基于單片機(jī)模擬量數(shù)字顯示課程設(shè)計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1.引言1</b></p><p>　　2.設(shè)計方案及原理2</p><p>　　3.模擬量數(shù)字儀表設(shè)計原理3</p><p><b>　　4.硬件設(shè)計4</b></p><p&

2、gt;　　4.2 ADC0804的功能介紹4</p><p>　　4.3 LED顯示器5</p><p>　　4.3.1 4位數(shù)碼管的驅(qū)動方式7</p><p>　　4.3.2 LED顯示器的選擇8</p><p>　　4.3.3 LED顯示器與單片機(jī)接口設(shè)計8</p><p>　　5.總體電路設(shè)計11

3、</p><p><b>　　6.軟件設(shè)計12</b></p><p><b>　　7.總結(jié)13</b></p><p><b>　　8.參考文獻(xiàn)15</b></p><p><b>　　1.引言</b></p><p>　　

4、本文介紹 了一種基于單片機(jī)的簡易數(shù)字顯示儀器儀表的設(shè)計，該設(shè)計主要由三個模塊：A\D模數(shù)轉(zhuǎn)換器，數(shù)據(jù)處理模塊及顯示模塊。A\D模數(shù)轉(zhuǎn)換器主要由ADC0804來完成，他負(fù)責(zé)把采集到的模擬量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量再傳送到數(shù)據(jù)處理模塊。數(shù)據(jù)處理則由芯片8751來完成，其負(fù)責(zé)把ADC0804傳來的數(shù)字量經(jīng)過一定的數(shù)據(jù)處理，產(chǎn)生相應(yīng)的顯示碼送到顯示模塊進(jìn)行顯示；此外，它還控制著ADC0804芯片的工作。</p><p>　　2

5、0世紀(jì)50年代初，世界上出現(xiàn)了第一臺數(shù)字顯示儀表。近五十年來，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，尤其是數(shù)字化測量技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、大規(guī)模集成電路技術(shù)及計算機(jī)技術(shù)在儀表中的應(yīng)用，使數(shù)字儀表很快地從電子管式、晶體管式發(fā)展到目前集成電路式和帶有微處理哭的數(shù)字儀表。數(shù)字儀表的出現(xiàn)適應(yīng)了科學(xué)技術(shù)及自動化生產(chǎn)過程中高速、高準(zhǔn)確度測量的需要，它具有模擬儀表無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　該系統(tǒng)的數(shù)字顯示儀表電路簡單，所用原件較

6、少，成本低，測量精度和可靠性較高，最終結(jié)果通過四位一體共陰極八段數(shù)碼顯示管顯示出來。</p><p><b>　　2.設(shè)計方案及原理</b></p><p>　　硬件電路設(shè)計有3個部分組成：A/D轉(zhuǎn)換電路，8751單片機(jī)系統(tǒng)以及LED顯示系統(tǒng)。</p><p>　　P0口作為與A/D轉(zhuǎn)換電路的數(shù)據(jù)口，P3口部分接口作為A/D轉(zhuǎn)換電路的控制口,P

7、0口作為LED顯示系統(tǒng)的段選碼輸入口，P1口部分接口作為LED顯示系統(tǒng)的位選控制端。硬件電路設(shè)計框圖如圖1所示：</p><p>　　3.模擬量數(shù)字儀表設(shè)計原理</p><p>　　利用A/D轉(zhuǎn)換電路將待測的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過相應(yīng)換算后將測試結(jié)果以數(shù)字形式現(xiàn)實(shí)出來。本設(shè)計以8751單片機(jī)為核心，以逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器ADC0804、4位一體的共陰極時鐘型LED 數(shù)碼管為主體。&

8、lt;/p><p>　　圖2 數(shù)字顯示儀表組成框圖</p><p><b>　　4.硬件設(shè)計 </b></p><p>　　4.1 8751單片機(jī)的功能介紹</p><p>　　8751與8051基本一樣，但8751片內(nèi)有4k的EPROM，用戶可以將自己編寫的程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)的EPROM中進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用，EPROM的改寫

