数字电压表三种设计方案.doc

设计方案一决定控制系统采用AT89C51单片机，A/D转换采用ADC0809。系统除能确保实现要求的功能外，还可以方便地进行8路其他A/D转换量的测量、远程测量结果传送等扩展功能。数字电压表系统设计方案框图如图2-1所示。电源电路振荡电路LCD显示器ADC0809 AT89C51 P0 P2 P1 P3图2-1设计方案框图 AT89C51主要特性：4K字节可编程闪烁存储器 三级程序存储器锁定128*8位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源 可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路 模拟量、数字量转换电路设计本设计采用ADC0809进行模拟量与数字量的转换，ADC0809的内部逻辑结构和引脚如图所示。图中多路模拟开关可选通8路模拟通道，允许8路模拟量分时输入，并共用一个A/D转换器进行转换。地址锁存与译码电路完成对A、B、C三个地址位进行锁存与译码。ADC0809工作原理A/D转换由集成电路0809完成。0809具有8路模拟输入端口，地址线（23- 25脚）可决定对哪一路模拟输入作A/D转换。22脚为地址锁存控制，当输入为高电平时，对地址信号进行锁存。6脚为测试控制，当输入一个2uS宽高电平脉冲时，就开始A/D转换。7脚为A/D转换结束标志，当A/D转换结束时，7脚输出高电平。9脚为A/D转换数据输出允许控制，当OE脚为高电平时，A/D转换数据从该端口输出。10脚为0809的时钟输入端，利用单片机30脚的六分频晶振频率再通过14024二分频得到1MHz时钟。单片机的P1、P3.0P3.3端口作为四位LED数码管显示控制。P0端口作A/D转换数据读入用，P2端口P2.7用作0809的A/D转换控制。晶振电路的设计晶振电路用于产生单片机工作所需的时钟信号，使用晶体振荡器时，C2,C1取值2040PF，使用陶瓷振荡器时C1,C2取值3050PF。C1、C2起稳定振荡频率，快速起振的作用。在设计电路板时，晶振和电容应尽量靠近芯片，以减小分布电容，保证振荡器的稳定性。18引脚XTAL2、19引脚XTAL1接晶振，20引脚接地。图2-3 89C51单片机引脚图设计方案二本系统由以下几个模块构成：AT89S52、ADC0808、LCD液晶显示。A/D转换由集成电路0808完成。0808具有8路模拟输入端口，地址（23-25）脚可决定对哪路模拟输入作A/D转换，22脚为地址锁存脚，当输入为高电平时，对地址信号进行锁存。6脚为测试控制，当输入一个2us宽高电平脉冲时，就开始进行A/D转换。7脚为A/D转换结束标志，当A/D转换结束时7脚输出高电平。9脚为A/D转换数据输出允许控制，当OE脚为高电平时，A/D转换数据从该端口输出。10脚为0808的时钟输入端，由外部信号源提供。单片机的P0端口作为LCD1602显示控制。P3.7端口作为通道循环。P1端口作A/D转换数据读入用，P2端口用作0808的A/D转换控制。时钟电路 复位电路A/D转换电路测量电压输入显示系统AT89C52 P1 P2 P2 P0AT89S52功能介绍AT89S52为 ATMEL所生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。图 3.1 AT89C52 引脚图AT89S52主要功能列举如下：1、拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash2、晶片内部具时钟振荡器（传统最高工作频率可至 12MHz）3、内部程序存储器（ROM）为 8KB4、内部数据存储器（RAM）为 256字节5、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8、三级加密程序存储器9、全双工UART串行通道ADC0808的引脚和功能介绍ADC0808是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模/数转换的器件。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。ADC0808是ADC0809的简化版本，功能基本相同。一般在硬件仿真时采用ADC0808进行A/D转换，实际使用时采用ADC0809进行A/D转换。 图3.2 ADC0808管脚图晶振电路介绍 图 3.3 晶振电路 晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡。在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。高级的精度更高。有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率，称为压控振荡器（VCO）。3.4 复位电路介绍图3.4 复位电路复位电路是为确保微机系统中电路稳定可靠工作必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。一般微机电路正常工作需要供电电源为5V5%，即4.755.25V。由于微机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，微机电路开始正常工作。