基于单片机数字电压表的硬件设计方案.doc

论文题目：基于单片机数字电压表的硬件设计专 业：微电子学本 科 生：韦晓艳 （签名）指导教师：王媛彬 （签名）摘 要本系统主要采用AT89C52芯片和ADC0809芯片来完成一个数字电压表设计，能够对输入的05 V的模拟直流电压进行测量，并通过一个4位一体的8段LED数码管进行轮流显示或单路选择显示，测量误差约为0.02 V。还可以与PC进行串行通信。该电压表的测量电路主要由三个模块组成：A/D转换模块、数据处理模块及显示控制模块。A/D转换主要由芯片ADC0809来完成，它负责把采集到的模拟量转换为相应的数字量再传送到数据处理模块。数据处理则由芯片AT89C52来完成，其负责把ADC0809传送来的数字量经一定的数据处理，产生相应的显示码送到显示模块进行显示；另外它还通过P2端口控制着ADC0809芯片的模拟通道地址、A/D转换控制信号和时钟信号。显示模块主要由8段数码管组成，显示测量到的电压值。 最终，该系统达到设计的目的，高精度的显示了所测量的电压值，并可以通过按键开关准确无误的轮流或单路显示8（IN0IN7 ）个通道。关键词：数字电压表,单片机，A/D转换,LED数码管,数据处理Subject: Based on single-chip digital voltage meter of the hardware designSpecialty: MicroelectronicsName: WeiXiaoYan (Signature) Instructor: WangYuanBin （Signature） ABSTRACT In the system AT89C52 chip and ADC0809 chip are mainly used to complete the design of a digital voltage meter, The measurement from the digital voltage meter can be carried out at the arrange of the input 05V analog DC voltage, and 4 through a one paragraph 8 digital tube LED take turns to display take turns or one-way choose to display, the measurement error is about 0.02 V. The system can also communicate with PC serially. It mainly consists of three modules: A / D converter module, data processing module and the display control module. ADC0809 chip is employed for A / D conversion, and it is responsible for collecting analog signal and converting the analog signal to digital signal and sends digital data-processing module. AT89C52 is the controller and in charge of data processing, the ADC0809 is responsible for transmission to digital by a certain degree of data processing; Analog channel address of ADC0809 chip, A / D conversion control signal and clock signal are all controlled by the P2 port. Display module mainly composes of 8digits, indicating