單通道動(dòng)態(tài)數(shù)字電阻測(cè)量?jī)x

1、大連海事大學(xué)裝訂線畢 業(yè) 論 文二一三年六月單通道動(dòng)態(tài)數(shù)字電阻測(cè)量?jī)x專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 電子信息工程3班姓 名： 王 寧 指導(dǎo)教師： 劉 劍 橋 信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院摘 要本文基于89C51單片機(jī)芯片，利用A/D轉(zhuǎn)換器及數(shù)碼管，完成了針對(duì)熱敏電阻的動(dòng)態(tài)電阻測(cè)量系統(tǒng)。PTC（正溫度系數(shù)熱敏電阻）熱敏材料的性能主要由三大特性表征，其中電阻-溫度特性是熱敏材料最基本的特性，是衡量其性能的最佳尺度，所以對(duì)熱敏電阻的阻溫特性測(cè)試也就尤為重要。本系統(tǒng)采用89C51單片機(jī)作為主控芯片，選用了ADC0809進(jìn)行模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。配合自行設(shè)計(jì)的外圍電路，結(jié)合單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)了對(duì)阻值跨度在1歐3千歐熱敏電阻的精確測(cè)量；外擴(kuò)

2、數(shù)碼管顯示模塊，完成對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的顯示；實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)與ADC0809芯片，單片機(jī)與數(shù)碼管及數(shù)碼管的連接電路。在測(cè)試系統(tǒng)的軟件部分，論文分別對(duì)測(cè)量主程序、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序、顯示和系統(tǒng)初始化程序、數(shù)據(jù)處理程序進(jìn)行了討論和設(shè)計(jì)。系統(tǒng)軟件采用C51單片機(jī)專(zhuān)用語(yǔ)言編寫(xiě)，利用Keil51編譯器編譯，產(chǎn)生的目的代碼的運(yùn)行速度高，所需存儲(chǔ)空間小。利用本系統(tǒng)對(duì)PTC熱敏電阻，在其加熱的情況下進(jìn)行電阻測(cè)量，可以得到隨溫度變化的測(cè)量值。根據(jù)繪出的電阻時(shí)間曲線可以看出，系統(tǒng)滿足最初的設(shè)計(jì)要求，可以動(dòng)態(tài)的測(cè)量電阻，并且通過(guò)數(shù)碼管以數(shù)字的形式顯示出來(lái)。關(guān)鍵詞：PTC電阻（正溫度系數(shù)熱敏電阻）；單片機(jī)；AD轉(zhuǎn)換器；阻溫特性IAB

3、STRACTThis article is based on thermistor, MCU, A/D converters, and Nixie tube, design and completed the dynamic resistance measurement system.PTC (positive temperature coefficient thermistor) the properties of heat-sensitive materials mainly composed of three characterization, the resistance -

4、 temperature properties are the basic properties of heat-sensitive materials, it is the best scale to measure the performance of the heat-sensitive. So the resistance test of it is very important. The system uses 89C51 microcontroller as the master chip, choice the ADC0809 to complete the conversion

5、 of analog to digital. With the external circuit designed by myself, combined with the single-chip to realization the test of PTCRs resistance in the span of 1-3 k; and the digital tube demonstration module accomplish the display of data; achieve the combined of single-chip with ADC0809 chip , and t

6、he circuit of single-chip with digital tube.In the software part of the test system, the paper discussed and design the procedure of the main measuring program, the data conversion process, and the display system. C51 language of microcontroller system software was used by this system and use Keil51

7、 compiler to compile code. Whos code could running in high speed and just need a small storage space.Use the system to measure the PTC thermistor in the case of it is heated. The system can get a result change with the changing temperature .It can be seen from the Resistance-Time curve, the system c

8、an meet the originally designed requirements. It can measure resistance dynamically, and display the data through digital tube in digital form.Keywords: PTC；MCU；A/D converters；R-T characteristicIV目 錄第1章 緒論11.1 基于微處理芯片的智能儀器的發(fā)展現(xiàn)狀11.2 傳感技術(shù)相關(guān)概述21.3 本論文研究的目的和意義3第2章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)42.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)思路概述42.2 電壓表設(shè)計(jì)的總體方案5

9、2.2.1 設(shè)計(jì)思路52.2.2設(shè)計(jì)方案62.3 電壓表A/D轉(zhuǎn)換模塊62.3.1 A/D轉(zhuǎn)換器概述62.3.2 ADC0808主要特性:72.3.3 ADC0808外部各引腳功能72.3.4 ADC0808內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)92.4 數(shù)據(jù)處理模塊102.4.1 AT89C51單片機(jī)性能介紹102.4.2 AT89C51外部引腳功能102.4.3 單片機(jī)系統(tǒng)的相關(guān)電路122.5 顯示模塊132.5.1 四位數(shù)碼管概述142.5.2 原理圖及引腳圖142.5.3 數(shù)碼管的譯碼方式152.5.4 數(shù)碼管與單片機(jī)接口設(shè)計(jì)162.6 外加的分壓電路172.7 整體的電路原理圖設(shè)計(jì)17第3章 系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)

10、193.1 電阻測(cè)量?jī)x的主程序193.2 初始化程序203.3 A/D轉(zhuǎn)換子程序213.4 顯示子程序22第4章 系統(tǒng)運(yùn)行及測(cè)試結(jié)果分析234.1 keil程序調(diào)試及proteus仿真234.1.1 proteus功能及使用概述234.1.2 調(diào)試過(guò)程中的問(wèn)題及解決方案244.2 實(shí)物完成及實(shí)物調(diào)試264.2.1 電路板實(shí)物測(cè)試結(jié)果264.2.2 數(shù)碼管亮度不夠的解決方案264.2.3 數(shù)碼管閃爍的解決方案274.3 實(shí)際電阻測(cè)量及結(jié)果分析294.3.1 實(shí)際測(cè)量的情況294.3.2 測(cè)量結(jié)果與分析294.3.3 系統(tǒng)存在的不足30第5章 全文總結(jié)及展望325.1 工作總結(jié)325.2 展望32

