ATC制作数字电容表论文DOCWord文档下载推荐.docx
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本课题选用AT89C2051单片机来设计数字电容表,采用汇编语言进行编程,通过测量电容的积分信号达到参考电压的时间,来测量电容的容量大小,并完成编制两个通信程序完成51单片机与pc机温度数据通信和数据保存。
本次设计的数字电容表程序由用C语言编写,由主程序、定时中断服务子程序等模块组成。
调试工作主要是通过对RPl来调整基准电压。
51单片机通过软件编程,在LCD1602液晶屏上实现时间的显示,通过对时间的换算而得到容值的大小;
本文并详细介绍了AT89C2051单片机的基本原理,分析了AT89C2051各个管脚的功能及它在设计电路中的作用。
本文论述了LCD1602液晶屏的工作原理及其软件设计过程。
关键词:
单片机中断LED显示数字电容表
目录
摘要..............................................................2
第1章单片机介绍..................................................5
1.1AT89C2051单片机的介绍......................................6
第2章系统的硬件电路设计.........................................7
2.1系统的硬件组成部分........................................8
2.2主要单元电路设计..........................................10
2.2.1单片机电路............................................10
2.2.2容充电测量电路........................................10
2.2.3数码显示电路..........................................11
第3章电容测试系统软件设计......................................13
3.1软件的总体设计...........................................14
3.2程序运行过程............................................15第4章安装与调试................................................20
附录.............................................................21
结论.............................................................22
致谢.............................................................23
参考文献.........................................................24
第1章单片机介绍
1.1AT89C2051单片机的介绍
AT89C2051是美国ATMEL公司生产的低电压,高性能CMOS8位单片机片内含2kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128bytes的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内存置通用8位中央处理器和Flash存储单元,功能强大AT89C2051单片机可提供许多高性价比的应用场合。
主要主能参数;
●与MCS-51产品指令系统完全兼容
●2k字节可重擦写闪速存储器
●1000次擦写周期
●2.7-6V的工作电压范围
●全静态操作:
0Hz-24MHz
●15个可编程I/O口线
●两个16位定时/计数器
●6个中断电源
●低功耗空闲和掉电模式
功能特性概述:
AT89C2051提供以下标准功能:
2k字节Flash闪速存储器,128字节内部RAM,15个I/O口线,两个16位定时/计数器,一个5向量两级中断结构,一个全双工串行通信口,内置一个精密比较器,片内振荡器及时钟电路。
同时,AT89C2051可降至0Hz的静态逻辑操作,并支持两种软件可选的节电工作模式。
空闲方式停止CPU的工作,但允许RAM,定时/计数器,串行通信口及中断系统继续工作。
掉电方式保存RAM中的内容,但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。
图1-1AT89C2051引脚排列图
引脚功能说明
●Vcc:
电源电压
●GND:
地
●P1口:
P1口是一组8位双向I/O口,P1.2-P1.7提供内部上拉电阻,P1.0和P1.1内部无上拉电阻,主要是考虑它们分别是内部精密比较器的同相输入端(AIN0)和反相输入端(AIN1),如果需要应在外部接上拉电阻。
P1口输出缓冲器可吸收20mA的电流。
当P1口引脚写入“1”是可作输入端,当引脚P1.2-P1.7用作输入并被外部拉低时,它们将因内部的上拉电阻而输出电流。
●P3口:
P3口的P3.0-P3.5、P3.7是带有内部上拉电阻的7个双向I/O口。
P3.6没有引出,它作为一个通用I/O口但不可访问,但可作为固定输入片内比较器的输出信号,P3口缓冲器可吸收20mA。
当P3口写入“1”时,它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。
作输入端时,被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流。