the voltage value that is measured.In final, the design goal is achieved, The voltage measured is displayed accurately. the 8 (IN0 IN7) channels alternative display or one-way choice display can be carried out by button correctly.Key words: Digital voltage meter, Single-chip Microcomputer , A / D converter, LED digital tube, Data processing前 言1研究意义在电量的测量中，电压、电流和频率是最基本的三个被测量，其中电压量的测量最为经常。电学参量测量技术涉及范围广，适用于学校、工业、科研、国防等各种领域，供实验室和工业现场测试用。而且随着电子技术的发展，在数字化、智能化、科技化为主的今天。数字电压表已成为电压表设计的主要方向，在当前电压测量系统中占有非常重要的位置。更是经常需要测量高精度的电压，所以数字电压表就成为一种必不可少的测量仪器。在电气测量中，电压是一个很重要的参数。如何准确地测量模拟信号的电压值，一直是电测仪器研究的内容之一。数字电压表是通用仪器中使用较广泛的一种测试仪器，很多电量或非电量经变化后都用可数字电压表完成测试。因此，数字电压表被广泛地应用于科研和生产测试中。2研究现状最近十几年来，随着半导体技术、集成电路(IC)和微处理器技术的发展，数字电路和数字化测量技术也有了巨大的进步，从而促使了数字电压表的日新月异，并不断出现新的类型。 数字电压表自1952年问世以来,大致经历了五代产品。第一代是电子管数字电压表,第二代属于晶体管数字电压表,第三代是中小规模集成电路的DVM。由大规模集成电路或超大规模集成电路构成的数字电压表、智能数字电压表,分别属于第四代、第五代产品。经历了不断改进的过程，从最早采用继电器、电子管的型式发展到了现在的全固态化、集成化(IC化，另一方面，精度也从0.1%提高到了现在的0.01%0.005%，而且从实验空用的高价的所谓的样品开始已发展到了现在厂矿企业广为利用的所谓的廉价型，进而出现了能够用于安装板上作指示仪表的安装型。近年来,国内许多厂家通过积极引进,吸收国外先进技术, 努力赶超先进水平,现以能够大批量生产多种高、精、尖的数字电压表以及相应的标准源、校验仪。新型单片数字电压表以其高准确度、高可靠度、高分辨力、高性价比等优良特性倍受人们的青睐。本设计在分析研究和总结了单片机技术的发展历史及趋势的基础上，以实用、可靠、经济、精度高等设计原则为目标，设计出基于单片机的数字测量电压表。单片机有着微处理器所不具备的功能，它可单独地完成现代工业控制所要求的智能化控制功能，这是3单片机最大的特征。单片机控制系统能够取代以前利用复杂电子线路或数字电路构成的控制系统，可用软件控制来实现，并能够实现智能化。由于单片机具有功能强、体积小、功耗低、价格便宜、工作可靠、使用方便等特点，因此，现在单片机控制范畴无所不在，例如通信产品、家用电器、智能仪器仪表、过程控制和专用控制装置等等，单片机的应用领域越来越广泛。正因为单片机技术的广泛应用，使得高精度的电子测量成为可能。数字电压表（Digital Voltmeter）简称DVM，它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量（直流或交流输入电压）转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。传统的指针式电压表功能单一、精度低，不能满足数字化时代的需求，采用单片机的数字电压表，由精度高、抗干扰能力强，可扩展性强、集成方便，还可与PC进行实时通信。数字电压表是诸多数字化仪表的核心与基础。以数字电压表为核心，可以扩展成各种通用数字仪表、专用数字仪表及各种非电量的数字化仪表(如：温度计、湿度计、酸度计、重量、厚度仪等)，几乎覆盖了电子电工测量、工业测量、自动化仪表等各个领域。