11、參 考 文 獻(xiàn)34致 謝35附錄11單通道動(dòng)態(tài)數(shù)字電阻測(cè)量?jī)x單通道動(dòng)態(tài)數(shù)字電阻測(cè)量?jī)x第1章 緒論1.1 基于微處理芯片的智能儀器的發(fā)展現(xiàn)狀隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，微處理器芯片的集成度越來(lái)越高，已經(jīng)可以在一塊芯片上同時(shí)集成CPU、存儲(chǔ)器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、并行和串行接口和A/D轉(zhuǎn)換器等。它是微電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)晶，現(xiàn)已成為集成電路大家族中的重要成員1。盡管單片機(jī)是從1982年才開(kāi)始在我國(guó)應(yīng)用的，但它一經(jīng)上市便顯示出強(qiáng)大的生命力，以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)迅速占領(lǐng)市場(chǎng)并獲得廣泛應(yīng)用。這種超大規(guī)模集成電路芯片稱(chēng)為“單片微處理器”，也叫單片機(jī)。單片機(jī)的出現(xiàn)，對(duì)于科學(xué)技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域都產(chǎn)生了巨大影響，同樣引起儀

12、器儀表結(jié)構(gòu)的根本性變革。以單片機(jī)為主體取代傳統(tǒng)儀器儀表的常規(guī)電子線路，可以很容易地將計(jì)算機(jī)技術(shù)與測(cè)量控制技術(shù)有機(jī)的結(jié)合在一起，組成新一代的“智能儀器”2。單片機(jī)最大特點(diǎn)是單片化3，體積大大減小、功耗和成本低、可靠性高、易擴(kuò)展、控制功能強(qiáng)、易于開(kāi)發(fā)。這決定了它在智能儀器的設(shè)計(jì)中很長(zhǎng)時(shí)期還會(huì)獲得形式多樣、特點(diǎn)不同的廣泛應(yīng)用。它不僅用于智能儀器、電氣設(shè)備、數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)控制及國(guó)防工業(yè)等技術(shù)領(lǐng)域，而且進(jìn)入億萬(wàn)家庭。各種普通家用電器中單片機(jī)的數(shù)量與日俱增。單片機(jī)的典型代表是Intel公司在20世紀(jì)80年代初研制出來(lái)的MCS-51系列單片機(jī)3。發(fā)型之后在全國(guó)迅速得到廣泛應(yīng)用，但I(xiàn)ntel公司已集中精力在C

13、PU的生產(chǎn)上，并逐漸放棄了單片機(jī)的生產(chǎn)。ATMEL公司是美國(guó)20世紀(jì)80年代中期成立并發(fā)展起來(lái)的半導(dǎo)體公司。技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于Flash存儲(chǔ)器，公司將Flash與Intel公司的80C51核相結(jié)合，形成了Flash單片機(jī)AT89系列。由于其具有80C51的原有功能，內(nèi)部還含有大容量的Flash存儲(chǔ)器，又增加了新功能，因此在電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及智能化儀器儀表中有著廣泛的應(yīng)用，成為目前取代MCS-51系列單片機(jī)的主流芯片之一。本論文所研究的系統(tǒng)中便使用的AT89系列的芯片3。1.2 傳感技術(shù)相關(guān)概述傳感器技術(shù)4是現(xiàn)代科技的前沿技術(shù)，許多國(guó)家已將傳感器技術(shù)列為與通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)同等重要的位置，稱(chēng)之為信息技術(shù)

14、的三大支柱之一。目前敏感元器件與傳感器在工業(yè)部門(mén)的應(yīng)用普及率已被國(guó)際社會(huì)作為衡量一個(gè)國(guó)家智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的重要標(biāo)志。它通常是實(shí)現(xiàn)測(cè)試和自動(dòng)控制系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)，如果沒(méi)有傳感器對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行精確可靠的測(cè)量則無(wú)論是信號(hào)轉(zhuǎn)換還是信息處理，或者是最佳數(shù)據(jù)的顯示和控制都將無(wú)法實(shí)現(xiàn)。因此，傳感器技術(shù)作為一種與現(xiàn)代科學(xué)密切相關(guān)的新興學(xué)科正得到空前快速的發(fā)展。并且在越來(lái)越多的領(lǐng)域被廣泛使用。傳感器種類(lèi)繁多其中按使用材料可分為：半導(dǎo)體傳感器、陶瓷傳感器、復(fù)合材料傳感器、金屬材料傳感器、高分子材料傳感器、超導(dǎo)材料傳感器、納米材料傳感器、光纖材料傳感器等。其中半導(dǎo)體傳感器中的很多元件所測(cè)相關(guān)量的變化（如溫度、適

15、度、某種氣體濃度）最終都是通過(guò)電阻的變化表現(xiàn)出來(lái)的。同時(shí)半導(dǎo)體式傳感器的應(yīng)用很多，像我們身邊的瓦斯煙霧檢測(cè)儀、室內(nèi)溫度檢測(cè)儀、CO探測(cè)報(bào)警器等都是對(duì)半導(dǎo)體式傳感器的應(yīng)用。其種類(lèi)有半導(dǎo)體氣敏傳感器、濕敏傳感器、色敏傳感器、熱敏傳感器等。熱敏電阻器：按照溫度系數(shù)不同分為正溫度系數(shù)熱敏電阻器（PTC）和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTC）。熱敏電阻器的典型特點(diǎn)是對(duì)溫度敏感，不同的溫度下表現(xiàn)出不同的電阻值。正溫度系數(shù)熱敏電阻器（PTC）在溫度越高時(shí)電阻值越大，負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTC）在溫度越高時(shí)電阻值越低。 PTCR5是英文Positive Temperature Coefficient Resist

16、ance的縮寫(xiě),意思是正的電阻溫度系數(shù)，也常用來(lái)泛指具有正溫度系數(shù)的現(xiàn)象和材料。PTC熱敏電阻其常溫電阻率在10-2104·cm之間，當(dāng)測(cè)試溫度超過(guò)其居里溫度時(shí)，在幾十度溫度范圍內(nèi)，其電阻率可以增大410個(gè)數(shù)量級(jí)，即產(chǎn)生所謂的PTC效應(yīng)。本論文中用的熱敏電阻為BaTiO3半導(dǎo)瓷，BaTiO3半導(dǎo)瓷是一種典型的鐵電材料，是PTC電阻。 PTCR元件的實(shí)用化基本從上世紀(jì)60年代開(kāi)始，利用其基本的電阻-溫度特性，電壓-電流特性與電流-時(shí)間特性，各種不同用途的PTCR元件廣泛應(yīng)用于工業(yè)電子設(shè)備如計(jì)算機(jī)和測(cè)量?jī)x器，民用電子設(shè)備如家用電器和汽車(chē)零部件中，以達(dá)到傳感器、溫度補(bǔ)償、過(guò)流保護(hù)、定溫加熱

