8路模拟信号输入数值显示电路设计报告

单片机/微机接口课程设计说明书

题目： 8路输入模拟信号数值显示电路设计

系部：信息与控制工程学院

专业：电子信息工程

班级：

学生姓名:

学号:

指导教师:

2010年6 月21 日

目录

1 设计任务与要求 (1)

2 设计方案 (2)

3 系统硬件电路设计 (3)

3.1模拟信号采集电路 (3)

3.2数字处理模块电路 (3)

3.3数码显示模块电路 (4)

4 系统软件设计 (5)

4.1初始化程序 (5)

4.2主程序 (5)

4.3显示子程序 (5)

4.4模数转换测量子程序 (5)

5 检测与调试 (7)

6 设计结论 (8)

7 附录 (9)

附录一系统总设计图 (9)

附录二程序清单 (9)

8 参考文献 (14)

1 设计任务与要求

设计一个8路输入模拟信号数值显示电路，具体要求如下：1.1 8路模拟信号输入；

1.2 自动轮流显示通道模拟信号的数值；

1.3 最小分辨率为0.02V；

1.4 最大显示数值为255（输入为5V时）；

1.5 模拟输入最大值为5V；

1.6 可作为数字电压表使用。

2 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8路的数模转换器ADC0809。由单片机AT8952提供控制信号控制ADC0809，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图一所示：

图一系统总体设计框图

3 系统硬件电路设计

3.1 模拟信号采集电路

模拟信号的采集需要用的模数转换器，在本设计中A/D转换由集成电路ADC0809完成。0809具有8路模拟输入端口，地址线（23-25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2μS宽高电平脉冲时，就开始A/D转换。7脚为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转换数据从端口输出。10脚为0809的时钟输入端，利用单片机30脚的六分频晶振信号再通过14024二分频得到。模数转换器0809各引脚及功能如图二所示：

图二模拟信号采集电路

3.2 数字处理模块电路

该电路主要完成将接收到的0809转换输出的二进制数值进行BCD码的转换，并根据设计要求完成8路数值轮流显示的功能，故需要借助单片机来完成编程工程。在本设计中，采用AT89C52单片机。单片机的P1、P3端口作四位LED数码管显示

控制，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。

在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，为了得到实验所需的时钟频率，在电路中采用了带预置和清除端的双D触发器74LS74，通过总原理图的接法，可以得到二分频，连接到ALE端之后，可以得到满足0809转换的时钟脉冲。74LS74的引脚功能表如下表一所示。

表一 74LS74引脚功能表

3.3 数码显示模块电路

根据设计要求，要求自动轮流显示模拟通道数，以及8路模拟电压数值，在本设计中采用了动态显示，并用四个连接的共阳数码管取代单个的数码管。根据数码管的参数要求，在电路中采用三极管进行扩流来驱动四个数码管。同时为防止数码管灌入单片机的电流超出允许的电流范围，在数码管与单片机的P1口之间接入510欧姆的电阻。该模块的电路图如图三所示：

图三数码显示模块电路

4 系统软件设计

4.1 初始化程序

系统上电时，将70H—77H内存单元清零，P2口置零。

4.2 主程序

在刚上电时，因内存70H—77H内存单元的数据为0，每一通道的数码管显示值都为000，当进行一次测量后，将显示出每一通道的A/D转换值。每个通道的数据显示时间在1秒左右。主程序在调用显示程序和测试程之间循环（流程图见图四）。

图四主程序流程图

4.3 显示子程序

采用动态扫描法实现四位数码管的数值显示。测量所得的A/D转换数据放在70H —77H内存单元中，测量数据在显示时需经过转换成为十进制BCD码放在78H—7BH 中，其中7BH存放通道标志数。寄存器R3用来作8路循环控制，R0用作显示数据地址指针。

4.4 模数转换测量子程序

模数转换测量子程序是用来控制对0809八路模拟输入电压的A/D转换并将对应

的数值移入70H－77H内存单元。其程序流程见图五所示：

图五 A/D转换测量程序流程图

5 检测与调试

按照总的电路图进行布局和布线，焊接完成之后，进行了系统检测。本设计的电路检测步骤如下：

a.在通电之前，先检查电源也地段之间的电阻大小，在正常情况下，电阻值为无穷大，但实际情况为几千欧姆。如果电阻过小，则说明电路中存在短路现象，可通过定点和动点结合的试触发进行检测，检查短路的引脚，并矫正。

b.通电之后，检测单片机是否工作正常，通过检测单片机的30脚ALE看是否有正弦波输出，且其电压值是否为电源电压的一半。如果单片机没有工作，则看振荡电路是否正常，检测18,19脚的电压是否在2.2V左右。

c.检测复位电路是否工作正常，按下复位开关之后，单片机之后，单片机的第9脚是否有高电平。如果没有，则检查复位电路是否连接正确。

d.检测个集成芯片是否工作正常，即检测各芯片的电源端是否有电压。

经检测完毕无异常情况之后，可以通过烧写器下载程序进行调试。

以下是在本次调试过程中遇到的问题：

a.数码管只亮了后面的两个，经检测数码管是好的，通过检测电路焊接情况，由于存在虚焊的情况，经矫正之后数码管亮了三个，为检查不亮的数码管，采用了程序检测与硬件检测相结合的方法，最后得出结论三极管是坏的，换掉坏的三接管后，数码管工作完全正常。

b.在数码管显示时，发现数码管在初次采样显示为00，经调节程序的顺序并修改，从程序上电之初就开始轮流采集8路模拟电压，通过数码管显示，可以得到标准的电压数值量。

c.为检测得到的电压数值量与其代表的模拟电压是否相一致，用数字电压表测量模拟量与理论计算得到的模拟量进行比较，在开始检测时出现了较大的差值，经过检测发现电压输入端存在虚焊的现象，经矫正得到的测量值与理论值之间的误差满足题目的精度要求。