简易数字电压表的设计(2)

2019-01-07 17:34

控制功能,每个引脚并不完全相同,如下表2所示:

表2 P3口各位的第二功能

P3口各位 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 第二功能 RXT(串行口输入) TXD(串行口输出) /INT0(外部中断0输入) /INT1(外部中断1输入) T0(定时器/计数器0的外部输入) T1(定时器/计数器1的外部输入) /WR(片外数据存储器写允许) /RD(片外数据存储器读允许) Vcc为+5V电源线,Vss接地。

ALE:地址锁存允许线,配合P0口的第二功能使用,在访问外部存储器时,89C51的CPU在P0.0-P0.7引脚线去传送随后而来的片外存储器读/写数据。在不访问片外存储器时,89C51自动在ALE线上输出频率为1/6震荡器频率的脉冲序列。该脉冲序列可以作为外部时钟源或定时脉冲使用。

/EA:片外存储器访问选择线,可以控制89C51使用片内ROM或使用片外ROM, 若/EA=1,则允许使用片内ROM, 若/EA=0,则只使用片外ROM。

/PSEN:片外ROM的选通线,在访问片外ROM时,89C51自动在/PSEN线上产生一个负脉冲,作为片外ROM芯片的读选通信号。

RST:复位线,可以使89C51处于复位(即初始化)工作状态。通常89C51复位有自动上电复位和人工按键复位两种。

XTAL1和XTAL2:片内震荡电路输入线,这两个端子用来外接石英晶体和微调电容,即用来连接89C51片内OSC(震荡器)的定时反馈回路。 3.3复位电路和时钟电路 3.3.1复位电路设计

单片机在启动运行时都需要复位,使CPU和系统中的其他部件都处于一个确定的初始状态,并从这个状态开始工作。MCS-51单片机有一个复位引脚RST,采用施密特触发输入。当震荡器起振后,只要该引脚上出现2个机器周期以上的高电平即可确保时器件复位。复位完成后,如果RST端继续保持高电平,MCS-51就一直处于复位状态,只要RST恢复低电平后,单片机才能进入其他工作状态。

单片机的复位方式有上电自动复位和手动复位两种,图5是51系列单片机统常用的上电复位和手动复位组合电路,只要Vcc上升时间不超过1ms,它们都能很好的工作。

图5 复位电路

3.3.2时钟电路设计

单片机中CPU每执行一条指令,都必须在统一的时钟脉冲的控制下严格按时间节拍进行,而这个时钟脉冲是单片机控制中的时序电路发出的。CPU执行一条指令的各个微操作所对应时间顺序称为单片机的时序。MCS-51单片机芯片内部有一个高增益反相放大器,用于构成震荡器,XTAL1为该放大器的输入端,XTAL2为该放大器输出端,但形成时钟电路还需附加其他电路。

本设计系统采用内部时钟方式,利用单片机内部的高增益反相放大器,外部电路简,只需要一个晶振和 2个电容即可,如图6所示。

图6 时钟电路

电路中的器件选择可以通过计算和实验确定,也可以参考一些典型电路的参数,电路中,电容器C1和C2对震荡频率有微调作用,通常的取值范围是30±10pF,在这个系统中选择了33pF;石英晶振选择范围最高可选24MHz,它决定了单片机电路产生的时钟

信号震荡频率,在本系统中选择的是11.0592MHz,因而时钟信号的震荡频率为11.0592MHz。 3.4 LED显示系统设计 3.4.1 LED基本结构

LED是发光二极管显示器的缩写。LED由于结构简单、价格便宜、与单片机接口方便等优点而得到广泛应用。LED显示器是由若干个发光二极管组成显示字段的显示器件[6]。在单片机中使用最多的是七段数码显示器。LED七段数码显示

器由8个发光二极管组成显示字段,其中7个长条形的发光二极管排列成“日”字形,另一个圆点形的发光二极管在显示器的右下角作为显示小数点用,其通过不同的组合可用来显示各种数字。LED引脚排列如下图7所示:

图7 LED引脚排列

3.4.2 LED显示器的选择

在应用系统中,设计要求不同,使用的LED显示器的位数也不同,因此就生产了位数,尺寸,型号不同的LED显示器供选择,在本设计中,选择4位一体的数码型LED显示器,简称“4-LED”。本系统中前一位显示电压的整数位,即个位,后一位显示电压的小数位。

4-LED显示器引脚如图8所示,是一个共阳极接法的4位LED数码显示管,其中a,b,c,d, e,f,g为4位LED各段的公共输出端,1、2、3、4分别是每一位的位数选端,dp是小数点引出端,4位一体LED数码显示管的内部结构是由4个单独的LED组成,每个LED的段输出引脚在内部都并联后,引出到器件的外部。

图8 4位LED引脚

对于这种结构的LED显示器,它的体积和结构都符合设计要求,由于4位LED阳极的各段已经在内部连接在一起,所以必须使用动态扫描方式(将所有数码管的段选线并联在一起,用一个I/O接口控制)显示。 3.4.3 LED译码方式

译码方式是指由显示字符转换得到对应的字段码的方式,对于LED数码管显

示器,通常的译码方式有硬件译码和软件译码方式两种。

硬件译码是指利用专门的硬件电路来实现显示字符码的转换。

软件译码就是编写软件译码程序,通过译码程序来得到要显示的字符的字段码,译码程序通常为查表程序。

本设计系统中为了简化硬件线路设计,LED译码采用软件编程来实现。由于本设计采用的是共阳极LED,其对应的字符和字段码如下表3所示。

表3 共阴极字段码表

显示字符 共阴极字段码 0 03H 1 2 3 4 5 6 7 8 9 3.4.4 LED显示器与单片机接口设计

由于单片机的并行口不能直接驱动LED显示器,所以,在一般情况下,必须采用专用的驱动电路芯片,使之产生足够大的电流,显示器才能正常工作[7]。如果驱动电路能力差,即负载能力不够时,显示器亮度就低,而且驱动电路长期在超负荷下运行容易损坏,因此,LED显示器的驱动电路设计是一个非常重要的问题。

为了简化数字式直流电压表的电路设计,在LED驱动电路的设计上,可以利用单片机P0口上外接的上拉电阻来实现,即将LED的A-G段显示引脚和DP小数点显示引脚并联到P0口与上拉电阻之间,这样,就可以加大P0口作为输出口德驱动能力,使得LED能按照正常的亮度显示出数字,如图9所示。

9fH 25H 0dH 99H 49H 41H 1fH 01H 09H

图9 LED与单片机接口间的设计

3.5总体电路设计

经过以上的设计过程,可设计出基于单片机的简易数字直流电压表硬件电路原理图如图10所示。

图10 简易数字电压表电路图

此电路的工作原理是:模拟电压信号通过变阻器RV1分压后由ADC08032的CH0通道进入,经过模/数转换后,产生相应的数字量经过其输出通道D0-D7传送给AT89C51芯片的P1.4口,AT89C51负责把接收到的数字量经过数据处理,产生正确的8段数码管的显示段码传送给四位LED,同时它还通过其四位I/O口P2.4、P2.5、P2.6、P2.7产生位选信号控制数码管的亮灭。此外,AT89C51还控制ADC0832的工作。


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