17、、暖風(fēng)、自動(dòng)消磁、馬達(dá)啟動(dòng)延時(shí)等作用。PTCR的三大特性（電阻-溫度特性、電壓-電流特性、電流-時(shí)間特性）一直是科研人員們關(guān)注的重點(diǎn)，這三大特性的參數(shù)測(cè)量主要包括對(duì)電阻、電壓、電流、溫度、頻率等基本物理量的測(cè)量。在實(shí)際的理論研究及工業(yè)生產(chǎn)中，PTC熱敏電阻元件的測(cè)試條件通常都有一定的特殊要求，比如恒定可控的溫度環(huán)境，零功率測(cè)試條件，根據(jù)PTC熱敏材料特性而需要采用的特定測(cè)量方法等。1.3 本論文研究的目的和意義所以最近的幾十年來(lái)，隨著半導(dǎo)體技術(shù)、集成電路（IC）和微處理器技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字電路和數(shù)字化測(cè)量技術(shù)也有了巨大的進(jìn)步，從而促使了數(shù)字類(lèi)儀表，和基于微處理芯片的系統(tǒng)的快速發(fā)展，結(jié)合嵌入式微控

18、制器即單片機(jī)來(lái)設(shè)計(jì)智能PTCR測(cè)試系統(tǒng)，使測(cè)試儀表朝著集成化、智能化、模塊化、微型化的方向發(fā)展，符合智能儀器的發(fā)展趨勢(shì)6。正是由于半導(dǎo)體傳感器件的所測(cè)環(huán)境變量的終端體現(xiàn)很多都是通過(guò)電阻變化來(lái)判斷的，所以電阻測(cè)量?jī)x器是很必要的，這便是本論文中動(dòng)態(tài)電阻測(cè)量?jī)x系統(tǒng)研究的意義所在。所以，本文中的動(dòng)態(tài)電阻測(cè)量?jī)x是對(duì)微處理芯片技術(shù)和半導(dǎo)體傳感器件的聯(lián)合使用，就是一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的針對(duì)熱敏電阻的動(dòng)態(tài)電阻測(cè)量系統(tǒng)。第2章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)思路概述首先本系統(tǒng)的目的是實(shí)現(xiàn)電阻的測(cè)量，而電阻是不能直接測(cè)量的。所以采取的方式便是，借助相關(guān)電路的設(shè)計(jì)及對(duì)電壓的測(cè)量經(jīng)過(guò)相應(yīng)的算法計(jì)算出電阻值并讓其在數(shù)碼管

19、顯示。系統(tǒng)利用的是如下的分壓電路：圖2-1 分壓電路原理圖其中電源是5V的，R1是一個(gè)已知阻值的電阻，RV1變阻器就相當(dāng)于需要測(cè)試的變化的電阻，電壓表接在已知電阻的兩端，即電壓表顯示的是阻值已知的電阻兩端的電壓值。 其本質(zhì)其實(shí)跟傳統(tǒng)的比例法測(cè)電阻7是相同的，傳統(tǒng)的比例法測(cè)電阻的原理圖以及相關(guān)分析如下可見(jiàn)：圖2-2比例法測(cè)電阻原理圖被測(cè)電阻Rx與基準(zhǔn)電阻R0(即為分壓電路中的已知電阻)串聯(lián)后接在電源V+和COM之間。參考電壓輸入的VREF+與V+相接，VREF-與測(cè)量電壓輸入端IN+相接，IN-與COM接通。R0上的壓降VR0兼作基準(zhǔn)電壓，Rx上的壓降VRX作為輸入電壓VIN，設(shè)流過(guò)R0和Rx的

20、電流為I，參數(shù)之間關(guān)系為： 測(cè)量值只與兩個(gè)電阻的比值有關(guān)，而與參量電壓VREF的值無(wú)關(guān)，這就是比例法測(cè)電阻的優(yōu)勢(shì)所在。所以同樣的，在本系統(tǒng)中如果要測(cè)電阻，就需要借助電壓表測(cè)出的已知電阻的電壓值，計(jì)算出待測(cè)電阻的阻值。RXR0×(5-V0)/V0現(xiàn)在設(shè)計(jì)主線已經(jīng)很明確的，為輔助測(cè)試先要設(shè)計(jì)制作一個(gè)一路模擬量輸入電壓表，能夠測(cè)量0-5V電壓即可。然后再在軟件中根據(jù)實(shí)際電路實(shí)現(xiàn)電阻的算法。至于顯示規(guī)格，我是以千歐為單位顯示的，而且顯示的變化范圍是0到10千歐，所以數(shù)碼管采用的是四位一體的，可以顯示三位小數(shù)。所以現(xiàn)在就可以看出來(lái)，本系統(tǒng)的硬件電路就是一個(gè)數(shù)字電壓表的硬件電路再外加一個(gè)包括待測(cè)

21、電阻的分壓電路。而最終電阻值的顯示是在軟件中通過(guò)相應(yīng)算法實(shí)現(xiàn)的。2.2 電壓表設(shè)計(jì)的總體方案2.2.1 設(shè)計(jì)思路數(shù)字電壓表的系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括三大模塊：模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、顯示模塊。 A/D轉(zhuǎn)換模塊采用ADC0808實(shí)現(xiàn)。 數(shù)據(jù)處理模塊選擇AT89C51單片機(jī)為核心控制器件8來(lái)完成。 顯示模塊采用4位一體的LED數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)。圖2-3系統(tǒng)整體運(yùn)行框架2.2.2設(shè)計(jì)方案數(shù)字電壓表的硬件電路設(shè)計(jì)由6個(gè)部分組成：時(shí)鐘電路，復(fù)位電路，AT89C51單片機(jī)系統(tǒng)9，A/D轉(zhuǎn)換電路，LED顯示系統(tǒng)以及測(cè)量電壓輸入電路。硬件電路的設(shè)計(jì)框圖如下所示：圖2-4數(shù)字電壓表硬件設(shè)計(jì)框圖2.3 電壓表A/D轉(zhuǎn)換

