轉換數據存入顯示緩沖區(qū)內。程序流程圖如圖 5-3 所示。開始取8位轉換數字量進行bcd碼轉換將轉換數據存入顯示緩沖區(qū)結束圖 5-3 數據轉換子程序流程圖5.2.3 顯示子程序的設計 顯示子程序主要是將轉換數據通過譯碼，然后在數碼管進行顯示。其程序流程圖如圖 5-4 所示。開始取轉換數據進行譯碼顯示譯碼數據結束圖 5-4 顯示子程序流程圖5.2.4 定時計數脈沖中斷子程序的設計 定時計數器脈沖中斷子程序主要是利用定時器 t0 為 adc0809 提供時鐘脈沖。程序流程圖如圖 5-5 所示。開中斷給to設定初值啟動計時 給t0設定初值取反中斷圖 5-5 定時計數脈沖中斷子程序6 系統調試

59、在整個系統調試的過程中，硬件和軟件方面都遇到了一些問題，下面就是該設計中的問題與解決方法小結。6.1 調試過程中出現的問題：硬件電路無法在 proteus 中進行仿真。數碼管不工作。給定一個模擬量輸入，無數字量產生。數碼管顯示雜亂。6.2 問題的分析與解決：硬件電路無法在 proteus 中仿真主要有 2 個原因：一、電路原理圖有問題，可能在 proteus 中接錯或漏接。二、本身這個仿真軟件不支持。 經過分析與查閱資料，發(fā)現原理圖并沒有什么問題，而是 proteus 仿真軟件不提供 adc0809 芯片的仿真，屬于仿真軟件不支持的類型。所以在后期仿真的過程中，我采用了與 adc0809 功能

60、與引腳相同的 adc0808 來進行仿真工作。 數碼管不工作可能有以下幾個原因：一、電路焊接有問題，出現虛焊、漏焊或者是直接焊接錯誤。二、軟件編程出現問題。三、數碼管已經損壞。檢查數碼管自身是否已經損壞可直接通過萬用表進行檢測，經檢測并未損壞，而且同時也對連接數碼管的三極管和單片機的 p1，p3 口進行了檢測，也未發(fā)現問題。最后，問題只能歸結到軟件編程方面，由于數碼管顯示采用的是動態(tài)掃描方式，直接是利用軟件進行控制，所以只要軟件編程出現錯誤，數碼管相應的也就不予顯示。但是，經過程序檢測，也并未出現什么錯誤，究竟是什么原因導致數碼管無法工作呢？問題持續(xù)了好久，但是就在一次向同學求助的同時，總算發(fā)