數(shù)字直流電壓表系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

PAGEv摘要進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已難以用日新月異來(lái)描述。新工藝、新材料、新的制造技術(shù)催生了新的一代電子元器件，同時(shí)也促使電子測(cè)量技術(shù)和電子測(cè)量?jī)x器產(chǎn)生了新概念和新發(fā)展趨勢(shì)。各種電子測(cè)量?jī)x器的發(fā)展趨勢(shì)越來(lái)越優(yōu)異，電壓測(cè)量是電子測(cè)量中的基本內(nèi)容，因此電壓表是測(cè)量?jī)x器中不可缺少的設(shè)備。目前廣泛應(yīng)用的是采用專用集成電路實(shí)現(xiàn)的數(shù)字電壓表，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，測(cè)量要求也越來(lái)越精確，測(cè)量工具的性能要求也越來(lái)越高。數(shù)字電壓表已成為實(shí)現(xiàn)測(cè)量自動(dòng)化、提高工作效率不可缺少的儀表，數(shù)字化是當(dāng)前計(jì)量?jī)x器發(fā)展的主要方向之一。數(shù)字化發(fā)展離不開(kāi)單片機(jī)的應(yīng)用，單片機(jī)是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的微處理器(CPU)集中到一塊芯片上。隨著單片機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)已成為一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代化科技水平的重要標(biāo)志。單片機(jī)可單獨(dú)地完成現(xiàn)代工業(yè)控制所要求的智能化控制功能，這是單片機(jī)最大的特征。單片機(jī)控制系統(tǒng)能夠取代以前利用復(fù)雜電子線路或數(shù)字電路構(gòu)成的控制系統(tǒng)，可以軟件控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，并能夠?qū)崿F(xiàn)智能化。基于以上思路，本設(shè)計(jì)采用ATMEL公司的AT89C52實(shí)現(xiàn)數(shù)字直流電壓表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其主要具有如下功能：測(cè)量0-5V的直流電壓，最小分辨率為0.02V，使用8段LED數(shù)碼管模塊穩(wěn)定顯示所測(cè)量的電壓。本設(shè)計(jì)以AT89C52單片機(jī)為核心，以逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器ADC0808進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，使用8段LED數(shù)碼管模塊顯示，設(shè)計(jì)了數(shù)字直流電壓表系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)的正文中詳細(xì)介紹了軟硬件系統(tǒng)的各部分電路，介紹了逐次逼近式轉(zhuǎn)換電路的原理，89C52的特點(diǎn)，ADC0809的功能和應(yīng)用，8段LED數(shù)碼管的應(yīng)用。該電路設(shè)計(jì)新穎、功能強(qiáng)大、可擴(kuò)展性強(qiáng)。關(guān)鍵詞：電壓測(cè)量單片機(jī)AT89C52ADC0808LED數(shù)碼管AbstractIntothe21stcentury,scientificandtechnologicaldevelopmenthasbeendifficulttodescribewitheachpassingday.Newtechnology,newmaterials,newmanufacturingtechnologyspawnedanewgenerationofelectroniccomponents,butalsotopromoteelectronicmeasurementandelectronicmeasuringinstrumentsproducednewconceptsandnewtrends.Thedevelopmentofelectronicmeasuringinstrumentsgrowingtrendofexcellentvoltagemeasurementsarethebasicelementsofelectronicmeasurement,measuringinstruments,thereforevoltmeterisanindispensabledevice.IsnowwidelyusedbyASICtoachievethedigitalvoltagemeter,withthedevelopmentofelectronictechnology,moreandmoreprecisemeasurementrequirements,measurementtools,performancerequirementshavebecomemoresophisticated.Digitalvoltmeterhasbeenachievedmeasurementautomation,improveefficiencyindispensableinstruments,digitalmeasuringequipmentiscurrentlyoneofthemaindirectionofdevelopment.DigitalcannotdevelopwithouttheapplicationofSCM,SCMisanintegratedcircuitchip,usingtechnologytolargescaledataprocessingwithamicroprocessor(CPU)concentratedinasinglechip.Withtherapiddevelopmentofsinglechipmicrocomputer,microcontrollertechnologyhasbecomeanationalimportantindicatorofthelevelofmoderntechnology.SCMcanbeindividuallyrequiredtocompletethemodernindustrialcontrolintelligentcontrol,whichisthebiggestsinglechipfeatures.Microcomputercontrolsystemcanreplacetheprevioususeofcomplexelectroniccircuitsordigitalcircuitsofthecontrolsystemsoftwarecontrolcanbeachievedandcanachieveintelligent.Basedontheseideas,thedesignusesATMELCorporationAT89C52digitalDCvoltagemetersystemdesign,itsmainfunctionisasfollows:Measurement0-5VDCvoltage,theminimumresolutionof0.02V,using8LEDdigitalcontrolmoduledisplaysthemeasuredvoltagestability.ThedesignAT89C52microcontrollerasthecore,successiveapproximationA/DconverterADC0808analogtodigitalconversion,using8LEDdigitalcontrolmoduleshowsthedesignofdigitalDCvoltagemetersystem.Inthedesigndetailsofthebodypartsofthesystemsoftwareandhardwarecircuits,introducessuccessiveapproximationconversioncircuittheory,89C52features,ADC0809featuresandapplications,8-segmentLEDdigitalcontrolapplications.Thecircuitdesignofnovel,powerful,andscalable.Keywords:VoltageMeasurementsSCMAT89C52ADC0808LEDDigitalTube