22、模塊2.3.1 A/D轉(zhuǎn)換器概述現(xiàn)實(shí)世界的物理量都是模擬量，能把模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量的器件稱(chēng)為模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D轉(zhuǎn)換器），A/D轉(zhuǎn)換器是單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的關(guān)鍵接口電路，按照各種A/D芯片的轉(zhuǎn)化原理可分為逐次逼近型，雙重積分型、電壓頻率轉(zhuǎn)換型等。雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器具有抗干擾能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)換精度高、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。與雙積分相比，逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換速度更快，而且精度更高，比如ADC0809、ADC0808等，它們通常具有8路模擬選通開(kāi)關(guān)及地址譯碼、鎖存電路等，它們可以與單片機(jī)系統(tǒng)連接，將數(shù)字量送到單片機(jī)進(jìn)行分析和顯示。一個(gè)n位的逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器只需要比較n次，轉(zhuǎn)換時(shí)間只取決于位數(shù)和時(shí)鐘

23、周期，逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度快，因而在實(shí)際中廣泛使用。逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器10，最開(kāi)始時(shí)，寄存器各位清零，轉(zhuǎn)換時(shí)，先將最高位置1，把數(shù)據(jù)送入A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果與輸入的模擬量比較，如果轉(zhuǎn)換的模擬量比輸入的模擬量小，則1保留，如果轉(zhuǎn)換的模擬量比輸入的模擬量大，則1不保留，然后從第二位依次重復(fù)上述過(guò)程直至最低位，最后寄存器中的內(nèi)容就是輸入模擬量對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)字量。圖2-5逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理圖2.3.2 ADC0808主要特性：（1）8路8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位。（2）具有轉(zhuǎn)換起始控制端。（3）轉(zhuǎn)換時(shí)間：128s；轉(zhuǎn)換精度：0.2%；單個(gè)+5V電源供電。（4）模擬

24、輸入電壓范圍0- +5V，不需外部零點(diǎn)和滿刻度調(diào)整。（5）低功耗，約15mW6。（6）工作溫度范圍為-40攝氏度到+85攝氏度。ADC0808是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，帶有使能控制端，與微機(jī)直接接口，片內(nèi)帶有鎖存功能的8路模擬多路開(kāi)關(guān)，可以對(duì)8路0-5V輸入模擬電壓信號(hào)分時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，與各種微控制器接口，可鎖存三態(tài)輸出，輸出與TTL兼容。由于ADC0808設(shè)計(jì)時(shí)有考慮到若干種模/數(shù)變換技術(shù)的長(zhǎng)處，所以該芯片非常適應(yīng)于過(guò)程控制，微控制器輸入通道的接口電路，智能儀器和機(jī)床控制等領(lǐng)域。ADC0808是ADC0809的簡(jiǎn)化版本，功能基本相同。區(qū)別在于ADC0808 的輸出端口D0-D7是高

25、位到低位，而ADC0809是低位到高位。一般在硬件仿真時(shí)采用ADC0808進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，實(shí)際使用時(shí)采用ADC0809進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。2.3.3 ADC0808外部各引腳功能ADC0808芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，其引腳圖如圖3所示。下面說(shuō)明各個(gè)引腳功能：IN0-IN7（8條）：8路模擬量輸入線，用于輸入和控制被轉(zhuǎn)換的模擬電壓。D0-D7(8條)：8位數(shù)字量輸出端D0是高位。ALE：地址鎖存允許輸入線，高電平有效，當(dāng)ALE為高電平時(shí)，為地址輸入線，用于選擇IN0-IN7上那一條模擬電壓送給比較器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。 圖2-6 ADC0808引腳圖ADDA,ADDB,ADDC：3位地址輸

26、入線，用于選擇8路模擬輸入中的一路，其對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2所示：表2-1 ADC0808通道選擇表地址碼對(duì)應(yīng)的輸入通道CBA000011110011001101010101IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7START：START為“啟動(dòng)脈沖”輸入法，該線上正脈沖由CPU送來(lái)，寬度應(yīng)大于100ns，上升沿清零SAR,下降沿啟動(dòng)ADC工作。EOC：EOC為A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出線，該線上高電平表示A/D轉(zhuǎn)換已結(jié)束，數(shù)字量已鎖入三態(tài)輸出鎖存器，轉(zhuǎn)換期間一直是低電平。OE：OE為數(shù)據(jù)輸出允許端，高電平有效。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開(kāi)三態(tài)輸出門(mén)，輸出數(shù)字量。REF+、REF

27、-：參考電壓輸入量，給電阻階梯網(wǎng)絡(luò)供給標(biāo)準(zhǔn)電壓。VCC、GND：VCC為主電源輸入端，單一接+5V。GND為接地端，一般REF+與Vcc連接在一起，REF-與GND連接在一起。CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHz。2.3.4 ADC0808內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)ADC0808由一個(gè)八路模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。如下圖所示。圖2-7 ADC0808內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖（1）地址鎖存與譯碼器用于當(dāng)ALE信號(hào)有效時(shí)，鎖存從ADDA、ADDB、ADDC 3根地址線上送來(lái)的3位地址，譯碼后產(chǎn)生通道選擇信號(hào)，從8路模擬通道中選擇當(dāng)前模擬通道。（2）8路模擬

28、通道選擇開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)從8路輸入模擬量中選擇一路送給后面的比較器進(jìn)行比較。（3）比較器8位開(kāi)關(guān)樹(shù)型A/D轉(zhuǎn)換器逐次逼近型寄存器，定時(shí)和控制電路組成8位A/D轉(zhuǎn)換器，當(dāng)START信號(hào)有效時(shí)，就開(kāi)始對(duì)當(dāng)前通道的模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后，把轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量送到8位三態(tài)鎖存器，同時(shí)通過(guò)引腳送出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。（4）三態(tài)輸出鎖存器保存當(dāng)前模擬通道轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量，當(dāng)OE信號(hào)有效時(shí)，把轉(zhuǎn)換的結(jié)果送出。ADC0808內(nèi)部的工作過(guò)程：首先輸入三位地址，并使ALE=1，將地址存入鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號(hào)變低，指

