数字电压表的设计制作

设计制作数字电压表 MSC51系列单片机定时器 计数器中断 动态扫描 A D转换相关知识等 ADC0809各管脚功能 TLC2543各管脚功能C51程序语言中for语句 dowhile语句运行规则 使用方法 项目所需掌握的理论知识 完成项目所锻炼的能力 掌握定时器 计数器的定时程序的编写 掌握定时器中断方式的编写掌握ADC0809以及TLC2543数据采集的编程能力 一时钟设计学习要求 案例引入 预备知识讲解 电子实物制作与检测 参考与消化示例程序并完成项目程序 总结与提高 学习指南 二案例引入 设计数字电压表 设计要求如下 1 要求分别采用两种不同模数转换的芯片ADC0809 TLC2543实现设计数字电压表 2 设计的数字电压表可以测量0 5V范围内的输入电压值 并且通过4位LED数码管显示采集的电压值 实物照片 三任务二知识讲解 1 ADC0809芯片知识与使用方法 ADC0809是一种有8路模拟输入 8位并行数字输出的逐次逼近式A D器件 性能 ADC0809主要技术指标和特性 1 分辨率 8位 2 转换时间 取决于芯片的时钟频率 转换1次所需时间 3 单一电源 5V 4 模拟输入电压范围 单级性为0 5V 2 引脚介绍 8路输入端 数据输出端 输入选择控制端 时钟输入端 决定转换速率 时频率50 800kHz 启动转换信号 转换结束信号 输出允许信号 地址锁存允许信号 注意 理解这些管脚的作用对理解程序语句非常有帮助 3 ADC0809工作过程 START 工作分为4大步每步工作内容如图所示 启动信号 START 6脚 为转换启动信号 当START为上升沿时 所有内部寄存器清零 下降沿时 开始进行A D转换 START 保持低电平 EOC 当EOC变为高电平时 转换结束 OE 当OE变为高电平时 输出数据 1 2 3 4 上升沿 高电平信号 高电平信号 下降沿 在转换期间 START应保持低电平 4 电路连接图 显示电路 单片机P2口的低4位接4个1K电阻 4个PNP三极管 作为数码管的位码输出 P0口与74LS245的A1 A8相连 B1 B8串个300欧姆的电阻 作为数码管段码输出 ADC0809的D0 D7与P3口相接 采集的数据通过P3口传送给单片机 P1 4 P1 7作为ADC0809的控制信号端 控制ADC0809的采集工作 5 程序分析 在程序设计时 由于ADC0809在进行A D转换时需要有CLK信号 而此时的ADC0809的CLK是接在单片机的P1 4端口上 也就是要求从P1 4端口能够输出CLK信号供ADC0809使用 1 采用T0定时器中断方式产生ADC0809所需要的CLK信号 CLK为时钟输入信号线 它的取值范围为10KHz 1280KHz 我们这里取值50KHz 根据定时器的计算公式可得TH0 TL0 0XF6 主程序流程图揭示程序工作过程 2 项目源程序 include defineuintunsignedint defineucharunsignedcharucharcodeled 10 0 x3f 0 x06 0 x5b 0 x4f 0 x66 0 x6d 0 x7d 0 x07 0 x7f 0 x6f 数码管显示0 9uintvolt 电压值测定值sbitLW1 P2 3 sbitLW2 P2 2 sbitLW3 P2 1 sbitLW4 P2 0 定义数码管位选脚sbitCLK P1 4 sbitSTART P1 5 sbitEOC P1 6 sbitOE P1 7 定义ADC0809各脚 红色语句是依据电路连接定义的 定义这些语句是便于程序书写 函数名 ADC 功能 数模转换程序 调用函数 输入参数 输出参数 说明 将转换好的测定值保存在变量volt中 voidADC START 0 START 1 START 0 ad开始转换while EOC 0 等待转换结束OE 1 volt P3 取走转换值OE 0 输出转换结束volt volt 196 转换值处理 3 红色语句严格依据芯片工作过程书写 将P3口得到的A D转换值通过计算公式转换为正确的电压值 这是因为项目的满量程为5V 转换分辩率为8位即最大值是255 5 255 196mV 即1代表196mV 4 函数名 timer interrupt1 功能 定时中断0响应程序 说明 为ADC提供时钟信号 voidtimer interrupt1 