基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u1220基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)案例 182681.1單片機(jī)系統(tǒng) 132471.1.1單片機(jī)的特點(diǎn)介紹 1193321.1.2單片機(jī)系統(tǒng) 2611.2輸入電路 3222361.3A/D轉(zhuǎn)換芯片與單片機(jī)的連接 4233771.41602液晶與單片機(jī)的連接 6166191.5鍵盤與單片機(jī)的連接 7單片機(jī)系統(tǒng)1.1.1單片機(jī)的特點(diǎn)介紹對(duì)于單片機(jī)的選擇，讓我們已經(jīng)初步了解過單片機(jī)；簡單地說，它就是一個(gè)芯片，而且是高度集成的一類電路芯片，它是一個(gè)具有實(shí)際意義的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。利用先進(jìn)的集成技術(shù)，把許多可以實(shí)現(xiàn)的功能通過一個(gè)芯片連接在一起，是方便了設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)候的便捷，實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)的高速化處理?，F(xiàn)如今，單片機(jī)技術(shù)受到各行業(yè)人們的歡迎，單片機(jī)在功能方面的開發(fā)實(shí)現(xiàn)了人們廣泛的使用，簡單易學(xué)易懂并且之后的調(diào)試與查找錯(cuò)誤也都會(huì)比較方便。圖STYLEREF1\s3-SEQ圖\*ARABIC\s11單片機(jī)的引腳結(jié)構(gòu)圖1.1.2單片機(jī)系統(tǒng)在一個(gè)含有單片機(jī)系統(tǒng)的電路中，通常包含電源電路、晶振電路和復(fù)位電路。以下是電壓表電路中單片機(jī)系統(tǒng)的原理圖：圖3-2單片機(jī)系統(tǒng)的電路連接和原理圖在單片機(jī)系統(tǒng)所包含的幾種電路模塊中，晶振電路是為單片機(jī)提供時(shí)鐘的，相當(dāng)于外接了一個(gè)時(shí)鐘。對(duì)于單片機(jī)AT89C51，它的晶振是12MHZ，特別注意的是其中的兩個(gè)電容C1、C2的大小都為10UF；另外在復(fù)位電路模塊中，電阻R1的大小是1KΩ，電容C3的值是100UF,。輸入電路在輸入電路模塊中，為了起到保護(hù)電路的作用，以防電壓的數(shù)值遠(yuǎn)大于基準(zhǔn)電壓（2V)，所以特地在輸入電路模塊里加入了電壓衰減器。通過衰減電路的作用，就可以通過開關(guān)來選擇衰減率的大小，以達(dá)到切換數(shù)字電壓表檔位的功能，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。以下是電壓表電路中輸入電路模塊的原理圖:圖3-3輸入電路模塊原理圖若要將電壓表設(shè)置為可調(diào)檔電壓表，則必須通過計(jì)算，來確定不同量程所需要在可知設(shè)計(jì)衰減器中所用電阻的大小，即圖中R2，R3和R4的電阻大?。唤?jīng)過計(jì)算，它們依次對(duì)應(yīng)為:9MΩ，900KΩ，100KΩ。在這次的設(shè)計(jì)中，特地將切換檔位的開關(guān)設(shè)置為雙開關(guān)，其目的是我們希望此次的電壓表設(shè)計(jì)更加地自動(dòng)化和智能化，即能夠使單片機(jī)可以對(duì)檔位進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，然后進(jìn)一步測算對(duì)應(yīng)的電壓值。A/D轉(zhuǎn)換芯片與單片機(jī)的連接在A/D轉(zhuǎn)換器與AT89C51連接的模塊中，我們選擇A/D轉(zhuǎn)換器的通道0，依次將A/D轉(zhuǎn)換器的input端連接AT89C51的P1.3口，output端連接AT89C51的P1.4口，CS端連接AT89C51的P1.5口，脈沖端連接單片機(jī)的P1.6口。