9、同樣需要用紫外線燈照射一定時間擦除后再次寫入。</p><p>　　單片機(jī)應(yīng)用的早，影響很大， 51系列單片機(jī)已成為事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。后來很多芯片廠商以各種方式與Intel公司合作，也推出了同類型的單片機(jī)，如同一種單片機(jī)的多個版本一樣，雖都在不斷的改變制造工藝，但內(nèi)核卻一樣，也就是說這類單片機(jī)指令系統(tǒng)完全兼容，絕大多數(shù)管腳也兼容；在使用上基本可以直接互換。人們統(tǒng)稱這些與8051內(nèi)核相同的單片機(jī)為“51系列單片機(jī)”

10、。</p><p>　　4.2 ADC0804的功能介紹</p><p><b>　　芯片參數(shù)：</b></p><p>　　工作電壓：+5V，即VCC=+5V。</p><p>　　模擬輸入電壓范圍：0～+5V，即0≤Vin≤+5V。</p><p>　　分辨率：8位，即分辨率為1/2=1/25

11、6，轉(zhuǎn)換值介于0～255之間。</p><p>　　轉(zhuǎn)換時間：100us（fCK=640KHz時）。</p><p>　　轉(zhuǎn)換誤差：±1LSB。</p><p>　　參考電壓：2.5V，即Vref=2.5V。</p><p>　　4.3 LED顯示器</p><p>　　在應(yīng)用系統(tǒng)中，設(shè)計要求不同，使用的LE

12、D顯示器的位數(shù)也不同，因此就生產(chǎn)了位數(shù)、尺寸、型號不同的LED顯示器供選擇。在本設(shè)計中，選擇4位一體的數(shù)碼型LED顯示器。本系統(tǒng)中前一位顯示測量值的整數(shù)位，即個位，后兩位顯示測量值的小數(shù)位。</p><p>　　對于這種結(jié)構(gòu)的LED顯示器，它的體積和結(jié)構(gòu)都符合設(shè)計要求，由于4位LED陰極的各段已經(jīng)在內(nèi)部連接在一起，所以必須使用動態(tài)掃描方式顯示。發(fā)光二極管（LED）是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件．一個LED兩端所加的正向電壓

13、增加到2V左右時，就出現(xiàn)正向電流并發(fā)光。為了限制流過發(fā)光管的電流，調(diào)整其亮度調(diào)整其亮度，一般都串有限流電阻。LED的發(fā)光顏色常見的有紅、綠、黃等色。</p><p>　　數(shù)碼顯示是用來顯示數(shù)字、文字或符號的器件，現(xiàn)在已有多種不同類型的產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用與多種數(shù)字設(shè)備中。目前，數(shù)碼顯示器正朝著小型、多位、多彩、平面化的方向發(fā)展。</p><p><b>　　（一） 發(fā)光二極管</

14、b></p><p>　　在各種顯示器中，LCD的功耗最低，LED的發(fā)光響應(yīng)時間最短，壽命最長。因此，目前的數(shù)字儀表大多采用LED或LCD顯示器，它們都能由集成電路直接驅(qū)動。</p><p>　　發(fā)光二極管是采用半導(dǎo)體材料制成的，能將電信號轉(zhuǎn)化成光信號的結(jié)型電壓發(fā)光器件。它的特點(diǎn)是：</p><p>　?、俚碗妷海?.5~2.2V）,小電流（5~30mA）的條

15、件下工作，即可獲得足夠高的亮度。</p><p>　　②發(fā)光響應(yīng)速度快，高頻特性好，能顯示脈沖信息，單色性好，壽命長。</p><p>　　③由于LED工作PN結(jié)正向?qū)顟B(tài)，性能穩(wěn)定，只要加以必要的先留措施，就可以長期使用。使壽命在10萬小時以上，甚至可以達(dá)到100萬小時。</p><p>　?、苄⌒?、防震、抗沖擊性能好。</p><p>