目錄摘要 iAbstract ii第1章緒論 11.1背景 11.2數(shù)字電壓表及特點(diǎn) 21.3數(shù)字電壓表的現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì) 31.4選題的目的和意義 41.5論文主要內(nèi)容 5第2章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 62.1系統(tǒng)的功能要求 62.2方案論證 62.2.1單片機(jī)的選擇 62.2.2A/D轉(zhuǎn)換器的選擇 72.2.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 8第3章硬件電路設(shè)計(jì) 93.1單片機(jī)介紹 93.1.1單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 93.1.2單片機(jī)發(fā)展概況 113.1.3單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域 133.2單片機(jī)AT89C52 153.2.1AT89C52的主要性能參數(shù) 153.2.2功能概述 153.2.3功能引腳 163.2.4晶振電路 183.2.5復(fù)位電路 193.3A/D轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì) 213.3.1A/D轉(zhuǎn)換原理 213.3.2ADC0808簡(jiǎn)介 233.3.3ADC0808與單片機(jī)AT89C52的接口電路： 263.4LED顯示電路 273.4.1LED數(shù)碼管簡(jiǎn)介 273.4.2LED數(shù)碼管顯示方式 303.4.3LED顯示器與單片機(jī)AT89C52的接口電路 313.5電源電路設(shè)計(jì) 313.6設(shè)計(jì)原理圖 323.7 原件清單 33第4章系統(tǒng)軟件電路設(shè)計(jì) 344.1系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì) 344.1.1初始化程序 344.1.2主程序 344.1.3顯示子程序 344.1.4A/D轉(zhuǎn)換測(cè)量子程序 344.2匯編源程序 35第5章軟件的調(diào)試與仿真 365.1編譯程序 365.2系統(tǒng)功能的仿真 365.2.1Proteus介紹 375.2.2系統(tǒng)功能仿真 39第6章系統(tǒng)的防干擾措施設(shè)計(jì) 456.1干擾的來(lái)源以及造成的后果 456.1.1干擾的來(lái)源 456.1.2干擾造成的后果 456.2抗干擾措施的設(shè)計(jì) 466.2.1硬件抗干擾措施 466.2.2軟件抗干擾措施 47第7章設(shè)計(jì)總結(jié) 50參考文獻(xiàn) 52附錄 53附錄一電壓表匯編源程序 53附錄二硬件原理圖 56附錄三外文資料 57中文翻譯 63致謝 68PAGE1第1章緒論1.1背景電壓是一個(gè)基本物理量，是電路中表征電信號(hào)能量的三個(gè)基本參數(shù)(電壓，電流,功率)之一。電壓測(cè)量是電子測(cè)量中的基本內(nèi)容，在電子電路中，電路的工作狀態(tài)(如諧振,平衡,截止,飽和以及工作點(diǎn)的動(dòng)態(tài)范圍)通常都以電壓形式表現(xiàn)出來(lái)，電子設(shè)備的控制信號(hào)，反饋信號(hào)及其他信息主要表現(xiàn)為電壓量。在非電量的測(cè)量中，也多利用各類傳感器件裝置將非電參數(shù)轉(zhuǎn)換成電壓參數(shù)。電路中其他電參數(shù)(包括電流和功率,以及信號(hào)的幅度,波形的非線性失真系數(shù),元件的Q值,網(wǎng)絡(luò)的頻率特性和通頻帶,設(shè)備的靈敏度等)都可以視做電壓的派生量,通過(guò)電壓測(cè)量獲得其量值.最后也是最重要的是,電壓測(cè)量直接,方便,將電壓表并接在被測(cè)電路上,只要電壓表的輸入阻抗足夠大,就可以在幾乎不對(duì)原電路工作狀態(tài)有所影響的前提下獲得較滿意的測(cè)量結(jié)果.作為比較,電流測(cè)量就不具備這些優(yōu)點(diǎn),首先必須把電流表串接在被測(cè)支路中,很不方便,其次電流表的接入改變了原來(lái)電路的工作狀態(tài),測(cè)得值不能真實(shí)地反映出原有情況.由此不難得出結(jié)論:電壓測(cè)量是電子測(cè)量的基礎(chǔ),在電子電路和設(shè)備的測(cè)量調(diào)試中,電壓測(cè)量是不可缺少的基本測(cè)量，電壓表因此應(yīng)運(yùn)而生。在平時(shí)的工業(yè)生產(chǎn)中，電壓測(cè)量?jī)x器根據(jù)測(cè)量結(jié)果的顯示方式及測(cè)量原理不同，電壓測(cè)量?jī)x器可分為兩大類：模擬式電壓表(AVM）和數(shù)字式電壓表（DVM）。模擬式電壓表是指針式的，多用磁電式電流表作為指示器，并在表盤上刻以電壓刻度。數(shù)字式電壓表首先將模擬量經(jīng)模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字量，然后用電子計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，并以十進(jìn)制數(shù)字顯示被測(cè)電壓值。隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)字電壓表已成為實(shí)現(xiàn)測(cè)量自動(dòng)化、提高工作效率不可缺少的儀表，數(shù)字化是當(dāng)前計(jì)量?jī)x器發(fā)展的主要方向之一，而高準(zhǔn)度的DC-DVC的出現(xiàn)，又使DVM進(jìn)入了精密標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量領(lǐng)域。

1.2數(shù)字電壓表及特點(diǎn)數(shù)字電壓表（DigitalVoltmeter）簡(jiǎn)稱DVM，它是采用數(shù)字化測(cè)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(shí)代的需求，采用單片機(jī)的數(shù)字電壓表，由精度高、抗干擾能力強(qiáng)，可擴(kuò)展性強(qiáng)、集成方便，還可與PC進(jìn)行實(shí)時(shí)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(cè)量、工業(yè)自動(dòng)化儀表、自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)等智能化測(cè)量領(lǐng)域，示出強(qiáng)大的生命力。與此同時(shí)，由DVM擴(kuò)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(cè)量技術(shù)提高到嶄新水平。數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā),已經(jīng)有多種類型和款式。傳統(tǒng)的數(shù)字電壓表各有特點(diǎn),它們適合在現(xiàn)場(chǎng)做手工測(cè)量,要完成遠(yuǎn)程測(cè)量并要對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)做進(jìn)一步分析處理,傳統(tǒng)數(shù)字電壓表是無(wú)法完成的。然而基于PC通信的數(shù)字電壓表,既可以完成測(cè)量數(shù)據(jù)的傳遞,又可借助PC,做測(cè)量數(shù)據(jù)的處理。所以這種類型的數(shù)字電壓表無(wú)論在功能和實(shí)際應(yīng)用上,都具有傳統(tǒng)數(shù)字電壓表無(wú)法比擬的特點(diǎn),這使得它的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用具有良好的前景。數(shù)字電壓表的特點(diǎn)：顯示清晰直觀，讀數(shù)準(zhǔn)確傳統(tǒng)的模擬式儀表必須借助于指針和刻度盤進(jìn)行讀數(shù)，在讀數(shù)過(guò)程中不可避免的會(huì)引入人為的測(cè)量誤差。數(shù)字電壓表則采用先進(jìn)的數(shù)顯技術(shù)，使測(cè)量結(jié)果一目了然，只要儀表不發(fā)生跳讀現(xiàn)象，測(cè)量結(jié)果就是唯一的。準(zhǔn)確度高準(zhǔn)確度是測(cè)量結(jié)果中系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差的綜合。分辨率高數(shù)字電壓表在最低電壓量程上末位1個(gè)字所代表的電壓值，稱為儀表的分辨力，它反映儀表靈敏度的高低。分辨力隨顯示位數(shù)的增加而提高。分辨率是指所能顯示的最小數(shù)字（零除外）與最大數(shù)字的百分比。例如31/2位DVM的分辨率為1/1999≈0.05％。需要指出，分辨力與準(zhǔn)確度屬于兩個(gè)不同的觀念。從測(cè)量角度看，分辨力是"虛"指標(biāo)（與測(cè)量誤差無(wú)關(guān)），準(zhǔn)確度才是"實(shí)"指標(biāo)（代表測(cè)量誤差的大?。?。四、測(cè)量范圍寬多量程DVM一般可測(cè)量0～1000V直流電壓，配上高壓探頭還可測(cè)上萬(wàn)伏的高壓。五、擴(kuò)展能力強(qiáng)在數(shù)字電壓表的基礎(chǔ)上，還可擴(kuò)展成各種通用及專用數(shù)字儀表、數(shù)字多用表（DMM）和智能儀表，以滿足不同的需要。六、測(cè)量速度快數(shù)字電壓表在每秒鐘內(nèi)對(duì)被測(cè)電壓的測(cè)量次數(shù)，叫測(cè)量速率，單位是"次/S"。它主要取決于A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率，其倒數(shù)是測(cè)量周期。七、輸入阻抗高數(shù)字電壓表具有很高的輸入阻抗，通常為10MΩ～10000MΩ，最高可達(dá)1TΩ。八、集成度高，微功耗新型數(shù)字電壓表普遍采用CMOS大規(guī)模集成電路，整機(jī)功耗很低。九、抗干擾能力強(qiáng)51/2位以下的DVM大多采用積分式A/D轉(zhuǎn)換器，其串模抑制比、共模抑制比各別可達(dá)100dB、80～120dB。高檔DVM還采用數(shù)字濾波、浮地保護(hù)等先進(jìn)技術(shù)，進(jìn)一步提高了抗干擾能力，共模抑制比可達(dá)180dB。1.3數(shù)字電壓表的現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì)數(shù)字電壓表在1952年由美國(guó)NLS公司首次創(chuàng)造，它剛開(kāi)始是4位，50多年來(lái)，數(shù)字電壓表有了不斷的進(jìn)步和提高。數(shù)字電壓表是從電位差計(jì)的自動(dòng)化過(guò)程中研制成功的。