第二章 总体设计 2.1 概述
一个完备的单片机应用系统包括硬件和软件两大部分，其中硬件部分包括扩展的存储器、键盘、显示、前向通道、后向通道、控制接口电路以及相关芯片的外围电路等，软件的功能就是指挥单片机按预定的功能要求进行操作的程序。一个单片机系统只要系统的软、硬件紧密配合，协调一致，这样才是高性能的单片机系统。
本课题所设计的模拟电压测量系统主要包括两部分：硬件电路及软件程序。而硬件电路采用 INTEL公司的80C51作为主处理器，系统主要由信号采集、 转换、A/D 数据处理输出、显示等几个功能模块组成。各部分电路的设计及原理将会在硬件电路设计部分详细介绍；程序的设计使用汇编语言编程，利用wave6000软件对其编译和仿真。硬件流程图如下： 80C51 ADC 单片机 0809 数据显示 模拟电压 转换
图 1.硬件流程图
被测直流电压由 A/D 转换单元采集后被量化，再由单片机对 A/D 转换的结果进行标度变换，得到被测电压的数值，通过单片机转换结果、把结果输出给显示驱动单元，驱动数码管显示。
2.2AD转换电路
利用ADC0808作为AD数据采样器件, ADC0808是CMOS单片型逐次逼近式A／D转换器它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型D／A转换器、逐次逼近。ADC0808的工作过程是：首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 A／D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A／D转换完成，EOC变为高电平，指示A／D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平 时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。
ADC0808各个管教功能：
IN0～IN7：8路模拟量输入端。 2-1～2-8：8位数字量输出端。
ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路 ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。
START： A／D转换启动信号，输入，高电平有效。
EOC： A／D转换结束信号，输出，当A／D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。
OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A／D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。
CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。 REF（+）、REF（-）：基准电压。
Vcc：电源，单一＋5V。
GND：地。
2.3工作过程简介
数字化是将连续模拟的电压量经 A/D 转化后变为不连续的离散的数字量并加以显示。在设计过程中采用分模块设计，按照设计思路把电路分 A/D 转换、数据处理输出、驱动、显示四个单元，分别设计。 A/D 转换器选用的是八位模/数转换器 ADC0809。其次，计算机中的数字都是十六进制数，而我们习惯于十进制数的读写，因此，在软件设计中则要把十六进制数转换成十进制数。在显示的时候也是如此。本装置的输出用四位 LED 显示，因此在软件设计中还要解决数字输出与 LED 的接口问题。硬件则需要将输出线接到八段数码管上。 数值显示采用八段数码管，由单片机以动态扫描方式驱动。 可以看出 ADC0809 通过 IN0 采集电压信号并送给单片机，单片机将采集来的信号进行一定的处理然后通过串口扩展的共阴极 LED 数码管显示采集的电压值。 数码管显示是采用动态显示的原理， 要显示的数码通过单片机的数据总线发送给74HC374，而四个数码管的公共端分别接 74HC374的 Q1-Q7 接口， 因此要使哪个数码管显示就把相应的公共端口置零即可。比如： “1” 数字的字型码通过串口发送出来并经过74HC374译码加到了四个数码管上，如果其中一个引脚为“0”那么对应的数码管显示数 字“1” 。在此电路中电压值的四个数字分别通过串口依次的送出，对应的公共端也依次被置“0” ，由于两次置“0”的时间间隔很短，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位显示器并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感。因此给人的感 觉就是四个数码管同时的显示出电压值四个数字。 ADC0809 的 REF（-）接地，REF（+）接电源+5V，因此采集电压的范围是 0～ 5V，A/D 转换输出的结果 D0～D7 为 8 位二进制数。转换输出的结果在 0～255 之 间分别对应着 0～+5V 之间的 256 个电压值，因此单片机必须把 A/D 转换输出的 结果转换成可以显示的电压值。
2.4软件程序设计
开机后调用 A/D 转换子程序启动 AD 转换器，单片机等待查询转换结束信号，如果有信号则通过并行口读取转换数据并存储，再按上面的方法通过串行口把数据传输出，经译码在数码管显示。具体方法和程序见程序设计部分。
2.5小结
在电路设计和软件设计中都采用了分模块设计， 这种设计方法清晰的电路的功能，为设计和以后的调试和维修带来了极大的方便。特别是在软件设计中，这种方法曾强了程序的可移植性，为以后的功能扩展奠定了基础。
第三章 硬件设计及仿真 3.1 ADC0809
图2.0809引脚图
图3.0809实验箱接线图 3.2 80C51
图4.80C51引脚图
P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器。
P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL 门电流。
P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流， P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
3.3 LED显示模块
本设计才懂动态扫描技术。数码管动态显示介面是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划\的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位元选通控制电路，位元选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位元选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位元就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。
透过分时轮流控制各个LED数码管的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位元数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极体的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示资料，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O口，而且功耗更低。
图5.LED实验仪接线图
LAB2000P实验仪提供了6位8段码LED显示电路，只要按地址输出相应的数据，就可以实现对显示器的控制。显示共有6位，用动态方式显示。8位段码、6位位码是由两片74LS374输出。位码经MC1413或ULN2003倒相驱动后，选择相应显示位。
实验仪中8位段码输出地址为0x004H，位码输出地址为0X002H。此处X是由KEY/LED CS决定，参见地址译码。做键盘和LED 实验时，需将KEY/LED CS接到相应的地址译码上，以便用相应的地址来访问。当KEY/LED CS接到CS0上，则段码地址为08004H,位码地址为08002H。
3.4仿真电路图