29、示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到A/D轉(zhuǎn)換完成。EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已經(jīng)存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可做終端申請(qǐng)。當(dāng)OE輸入高電平時(shí)，輸出三態(tài)門(mén)打開(kāi)，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。2.4 數(shù)據(jù)處理模塊2.4.1 AT89C51單片機(jī)性能介紹數(shù)據(jù)處理模塊由單片機(jī)系統(tǒng)完成，在這里我采用的是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C519。它是一款低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含有4KB的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器和128字節(jié)的隨機(jī)存儲(chǔ)器。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容，由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，

30、ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，它為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。AT89C51的性能8：與MCS-51成品指令系統(tǒng)完全兼容；4KB可編程閃速存儲(chǔ)器；壽命：1000次寫(xiě)/擦循環(huán)；數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年；全靜態(tài)工作：0-24MHz；三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定；128*8B內(nèi)部RAM；32個(gè)可編程I/O口線；2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；5個(gè)中斷源；可編程串行UART通道；片內(nèi)震蕩器和掉電模式。 2.4.2 AT89C51外部引腳功能AT89C51采用PDIP封裝形式，引腳配置如圖5所示。圖2-8 AT89C51的引腳圖AT89C51芯片的各引腳功能11為：P0口：這組引腳共有8

31、條，P0.0為最低位。這8個(gè)引腳有兩種不同的功能，分別適用于不同的情況，第一種情況是89C51不帶外存儲(chǔ)器，P0口可以為通用I/O口使用，P0.0-P0.7用于傳送CPU的輸入/輸出數(shù)據(jù)，這時(shí)輸出數(shù)據(jù)可以得到鎖存，不需要外接專(zhuān)用鎖存器，輸入數(shù)據(jù)可以得到緩沖，增加了數(shù)據(jù)輸入的可靠性；第二種情況是89C51帶片外存儲(chǔ)器，P0.0-P0.7在CPU訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)先傳送片外存儲(chǔ)器的低8位地址，然后傳送CPU對(duì)片外存儲(chǔ)器的讀/寫(xiě)數(shù)據(jù)。P0口為開(kāi)漏輸出，在作為通用I/O使用時(shí)，需要在外部用電阻上拉。P1口：這8個(gè)引腳和P0口的8個(gè)引腳類(lèi)似，P1.7為最高位，P1.0為最低位，當(dāng)P1口作為通用I/O口使用

32、時(shí)，P1.0-P1.7的功能和P0口的第一功能相同，也用于傳送用戶的輸入和輸出數(shù)據(jù)。P2口：這組引腳的第一功能與上述兩組引腳的第一功能相同即它可以作為通用I/O口使用，它的第一功能和P0口引腳的第二功能相配合，用于輸出片外存儲(chǔ)器的高8位地址，共同選中片外存儲(chǔ)器單元，但并不是像P0口那樣傳送存儲(chǔ)器的讀/寫(xiě)數(shù)據(jù)。P3口：這組引腳的第一功能和其余三個(gè)端口的第一功能相同，第二功能為控制功能，每個(gè)引腳并不完全相同，如下表2-2所示：表2-2 P3口各位的第二功能P3口各位第二功能P3.0RXT（串行口輸入）P3.1TXD（串行口輸出）P3.2/INT0（外部中斷0輸入）P3.3/INT1(外部中斷1輸入

33、)P3.4T0（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0的外部輸入）P3.5T1（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1的外部輸入）P3.6/WR（片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)允許）P3.7/RD(片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀允許)Vcc為+5V電源線，Vss接地。ALE：地址鎖存允許線，配合P0口的第二功能使用，在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，89C51的CPU在P0.0-P0.7引腳線去傳送隨后而來(lái)的片外存儲(chǔ)器讀/寫(xiě)數(shù)據(jù)。在不訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，89C51自動(dòng)在ALE線上輸出頻率為1/6震蕩器頻率的脈沖序列。該脈沖序列可以作為外部時(shí)鐘源或定時(shí)脈沖使用。/EA：片外存儲(chǔ)器訪問(wèn)選擇線，可以控制89C51使用片內(nèi)ROM或使用片外ROM，當(dāng)/EA=1的時(shí)候，允許使用片內(nèi)ROM,

34、當(dāng)/EA=0的時(shí)候，只使用片外ROM。/PSEN：片外ROM的選通線，在訪問(wèn)片外ROM時(shí)，89C51自動(dòng)在/PSEN線上產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖，作為片外ROM芯片的讀選通信號(hào)。RST：復(fù)位線，可以使89C51處于復(fù)位(即初始化)工作狀態(tài)。通常89C51復(fù)位有自動(dòng)上電復(fù)位和人工按鍵復(fù)位兩種。XTAL1和XTAL2：片內(nèi)震蕩電路輸入線，這兩個(gè)端子用來(lái)外接石英晶體和微調(diào)電容，即用來(lái)連接89C51片內(nèi)OSC(震蕩器)的定時(shí)反饋回路。AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4KB的Flash閃速存儲(chǔ)器，128B內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)震蕩器

35、及時(shí)鐘電路，同時(shí)，AT89C51可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作，掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但震蕩器停止工作并禁止其他所有工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。 2.4.3 單片機(jī)系統(tǒng)的相關(guān)電路2.4.3.1 復(fù)位電路單片機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)都需要復(fù)位，使CPU和系統(tǒng)中的其他部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。MCS-51單片機(jī)有一個(gè)復(fù)位引腳RST11,采用施密特觸發(fā)輸入。當(dāng)震蕩器起振后，只要該引腳上出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平即可確保時(shí)器件復(fù)位。復(fù)位完成后，如果RST端繼續(xù)保持高電平，

36、MCS-51就一直處于復(fù)位狀態(tài)，只要RST恢復(fù)低電平后，單片機(jī)才能進(jìn)入其他工作狀態(tài)。單片機(jī)的復(fù)位方式有上電自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位兩種，圖6是51系列單片機(jī)統(tǒng)常用的上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位組合電路，只要Vcc上升時(shí)間不超過(guò)1ms，它們都能很好的工作。復(fù)位電路如圖2-9所示。圖2-9 單片機(jī)復(fù)位電路2.4.3.2 時(shí)鐘發(fā)生電路單片機(jī)中CPU每執(zhí)行一條指令，都必須在統(tǒng)一的時(shí)鐘脈沖的控制下嚴(yán)格按時(shí)間節(jié)拍進(jìn)行，而這個(gè)時(shí)鐘脈沖是單片機(jī)控制中的時(shí)序電路發(fā)出的。CPU執(zhí)行一條指令的各個(gè)微操作所對(duì)應(yīng)時(shí)間順序稱(chēng)為單片機(jī)的時(shí)序。MCS-51單片機(jī)芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，用于構(gòu)成震蕩器，XTAL1為該放大器的輸入端，X