CLK CLK 取反产生时钟信号 主程序voidmain EA 1 开总中断TMOD 0 x02 设定定时计数工作方式TH0 0XF6 TL0 0XF6 为定时器初赋值ET0 1 开定时器0中断TR0 1 while 1 ADC 调用模数转换程序display 调用显示程序 采用T0定时器中断方式产生ADC0809所需要的CLK信号 CLK为时钟输入信号线 我们这里取值50KHz 根据定时器的计算公式可得TH0 TL0 0XF6 使用并行ADC会限制系统I O口的功能扩展 采用串行ADC比较适合那些低速采样而控制管脚又比较多的系统 TLC2543是TI公司的12位串行模数转换器 由于是串行输入结构 能够节省51系列单片机I O资源 且价格适中 分辨率较高 因此在仪器仪表中有较为广泛的应用 1 TLC2543芯片知识与使用方法 TLC2543是12位串行A D转换器 使用开关电容逐次逼近技术完成A D转换过程 四任务三知识讲解 AIN0 AIN10为模拟输入通道 DATAINPUT为串行数据输入端 DATAOUT为A D转换结果的三态串行输出端EOC为转换结束端 I OCLK为I O时钟端 REF 为正基准电压端 REF 为负基准电压端 VCC为电源端 GND为地 为片选端 TLC2543控制字 控制字为从DATAINPUT端串行输入端8位数据 规定了TLC2543要转换的模拟量通道 转换后的输出数据长度以及输出数据端格式 高4位 D7 D4 决定通道号 对于模拟输入通道0至模拟输入通道10 低4位 D3 D0 决定输出数据长度及格式 其值为0000 1010 对应通道为通道0 通道10 其中D3 D2决定输出数据长度 01表示输出数据长度为8位 11表示输出数据长度为16位 其他为12位 D1决定输出数据是高位先送出 还是低位先送出 为0表示高位先送出 D0决定输出数据是纯正数还是有负数 若为纯正数 该位为0 否则为1 TLC2543工作过程 工作开始 片选端CS必须先高到低 当片选端CS变低时 12个时钟信号从CLOCK端依次加入 控制字从DATAINPUT一位一位在时钟的上升沿被送入TLC2543 高位先送入 同时上一周期转换的结果数据从DATAOUT一位一位地移出 TLC2543收到第4个时钟信号后 通道号已收到 此时TLC2543开始对选定通道的模拟量进行采样 并保持到第12个时钟的下降沿 在第12个时钟下降沿 EOC变低 进行A D转换 约需10us 转换完成后EOC变高 转换的数据在输出数据寄存器中 待下一个工作周期输出 2 电路连接图 TLC2543连接电路 单片机的P1 0 P1 3 P1 4作为TLC2543的控制信号端 起到控制TLC2543的采集电压工作 单片机的P1 1 P1 2分别接TLC2543的DATAOUT和DATAINPUT 作为TLC2543串行数据线 显示电路与前边一样 3 程序分析 AT89C51单片机通过编程产生串行时钟 并按时序发送与接收数据位 完成通道方式 通道数据的写入和转换结果的读出 其中模数转换程序是重点 include defineuintunsignedint defineucharunsignedchar defineulongunsignedlongulongvolt 测量的电压值ucharcodeled 10 0 x3f 0 x06 0 x5b 0 x4f 0 x66 0 x6d 0 x7d 0 x07 0 x7f 0 x6f 数码管显示0 9sbitLW1 P2 3 sbitLW2 P2 2 sbitLW3 P2 1 sbitLW4 P2 0 定义数码管位选脚sbitCLK P1 3 定义时钟信号口sbitDIN P1 2 定义2543数据写入口sbitDOUT P1 1 定义2543数据读取口sbitCS P1 0 定义2543片选信号口 红色语句是依据电路连接定义的 定义这些语句是便于程序书写 1 2 函数名 read2543 ucharaddr 说明 进行ad转换将结果存于volt变量中addr为测量位地址voidread2543 ucharaddr uintad 0 uchari CLK 0 CS 0 启动2543addr 1 volt ad 取走转换结果 是上一个时钟的结果 volt volt 1221 对测量值进行处理以符合实际 此段程序按TLC2543时序图写 是程序的重点 也是难