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。
●RST:
复位输入。
RST引脚旦变成两个机器周期以上高电平,所有的I/O口都将复位到“1”(高电平)状态,当振荡正在工作时,持续两个机器周期以上的高电平便可完成复位,每个机器周期为12个振荡时钟周期。
●XTAL1:
振荡反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。
●XTAL2:
振荡器反相放大器的输出端。
●振荡器特征:
XTAL1、XTAL2为片内振荡器的反相器的输入和输出端,如下图所示。
可采用石英晶体或陶瓷振荡器组成时钟振荡器,如需从外部输入时钟驱动AT89C2051,时钟信号从XTAL1输入,XTAL2应悬空。
由于输入到内部电路是经过一个2分触发器,所以输入的外部时钟无特殊要求,但这必须符合电平的最大和最小值及时序规范。
如图1-2是内部振荡电路,图1-3是外部时钟驱动电路。
图1-2内部振荡电路图1-3外部时钟驱动电路
第二章系统的硬件电路设计与实现
2.1系统的硬件组成部分
电路由单片机电路、电容充电测量电路和数码显示电路等部分組成。
AT89C2051作为AT89C51的简化版虽然去掉了P0、P2等口,使I/O口減少了,但是却增加了一個电压比较器,因此其功能在某些方面反而有所增强,如能用来处理模拟量、进行简单的模数转换等。
本文利用这一功能设计了一个数位电容表,可测量容量小于2微法的电容器的容量,采用3位元半数字显示,最大显示值为1999,读数单位统一采用毫微法(nf),量程分四档,读数分別乘以相应的倍率。
电路工作原理:
本数位电容表以电容器的充电规律作为测量依据,测试原理图如下图2-1:
图2-1检测原理图
A为AT89C2051內部构造的电压比较器,AT89C2051的P1.0和P1.1口除了作I/O口外,还有一个功能是作为电压比较器的输入端,P1.0为同相输入端,P1.1为反相输入端,电压比较器的比较结果存入P3.6口对应的寄存器,P3.6口在AT89C2051外部无引脚。
电压比较器的基准电压设定为0.632E+,在CX两端电压从0升到0.632E+的过程中,P3.6口输出为0,当电池电压CX两端电压一旦超过0.632E+时,P3.6口输出变为1。
以P3.6口的输出电平为依AT89C2051內部的计时器T0对充电时间进行计数,再将计数结果测量。
AT89C2051内部的电压比较器和电阻R2-R7等组成测量电路,其中R2-R5为量程电阻,由波段开关S1选择使用,电压比较器的基准电压由5V电源电压经R6、RP1、R7分压后得到,调节RP1可调整基准电压。
当P1.2口在程序的控制下输出高电平时,电容CX即开始充电。
量程电阻R2-R5每档以10倍递减,故每档显示读数以10倍递增。
由于单片机内部P1.2口的上拉电阻经实测约为200K,其输出电平不能作为充电电压用,故用R5兼作其上拉电阻,由于其它三个充电电阻和R5是串联关系,因此R2、R3、R4应由标准值减去1K,分别为999K、99K、9K。
由于999K和1M相对误差较小,所以R2还是取1M。
数码管DS1-DS4、电阻R8-R14等组成数码显示电路。
本机采用动态扫描显示的方式,用软件对字形码译码。
P3.0-P3.5、P3.7口作数码显示七段笔划字形码的输出,P1.3-P1.6口作四个数码管的动态扫描位驱动码输出。
这里采用了共阴数码管,由于AT89C2051的P1.3-P1.6口有25mA的下拉电流能力,所以不用三极管就能驱动数码管。
R8-R14为P3.0-P3.5、P3.7口的上拉电阻,用以驱动数码管的各字段,当P3的某一端口输出低电平时其对应的字段笔划不点亮,而当其输出高电平时,则对应的上拉电阻即能点亮相应的字段笔划。
整机电路见图2-2。
图2-2整机电路
2.2主要单元电路设计
2.2.1单片机电路
AT89C2051是一带有2K字节闪速可编程可擦除只读存储体(EEPROM)的低电压,高性能8位CMOS微型计算机。
如图10.2所示。
它采用ATMEL的高密非易失存储技术制造并和工业标准MCS—51指令集和引脚结构兼容。
通过在单块芯片上组合通用的CPL1和闪速存储器,ATMELAT89C2051是一强劲的微型计算机,它对许多嵌入式控制应用提供一高度灵活和成本低的解决办法。
此外,从AT89C2051内部结构图也可看出,其内部结构与8051内部结构基本一致(除模拟比较器外),引脚RST、XTAL1、XTAL2的特性和外部连接电路也完全与51系列单片机相应引脚一致,但P1口、P3口有其独特之处。
CPU工作方式:
1.在空闲方式下,CPU保持睡眠状态而所有片内的外设保持激活状态。
这种方式由软件产生。
片内RAM和所有专用功能寄存器的内容在此方式期间保持不变。
空闲方式可由任何允许的中断请求或硬件复位终止。
P1.0和P1.1在不使用外部上拉电阻的情形下应设置为“0”,或者在使用外部上拉电阻的情形下应设置为“1”。
应注意用硬件复位终止空闲方式时,AT89C2051通常从程序停止一直到内部复位算法获得控制之前的两个机器周期处恢复程序的执行。
在这种情况下片内硬件禁止对内部RAM的访问但允许对端口引脚的访问。
要消除硬件复位终止空载方式时对端口引脚意外写入的可能性,则进入空闲方式指令下一条指令不应是些端口引脚或写外部存储器指令。
在掉电下,振荡器停止工作,进入掉电方式的指令是最后一条被执行的指令。
片内RAM和专用功能寄存器的内容在终止掉电方式前保持不变。
退出掉电方式的唯一方法是硬件复位。
复位重新定义全部专用功能寄存器但不改变片内RAM。
在Vcc恢复到正常工作电平前,复位应不起作用,且必须保持一段时间以使振荡器再启动并稳定。
P1.0和P1.1在不使用外部上拉电阻的情形下应设置为“0”,或者在使用上拉电阻的情形下应设置为“1”。
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