開(kāi)始是4位數(shù)碼顯示，然后是5位、6位顯示，而現(xiàn)在發(fā)展到7位、8位數(shù)碼顯示；從最初的一兩種類型發(fā)展到原理不同的幾十種類型；從最早的采用繼電器、電子管發(fā)展到全晶體管、集成電路、微處理器化；從一臺(tái)儀器只能測(cè)1-2種參數(shù)到能測(cè)幾十種參數(shù)的多用型；顯示器件也從輝光數(shù)碼管發(fā)展到等離子體管、發(fā)光二極管、液晶顯示器等。數(shù)字電壓表的體積和功耗越來(lái)越小，重量不斷變輕，價(jià)格也逐步下降，可靠性越來(lái)越高，量程范圍也逐步擴(kuò)大。數(shù)字電壓表的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段:一、數(shù)字化階段20世紀(jì)50年代到60年代中期，DVM的特點(diǎn)是運(yùn)用各種原理實(shí)現(xiàn)模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換，即將模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，從而實(shí)現(xiàn)測(cè)量?jī)x表的數(shù)字化。1952年，第一臺(tái)問(wèn)世的數(shù)字電壓表是采用電子管的伺服比較式；1956年出現(xiàn)諧波式V/T(電壓/時(shí)間變換型)；1961年出現(xiàn)全晶體管化的逐次逼近比較式；1963年出現(xiàn)電壓/頻率（V/F）變換型（單積分式）；1966年出現(xiàn)雙積分式（雙斜式）等。這一時(shí)期的顯示位數(shù)是3.5～5.5位。二、高精度階段由于精密電測(cè)量的需要，DVM開(kāi)始向高準(zhǔn)確、高位數(shù)方向發(fā)展，出現(xiàn)了所謂復(fù)合型原理的儀表。如1971年日本研制的TR-6567（三次采樣積分式）；1973年英國(guó)研制的SM-215（兩次采樣電感分壓比較型）；1972年日本研制的TR-6501型DVM已達(dá)到了8位數(shù)。與此同時(shí)對(duì)積分方案進(jìn)行了改進(jìn)和提高，出現(xiàn)了如Dana公司的6900型（7位）、Solartron公司生產(chǎn)的7075型（8位），其準(zhǔn)確度可達(dá)到百萬(wàn)分之幾。三、智能化階段由于電子技術(shù)、大規(guī)模集成電路（LSI）及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，是人們不久就研制出微處理器（P）數(shù)字電壓表，實(shí)現(xiàn)了DVM數(shù)據(jù)處理自動(dòng)化和可編程序，因?yàn)閹в写鎯?chǔ)器并使用軟件支持，所以可以進(jìn)行信息處理，可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口組成自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)（ATS）例如，F(xiàn)luke公司的8506型、Solartron公司的7065型和7081型、Datron公司的1071和1281型，以及Fluke公司的最新產(chǎn)品8508A型等。它們除了完成原有DVM的各種功能外，還能夠自校、自檢，保證了自動(dòng)測(cè)量的高準(zhǔn)確度，實(shí)現(xiàn)了儀器、儀表的智能化。當(dāng)前，智能式儀表發(fā)展十分迅速，而微處理式DVM在智能儀表中占的比重最大。智能化的DVM為實(shí)現(xiàn)各種物理量的動(dòng)態(tài)測(cè)量提供了可能。1.4選題的目的和意義數(shù)字電壓表（DVM）是利用模擬/數(shù)字交換器（A/D）原理，以十進(jìn)制數(shù)字形式顯示被測(cè)電壓值的儀表。DVM除廣泛用于電壓測(cè)量外，通過(guò)各種變換器還可以測(cè)量其它電量和非電量，用途非常廣泛。DVM的高速發(fā)展，使它已成為實(shí)現(xiàn)測(cè)量自動(dòng)化、提高工作效率不可缺少的儀表，數(shù)字化是當(dāng)前計(jì)量?jī)x器發(fā)展的主要方向之一，而高準(zhǔn)度的DC-DVC的出現(xiàn)，又使DVM進(jìn)入了精密標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量領(lǐng)域。這個(gè)課題的目的是：用單片機(jī)AT89C52與ADC0808設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字直流電壓表，測(cè)量0－5V之間的直流電壓值，用八段數(shù)碼管顯示數(shù)值，要求使用的元器件數(shù)目最少，而且顯示電壓要穩(wěn)定。通過(guò)設(shè)計(jì)加深對(duì)數(shù)字電壓表的工作原理的理解以及對(duì)單片機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用的了解，并且鞏固所學(xué)的知識(shí)。意義在于使自己加深對(duì)數(shù)字電壓表從理論到實(shí)踐的認(rèn)識(shí)，自己動(dòng)手設(shè)計(jì)數(shù)字電壓表與仿真，它可以廣泛的應(yīng)用于電壓測(cè)量外，通過(guò)各種變換器還可以測(cè)量其他電量和非電量，測(cè)量是一種認(rèn)識(shí)過(guò)程，就是用實(shí)驗(yàn)的方法將被測(cè)量和被選用的相同參量進(jìn)行比較，從而確定它的大小。DVM廣泛應(yīng)用于測(cè)量領(lǐng)域每期測(cè)量的準(zhǔn)確度和可信度取決于它的主要性能和技術(shù)指標(biāo)。所以要學(xué)習(xí)和掌握如何設(shè)計(jì)DVM就顯得十分重要。1.5論文主要內(nèi)容本設(shè)計(jì)在當(dāng)前數(shù)字電壓表的研究背景以及發(fā)展趨勢(shì)的前提下，根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，首先討論了系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的選取，并且重點(diǎn)介紹了硬件電路的設(shè)計(jì)以及軟件程序設(shè)計(jì)。硬件電路主要是單片機(jī)AT89C52的設(shè)計(jì)、A/D轉(zhuǎn)換器ADC0808與單片機(jī)的接口電路、LED顯示電路的設(shè)計(jì)以及電源電路的設(shè)計(jì)。軟件程序的設(shè)計(jì)使用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，并且用KEIL和PROTEUS軟件進(jìn)行編譯和仿真，各部分的設(shè)計(jì)原理以及軟件程序在后面的章節(jié)中有詳細(xì)的介紹。

第2章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)的功能要求本設(shè)計(jì)的主要過(guò)程是模擬量經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后變成單片機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字量，然后單片機(jī)處理得到的數(shù)據(jù)并把處理后的數(shù)據(jù)輸出到LED顯示器顯示。要求：1.被測(cè)電壓范圍為0~5V2.顯示器件用液晶板或七段數(shù)碼管3.顯示電壓要穩(wěn)定，測(cè)量最小的分辨率為0.02V4.單片機(jī)采用89S52或89C522.2方案論證2.2.1單片機(jī)的選擇單片機(jī)AT89S52和AT89C52是51系列單片機(jī)的型號(hào)，他們均是由ATMEL公司生產(chǎn)的。AT89C52是一個(gè)低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含8kbytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的AT89C52單片機(jī)可在許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制場(chǎng)合應(yīng)用。AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。通過(guò)查閱相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)二者的主要性能有一點(diǎn)區(qū)別,但不是很大：1.前者不支持在系統(tǒng)編程，后者支持2.89C52具有一個(gè)數(shù)據(jù)指針DPTR，而89S52具有兩個(gè)數(shù)據(jù)指針DPTR0和DPTR13.89S52含有一個(gè)看門狗定時(shí)器，具有斷電標(biāo)志POF；而前者無(wú)。另外考慮到現(xiàn)有的資源以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，根據(jù)自己對(duì)兩個(gè)型號(hào)單片機(jī)的熟悉程度，采用89C52即可滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，因此本設(shè)計(jì)決定采用AT89C52型號(hào)的單片機(jī)。2.2.2A/D轉(zhuǎn)換器的選擇A/D轉(zhuǎn)換的功能是把模擬量電壓轉(zhuǎn)換為N位的數(shù)字量電壓。A/D轉(zhuǎn)換器的種類很多，按轉(zhuǎn)換的原理分類：積分型、逐次逼近型、并行比較型等。一、積分型（如TLC7135）積分型AD工作原理是將輸入電壓轉(zhuǎn)換成時(shí)間(脈沖寬度信號(hào))或頻率(脈沖頻率)，然后由定時(shí)器/計(jì)數(shù)器獲得數(shù)字值。其優(yōu)點(diǎn)是用簡(jiǎn)單電路就能獲得高分辨率，但缺點(diǎn)是由于轉(zhuǎn)換精度依賴于積分時(shí)間，因此轉(zhuǎn)換速率極低。