16、　　⑤使用靈活、可根據(jù)需要制成各種數(shù)碼管、符號管、電平顯示器、矩陣板、固體發(fā)光板等</p><p><b>　?。ǘ㎜ED顯示器</b></p><p>　　將條狀發(fā)光二極管按照共陽極（正極）或共陰極（負(fù)極）的方式連接，并組成“8”字型發(fā)光二極管，另一級做筆畫電極，就構(gòu)成了LED數(shù)碼顯示器。如圖2-3(a)所示。</p><p>　　只要按規(guī)

17、定使某些筆畫的發(fā)光二極管，就能組成0～9的一系列數(shù)字。它具有重量輕、體積小、耐震動、壽命長、亮度高、單色性好、發(fā)光響應(yīng)速度快、能在低電平條件下與數(shù)字集成電路匹配等優(yōu)點(diǎn)可作為數(shù)字儀表，數(shù)控裝置，計算機(jī)等的數(shù)字顯示器件。LED顯示器一般采用七段，既把七只LED共陽極（或共陰極）連接，每段具有單只LED的特性及驅(qū)動顯示方法。如圖2-3(b)所示。</p><p>　　4.3.1 4位數(shù)碼管的驅(qū)動方式</p>

18、;<p>　　1、靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點(diǎn)是編程簡單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O端口多，如驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×8=40根I/O端口來驅(qū)動，要知道一個89S51單片機(jī)可的I/O端口才32個呢：），實(shí)際應(yīng)用時必須增加譯碼驅(qū)動器進(jìn)行驅(qū)動，增加了硬件電路的復(fù)雜性。</p>

19、;<p>　　2、數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機(jī)對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管

20、的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。</p>

21、<p>　　4.3.2 LED顯示器的選擇</p><p>　　LED顯示引腳如圖，是一個共陰極接法的4位LED數(shù)碼顯示管，其中a,b,c,e,f,g為四位LED各段公共輸出端，1，2，3，4分別為每一位的位數(shù)選端，dp是小數(shù)點(diǎn)引出端，4位一體LED數(shù)碼顯示管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是四個單獨(dú)LED組成，每個LED的斷輸出引腳在內(nèi)部都并聯(lián)后，引出到器件的外部。</p><p>　　4.3

22、.3 LED顯示器與單片機(jī)接口設(shè)計 </p><p>　　由于單片機(jī)的并行口不能直接驅(qū)動LED顯示器，所以，在一般情況下，必須采用專門的驅(qū)動電路芯片，使之產(chǎn)生足夠大的電流，顯示器才能正常工作。如果驅(qū)動電路能力差，即負(fù)載能力不夠時，顯示器亮度就低，而且驅(qū)動電路長期在超負(fù)荷下運(yùn)行容易損壞，因此，LED顯示器的驅(qū)動電路設(shè)計是一個非常重要的問題，為了簡化數(shù)字儀表電路設(shè)計。在LED驅(qū)動電路的設(shè)計上，可以利用單片機(jī)的P2口上

23、外接上拉電阻來實(shí)現(xiàn)，即將LED的A-G段引腳和DP小數(shù)點(diǎn)引腳并聯(lián)到P2口與上拉電阻之間，這樣，就可以加大P2口作為輸出口的驅(qū)動能力，是LED能按正常的亮度顯示數(shù)字。</p><p><b>　　5.總體電路設(shè)計</b></p><p>　　經(jīng)過以上的設(shè)計過程，可設(shè)計出基于單片機(jī)的簡易數(shù)字顯示儀表硬件電路。單片機(jī)共作在最小系統(tǒng)下，其中復(fù)位電路中的C1、C2電容主要起濾波

24、作用，防止外來干擾，C3主要提供上電復(fù)位的負(fù)脈沖，經(jīng)過非門給復(fù)位引腳提供一個正脈沖。</p><p>　　本次設(shè)計主要采用外部時鐘，時鐘電路中C1、C2主要起微調(diào)作用，幫助和穩(wěn)定波形。</p><p>　　四位一體LED數(shù)碼管的連接中，P2口作為八段段選碼的連接端，P1.1、P1.2、P1.3、P1.4作為為選信號控制端，采用510Ω上拉電阻驅(qū)動方式。</p><p&g