而且数字式仪器具有读数准确方便、精度高、误差小、灵敏度高和分辨率高、测量速度快等特点。因此对数字电压表作全面深入的了解是很有必要的。 3 研究内容在数字电压表的设计中，控制系统采用AT89C52单片机,AD转换器采用ADC0809高精度、8位逐次逼近式转换电路，测量范围直流05伏，并在四位8段LED数码管上轮流显示或单路选择显示，可以与PC机进行串行通信。本文中该系统的数字电压表电路简单,所用的元件较少,成本低,调节工作可实现自动化。系统除能确保实现要求的功能外，还可以方便地进行8路AD转换量的测量,远程测量结果传送等扩展功能。 5 目 录第1章 数字电压表11.1 电压表的发展概况11.2 数字电压表的设计背景11.3 数字电压表的特点11.4 数字仪表的发展趋势3第2章 系统硬件设计52.1 功能要求52.2 方案论证52.2.1 核心芯片的选择52.2.2 模数转换芯片的选择52.2.3 设计方案52.3 系统硬件电路的设计6第3章 系统主要硬件模块介绍83.1 AT89C52控制模块83.1.1 AT89C52的主要性能83.1.2 AT89C52的引脚结构及功能93.2 A/D转换模块113.2.1 ADC0809的主要性能123.2.2 ADC08089的内部逻辑结构123.2.3 ADC0809的引脚123.3 LED显示模块133.4 电源电路153.5 晶振电路153.6 复位电路16第4章 单片机与PC之间的串行通信174.1 串行通信原理174.2 RS232的介绍174.2.1 主要信号线定义184.2.2 电气特性184.2.3 接口的典型应用194.3 串行通信硬件电路的实现194.4 单片机端的串行通信194.4.1串行接口的特殊功能寄存器204.4.2串行通信波特率的计算24第5章 系统调试及性能分析245.1 硬件的调试245.1.1 排除逻辑故障245.1.2 排除元器件失效245.1.3 排除电源故障 266 5.2 单片机汇编语言的调试245.3 硬件、软件仿真调试和测试255.4 性能分析26总 结27致 谢28参考文献2934 附录30第1章 数字电压表1.1 电压表的发展概况电压测量是电子测量的一个重要内容。随着电子技术的发展，对电压测量提出了一系列的要求，主要可概括为：第一应有足够宽的电压测量范围；第二应有足够高的测量准确度；第三应有足够高的输入阻抗；第四应具有高的抗干扰能力。 电压测量仪器总的可分为两大类：即模拟式和数字式的。模拟式电压表是指针式的。用磁电式电流表作为指示器，并在电流表表盘上以电压（或db）刻度。数字式电压表首先将模拟量通过模/数（A/D）变换器变成数字量，然后用电子计数器计数，并以十进制数字显示被测电压值。模拟式电压表由于电路简单、价廉，特别是在测量高频电压时，其测量准确度不亚于数字电压表，因此，在电压测量中仍将占有重要地位。数字式电压表在近年来已成为极其精确，灵活多用的电子仪器，并且价格正在逐渐下降。数字式电压表能很好地与其它数字仪器相交接，因此在电压测量系统的发展中是非常重要的。讨论数字式电压表的主要内容可归结为电压测量的数字化方法。模拟量的数字化测量，其关键是如何把随时间作连续变化的模拟量变换成数字量，完成这种变换的电路叫模/数变换器。所以，数字式电压表可以简单理解为模/数变换。1.2 数字电压表的设计背景 随着电子科学技术的发展，电子测量成为广大电子工作者必须掌握的手段，对测量的精度和功能的要求也越来越高，而电压的测量甚为突出，因为电压的测量最为普遍。传统的模拟电压表，已有百年的发展历史，虽然经过改进，但是仍然远远不能满足测量的需要。近几十年来随着电子技术的发展，经常需要测量高精度的电压，因此数字电压表应运而生，发展的数度很快。数字电压表是诸多数字化仪表的核心与基础。以数字电压表为核心，可以扩展成各种通用数字仪表、专用数字仪表及各种非电量的数字化仪表(如：温度计、湿度计、酸度计、重量、厚度仪等)，几乎覆盖了电子电工测量、工业测量、自动化仪表等各个领域。而且数字式仪器具有读数准确方便、精度高、误差小、灵敏度高和分辨率高、测量速度快等特点。因此对数字电压表作全面深入的了解是很有必要的。 