初期的單片AD轉(zhuǎn)換器大多采用積分型，現(xiàn)在逐次比較型已逐步成為主流。二、逐次比較型（如ADC0808、AD574）逐次比較型AD由一個(gè)比較器和DA轉(zhuǎn)換器通過(guò)逐次比較邏輯構(gòu)成，從MSB開(kāi)始，順序地對(duì)每一位將輸入電壓與內(nèi)置DA轉(zhuǎn)換器輸出進(jìn)行比較，經(jīng)n次比較而輸出數(shù)字值。其電路規(guī)模屬于中等。其優(yōu)點(diǎn)是速度較高、功耗低，在低分辯率（<12位）時(shí)價(jià)格便宜，但高精度（>12位）時(shí)價(jià)格很高。三、并行比較型/串并行比較型（如TLC5510）并行比較型AD采用多個(gè)比較器，僅作一次比較而實(shí)行轉(zhuǎn)換，又稱FLash(快速)型。由于轉(zhuǎn)換速率極高，n位的轉(zhuǎn)換需要2n-1個(gè)比較器，因此電路規(guī)模也極大，價(jià)格也高，只適用于視頻AD轉(zhuǎn)換器等速度特別高的領(lǐng)域。在本設(shè)計(jì)中，要求分辨率為0.02V，選擇分辨率為8位的A/D轉(zhuǎn)換芯片即可滿足要求，考慮到A/D轉(zhuǎn)換器的分類及原理，決定采用逐次比較型。在逐次比較型分辨率為8位的A/D轉(zhuǎn)換芯片中，有ADC0804、ADC0832、ADC0808/0809等，它們?cè)诠δ艿膶?shí)現(xiàn)上是相通的。三者的轉(zhuǎn)換時(shí)間差別不大，均為100us左右，它們的電源供電電壓均為+5v，另外ADC0832的功耗為15mw、ADC0808/0809的功耗為10mw，在非線性誤差方面，ADC0804為-1~+1LSB，ADC0808為+1/2LSB，ADC0809為+1LSB。綜合上述差別還有現(xiàn)有資源以及自己對(duì)A/D轉(zhuǎn)換的熟悉和認(rèn)識(shí)決定采用ADC0808為模擬/數(shù)字量轉(zhuǎn)換的芯片，組成數(shù)字直流電壓表的電路。2.2.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖按系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)要求，決定控制系統(tǒng)采用AT89C52單片機(jī)，A/D轉(zhuǎn)換采用ADC0808。單片機(jī)的P1、P3端口作為四位LED數(shù)碼管顯示控制。P0端口作A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)讀入用，P2端口用作ADC0808的A/D轉(zhuǎn)換控制。模擬量經(jīng)過(guò)ADC0808轉(zhuǎn)換后變成單片機(jī)可以識(shí)別數(shù)字量，當(dāng)模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束后單片機(jī)AT89C52從ADC0808得到數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理再輸出到LED顯示器顯示電壓值。具體的軟硬件設(shè)計(jì)在后面章節(jié)介紹。系統(tǒng)除能確保實(shí)現(xiàn)要求的功能外，還可以方便地進(jìn)行8路其他A/D轉(zhuǎn)換量的測(cè)量、遠(yuǎn)程測(cè)量結(jié)果傳送等擴(kuò)展功能。數(shù)字電壓表系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案框圖如圖2-1所示：AT89C52AT89C52P0P2P1P3ADC08084位LED顯示電源電路晶振電路上電復(fù)位第3章硬件電路設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)介紹單片機(jī)是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。雖然單片機(jī)具有通用計(jì)算機(jī)的基本部件，但又不同于通用計(jì)算機(jī)。單片機(jī)主要用于控制場(chǎng)合，所追求的目標(biāo)是：盡可能體積小，又能實(shí)時(shí)、快速地對(duì)外部事件做出響應(yīng)，迅速采集大量數(shù)據(jù)，做出邏輯判斷推理后實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的參數(shù)調(diào)整與控制。3.1.1單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3-1單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

一、中央處理器（CPU)CPU是單片機(jī)的核心部件，它由運(yùn)算器、控制器和中斷部件等組成，數(shù)據(jù)處理和系統(tǒng)的操作控制都是由CPU完成的，單片機(jī)主要功能指標(biāo)也是由它決定的。根據(jù)CPU的字長(zhǎng)，單片機(jī)可以分為四位機(jī)、八位機(jī)和十六位機(jī)等。此外不同的單片機(jī)CPU的運(yùn)算速度、數(shù)據(jù)處理能力、中斷和實(shí)時(shí)控制功能等方面差別很大，這也是衡量CPU功能強(qiáng)弱的主要技術(shù)指標(biāo)。二、存儲(chǔ)器單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器多數(shù)是分開(kāi)的，這是因?yàn)閱纹瑱C(jī)面向控制應(yīng)用領(lǐng)域。通常情況下，需要較大容量的程序存儲(chǔ)器和較少的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的電路類型也不一樣。1.程序存儲(chǔ)器單片機(jī)內(nèi)部的程序存儲(chǔ)器一般為IKB~32KB，通常是只讀存儲(chǔ)器（ROM）。因?yàn)閱纹瑱C(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)都是專用控制器，一旦研制成功，其監(jiān)控程序也就定型，因此可以用ROM作為程序存儲(chǔ)器。此外，只讀存儲(chǔ)器中的內(nèi)容不會(huì)丟失，從而提高了可靠性。根據(jù)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)不同，各種類型的單片機(jī)又有三種主要形式的產(chǎn)品：ROM型單片機(jī)：內(nèi)部具有掩膜編程的只讀存儲(chǔ)器，這種ROM內(nèi)的程序是由用戶委托芯片制造廠在掩膜工藝時(shí)固化的，因此用戶不能修改ROM中的程序。EPROM型單片機(jī)：例如紫外光EPROM，用戶可以利用紫外光擦除EPROM中的原有程序，寫人新的程序，使用比較方便。無(wú)ROM型單片機(jī)：內(nèi)部沒(méi)有程序存儲(chǔ)器，必須外接程序存儲(chǔ)器（一般為EPROM電路）才能組成完整的微型計(jì)算機(jī)。2.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單片機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量一般為64B~256B，常由靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM構(gòu)成。單片機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可以作為工作寄存器、堆棧、位標(biāo)志、數(shù)據(jù)緩沖器等使用。I/O接口和特殊功能部件單片機(jī)常有數(shù)量不等的并行接口，它們可以用于和外部輸人、輸出設(shè)備接口。有的單片機(jī)還具有一至二個(gè)串行接口，一般都具有多種工作方式，可以實(shí)現(xiàn)異步串行通信或多機(jī)通信。特殊功能部件包括定時(shí)器、A/D和D/A轉(zhuǎn)換器、DMA通道、高速輸人輸出部件等。定時(shí)器是各種單片機(jī)都具有的，定時(shí)器的長(zhǎng)度為8~16位，數(shù)量為1~3個(gè)。其他的功能部件的種類和數(shù)量，不同公司不同類型的單片機(jī)之間差別很大。3.1.2單片機(jī)發(fā)展概況一、單片機(jī)發(fā)展歷史單片機(jī)的發(fā)展歷史可分為以下4個(gè)階段：?jiǎn)纹瑱C(jī)初級(jí)階段（1974~1976年），因工藝限制，單片機(jī)采用雙芯片形式且功能比較簡(jiǎn)單。例如，美國(guó)仙童（Fairchild）公司生產(chǎn)的世界上第一臺(tái)F8單片機(jī)，由于僅包括8位CPU、64B的RAM和2個(gè)并行口，需另加一塊3851（由1KBROM、定時(shí)器／計(jì)數(shù)器和2個(gè)并行I/O口構(gòu)成）才能構(gòu)成一臺(tái)完整的計(jì)算機(jī)。低性能單片機(jī)階段（1976~1978年），以Intel公司制造的MCS-48單片機(jī)為代表，這種單片機(jī)內(nèi)集成有8位CPU、并行I/O口、8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、RAM和ROM等。不足之處是沒(méi)有串行口，中斷處理比較簡(jiǎn)單，片內(nèi)RAM和ROM容量較小且尋址范圍不大于4KB。高性能單片機(jī)階段（1978~1982年），這個(gè)階段推出的單片機(jī)普遍帶有串行口、多級(jí)中斷系統(tǒng)、16位定時(shí)器／計(jì)數(shù)器，片內(nèi)ROM、RAM容量加大，且尋址范圍可達(dá)64KB，有的片內(nèi)還帶有A/D轉(zhuǎn)換器可編程邏輯器件PLD、USB接口、PWM通道等。這類單片機(jī)的典型代表是Intel公司的MCS—51系列、Freescale公司的6801和Zilog公司的Z8等。