设计方案三本系统由以下几个模块构成ICL7135;MC14069;74LS47;MC1403 ;共阳七段数码管等电路原理框图：ICL7135(美Intersit公司产品)。它是一种字位BCD码动态扫描输出的单片集成双积分式AD转换器。满量程输入为-2V0+2V，自动极性，单参考电压源，自动校零。电源的公共端接至DGND(24脚)。让所有的模拟信号地与AGND(3脚)相连接，最后用一根连线与DGND相接。采用模拟地与数字地分开，并以一点相通，可避免由于连接线的寄生耦合作用而引起误差或者跳字。参考电压VR正端从2脚引入，负端接AGND。参考电压贮存电容CR一般选取1F，接在7、8两脚。差动输入模拟信号从9、10两脚引入。如果允许模拟信号源的公共端与AD转换器电源公共端相通，则此端可与AGND相接。系统所需要的时钟信号从22脚输入，如果确定采样阶段T180ms，则fcp=125kHz，以满足对50Hz工频干扰信号有较大的抑制能力的要求。MC14069是一个14脚封装的六反相器电路，它的最高供电电压（VDD）是18V，最高输入电压是-0.5到VDD+0.5。最大输出电流是+-10mA. 最大功耗是500mW。管脚排列：1 in1, 2 out1, 3 in2 , 4 out2, 5 in3, 6 out3, 7 vss. 14 vdd 13 in6 12 out6 , 11 in5, 10 out5, 9 in4 8 out4它的功能是将输入的数字信号反向。显示模块芯片介绍74LS47是一种 BCD输入，开路输出的4线七段译码器。DCBA作为4线输入，ag 作为七段输出，输出低电平有效。例如，输入DCBA=0011时a,b,c,d,g 等段输出为低电平，输出显示十进制数 3。345引脚为功能扩展端。3脚LT是测试灯输入端。作用是检查数码七段显示是否都能够正常发光。当 LT=1，BI=1时，七段显示部件全部点亮，显示“日”字。译码器正常工作时LT=1。4脚RBI是动态灭灯输入端，作用是将数码管显示的、不用的零熄灭。5脚BI/RBO,BI是灭灯输入端，当 BI=0时，不管输入如何，ag均为1，数码管不显示。RBO 是动态灭灯输出端。作用是控制低位灭零信号。若 RBO=1，说明本位处于显示状态；若RBO=0且低位为零，则低位被熄灭，它于 BI组成线与关系345引脚使用时应接上高电位。管脚信息与 LED 连接如图（3）所示图（3） LED 管脚信息如图（4）图4 显示模块的连接从图（5）可以观察到单片机 P1口低4位连接一块七段译码器74LS47,由于74LS47是共阳极的七段译码器所以要选用共阳极的数码管。单片机 P1.0P1.3的输出信号经过74LS47译码后就可以驱动数码管显示相应的数字，另外在74LS47的输出与数码管之间还要接上7个470欧姆的限流电阻，以防止有过大的电流流过时烧坏数码管。P1.4P1.7口接于四个PNP三极管的基极，四个三极管分别接于六个数码管的公共端,通过由P1.4P1.6口的输出量来控制数码管的点亮。采用 PNP 型的三极管来驱动数码管,在此三极管相当于一个开关的作用。依靠74LS47 七段译码器和四个PNP三极管就可以实现数码管的动态显示。MC1403是低压基准芯片。一般用作812bit的D/A芯片的基准电压等一些需要基本精准的基准电压的场合。输出电压: 2.5 V /- 25 mV输入电压范围: 4.5 V to 40 V输出电流: 10 mA芯片引脚图：因为输出是固定的，所以电路很简单。就是Vin接电源输入，GND接底，Vout加一个0.1uf1uf的电容就可以了。 Vout一般用作812bit的D/A芯片的基准电压。方案一：主控部分用AT89C51作为主控制系统易于实现对程序的编写但是用户在编写较长程序时,它的程序存储空间和数据存储空间不能满足需求，且其不支持ISP在线编程技术，需要专用 的烧写器来烧写程序，故成本高，进而降低了系统性价比。运用液晶显示器主要能显示大量的文字、数字和图形，而且清晰化程度高，成本高。而此作品主要是简单的显示数字。采用A/D转换芯片ADC0809。ADC0809是一块8路8位模数转换芯片，将模拟电路和数字电路集成在一个有28个功能端的电路内，包 A/D转换，逻辑控制译码驱动等电路，其转换时间为100S左右。 方案二：用以AT89S52为核心的单片机控制系统方案，AT89S52具有较大程序存储空间和数据存储空间能满足用户的需要易于实现功能拓展，AT89S52内部置有 ISP 在线编程技术可以应用下载线直接连到计算机的并口相连就可烧写程序,可代替市场上专用的程序烧写器运用液晶显示器主要能显示大量的文字、数字和图形，而且清晰化程度高，成本高。ADC0808是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，它有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。与ADC0809相似。 方案三：主控部分由ICL7135芯片控制。它是一种字位BCD码动态扫描输出的单片集成双积分式AD转换器。满量程输入为-2V0+2V，自动极性，单参考电压源，自动校零。符合设计要求，与微机接口十分方便具有精度高相当于14位A/D转换价格低的优点其转换速度与时钟频率相关，每个转换周期均