基于AT89S52的8路模拟信号数值显示电路设计与实现

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本篇文章详细介绍了基于AT89S52单片机的8路输入模拟信号数值显示电路的课程设计。该设计的主要目标是将8路模拟信号通过ADC0809模数转换芯片进行采集,然后将数据传输到单片机进行处理,最终在四位数码管上动态显示每个通道的模拟电压数值。电路设计的关键要素包括: 1. 硬件电路设计: - 模拟信号采集电路:采用ADC0809,其8个模拟输入端(IN7~IN0)用于接收模拟信号,START信号控制转换开始,EOC信号指示转换结束,ENABLE信号则用于读取转换后的数字数据。ADC0809的时钟信号通过单片机的ALE脚输出的六分频时钟经过74LS74进行二分频,确保精确的转换周期。 - 数据处理模块:单片机AT89S52负责控制ADC0809的工作并处理采集的数据,对模拟电压进行量化和计算。 - 数码显示模块:采用四位数码管进行动态显示,通过软件译码和三极管驱动,能够交替显示不同通道的模拟电压数值。 2. 软件设计: - 主程序:负责整体流程的控制,包括初始化、模数转换测量和显示子程序的调用。 - 初始化程序:设置单片机工作模式、配置ADC0809参数、数码管的接口等。 - 显示子程序:根据处理后的数据驱动数码管显示相应通道的模拟电压值。 - 模数转换测量子程序:执行模数转换并存储结果,以便后续处理和显示。 3. 性能指标: - 分辨率:达到0.02V,保证了较高的精度。 - 显示范围:最大显示数值为255,对应电压范围0~5V。 - 稳定性:ADC0809具有较好的温度稳定性和转换精度。 4. 检测与调试:设计完成后进行了充分的测试和调试,确保系统能够按照预期标准自动轮流显示8路模拟电压数值。 5. 改进设想:文章未详述具体的改进想法,但可能涉及提升系统效率、增加用户交互或优化显示界面等方面。 6. 总结:本文档详细记录了整个设计过程,从任务要求、设计思路到实现方法,提供了完整的电路原理图、程序清单和关键参数,是单片机课程设计的一个实用案例。 这篇文章对于学习单片机与模拟信号处理的学生或者从事相关领域工作的工程师具有很高的参考价值。
2023-02-27 上传
单片机课程设计 8路输入模拟信号数值显示电路 姓 名: 李 花 同 组 人: 赵 家 专业班级: 电信0204班 学 号: 020910164 指导老师: 付永红 职 称: 副教授 计算机与电子工程系教务办制 二00五年十二月 评审表 " 评审意见: " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "评定成绩: " "指导老师: " "年 月 日 " 摘 要 本系统是基于AT89S52单片机设计的,由具有8通道的模数转换芯片ADC0809采集模拟 信号,并将采集到的数据送入AT89S52进行处理,其中ADC0809的1MHZ时钟脉冲直接由单 片机的ALE脚输出的六分频时钟信号经过74LS74二分频得到。在设计中采用了精简电路及 充分利用软件资源为原则,采用了软件译码,并利用三极管扩流来驱动数码管。同时兼 顾系统的性能指标,采用了四位数码管进行动态显示,分别显示模拟通道数以及采集到 的模拟电压的数值。本系统经设计调试达到了预期的设计要求,能够标准地自动轮流显 示8路模拟电压数值量,精度为0.02V,误差系数为0.01。 关 键 词 模拟信号; AT89S52; ADC0809; 数值显示 目录 一、 设计任务及要求 5 二、 总体设计方案 5 三、 硬件电路设计 6 1、模拟信号采集电路: 6 2、数据处理模块电路 7 3、数码显示模块电路 8 四、 软件设计 9 1、主程序 9 2、初始化程序 9 3、显示子程序 9 4、模数转换测量子程序 9 五、 检测与调试 10 六、 系统改进设想 11 七、 总结 12 参考文献 12 附件一:总的电路原理图 13 附件二:程序清单 14 附件三:数值量模拟量转换对照表(ADC0809的参考电压为5V) 19 附件四:元件清单 21 1. 