由于這類單片機(jī)的性能價(jià)格比高，所以仍被廣泛應(yīng)用，是目前應(yīng)用數(shù)量較多的單片機(jī)。8位單片機(jī)鞏固發(fā)展及16位、32位單片機(jī)推出階段（1982年至今），此階段的主要特征是一方面發(fā)展16位單片機(jī)、32位單片機(jī)及專用型單片機(jī)；另一方面，不斷完善高檔8位計(jì)算機(jī)，改善其結(jié)構(gòu)，以滿足不同用戶的需要。16位單片機(jī)的典型產(chǎn)品如Intel公司生產(chǎn)的MCS—96系列單片機(jī)，其集成度已達(dá)120000管子／片，主振為12MHZ，片內(nèi)RAM為232B,ROM為8KB，中斷處理為8級(jí)，而且片內(nèi)帶有多通道10位A/D轉(zhuǎn)換器和高速輸入／輸出部件（HSI/HSO)，實(shí)時(shí)處理的能力很強(qiáng)。而32位單片機(jī)除了具有更高的集成度外，其主振已達(dá)66MHZ，這使32位單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理速度比16位單片機(jī)增快許多，性能比8位、16位單片機(jī)更加優(yōu)越。目前，8位單片機(jī)無(wú)論在內(nèi)部資源數(shù)量還是在性能上均達(dá)到相當(dāng)高的水平，如意法半導(dǎo)體公司推出的PSD3200系列單片機(jī)內(nèi)含標(biāo)準(zhǔn)的8032核，主振為40MHZ，容量達(dá)256KB的主Flash存儲(chǔ)器和32KB次Flash存儲(chǔ)器，32KB的SRAM,4通道8位ADC,16個(gè)宏單元通用PLD,5個(gè)PWM通道，USB、雙UART，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制系統(tǒng)的單芯片解決方案。二、單片機(jī)發(fā)展趨勢(shì)現(xiàn)在可以說(shuō)單片機(jī)是百花齊放，百家爭(zhēng)鳴的時(shí)期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機(jī)，從8位、16位到32位，數(shù)不勝數(shù)，應(yīng)有盡有，有與主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它們各具特色，互成互補(bǔ)，為單片機(jī)的應(yīng)用提供廣闊的天地?？v觀單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程，可以預(yù)示單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，大致有：1.低功耗CMOS化MCS-51系列的8031推出時(shí)的功耗達(dá)630mw，而現(xiàn)在的單片機(jī)普遍都在100mw左右，隨著對(duì)單片機(jī)功耗要求越來(lái)越低，現(xiàn)在的各個(gè)單片機(jī)制造商基本都采用了CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)。象80C51就采用了HMOS(即高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)和CHMOS(互補(bǔ)高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)。CMOS雖然功耗較低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而CHMOS則具備了高速和低功耗的特點(diǎn)，這些特征，更適合于在要求低功耗象電池供電的應(yīng)用場(chǎng)合。所以這種工藝將是今后一段時(shí)期單片機(jī)發(fā)展的主要途徑2.微型單片化現(xiàn)在常規(guī)的單片機(jī)普遍都是將中央處理器(CPU)、隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)(RAM)、只讀程序存儲(chǔ)器(ROM)、并行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、定時(shí)電路、時(shí)鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強(qiáng)型的單片機(jī)集成了如A/D轉(zhuǎn)換器、PMW(脈寬調(diào)制電路)、WDT(看門狗)、有些單片機(jī)將LCD(液晶)驅(qū)動(dòng)電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機(jī)包含的單元電路就更多，功能就越強(qiáng)大。甚至單片機(jī)廠商還可以根據(jù)用戶的要求量身定做，制造出具有自己特色的單片機(jī)芯片。此外，現(xiàn)在的產(chǎn)品普遍要求體積小、重量輕，這就要求單片機(jī)除了功能強(qiáng)和功耗低外，還要求其體積要小?，F(xiàn)在的許多單片機(jī)都具有多種封裝形式，其中SMD(表面封裝)越來(lái)越受歡迎，使得由單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展。3.主流與多品種共存現(xiàn)在雖然單片機(jī)的品種繁多，各具特色，但仍以80C51為核心的單片機(jī)占主流，兼容其結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的有PHILIPS公司的產(chǎn)品，ATMEL公司的產(chǎn)品和中國(guó)臺(tái)灣的Winbond系列單片機(jī)。所以C8051為核心的單片機(jī)占據(jù)了半壁江山。而Microchip公司的PIC精簡(jiǎn)指令集(RISC)也有著強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭，中國(guó)臺(tái)灣的HOLTEK公司近年的單片機(jī)產(chǎn)量與日俱增，與其低價(jià)質(zhì)優(yōu)的優(yōu)勢(shì)，占據(jù)一定的市場(chǎng)分額。此外還有MOTOROLA公司的產(chǎn)品，日本幾大公司的專用單片機(jī)。在一定的時(shí)期內(nèi)，這種情形將得以延續(xù)，將不存在某個(gè)單片機(jī)一統(tǒng)天下的壟斷局面，走的是依存互補(bǔ)，相輔相成、共同發(fā)展的道路。3.1.3單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒(méi)有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開(kāi)單片機(jī)。更不用說(shuō)自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過(guò)程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個(gè)范疇：一、在智能儀器儀表上的應(yīng)用單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長(zhǎng)度、硬度、元素、壓力等物理量的測(cè)量。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。例如精密的測(cè)量設(shè)備（功率計(jì)，示波器，各種分析儀）。二、在工業(yè)控制中的應(yīng)用用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報(bào)警系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級(jí)控制系統(tǒng)等。三、在家用電器中的應(yīng)用可以這樣說(shuō)，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機(jī)控制，從電飯褒、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門，無(wú)所不在。四、在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很方便地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從手機(jī)，電話機(jī)、小型程控交換機(jī)、樓宇自動(dòng)通信呼叫系統(tǒng)、列車無(wú)線通信、再到日常工作中隨處可見(jiàn)的移動(dòng)電話，集群移動(dòng)通信，無(wú)線電對(duì)講機(jī)等。五、單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。六、在各種大型電器中的模塊化應(yīng)用某些專用單片機(jī)設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)特定功能，從而在各種電路中進(jìn)行模塊化應(yīng)用，而不要求使用人員了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如音樂(lè)集成單片機(jī)，看似簡(jiǎn)單的功能，微縮在純電子芯片中（有別于磁帶機(jī)的原理），就需要復(fù)雜的類似于計(jì)算機(jī)的原理。如：音樂(lè)信號(hào)以數(shù)字的形式存于存儲(chǔ)器中（類似于ROM），由微控制器讀出，轉(zhuǎn)化為模擬音樂(lè)電信號(hào)（類似于聲卡）。在大型電路中，這種模塊化應(yīng)用極大地縮小了體積，簡(jiǎn)化了電路，降低了損壞、錯(cuò)誤率，也方便于更換。