1.3 数字电压表的特点数字电压表简称DVM，它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量（直流输入电压）转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。数字电压表的特点：1显示清晰直观，读数准确 传统的模拟式仪表必须借助于指针和刻度盘进行读数，在读数过程中不可避免的会引入人为的测量误差。数字电压表则采用先进的数显技术，使测量结果一目了然，只要仪表不发生跳读现象，测量结果就是唯一的。 新型数字电压表还增加了标志符显示功能，包括测量项目、符号单位和特殊符号、为解决DVM不能反映被测电压的连续变化过程以及变化趋势这一难题，一种“数字/模拟条图”仪表业已问世。“模拟图条”（Anal of Bargraph）有双重含义：第一，被测量为模拟量；第二，利用条状图形来模拟被测量的大小及变化趋势。这类仪表将数字显示与高分辨率模拟条图显示集于一身，兼有DVM与模拟电压表之优点。智能数字电压表均带微处理器和标准接口，可配合计算机和打印机进行数据处理或自动打印，构成完整的测试系统。2显示位数 显示位数通常为31/2位、32/3位、33/4/位、41/2位、43/4位、51/2位、61/2位、71/2位、81/2位共9种。判定数字仪表的位数有两条原则：能显示09所有数字的位是整数位；分数位的数值是以最大显示值中最高位数字为分子，用满量程时最高数字作分母。例如，某数字仪表的最大显示值为1999，满量程计数值为2000，这表明该仪表有3个整数位，而分数位的分子为1，分母是2，故称之为31/2位，读作三位半。 3准确度高 准确度是测量结果中系统误差与随机误差的综合。4分辨率高 数字电压表在最低电压量程上末位1个字所代表的电压值，称为仪表的分辨力，它反映仪表灵敏度的高低。分辨力随显示位数的增加而提高。分辨率是指所能显示的最小数字（零除外）与最大数字的百分比。例如31/2位DVM的分辨率为1/19990.05。需要指出，分辨力与准确度属于两个不同的观念。从测量角度看，分辨力是“虚”指标（与测量误差无关），准确度才是“实”指标（代表测量误差的大小）。5测量范围宽 多量程DVM一般可测量01000V直流电压，配上高压探头还可测上万伏的高压。6扩展能力强 在数字电压表的基础上，还可扩展成各种通用及专用数字仪表、数字多用表（DMM）和智能仪表，以满足不同的需要。7测量速度快 数字电压表在每秒钟内对被测电压的测量次数，叫测量速率，单位是“次/S”。它主要取决于A/D转换器的转换速率，其倒数是测量周期。8输入阻抗高 数字电压表具有很高的输入阻抗，通常为10M10000M，最高可达1T。9集成度高，微功耗新型数字电压表普遍采用CMOS大规模集成电路，整机功耗很低。10抗干扰能力强51/2位以下的DVM大多采用积分式A/D转换器，其串模抑制比、共模抑制比各别可达100dB、80120dB。高档DVM还采用数字滤波、浮地保护等先进技术，进一步提高了抗干扰能力，共模抑制比可达180dB。1.4 数字仪表的发展趋势采用新技术、新工艺，由LSI和VLSI构成的新型数字仪表及高档智能仪器的大量问世，标志着电子仪器领域的一场革命，也开创了现代电子测量技术的先河。新型数字仪表的发展主要有五个方向： 1.广泛采用新技术，不断开发新产品2.向模块化发展 新一代数字仪表正朝着标准模块化的方向发展。预计在不久的将来，许多数字仪表将由标准化、通用化、系列化的模块所构成，给电路设计和安装调试、维修带来极大方便。表面安装技术（SMT）和表面安装元器件（SMD）将获得普遍应用。这项技术被誉为世界电子工艺技术的一项重要突破。所谓表面安装是将微型化的表面安装集成电路（SMIC）和表面安装元件，用粘贴工艺直接安装在印刷板上，再用波峰焊接机焊接，由此取代传统的打孔焊接工艺，使印刷板安装密度大为增加，可靠性得到明显提高。3.多重显示仪表 为彻底解决数字仪表不便于观察连续变化量的技术难题，“数字/模拟条图”双显示仪表已成为国际流行款式，它兼有数字仪表准确度高、模拟式仪表便于观察被测量的变化过程及变化趋势的两大优点。