25、t;　　ADC轉(zhuǎn)換電路中P3.2、P3.6、P3.7作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器的控制端P0口作為數(shù)據(jù)連接端，參考值電路中的VR負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)參考值（電壓2.5V、電流10mA）,模擬量輸入電路中的VR主要負(fù)責(zé)進(jìn)行標(biāo)度轉(zhuǎn)換。</p><p><b>　　硬件電路圖：</b></p><p><b>　　6.軟件設(shè)計</b></p><p>　

26、　主程序的的內(nèi)容一般包括：主程序的程序初始化、A/D轉(zhuǎn)換子程序的起始地址、有關(guān)內(nèi)存單元及相關(guān)部件的顯示子程序和一些子程序調(diào)用等。根據(jù)設(shè)計要求，設(shè)計出如下圖所示的主程序流程圖。</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換程序的功能是采集數(shù)據(jù)，在整個系統(tǒng)中占有很高的地位。當(dāng)系統(tǒng)置好后，單片機(jī)掃描轉(zhuǎn)換結(jié)束管腳P1.0的輸入電平狀態(tài)，當(dāng)輸入為高電平則轉(zhuǎn)換完成，將轉(zhuǎn)換的數(shù)值轉(zhuǎn)換并顯示輸出。若輸入為低電平，則繼續(xù)掃描。</p>

27、;<p>　　A/D轉(zhuǎn)換子程序中模擬量經(jīng)前置電路進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器啟動轉(zhuǎn)換，根據(jù)數(shù)據(jù)的輸出判斷其是否進(jìn)行了轉(zhuǎn)換 ，若沒有則繼續(xù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，若轉(zhuǎn)換完成則輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果，再在單片機(jī)中根據(jù)程序指令將輸出的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制，經(jīng)由單片機(jī)的I/O口將最終結(jié)果輸送給數(shù)碼顯示管，完成一次數(shù)據(jù)測量。</p><p>　　若需要多次轉(zhuǎn)換，可根據(jù)程序指令重新返回啟動轉(zhuǎn)換地址。</p><p><

28、;b>　　7.總結(jié)</b></p><p>　　通過本次課程設(shè)計，我對單片機(jī)的原理及應(yīng)用有了更深的認(rèn)識，雖然設(shè)計中還有許多不足之處，但通過這次課程設(shè)計，我對電路設(shè)計、單片機(jī)51系列原理和使用方法等有了新的認(rèn)識。通過學(xué)習(xí)，我掌握了從系統(tǒng)設(shè)計的需要、方案的設(shè)計、原理圖的描繪和電路圖的設(shè)計流程，積累了許多經(jīng)驗(yàn)。</p><p>　　這次比較完整的設(shè)計，使我們擺脫了單純的理論知識

29、學(xué)習(xí)狀態(tài)，達(dá)到了理論與實(shí)踐的結(jié)合鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識，解決實(shí)際設(shè)計問題的能力，同時，也提高了我們查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計手冊、設(shè)計規(guī)范以及電腦制圖等專業(yè)能力水平，而且通過整體的掌握對布局的取舍以及對細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我們能力得到了鍛煉，這是我們都想看到的也是我們進(jìn)行課程設(shè)計的目的所在。在這次設(shè)計過程中我們不僅對A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0804有了進(jìn)一步熟悉，隨著設(shè)計的不斷深入對它的工作原理、啟動設(shè)置、轉(zhuǎn)換結(jié)束判斷及輸出等都基本掌

30、握，在和老師的溝通交流的過程中我們對設(shè)計有了新的認(rèn)識，并且對實(shí)物的連接與布局有了新的看法，對我們的專業(yè)有了進(jìn)一步的認(rèn)識，希望在以后的實(shí)驗(yàn)中吸取更多地經(jīng)驗(yàn)學(xué)會更多的實(shí)踐知識。</p><p><b>　　8.參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　①樓然苗等；51系列單片機(jī)設(shè)計實(shí)例（第二版）；北京航空航天大學(xué)出版社；2006年</p><p>