37、TAL2為該放大器輸出端，但形成時(shí)鐘電路還需附加其他電路。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，利用單片機(jī)內(nèi)部的高增益反相放大器，外部電路簡(jiǎn)，只需要一個(gè)晶振和2個(gè)電容即可，如圖2-10所示。圖2-10 單片機(jī)時(shí)鐘發(fā)生電路電路中的器件選擇可以通過(guò)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)確定，也可以參考一些典型電路12的參數(shù)，電路中，電容器C1和C2對(duì)震蕩頻率有微調(diào)作用，通常的取值范圍是30±10pF，在這個(gè)系統(tǒng)中選擇了33pF；石英晶振選擇范圍最高可選24MHz，它決定了單片機(jī)電路產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)震蕩頻率，在本系統(tǒng)中選擇的是12MHz，因而時(shí)鐘信號(hào)的震蕩頻率為12MHz。2.5 顯示模塊顯示模塊采用的是四位一體的數(shù)碼管，如圖2

38、-11所示。圖2-11顯示模塊圖LED是發(fā)光二極管顯示器的縮寫(xiě)。LED由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、與單片機(jī)接口方便等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。LED顯示器13即數(shù)碼管是由若干個(gè)發(fā)光二極管組成顯示字段的顯示器件。在單片機(jī)中使用最多的是七段數(shù)碼顯示器。七段數(shù)碼管由8個(gè)發(fā)光二極管組成顯示字段，其中7個(gè)長(zhǎng)條形的發(fā)光二極管排列成“日”字形，另一個(gè)圓點(diǎn)形的發(fā)光二極管在顯示器的右下角作為顯示小數(shù)點(diǎn)用，其通過(guò)不同的組合可用來(lái)顯示各種數(shù)字。2.5.1 四位數(shù)碼管概述四位數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。能顯示4個(gè)數(shù)碼管叫四位數(shù)碼管。數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光

39、二極管單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示）；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽(yáng)極數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到一起形成公共陽(yáng)極(COM)的數(shù)碼管。其在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰極數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。共陰極數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陽(yáng)極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。2.5.2 原理圖及引腳圖對(duì)于一位數(shù)碼管對(duì)應(yīng)的端名稱(chēng)及排列如下圖所示

40、圖2-12一位數(shù)碼管引腳端名稱(chēng)內(nèi)部的工作原理即如下面兩圖所示。每個(gè)段其實(shí)就是一個(gè)發(fā)光二極管，導(dǎo)通即亮。下面的示例圖都以共陽(yáng)極數(shù)碼管為例，共陰極數(shù)碼管原理相同，只是二極管方向相反。圖2-13 共陽(yáng)極數(shù)碼管內(nèi)部電路而四位數(shù)碼管即相當(dāng)于四個(gè)一位的數(shù)碼管段選并聯(lián)而陰極（共陰數(shù)碼管）或陽(yáng)極（共陽(yáng)數(shù)碼管），則分別作為位選端。共陽(yáng)極數(shù)碼管的內(nèi)部電路構(gòu)造如圖2-14所示（共陰極數(shù)碼管二極管反向）。圖2-14四位一體共陽(yáng)極數(shù)碼管內(nèi)部電路圖從數(shù)碼管正面俯視看，對(duì)應(yīng)的引腳如圖2-15所示，圖2-15四位一體數(shù)碼管引腳圖1，2，3，4分別表示從左到右四個(gè)數(shù)碼管的位選端，a,b,c,d,e,f,g,dp即分別對(duì)應(yīng)數(shù)碼管

41、的段選，共陰極數(shù)碼管高電平有效，共陽(yáng)極的數(shù)碼管低電平有效。2.5.3 數(shù)碼管的譯碼方式表2-3共陰極字段碼表顯示字符共陰極字段碼03FH106H25BH34FH466H56DH67DH707H87FH96FH譯碼方式是指由顯示字符轉(zhuǎn)換得到對(duì)應(yīng)的字段碼的方式，對(duì)于LED數(shù)碼管顯示器，通常的譯碼方式有硬件譯碼和軟件譯碼方式兩種8。硬件譯碼是指利用專(zhuān)門(mén)的硬件電路來(lái)實(shí)現(xiàn)顯示字符碼的轉(zhuǎn)換。軟件譯碼就是編寫(xiě)軟件譯碼程序，通過(guò)譯碼程序來(lái)得到要顯示的字符的字段碼，譯碼程序通常為查表程序。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中為了簡(jiǎn)化硬件線路設(shè)計(jì)，數(shù)碼管譯碼采用軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于本設(shè)計(jì)采用的是共陰極數(shù)碼管，其對(duì)應(yīng)的字符和字段碼如表2-

42、3所示（本系統(tǒng)采用的是共陰極的數(shù)碼管）。2.5.4 數(shù)碼管與單片機(jī)接口設(shè)計(jì)由于單片機(jī)的并行口不能直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，所以，在一般情況下，必須采用專(zhuān)用的驅(qū)動(dòng)電路芯片13，使之產(chǎn)生足夠大的電流，數(shù)碼管才能正常工作。如果驅(qū)動(dòng)電路能力差，即負(fù)載能力不夠時(shí)，顯示器亮度就低，而且驅(qū)動(dòng)電路長(zhǎng)期在超負(fù)荷下運(yùn)行容易損壞，因此，數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)通常分為兩種：靜態(tài)驅(qū)動(dòng)和動(dòng)態(tài)顯示。1、靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱(chēng)直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O端口多，

43、如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×8=40根I/O端口來(lái)驅(qū)動(dòng)，一個(gè)89S51單片機(jī)可用的I/O端口才32個(gè)，實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。2、數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃“a,b,c,d,e,f,g,dp”的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開(kāi)，該位就顯示出

44、字形，沒(méi)有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過(guò)程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。所以為了簡(jiǎn)化電路，本系統(tǒng)在數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)上，利用單片機(jī)P0口上外接的上拉電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)，即將數(shù)碼管的A-G段顯示引腳和DP小數(shù)點(diǎn)顯示引腳并聯(lián)到P0口與上拉電阻之間，這樣，就可以加大P0口作為輸出口的驅(qū)動(dòng)能力，使