模拟条图大致分成三类：液晶（LCD）条图，呈断续的条状，这种显示器的分辨力高、微功耗，体积小，低压驱动，适于电池供电的小型化仪表。等离子体（PDP）光柱显示器，其优点是自身发光，亮度高，显示清晰，观察距离远，分辨力较高，缺点是驱动电压高，耗电较大。LED光柱，它是又多只发光二极管排列而成。这种显示器的亮度高，成本低，但象素尺寸较大，功耗高，驱动电路复杂。4.安全性仪器仪表在设计和使用中的安全性，对于生产厂家和广大用户都是至关重要的问题。一方面厂家必须为仪表设计安全保护电路，并使之符合国际标准（例如美国UL认证，欧洲GS认证，ISO9001国际标准质量认证）；另一方面用户必须安全操作，时刻注意仪表上的各种安全警告指示。仪表的保护电路在于最大限度的减小或防止因误操作而造成的危害。以DMM为例，常见的误操作是用电流档或电阻档去测量电压。5.操作简单化 第2章 系统硬件设计2.1 功能要求数字电压表可以测量05V的输入电压值，并在四位LED数码管上轮流显示或单路选择显示。测量最小分辨率为0.019V，测量误差约为0.02V。2.2 方案论证2.2.1 核心芯片的选择AT89C52单片机价格低廉，输入输出口丰富，无需再另外扩展，简化了外围电路。256 B内部RAM，8 kB内部ROM，程序存储空间大，防止由于字模过多而造成存储空间不够。另外由于前期开发需要多次的写入、擦除，而89C52可以完成1000次写擦，故满足要求。2.2.2 模数转换芯片的选择ADC0809是8位的AD转换芯片，为逐次逼近型。由单一的+5 V电源供电，片内带有所存功能的8路模拟多路开关，可对8路05 V的输入模拟电压信号分时进行转换，完成一次转换约需100s；片内的地址译码和锁存电路，将单片机的三条地址信号译码生成选择八路模拟通道。输出具有TTL三态锁存缓冲器，可以直接接到单片机的数据线上。2.2.3设计方案按系统功能实现要求，决定控制系统采用AT89C52单片机，A/D转换采用ADC0809.系统除能确保实现要求的功能外，还可以方便地进行8路其它A/D转换量的测量、远程测量结果传送的扩展功能。实验证明，采用AT89C52开发的系统性能可靠、成本较低、软件设计灵活简单、硬件接口功能丰富，具有扩展性好、通用性强等优点。数字电压表系统设计方案框图如图2-1所示： 图2-1 数字电压表系统设计方案2.3 系统硬件电路的设计数字电压测量电路由A/D转换、数据处理及显示控制等组成，电路原理图如图2-2所示。A/D转换由集成电路0809完成。0809具有8路模拟输入端口，地址线（2325脚）可决定对哪一路模拟输入作A/D转换。22脚为地址锁存控制，当输入为高电平时，对地址信号进行锁存。6脚为测试控制，当输入一个2S宽高电平脉冲时，就开始A/D转换。7脚为转换结束标志，当A/D转换结束时，7脚输出高电平。9脚为A/D转换数据输出允许控制，当OE脚为高电平时，A/D转换数据从该端口输出。10脚为0809的时钟输入端。单片机P1、P3.2P3.5的端口作为四位数码管显示控制；P3.0端口用作串行口输入端，P3.1端口用作串行口输出端；P2.6端口用作单路显示/循环显示转换按钮，P2.7端口用作单路显示时选择通道；P0端口作A/D转换数据读入用，P2端口用作0809的A/D转换控制。图2-2 数字电压表电路原理图第3章 系统主要硬件模块介绍本系统主要包括三大模块:AT89C52控制模块、A/D转换模块、LED显示模块。这三大模块的共同作用最后完成数字电压表的设计。3.1 AT89C52控制模块控制模块是由AT89C52单片机来实现数据的处理和控制的。AT89C52是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89C52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。 此外，AT89C52设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下,CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬复位，同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。