七、單片機(jī)在汽車設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用單片機(jī)在汽車電子中的應(yīng)用非常廣泛，例如汽車中的發(fā)動(dòng)機(jī)控制器，基于CAN總線的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)智能電子控制器，GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，abs防抱死系統(tǒng)，制動(dòng)系統(tǒng)等等。此外，單片機(jī)在工商，金融，科研、教育，國(guó)防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。3.2單片機(jī)AT89C52AT89C52ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)片內(nèi)含8Kbytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和256bytes。的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash由存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大AT89C52單片適用于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場(chǎng)合。3.2.1AT89C52的主要性能參數(shù)·與MCS-51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容·8字節(jié)可重擦寫FLASH閃速存儲(chǔ)器·1000次擦寫周期·全靜態(tài)操作：0HZ-24MHZ·三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器·256X8字節(jié)內(nèi)部RAM·32個(gè)可編程I/0口線·3個(gè)16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器·8個(gè)中斷源·可編程串行UART通道·低功耗空閑和掉電模式圖3-2單片機(jī)封裝圖3.2.2功能概述AT89C52提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8字節(jié)FLASH閃速存儲(chǔ)器，256字節(jié)內(nèi)部RAM,32個(gè)I/O口線，3個(gè)16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器，一個(gè)6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)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C52可降至0HZ的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電上作模式?？臻e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，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。3.2.3功能引腳Vcc：電源電壓GND：地P0口：P0口是一組8位漏極開(kāi)路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路，對(duì)端口P0寫“1”時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時(shí)，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。P1口：P1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(IIL)。與AT89C51不同之處是，P1.0和P1.1還可分別作為定時(shí)/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和輸入（P1.1/T2EX），F(xiàn)lash編程和程序校驗(yàn)期間，P1接收低8位地址。表3-1P1.0和P1.1的第二功能引腳號(hào)P1.0P1.1功能特性T2,時(shí)鐘輸出T2EX(定時(shí)/計(jì)數(shù)器2)P2口：P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口P2寫“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(IIL)。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX@DPTR指令）時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問(wèn)8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行MOVX@RI指令）時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。Flash編程或校驗(yàn)時(shí)，P2亦接收高位地址和一些控制信號(hào)。P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)P3口寫入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能表3-2P3引腳的第二功能P3端口第二功能第二功能說(shuō)明P3.0RXD串行口輸入端P3.1TXD串行口輸出端P3.2外部中斷0輸入端P3.3外部中斷1輸入端P3.4T0定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0外部信號(hào)輸入端P3.5T1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1外部信號(hào)輸入端P3.6外部RAM寫選通輸出信號(hào)P3.7外部RAM讀選通輸出信號(hào)P3口還接收一些用于Flash閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/：當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。對(duì)Flash存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（）。如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無(wú)效。：程序儲(chǔ)存允許（）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89C52由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過(guò)兩次信號(hào)。/VPP：外部訪問(wèn)允許。欲使CPU僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H—FFFFH），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(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存端狀態(tài)。如端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。Flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當(dāng)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(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。3.2.4晶振電路AT89C52中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)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(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諾振器一起構(gòu)成自激振蕩器，振蕩電路參見(jiàn)圖3-3。外接石英晶體（或陶瓷諾振器）及電容C1、C2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對(duì)外接電容C1、C2雖然沒(méi)有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器不作的穩(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，電容應(yīng)當(dāng)使用30PF士10PF，而如使用陶瓷諾振器則應(yīng)選擇4PF士10PF。另外也可以采用外部時(shí)鐘。采用外部時(shí)鐘的電路如上圖的右圖所示。這種情況下，外部時(shí)鐘脈沖接到XTAL1端，即內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2則懸空。由于外部時(shí)鐘信號(hào)時(shí)通過(guò)一個(gè)2分頻的觸發(fā)器后作為內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)的，所以對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的占空比沒(méi)有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時(shí)間和最大的低電平持續(xù)時(shí)間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。