45、得數(shù)碼管能按照正常的亮度顯示出數(shù)字。2.6 外加的分壓電路此電路時(shí)輔助測(cè)量電阻的電路同時(shí)也是電壓表的模擬電壓發(fā)生電路，如圖2-16所示。圖2-16分壓電路圖圖中的滑動(dòng)變阻器相當(dāng)于變化的電阻，與已知電阻R0串聯(lián)在地與5V正電壓之間，構(gòu)成分壓電路。R0兩端的電壓即為輸入到A/D轉(zhuǎn)換器的模擬量。2.7 整體的電路原理圖設(shè)計(jì)整體原理圖如圖2-17所示：圖2-17 系統(tǒng)總電路圖此電路的工作原理是：+5V模擬電壓信號(hào)通過(guò)變阻器RV1分壓后由ADC0808的IN0通道進(jìn)入（由于使用的IN0通道，所以ADDA、ADDB、ADDC均接低電平），經(jīng)過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)換后，產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)字量經(jīng)過(guò)其輸出通道D0-D7傳送給AT

46、89C51芯片的P1口，AT89C51負(fù)責(zé)把接收到的數(shù)字量經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理，產(chǎn)生正確的7段數(shù)碼管的顯示段碼傳送給四位數(shù)碼管，同時(shí)單片機(jī)的P2端口的低四位P2.0、P2.1、P2.2、P2.3產(chǎn)生位選信號(hào)控制數(shù)碼管的亮滅。此外，AT89C51還控制ADC0808的工作。其中，P3.0發(fā)正脈沖啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，ADC0808的CLOCK與地址鎖存允許輸入端ALE共同接在單片機(jī)的P3.3端口由定時(shí)器發(fā)出的方波控制， P3.2檢測(cè)A/D轉(zhuǎn)換是否完成，轉(zhuǎn)換完成后，P3.1置高從P1口讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果送給LED顯示出來(lái)。PS：最初電路的接法不是這樣的，最開(kāi)始數(shù)碼管是接在單片機(jī)的P1口，A/D的輸出接在單片機(jī)的P0口

47、，在后面的測(cè)試環(huán)節(jié)改成這樣，即最終的電路圖。第3章 系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)對(duì)于單片機(jī)控制的系統(tǒng)，軟件和硬件同樣重要，硬件僅解決了信號(hào)輸入輸出問(wèn)題，軟件完成對(duì)數(shù)據(jù)的處理、傳送、存儲(chǔ)、顯示等，是系統(tǒng)的控制和處理核心。單片機(jī)在推廣應(yīng)用的初期，主要使用匯編語(yǔ)言，這是因?yàn)楫?dāng)時(shí)的開(kāi)發(fā)工具只能支持匯編語(yǔ)言。隨著硬件技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言從匯編語(yǔ)言過(guò)渡到高級(jí)語(yǔ)言C已經(jīng)成為時(shí)代的潮流。C語(yǔ)言是一種通用的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，其代碼效率高、數(shù)據(jù)類(lèi)型及運(yùn)算符豐富，并具有良好的程序結(jié)構(gòu)，適用于各種應(yīng)用程序設(shè)計(jì)。支持51單片機(jī)用的C語(yǔ)言編程的編譯器主要有兩種：Franklin C51編譯器和Keil C51編譯器，我們簡(jiǎn)稱(chēng)

48、C51。C51是專(zhuān)為51單片機(jī)開(kāi)發(fā)的一種高性能的C編譯器。由C51產(chǎn)生的目的代碼的運(yùn)行速度極高，所需存儲(chǔ)空間極小，完全可以和匯編語(yǔ)言媲美。本論文中所有程序的編譯均采用德國(guó)Keil Software公司開(kāi)發(fā)的Keil C51編譯器14。3.1 電阻測(cè)量?jī)x的主程序本論文電阻測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試流程如下圖所示，主要包含了系統(tǒng)初始化部分、A/D轉(zhuǎn)換部分、顯示部分。主程序框圖如圖3-1所示圖3-1主程序框圖3.2 初始化程序初始化，是對(duì)將要用到的51系列單片機(jī)內(nèi)部部件或擴(kuò)展芯片進(jìn)行初始工作狀態(tài)設(shè)定，初始化子程序的主要工作是設(shè)置定時(shí)器的工作模式，初值預(yù)置，開(kāi)中斷和打開(kāi)定時(shí)器等。初始化中TMOD設(shè)置為0x10，轉(zhuǎn)

49、換為二進(jìn)制的為00010000，對(duì)應(yīng)定時(shí)器的工作方式寄存器可以知道，設(shè)定的模式為，定時(shí)器1工作在方式1圖3-2 工作方式寄存器TMODGATE：門(mén)控位 GATE=0時(shí)，只要用軟件使TCON中的TR0或者TR1為1，就可以啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作；GATE=1時(shí)，要同時(shí)滿足以下要求，才能啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作（一般不使用） 用軟件使TR1或TR0為1， 同時(shí)外部中斷（INT0/1）引腳（P3.2，P3.3）也為高電平M1M0；工作方式設(shè)置位。定時(shí)/計(jì)數(shù)器有四種工作方式，由M1M0進(jìn)行設(shè)置，具體方式見(jiàn)下表。表3-1定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作方式設(shè)置表對(duì)定時(shí)器裝初值16：本系統(tǒng)用的定時(shí)器1TH1=(65536-20

50、0)/256; TL1=(65536-200)%256; 所設(shè)定時(shí)間為200ms中斷設(shè)置：對(duì)IE賦值，開(kāi)中斷 開(kāi)定時(shí)器中斷（ET0=1或ET1=1）開(kāi)總中斷（EA=1）。圖3-3中斷允許IE每一位都需要用程序置1或清0。置1時(shí)，相應(yīng)的中斷打開(kāi)；清0時(shí)，相應(yīng)的中斷關(guān)閉。使用定時(shí)器、外部中斷、串行口中斷中的某一個(gè)或某幾個(gè)時(shí)EA都要置1。3.3 A/D轉(zhuǎn)換子程序A/D轉(zhuǎn)換程序用來(lái)控制對(duì)輸入的模塊電壓信號(hào)的采集測(cè)量，進(jìn)行轉(zhuǎn)換并將轉(zhuǎn)換后對(duì)應(yīng)的數(shù)值存入相應(yīng)的內(nèi)存單元。具體的流程圖如圖3-4所示圖3-4 A/D轉(zhuǎn)換子程序流程圖輸入05V之間的模擬量，通過(guò)ADC0809轉(zhuǎn)換成數(shù)字量供程序中的全局變量getda