3.1.1 AT89C52的主要性能AT89C52具有如下特点：（1） 与MCS_51产品兼容；（2） 具有8K字节可在系统编程的Flash内部程序存储器，可擦/写100次；（3） 4.0V5.5V的工作电压范围；（4） 全静态操作：0HZ24MHZ；（5） 三级程序存储器加密；（6） 2568bit内部RAM；（7） 32根可编程I/O线；（8） 三个16位定时器/计数器；（9） 8个中断源；（10） 全双工异步串行通信通道；（11） 低功耗空闲和掉电保护；（12） 通过中断中止掉电方式；（13） 看门狗定时器；（14） 两个数据指针；（15） 时钟频率033MHZ；（16） 全双工UART串行中断口线；（17）灵活的ISP字节和分页编程。3.1.2 AT89C52的引脚结构及功能(1)AT89C52引脚结构图如下图3-1所示： 图3-1 AT89C52引脚结构图 (2)此设计用到的主要管脚及功能XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。当振荡器 工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。VCC（40 脚）和VSS（20 脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义。P3口除了作为一般的I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能，如表 3-1所示：P3 口还接收一些用于Flash 闪速存储器编程和程序校验的控制信号。表3-1 P3口第2功能表 引脚 第2功能P3.0RXD（串行口输入端）P3.1TXD（串行口输出端）P3.2（外部中断0输入端）P3.3（外部中断1输入端）P3.4T0（定时计数器0输入端）P3.5T1（定时计数器1输入端）P3.6(外部数据存储器写选通信号输出端）P3.7（外部数据存储器读选通信号输出端）下面对此系统要用到的功能进行简单的描述：存储结构介绍：1.程序存储器如果引脚接地，系统寻址外部程序存储器。对于AT89S52，如果引脚接至VCC，CPU。执行内部存储器0000H到1FFFH的程序，外部程序存储器寻址空间为2000H到FFFFH。2.数据存储器AT89C52具有256字节的片内RAM。高128字节与专用寄存器地址空间重叠，亦即高128字节与专用寄存器空间有相同的地址,而物理上与专用寄存器是分开的。若采用直接寻址方式，则是访问特殊功能寄存器；若采用间接寻址方式，则是访问高128字节的RAM。堆栈操作也是间接寻址，所以，高128字节的数据RAM可作为栈区使用。中断介绍：AT89C52共有6个中断源：两个外部中断，三个定时器中断（T0、T1、T2）和一个串行口中断。通过专用寄存器IE置位或清0，可分别控制这些中断源中每一个允许或禁止中断。IE也有一个总禁止位EA，它可以同时禁止所有中断控。中断请求源：外部中断请求源：即外中断0和1，经由外部管脚引入的，在单片机上有两个管脚，名称为INT0、INT1，也就是P3.2、P3.3这两个管脚。在内部的TCON中有四位是与外中断有关的。IT0：INT0触发方式控制位，可由软件进和置位和复位，IT0=0，INT0为低电平触发方式，IT0=1，INT0为负跳变触发方式。这两种方式的差异将在以后再谈。IE0：INT0中断请求标志位。当有外部的中断请求时，这位就会置1（这由硬件来完成），在CPU响应中断后，由硬件将IE0清0。IT1、IE1的用途和IT0、IE0相同。中断响应过程：（1）中断响应的条件：MCS51工作时，在每个机器周期中都会去查询一下各个中断标记，看他们是否是“1”，如果是1，就说明有中断请求了，下列三种情况之一时，CPU将封锁对中断的响应：CPU正在处理一个同级或更高级别的中断请求。现行的机器周期不是当前正执行指令的最后一个周期。当前执行指令是单字节没有关系，如果是双字节或四字节的，就要等整条指令都执行完了，才能响应中断（因为中断查询是在每个机器周期都可能查到的）。