圖3-3晶振電路連接圖3.2.5復(fù)位電路圖3-4復(fù)位電路圖復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其主要功能是使CPU和系統(tǒng)中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。單片機(jī)在啟動(dòng)后要從復(fù)位狀態(tài)開(kāi)始運(yùn)行，因此在上電時(shí)要完成復(fù)位工作，稱為上電復(fù)位。復(fù)位電路一般有上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種。.在本設(shè)計(jì)中采用上電+按鍵復(fù)位電路，除了上電后直接復(fù)位，還可以在單片機(jī)運(yùn)行期間，由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使單片機(jī)處于死循環(huán)時(shí)，通過(guò)復(fù)位鍵使單片機(jī)復(fù)位。當(dāng)MCS-5l系列單片機(jī)的復(fù)位引腳RST(全稱RESET)出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。上電復(fù)位時(shí)，通電瞬間電容可以當(dāng)短路，所以RST腳為高電平。隨著時(shí)間的飛逝（電容充電），穩(wěn)定后的Vcc電壓實(shí)際上是加在電容上的。電容下極板也就是RST腳最終為0V。這樣RST持續(xù)一段時(shí)間高電平后最終穩(wěn)定在低電平，高電平持續(xù)時(shí)間由RC時(shí)間常數(shù)決定，從而使RST端的高電平維持2個(gè)機(jī)器周期以上完成復(fù)位。單片機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，由于本身或外界干擾的原因出錯(cuò)，此時(shí)可按復(fù)位鍵復(fù)位以使單片機(jī)重新開(kāi)始工作。按下復(fù)位鍵后，復(fù)位端通過(guò)Vcc電源接通，電容迅速放電，使RST引腳為高電平，復(fù)位按鍵彈起后，電源Vcc通過(guò)10K的電阻對(duì)電容重新充電，RST引腳端出現(xiàn)復(fù)位正脈沖。其持續(xù)時(shí)間取也決于RC電路的時(shí)間常數(shù)，按鍵時(shí)間也應(yīng)保持在兩個(gè)機(jī)器周期以上。單片機(jī)的復(fù)位操作使單片機(jī)進(jìn)入初始化狀態(tài)，其中包括使程序計(jì)數(shù)器PC＝0000H，這表明程序從0000H地址單元開(kāi)始執(zhí)行。21個(gè)特殊功能寄存器復(fù)位后的狀態(tài)為確定值，見(jiàn)表3-3。表3-3復(fù)位后各寄存器狀態(tài)寄存器寄存器狀態(tài)寄存器寄存器狀態(tài)PC0000HTMOD00HA00HTCON00HB00HTHO00HPSW00HTL000HSP07HTH100HDPTR0000HTL100HP0-P30FFHSCON00HIP**000000BSBUF****HIE0**00000BPCON0*******B

3.3A/D轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)3.3.1A/D轉(zhuǎn)換原理A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度對(duì)測(cè)量電路極其重要，它的參數(shù)關(guān)系到測(cè)量電路性能。本設(shè)計(jì)采用逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器屬于直接型A/D轉(zhuǎn)換器，它能把輸入的模擬電壓直接轉(zhuǎn)換為輸出的數(shù)字代碼，而不需要經(jīng)過(guò)中間變量。逐次逼近式轉(zhuǎn)換器的原理圖如圖3-5所示，它主要由逐次逼近寄存器SAR，比較器、數(shù)字/模擬電壓轉(zhuǎn)換器、時(shí)序及控制邏輯等部分組成。逐次逼近轉(zhuǎn)換過(guò)程和用天平稱重非常相似。天平稱重物過(guò)程是，從最重的砝碼開(kāi)始試放，與被稱物體行進(jìn)比較，若物體重于砝碼，則該砝碼保留，否則移去。再加上第二個(gè)次重砝碼，由物體的重量是否大于砝碼的重量決定第二個(gè)砝碼是留下還是移去。照此一直加到最小一個(gè)砝碼為止。將所有留下的砝碼重量相加，就得此物體的重量。仿照這一思路，逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，就是將輸入模擬信號(hào)與不同的參考電壓作多次比較，使轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量在數(shù)值上逐次逼近輸入模擬量對(duì)應(yīng)值。逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)化是逐次把設(shè)定在SAR中的數(shù)字量所對(duì)應(yīng)的D/A轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)輸出的電壓，與要被轉(zhuǎn)換的模擬電壓進(jìn)行比較，比較式從SAR的最高位開(kāi)始，逐位確定各數(shù)碼位是“1”還是“0”，其工作過(guò)程如下（原理如圖3-6所示）：當(dāng)單片機(jī)發(fā)出“轉(zhuǎn)換命令”并清除SAR寄存器后，控制電路先設(shè)定SAR中的最高位為“1”，其余位為“0”，此預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)被送至D/A轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成電壓,然后將與輸入模擬電壓在比較器中進(jìn)行比較。如果>說(shuō)明此位置“1”是對(duì)的，應(yīng)予保留；如果<，說(shuō)明此位置“1”不合適，應(yīng)予清除。然后按照上述方法繼續(xù)對(duì)次高位進(jìn)行轉(zhuǎn)換、比較和判斷，決定次高位應(yīng)取“1”還是“0”。重復(fù)上述過(guò)程，直至確定SAR最低位為止。這個(gè)過(guò)程完成后，狀態(tài)線就改變狀態(tài)，表示完成一次完整的轉(zhuǎn)換。最后，SAR中的內(nèi)容就是與輸入的模擬電壓對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)字代碼。

圖3-5逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換電路框圖圖3-6逐次逼近過(guò)程原理逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)化器的優(yōu)點(diǎn)是精度高，轉(zhuǎn)換速度較快，而且轉(zhuǎn)換時(shí)間都是固定的，因而特別適合于微型計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的模擬量輸入通道。它的缺點(diǎn)是抗干擾能力不夠強(qiáng)，而且當(dāng)信號(hào)變化率較高時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的線性誤差3.3.2ADC0808簡(jiǎn)介一、ADC0808的結(jié)構(gòu)逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器ADC0808由八路模擬開(kāi)關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、D/A轉(zhuǎn)換器、寄存器、控制電路和三態(tài)輸出鎖存器等組成。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-7所示。圖3-7ADC0808內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖ADC0808可以對(duì)8路模擬量分時(shí)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，地址鎖存器及譯碼器對(duì)3位地址輸入進(jìn)行所存并譯碼，控制模擬多路開(kāi)關(guān)對(duì)8路模擬量輸入實(shí)現(xiàn)八選一，被選中的模擬量送入后面的逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，在啟動(dòng)信號(hào)作用下，控制邏輯控制A/D轉(zhuǎn)換器開(kāi)始轉(zhuǎn)換，經(jīng)過(guò)由高到低逐位逼近后，轉(zhuǎn)換完成。結(jié)果送入三態(tài)輸出緩沖鎖存器，同時(shí)發(fā)出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。當(dāng)CPU結(jié)束數(shù)據(jù)時(shí)，使輸出緩沖器輸出允許有效，數(shù)字量才從D7-D0數(shù)據(jù)輸出線輸出。ADC0808不需要進(jìn)行零點(diǎn)和滿量程調(diào)節(jié)。二、ADC0808引腳及功能ADC0808芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖3-8所示。以下為各引腳功能?！N0～I(xiàn)N7：8路模擬量輸入?！DDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線。用于選通8路模擬輸入中的一路（通道選擇表見(jiàn)3-2）。·ALE：地址鎖存啟動(dòng)信號(hào)，輸入，高電平有效在ALE的上升沿，將A、B、C上的通道地址鎖存到內(nèi)部的地址鎖存器?！0～D7：八位數(shù)據(jù)輸出線，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果由這8根線傳送給單片機(jī)。