51、ta取出來(lái)。ADC0809的VREF接5V電壓。初始化時(shí)，使ST和OE信號(hào)全為低電平。在ST端給出一個(gè)至少有100ns寬的正脈沖信號(hào)，實(shí)現(xiàn)方式即為ST由0變1再變0。當(dāng)ST上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。在轉(zhuǎn)換期間，ST應(yīng)保持低電平。送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到A、B、C端口上。因?yàn)橹挥幸宦份斎胄盘?hào)，故將與A/D轉(zhuǎn)換連接的單片機(jī)的P3.4、P3.5、P3.6在程序中均設(shè)為0。即ABC的輸入量為000選中ADC0809的通道IN0。根據(jù)EOC信號(hào)來(lái)判斷是否轉(zhuǎn)換完畢。當(dāng)EOC變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，這時(shí)給OE為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)P1口再傳遞到數(shù)碼管顯示。否則，表明正在

52、進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。需要等待。為輸出允許信號(hào)，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。3.4 顯示子程序顯示子程序采用動(dòng)態(tài)掃描實(shí)現(xiàn)四位數(shù)碼管的數(shù)值顯示，在采用動(dòng)態(tài)掃描顯示方式時(shí)，要使得數(shù)碼管顯示的比較均勻，又有足夠的亮度，需要設(shè)置適當(dāng)?shù)膾呙桀l率，當(dāng)掃描頻率在70Hz左右時(shí)，能夠產(chǎn)生比較好的顯示效果，一般可以采用間隔10ms對(duì)數(shù)碼管進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描一次，每一位數(shù)碼管顯示時(shí)間為1ms。在本設(shè)計(jì)中，為了簡(jiǎn)化硬件設(shè)計(jì)，主要采用軟件定時(shí)的方式，通過(guò)軟件延時(shí)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)5ms的延時(shí)。第4章 系統(tǒng)運(yùn)行及測(cè)試結(jié)果分析本章主要介紹系統(tǒng)樣應(yīng)用結(jié)果，并對(duì)結(jié)果

53、進(jìn)行分析。將從下面幾方面 keil程序調(diào)試及proteus仿真 實(shí)物完成 實(shí)際電阻測(cè)量及結(jié)果分析4.1 keil程序調(diào)試及proteus仿真4.1.1 proteus功能及使用概述Protues軟件18是英國(guó)Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具的軟件仿真功能，還能仿真單片機(jī)及其外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國(guó)內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛(ài)好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。其功能特點(diǎn)如下：proteus軟件具有其它EDA工具軟件的功能。這些功能是：（1）原理布圖（2）PCB自動(dòng)

54、或人工布線（3）SPICE電路仿真革命性的特點(diǎn)（1）互動(dòng)的電路仿真用戶甚至可以實(shí)時(shí)采用諸如LED/LCD、鍵盤(pán)、RS232終端等動(dòng)態(tài)外設(shè)模型來(lái)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行交互仿真。（2）仿真處理器及其外圍電路可以仿真51系列、AVR、PIC等常用主流單片機(jī)。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，Protues建立了完備的電子設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)環(huán)境。軟件調(diào)試的主要任務(wù)是排查錯(cuò)誤，錯(cuò)誤主要包括邏輯和功能錯(cuò)誤，這些錯(cuò)誤有些是顯性的，而有些是隱形的，可以通過(guò)仿真開(kāi)發(fā)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)逐步改正。Proteus軟件可以對(duì)基于微控制器的設(shè)計(jì)連同所有的周?chē)娮?/p>

55、器件一起仿真，用戶甚至可以實(shí)時(shí)采用諸如LED/LCD、鍵盤(pán)、RS232終端等動(dòng)態(tài)外設(shè)模型來(lái)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行交互仿真。Proteus支持的微處理芯片包括8051系列、AVR系列、PIC系列、HC11系列及Z80等等。Proteus可以完成單片機(jī)系統(tǒng)原理圖電路繪制、PCB設(shè)計(jì)，更為顯著點(diǎn)的特點(diǎn)是可以與keil的u Visions4 IDE工具軟件結(jié)合進(jìn)行編程仿真調(diào)試。4.1.2 調(diào)試過(guò)程中的問(wèn)題及解決方案本系統(tǒng)的調(diào)試主要以軟件為主，其中，系統(tǒng)電路圖的繪制和仿真我采用的是Proteus軟件，而程序方面，采用的是匯編語(yǔ)言，用Keil軟件將程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)。最初實(shí)現(xiàn)的是一個(gè)電壓表的功能，將程序在keil中編譯生

56、成.hex文件。在proteus面板上畫(huà)出系統(tǒng)的電路圖。Keil中生成的.hex文件下載到仿真圖中的單片機(jī)內(nèi)進(jìn)行仿真。下載程序的步驟：雙擊仿真圖中的芯片出現(xiàn)下面窗口圖4-1 程序下載窗口截圖1點(diǎn)擊畫(huà)圈的文件夾即可進(jìn)入文件路徑便可顯示文件下的.hex文件點(diǎn)擊圖4-2 程序下載窗口截圖2點(diǎn)擊打開(kāi)，然后點(diǎn)擊ok。程序便下入仿真圖芯片中。圖4-3仿真窗口截圖然后點(diǎn)擊仿真界面左下角開(kāi)始鍵即可進(jìn)行仿真。仿真結(jié)果：電壓表仿真結(jié)果正常，數(shù)值以V為單位可以從0.000顯示到4.975。誤差在允許范圍內(nèi)。然后在程序中改算法，最終實(shí)現(xiàn)電阻顯示。改完再仿真中結(jié)果一直不正確。仿真中變壓器是1K的，所以準(zhǔn)確的變化范圍應(yīng)該是0.0001.000（單位是K）是出現(xiàn)過(guò)的錯(cuò)誤的顯示包括下面兩種：數(shù)碼管只能顯示五個(gè)數(shù) 0.000、0.025、0.066、0.150、0.400。顯示數(shù)字但是不規(guī)則。解決方案：在原有算法v=getdata*1.0/255