当前正执行的指令是返回批令（RETI）或访问IP、IE寄存器的指令，则CPU至少再执行一条指令才应中断。这些都是与中断有关的，如果正访问IP、IE则可能会开、关中断或改变中断的优先级，而中断返回指令则说明本次中断还没有处理完，所以都要等本指令处理结束，再执行一条指令才能响应中断。（2）在正常的情况下，从中断请求信号有效开始，到中断得到响应，通常需要3个机器周期到8个机器周期。中断得到响应后，自动清除中断请求标志(对串行I/O端口的中断标志，要用软件清除)，将断点即程序计数器之值(PC)压入堆栈(以备恢复用)；然后把相应的中断入口地址装入PC，使程序转入到相应的中断服务程序中去执行。各个中断源在程序存储器中的中断入口地址如下：中断源 入口地址INT0(外部中断0) 0003H TF0(TO中断) 000BHINT1(外部中断1) 0013H（此中断口为本系统所用到的中断口）TF1(T1中断) 001BHRITI(串行口中断) 0023H3.2 A/D转换模块A/D转换模块是由ADC0809芯片来完成的。ADC0809芯片是典型的8位8 通道逐次逼近式A/D转换器，采用CMOS工艺制造。3.2.1 ADC0809的主要性能：(1) 8位逐次逼近型A/D转换器，所有引脚的逻辑电平与TTL电平兼容。 (2) 带有锁存功能的8路模拟量转换开关，可对8路05V模拟量进行分时切换。 (3) 输出具有三态锁存功能。 (4) 分辨率：8位，转换时间：100s。 (5) 不可调误差：1LBS，功耗：15mW。 (6) 工作电压：+5V，参考电压标准值+5V。(7) 片内无时钟，一般需外加640KHz以下且不低于100KHz的时钟信号。3.2.2 ADC08089的内部逻辑结构ADC0809的内部逻辑结构如图3-2（a）所示。图（a）中多路模拟量开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，并公用1个A/D转换器进行转换。ADC0809的内部结构：ADC0809是CMOS的8位模/数转换器，采用逐次逼近原理进行A/D转换，芯片内有模拟多路转换开关和A/D转换两大部分，可对8路05V的输入模拟电压信号分时进行转换。模拟多路开关由8路模拟开关和3位地址锁存译码器组成，可选通8路模拟输入中的任何一路，地址锁存信号ALE将3位地址信号ADDA、ADDB、ADDC进行锁存，然后由译码电路选通其中的一路，被选中的通道进行A/D转换。A/D转换部分包括比较器、逐次逼近寄存器（SAR）、256R电阻网络、树状电子开关、控制与时序电路等。另外ADC0809输出具有TTL三态锁存缓冲器，可直接连到CPU数据总线上。3.2.3 ADC0809的引脚ADC0809芯片为28引脚双列直插式封装，其引脚排列见图3-2（b）所示。(1) IN7IN0：模拟量输入通道。0809对输入模拟量的要求主要有：信号单极性、电压范围05V、若输入信号过小还需进行放大。另外，模拟量输入在A/D转换过程中其值不应变化，而对变化速度快的模拟量，在输入前应增加采样保持电路。(2) ADDA、ADDB、ADDC：模拟通道地址线。这3根地址线用于对模拟通道进行选择，ADDA为低位地址，ADDC为高位地址。(3) ALE：地址锁存信号。对应于ALE上跳沿时，ADDA、ADDB、ADDC地址状态送入地址锁存器中。(4) START：转换启动信号。在START信号上跳沿时，所有内部寄存器清0；在START下跳沿时，开始进行A/D转换。在A/D转换期间，START信号应保持低电平。该信号可简写为ST。(5) D7D0：数据输出线。该数据输出线为三太缓冲输出形式，可以和单片机的数据总线直接相连。(6) OE：输出允许信号。它用于控制三太输出锁存器向单片机输出转换后的数据。OE=0时输出数据线呈高阻状态；OE=1时输出允许。(7) CLK：时钟信号。ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号有外界提供，通常使用频率微500 KHZ的时钟信号。(8) EOC：转换结束状态信号。当EOC=0时，表示正在进行转换；EOC=1时，表示转换结束。