圖3-4ADC0808的引腳圖·OE：允許輸出信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng)OE=1時(shí)，即為高電平，允許輸出鎖圖3-8ADC0808引腳圖存器輸出數(shù)據(jù)?！TART：?jiǎn)?dòng)信號(hào)輸入端，START為正脈沖，其上升沿清除ADC0808的內(nèi)部的各寄存器，其下降沿啟動(dòng)A/D開(kāi)始轉(zhuǎn)換?！OC：轉(zhuǎn)換完成信號(hào)，當(dāng)EOC上升為高電平時(shí)，表明內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換已完成（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。·CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ?！EF（+）、REF（-）：基準(zhǔn)電壓?！cc：電源，單一＋5V?！ND：地。三、ADC0808的工作時(shí)序：ADC0808的時(shí)序圖如圖3-9所示。從圖中可以看出，通道地址由C、B、A送入，在ALE上升沿，經(jīng)所存和譯碼選通一路模擬量。在START信號(hào)的下降沿，A/D轉(zhuǎn)換器開(kāi)始轉(zhuǎn)換，但是約需10，EOC才變?yōu)榈碗娖?。?dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后，EOC信號(hào)再變?yōu)楦唠娖健．?dāng)ADC0808接到OE信號(hào)變成高電平時(shí)，才將輸出緩沖器中的數(shù)字量由輸出。

表3-4通道選擇表CBA選擇的通道000011110011001101010101IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7圖3-9ADC0808時(shí)序圖四、ADC0808的主要性能指標(biāo)：分辨率為8位?？偟姆钦{(diào)整誤差：ADC0808為1/2LSB。轉(zhuǎn)換時(shí)間為100（時(shí)鐘頻率范圍：10~1280KHZ）。具有鎖存控制功能的8路模擬開(kāi)關(guān)，能對(duì)8路模擬電壓信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。輸出電平與TTL電平兼容。單電源+5V供電。基準(zhǔn)電壓由外部提供，典型值為+5V，此時(shí)允許模擬量輸入范圍為0~5V，功耗10MW。ADC0808的數(shù)字量輸出值D（換算到十進(jìn)制）與模擬量輸入值間的關(guān)系，用下式表示：通常，所以當(dāng)，相應(yīng)于,D=0~255(00H~FFH)。由于數(shù)字量的滿量程值是255，而不是256，因此相應(yīng)地輸入電壓的滿量程值也比5V少1LSB。3.3.3ADC0808與單片機(jī)AT89C52的接口電路：圖3-10ADC0808與單片機(jī)的接口電路A/D轉(zhuǎn)換由ADC0808完成。ADC0808具有8路模擬輸入端口，地址線（第23-25腳）決定對(duì)哪一路模擬輸入做A/D轉(zhuǎn)換。在本設(shè)計(jì)中，只測(cè)一路的測(cè)量電壓值，用第26腳（INO）作為模擬量的輸入，將第23-25引腳接地（即為低電平）。第22腳（ALE）為地址鎖存控制，當(dāng)輸入為高電平時(shí)，對(duì)地址信號(hào)進(jìn)行鎖存。第6腳（START）為控制，當(dāng)輸入一個(gè)2us寬電平脈沖時(shí)，開(kāi)始A/D轉(zhuǎn)換。第7腳（EOC）為A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，第7腳輸出高電平，轉(zhuǎn)換期間EOC一直為低電平。第9腳（OE）為A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出允許控制，當(dāng)OE為高電平時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)從輸出端口輸出。第10腳（CLOCK）為ADC0808的時(shí)鐘輸入端，ADC0808的時(shí)鐘頻率為500KHZ，因此利用單片機(jī)第30引腳（ALE）的6分頻晶振頻率，再通過(guò)74LS74四分頻電路得到500KHZ時(shí)鐘。在這里用一個(gè)74LS74芯片，相當(dāng)于對(duì)信號(hào)進(jìn)行四分頻，ALE引腳出來(lái)的是2MHZ的頻率，通過(guò)分頻電路得到ADC0808需要的時(shí)鐘頻率。ADC0808與單片機(jī)的接口方式為查詢方式，在A/D轉(zhuǎn)換芯片中有表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)，ADC0808的EOC端，因此可以用查詢方式，芯片測(cè)試EOC的狀態(tài)。即可確認(rèn)轉(zhuǎn)換是否完成，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。3.4LED顯示電路根據(jù)設(shè)計(jì)的要求顯示電路需要至少三位LED數(shù)碼管來(lái)顯示電壓值，再多加一位用來(lái)顯示電壓?jiǎn)挝弧癡”。利用單片機(jī)的I/O口驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管的亮滅，設(shè)計(jì)中由P1口驅(qū)動(dòng)LED的段碼顯示，即顯示字符，由P2口選擇LED位碼，即選擇點(diǎn)亮哪位LED來(lái)顯示。本設(shè)計(jì)的電壓顯示選用4個(gè)共陽(yáng)極八段數(shù)碼管LED，如圖3-11所示。圖3-114位一體共陽(yáng)極數(shù)碼管3.4.1LED數(shù)碼管簡(jiǎn)介L(zhǎng)ED數(shù)碼管是目前使用相當(dāng)普遍的一種顯示器件，它是將若干個(gè)LED組合成數(shù)字（或符號(hào)）的形狀，再封裝在一起構(gòu)成的。LED具有耗電低、亮度高、視角大、線路簡(jiǎn)單、耐震及壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)椤?”是十進(jìn)制數(shù)中筆畫(huà)最多的一個(gè)數(shù)字，所以要用七只LED管排列成“8”的形狀，再按要求使數(shù)碼管的某些筆段（即筆畫(huà)）發(fā)光，就可以顯示0～9這十個(gè)數(shù)字。LED數(shù)碼管是由8個(gè)發(fā)光二極管組成，其中7個(gè)按‘8’字型排列，另一個(gè)發(fā)光二極管為圓點(diǎn)形狀，位于右下角，常用于顯示小數(shù)點(diǎn)，如圖3-12所示。八段數(shù)碼顯示管有兩種，一種是共陽(yáng)數(shù)碼管，其內(nèi)部是由八個(gè)陽(yáng)極相連接的發(fā)光二極管組成；另一種是共陰數(shù)碼管，其內(nèi)部是由八個(gè)陰極相連接的發(fā)光二極管組成。二者原理不同但功能相同。當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一段筆畫(huà)或點(diǎn)就發(fā)亮，從而形成不同的發(fā)光字符，如圖3-13所示。圖3-121位LED數(shù)碼管外形為了在LED顯示器上顯示某個(gè)字符，必須在它的8位段選線上加上相應(yīng)的電平合，即一個(gè)八位數(shù)據(jù)，使得顯示出要求的字形。這個(gè)數(shù)據(jù)就叫該字符的段選碼。不計(jì)小數(shù)點(diǎn)的字段碼稱為七段碼，包括小數(shù)點(diǎn)的字段碼稱為八段碼。表3-5所示為共陽(yáng)極和共陰極LED顯示不同字符的字段碼，此表為七段碼。共陽(yáng)極和共陰極LED的字段碼互為補(bǔ)碼。其八段分別命名為dpgfedcba。例如，要使共陰極顯示“0”，則要求a、b、c、d、e、f各引腳為高電平，g和dp為低電平。微機(jī)的I/O口線輸出的8位數(shù)據(jù)如表3-6所示圖3-13共陽(yáng)和共陰數(shù)碼管表3-5LED顯示器的字段碼字型共陽(yáng)極段碼共陰極段碼字型共陽(yáng)極段碼共陰極段碼0C0H3FH990H6FH1F9H06HA88H77H2A4H5BHB83H7CH3B0H4FHCC6H39H499H66HDA1H5EH592H6DHE86H79H682H7DHF84H71H7F8H07HP8CH73H880H7FH熄滅FFH00H表3-6I/O輸出數(shù)據(jù)dpgfEDCBa00111111

3.4.2LED數(shù)碼管顯示方式LED顯示器工作方式有兩種：靜態(tài)顯示方式和動(dòng)態(tài)顯示方式。一、靜態(tài)顯示方式：靜態(tài)顯示就是黨LED顯示器要顯示某一字形時(shí)相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定在亮或暗的狀態(tài)。這種顯示方式要求各位顯示塊的公共端連接在一起，然后接+5v或地，而每一位的8位段選線接一個(gè)并行輸出口，每個(gè)并行輸出口中可寫入不同的顯示數(shù)據(jù)，所以同一時(shí)刻多位可以顯示不同的字形。靜態(tài)顯示的特點(diǎn)是每個(gè)數(shù)碼管的段選必須接一個(gè)8位數(shù)據(jù)線來(lái)保持顯示的字形碼。當(dāng)送入一次字形碼后，顯示字形可一直保持，直到送入新字形碼為止。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是占用CPU時(shí)間少，顯示便于監(jiān)測(cè)和控制。由于每一位均要配備一個(gè)并行輸出口，所以靜態(tài)顯示要占用過(guò)多的I/O口資源，并且硬件電路比較復(fù)雜，成