设计任务及要求 设计一个8路输入模拟信号数值显示电路,具体要求如下: a.8路模拟信号输入; b.自动轮流显示8个通道模拟信号的数值; c.最小分辨率为0.02V; d.最大显示数值为255; f.测量电压最大值为5V。 二、 总体设计方案 8路输入模拟信号数值显示电路由A/D转换、数据处理及显示控制等组成。根据设计要 求,要求能同时输入8路模拟信号,故在本设计中采用了8路的模数转换器AD0809;由单 片机AT89C52提供控制信号控制AD0809,并对采集到的数据进行处理,通过软件编程实现 8路模拟信号电压数值自动轮流显示;为得到8路模拟信号的数值进行轮流显示,本设计 中采用了四个数码管,通过软件直接译码,间接驱动4个共阳极数码管,并通过动态显示 来轮流显示4个数码管。系统总体框图设计如下图所示: 图一 系统总体设计框图 三、 硬件电路设计 1、模拟信号采集电路: 模拟信号采集需要用到模数转换器,而ADC0809具有较高的转换速度和精度,分辨率 为8位,且受温度影响较小,能较长时间保证精度,重现性好,功耗较低,且具有8路模 拟开关,满足本电路的设计要求,故在该电路模块中采用了ADC0809进行8路模拟信号采 集,模数转换器ADC0809各引脚功能如图二所示: IN7~IN0:8个模拟量输入端; START:启动信号,当START为高电平时,A/D转换开始; EOC:转换结束信号,当A/D转换结束后,发出一个正脉冲,表示A/D转换完毕。此信 号可用做A/D转换是否结束的检测信号,或向CPU申请中断的信号; ENABLE:输出允许信号。当此信号有效时,允许从A/D转换器的锁存器中读取数字量 。此信号可作为ADC0809的片选信号,高电平有效; CLOCLK:实时时钟,可通过外接RC电路改变时钟频率; ALE:地址锁存允许,高电平有效。当ALE为高电平时,允许C,B,A所示的通道被选 中,并把该通道的模拟量接入A/D转换器; C,B,A:通道号选择端子。C为最高位,A为最低位; D7~D0:数字量输出端; VREF(+),VREF(- ):参考电压端子。用以提供D/A转换器权电阻的标准电平。对于一般单极性模拟量输入 信号,VREF(+)=+5V,VREF(-)=0V; VCC:电源端子,接+5V; GND:接地端。 ADC0809是由单一电源,+5V供电,模拟电压的输入范围为0~5V,故本设计允许输入的 模拟电压最大值为5V。该电路模块的工作过程:第22脚ALE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START为测试控制,当输入一个2us宽高电平脉冲时, 就开始A/D转换;7脚EOC为A/D转换结束标志,当A/D转换结束时,7脚输出高电平;9脚E NABLE为A/D转换数据输出允许控制,
2023-02-27 上传
PCB布线 在PCB设计中,布线是完成产品设计的重要步骤,可以说前面的准备工作都是为它而做的 , 在整个PCB中,以布线的设计过程限定最高,技巧最细、工作量最大。PCB布线有单面布 线、 双面布线及多层布线。布线的方式也有两种:自动布线及交互式布线,在自动布线之前 , 可以用交互式预先对要求比较严格的线进行布线,输入端与输出端的边线应避免相邻平 行, 以免产生反射干扰。必要时应加地线隔离,两相邻层的布线要互相垂直,平行容易产生 寄生耦合。 自动布线的布通率,依赖于良好的布局,布线规则可以预先设定, 包括走线的弯曲次数、导通孔的数目、步进的数目等。一般先进行探索式布经线,快速 地把短线连通, 然后进行迷宫式布线,先把要布的连线进行全局的布线路径优化,它可以根据需要断开 已布的线。 并试着重新再布线,以改进总体效果。 