以下是A/D轉(zhuǎn)換芯片與單片機(jī)的連接的原理圖:圖3-4A/D轉(zhuǎn)換芯片與單片機(jī)的連接原理圖對(duì)于這個(gè)模塊所選擇的A/D轉(zhuǎn)換芯片TLC2543，以下是它的封裝引腳圖和功能說明：圖3-5TLC2543的封裝引腳圖引腳的功能說明如下：引腳定義I/O說明1～9,11,12AIN0～AIN10I模擬量輸入端。11路輸入信號(hào)由內(nèi)部多路器選通。對(duì)于2.1MHz的I/OCLOCK，驅(qū)動(dòng)源阻抗必須小于或等于50Ω，而且用60pF電容來限制模擬輸入電壓的斜率15CSI在CS端由高變低時(shí)，內(nèi)部計(jì)數(shù)器復(fù)位。由低變高時(shí)，在設(shè)定時(shí)間內(nèi)禁止DATAINPUT和I/OCLOCK17DATANPUTI串行數(shù)據(jù)輸入端。由4位的串行地址輸入來選擇模擬量輸入通道16DATAOUTOA/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的三態(tài)串行輸出端。CS為高時(shí)處于高阻抗?fàn)顟B(tài)，CS為低時(shí)處于激活狀態(tài)19EOCO轉(zhuǎn)換結(jié)束端。在最后的I/OCLOCK下降沿之后，EOC從高電平變?yōu)榈碗娖讲⒈３值睫D(zhuǎn)換完成和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備傳輸為止10GNDGND是內(nèi)部電路的地回路端。除另有說明外，所有電壓測量都相對(duì)GND而言18I/OCLOCKI輸入/輸出時(shí)鐘端。I/OCLOCK接收串行輸入信號(hào)并完成以下四個(gè)功能：（1）在I/OCLOCK的前8個(gè)上升沿，8位輸入數(shù)據(jù)存入輸入數(shù)據(jù)寄存器。（2）在I/OCLOCK的第4個(gè)下降沿，被選通的模擬輸入電壓開始向電容器充電，直到I/OCLOCK的最后一個(gè)下降沿為止。（3）將前一次轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的其余11位輸出到DATAOUT端，在I/OCLOCK的下降沿時(shí)數(shù)據(jù)開始變化。（4）I/OCLOCK的最后一個(gè)下降沿，將轉(zhuǎn)換的控制信號(hào)傳送到內(nèi)部狀態(tài)控制位14REF+I正基準(zhǔn)電壓端?；鶞?zhǔn)電壓的正端（通常為Vcc）被加到REF+，最大的輸入電壓范圍由加于本端與REF-端的電壓差決定13REF-I負(fù)基準(zhǔn)電壓端。基準(zhǔn)電壓的低端（通常為地）被加到REF-20Vcc電源[6]表3-1TLC543引腳的功能說明1602液晶與單片機(jī)的連接測量電壓的結(jié)果需要被收集和顯示，因此設(shè)計(jì)顯示器和單片機(jī)的連接模塊是很重要的。將1602液晶的RS端連接AT89C51的P1.2，將RW端連接AT89C51的P1.1，將E端連接AT89C51的P1.0；1602液晶數(shù)據(jù)的各端口就連接AT89C51的P0口。以下是1602液晶與單片機(jī)連接模塊的原理圖：圖3-61602液晶與單片機(jī)的連接原理圖對(duì)于1602液晶，以下對(duì)它的引腳功能進(jìn)行介紹，其中：第1腳：VSS是地或電源第2腳：VCC接入電源電壓，大小為5V第3腳：V0是液晶顯示器的對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高第4腳：RS為寄存器選擇，高電平1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時(shí)選擇指令寄存器第5腳：RW為讀寫信號(hào)線，高電平(1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平(0)時(shí)進(jìn)行寫操作第6腳：E(或EN)端為使能(enable)端，高電平（1）時(shí)讀取信息，負(fù)跳變時(shí)執(zhí)行指令第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)端第15～16腳：空腳或背燈電源；15腳背光正極，16腳背光負(fù)極[7]