实际使用中该状态信号即可作为查询的状态标志，还可作为中断请求信号使用。（a）ADC0809的内部逻辑结构图 （b）ADC0809的引脚图图 3-23.3 LED显示模块LED数码显示模块是由8段共阳的LED数码管来显示电压值和通道的。LED数码显示器是一种由LED发光二极管组合显示字符的显示器件。它使用了8个LED发光二极管，其中七个用于显示字符，一个用于显示小数点，故通常称为7段（也有称作8段）发光二极管数码显示器。其内部结构图3-3所示：图3-3 LED数码管结构图LED显示器的扩展(结构) 单片机系统扩展LED数码管时多用共阳LED:共阳数码管每个段笔画是用低电平(“0”)点亮的,要求驱动功率很小；而共阴数码管段笔画是用高电平(“1”)点亮的，要求驱动功率较大。通常每个段笔画要串一个数百欧姆的降压电阻。LED数码管分类：（1）按其内部结构可分为共阴型和共阳型；（2）按其外形尺寸有多种形式，使用较多的是0.5和0.8；（3）按显示颜色也有多种形式，主要有红色和绿色；（4）按亮度强弱可分为超亮、高亮和普亮。正向压降一般为1.52V，额定电流为10mA，最大电流为40mA。静态显示时取10mA为宜，动态扫描显示，可加大脉冲电流，但一般不超过40mA。共阳极接法：把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极，使用时公共阳极接+5V，每个发光二极管的阴极通过电阻与输入端相连。当阴极端输入低电平时，段发光二极管就导通点亮，而输入高电平时则不点亮。共阴极接法：把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极，使用时公共阴极接地，每个发光二极管的阳极通过电阻与输入端相连。当阳极端输入高电平时，段发光二极管就导通点亮，而输入低电平时则不点亮。 显示数转换为显示字段码的步骤：1从显示数中分离出显示的每一位数字方法是将显示数除以十进制的权。2将分离出的显示数字转换为显示字段码的方法是查表。在本次设计中，就采用的是共阳极接法。下面在简单介绍本设计中所用到的电源电路、晶振电路以及复位电路。3.4 电源电路 众所皆知，电源电路设计，乃是在整体电路设计中最基础的必备功夫。可以说，有电器的地方就有电源。所有的电子齐备都离不开可靠的电源为其供电。现代电子设备中的电路使用了大量半导体器件，这些半导体器件需要几伏到几十伏的直流供电，以便得到正常工作所必需的能源。这些直流电源有的属于化学电源，如采用交流电源经过变压、整流、滤波、稳压等变换为所需的直流电压。完成这种变换任务的电源称为直流稳压电源。本设计涉及的就是这类电源。它是通过变压器（直流稳压电压）提供一个5V的电源电压。3.5 晶振电路晶振是为电路提供频率基准的元器件，通常分成有源晶振和无源晶振两个类，无源晶振需要芯片内部有振荡器，并且晶振的信号电压根据起振电路而定，允许不同的电压，但无源晶振通常信号质量和精度较差，需要精确匹配外围电路（电感、电容、电阻等），如需更换晶振时要同时更换外围的电路。有源晶振不需要芯片的内部振荡器，可以提供高精度的频率基准，信号质量也较无源晶振要好。因价格等因素，实际应用中多采用无源晶振设计的电路居多，除非电路设计时序极其敏感或芯片内部无振荡器的情况（如一些型号的DSP 或精密仪器中）。51开发板晶振采用的是单片机通用的11.0592M的无源晶振，输出时钟到单片机P18和P19。其电路图如下图3-4所示：图3-4 晶振电路3.6 复位电路一个芯片，尤其是可编程芯片，通常在上电的瞬间需要一个短暂的时间进行内部参数的初始化，这个时候芯片无法立即进入工作状态。通常称上电初始化这些工作为复位，完成这个功能的电路称之为复位电路。MCS51单片机在时钟电路工作以后，在RST端持续给出2个机器周期的高电平就可以完成复位操作（一般复位正脉冲宽度大于10ms）。复位分为上电复位和外部复位两种方式。上电复位是在单片机接通电源时，对单片机的复位。上电复位电路如图3-5所示。在上电瞬间RST端与Vcc电位相同，随着电容上电压的逐渐上升，RST端电位逐渐下降。上电复位所需的最短时间是振荡器振荡建立时间加2个机器