对目前高密度的PCB设计已感觉到贯通孔不太适应了, 它浪费了许多宝贵的布线通道,为解决这一矛盾,出现了盲孔和埋孔技术,它不仅完成 了导通孔的作用, 还省出许多布线通道使布线过程完成得更加方便,更加流畅,更为完善,PCB 板的设计过程是一个复杂而又简单的过程,要想很好地掌握它,还需广大电子工程设计 人员去自已体会, 才能得到其中的真谛。 1 电源、地线的处理 既使在整个PCB板中的布线完成得都很好,但由于电源、 地线的考虑不周到而引起的干扰,会使产品的性能下降,有时甚至影响到产品的成功率 。所以对电、 地线的布线要认真对待,把电、地线所产生的噪音干扰降到最低限度,以保证产品的质 量。 对每个从事电子产品设计的工程人员来说都明白地线与电源线之间噪音所产生的原因, 现只对降低式抑制噪音作以表述: (1)、众所周知的是在电源、地线之间加上去耦电容。 (2)、尽量加宽电源、地线宽度,最好是地线比电源线宽,它们的关系是:地线>电源 线>信号线,通常信号线宽为:0.2~0.3mm,最经细宽度可达0.05~0.07mm,电源线为1. 2~2.5 mm 对数字电路的PCB可用宽的地导线组成一个回路, 即构成一个地网来使用(模拟电路的地不能这样使用) (3)、用大面积铜层作地线用,在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用 。或是做成多层板,电源,地线各占用一层。 2 数字电路与模拟电路的共地处理 现在有许多PCB不再是单一功能电路(数字或模拟电路),而是由数字电路和模拟电路混 合构成的。因此在布线时就需要考虑它们之间互相干扰问题,特别是地线上的噪音干扰 。 数字电路的频率高,模拟电路的敏感度强,对信号线来说,高频的信号线尽可能远离敏 感的模拟电路器件,对地线来说,整人PCB对外界只有一个结点,所以必须在PCB内部进 行处理数、模共地的问题,而在板内部数字地和模拟地实际上是分开的它们之间互不相 连,只是在PCB与外界连接的接口处(如插头等)。数字地与模拟地有一点短接,请注意 ,只有一个连接点。也有在PCB上不共地的,这由系统设计来决定。 3 信号线布在电(地)层上 在多层印制板布线时,由于在信号线层没有布完的线剩下已经不多,再多加层数就会造 成浪费也会给生产增加一定的工作量,成本也相应增加了,为解决这个矛盾,可以考虑 在电(地)层上进行布线。首先应考虑用电源层,其次才是地层。因为最好是保留地层 的完整性。 4 大面积导体中连接腿的处理 在大面积的接地(电)中,常用元器件的腿与其连接,对连接腿的处理需要进行综合的 考虑,就电气性能而言,元件腿的焊盘与铜面满接为好,但对元件的焊接装配就存在一 些不良隐患如: 焊接需要大功率加热器。 容易造成虚焊点。所以兼顾电气性能与工艺 需要,做成十字花焊盘,称之为热隔离(heat shield)俗称热焊盘(Thermal),这样,可使在焊接时因截面过分散热而产生虚焊点的 可能性大大减少。多层板的接电(地)层腿的处理相同。 5 布线中网络系统的作用 在许多CAD系统中,布线是依据网络系统决定的。网格过密,通路虽然有所增加,但步进 太小,图场的数据量过大,这必然对设备的存贮空间有更高的要求,同时也对象计算机 类电子产品的运算速度有极大的影响。而有些通路是无效的,如被元件腿的焊盘占用的 或被安装孔、定们孔所占用的等。网格过疏,通路太少对布通率的影响极大。所以要有 一个疏密合理的网格系统来支持布线的进行。 标准元器件两腿之间的距离为0.1英寸(2.54mm),所以网格系统的基础一般就定为0.1英寸 (2.54 mm)或小于0.1英寸的整倍数,如:0.05英寸、0.025英寸、0.02英寸等。 6 设计规则检查(DRC) 布线设计完成后,需认真检查布线设计是否符合设计者所制定的规则,同时也需确认所 制定的规则是否符合印制板生产工艺的需求,一般检查有如下几个方面: (1)、线与线,线与元件焊盘,线与贯通孔,元件