河北工程大学基于单片机微电压传感器信号测量仪课程设计Word下载.docx
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3电路仿真。
4SCH文件生成与打印输出。
5画出PCB版图;
搭建电路硬件,是此案其功能。
2.CDIO设计正文
2.设计方案
2.1模块设计
2..1.1设计详情
根据主要任务和技术要求,以及根据小组成员的讨论得到下面的模块设计图,如图2.1.1-1模块图
2.1.1-1模块图
⑴外围电路采集采用电桥来采集,如图2.1.1-2电桥电路
2.1.1-2电桥电路
⑵A/D转换我们采用AD620
⑶AT89C52为常用的单片机
⑷液晶显示我们选用1602
2.2单元电路介绍
2.2.1单片机简介
单片机是一种集成电路芯片。
它采用超大规模技术将具有数据处理能力的微处理器(CPU)、存储器(含程序存储器ROM和数据存储器RAM)、输入、输出接口电路(I/O接口)集成在同一块芯片上,构成一个即小巧又很完善的计算机硬件系统,在单片机程序的控制下能准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。
所以说,一片单片机芯片就具有了组成计算机的全部功能,从某种意义上来说,一块单片机就是一台微型计算机。
由此来看,单片机有着一般微处理器(CPU)芯片所不具备的功能,它可单独地完成现代工业控制所要求的智能化控制功能,这是单片机最大的特征。
单片机芯片在没有开发前,它只是具备功能极强的超大规模集成电路,如果对它进行应用开发,它便是一个小型的微型计算机控制系统,本设计用到的单片机引脚如下图2.2.1-1单片机各引脚图所示:
图2.2.1-1单片机各引脚图
下面对各个引脚进行简单的介绍:
VCC:
供电电压。
GND:
接地。
P0口:
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时,P0口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。
P1口:
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。
P2口:
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。
并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口:
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。
作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。
RST:
复位输入。
当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时当8051通电,时钟电路开始工作,在RESET引脚上出现24个时钟周期以上的高电平,系统即初始复位。
初始化后,程序计数器PC指向0000H,P0-P3输出口全部为高电平,堆栈指钟写入07H,其它专用寄存器被清“0”。
RESET由高电平下降为低电平后,系统即从0000H地址开始执行程序。
然而,初始复位不改变RAM(包括工作寄存器R0-R7)的状态,
ALE/PROG:
当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。
在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是:
每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时,ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。
另外,该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。
PSEN:
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN信号将不出现。
EA/VPP:
当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET;
当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。
XTAL1:
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2:
来自反向振荡器的输出。
振荡器特性:
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。
该反向放大器可以配置为片内振荡器。
石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。
如采用外部时钟源驱动器件,XTAL2应不接。
有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器,因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求,但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
芯片擦除:
整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合,并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。
在芯片擦操作中,代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前,该操作必须被执行。
此外,AT89S51设有稳态逻辑,可以在低到零频率的条件下静态逻辑,支持两种软件可选的掉电模式。
在闲置模式下,CPU停止工作。
但RAM,定时器,计数器,串口和中断系统仍在工作。
在掉电模式下,保存RAM的内容并且冻结振荡器,禁止所用其他芯片功能,直到下一个硬件复位为止。
2.2.2A/D转换器ADC0832简介
⑴功能特点
ADC0832是NS(NationalSemiconductor)公司生产的串行接口8位A/D转换器,通过三线接口与单片机连接,功耗低,性能价格比较高,适宜在袖珍式的智能仪器仪表中使用。
ADC0832为8位分辨率A/D转换芯片,其最高分辨可达256级,可以适应一般的模拟量转换要求。
芯片具有双数据输出可作为数据校验,以减少数据误差,转换速度快且稳定性能强。
独立的芯片使能输入,使多器件连接和处理器控制变得更加方便。
通过DI数据输入端,可以轻易的实现通道功能的选择。
其主要特点如下:
1)8位分辨率,逐次逼近型,基准电压为5V;
2)5V单电源供电;
3)输入模拟信号电压范围为0~5V;
4)输入和输出电平与TTL和CMOS兼容;
5)在250KHZ时钟频率时,转换时间为32us;
6)具有两个可供选择的模拟输入通道;
7)功耗低,15mW。
⑵外部引脚及其说明
ADC0832有DIP和SOIC两种封装,DIP封装的ADC0832引脚排列如图2.2.2-1ADC0832引脚图
所示。
图2.2.2-1ADC0832引脚图
各引脚说明如下:
1)CS——片选端,低电平有效。
2)CH0,CH1——两路模拟信号输入端。
3)DI——两路模拟输入选择输入端。
4)DO——模数转换结果串行输出端。
5)CLK——串行时钟输入端。
6)Vcc/REF——正电源端和基准电压输入端。
7)GND——电源地。
2.2.3液晶显示简介
液晶显示的原理是利用液晶的物理特性,通过电压对其显示区域进行控制,有电就有显示,这样即可以显示出图形。
液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点,目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA移动通信工具等众多领域。
1602LCD主要技术参数:
显示容量:
16×
2个字符芯片工作电压:
4.5—5.5V工作电流:
2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压:
5.0V字符尺寸:
2.95×
4.35(W×
H)mm602LCD采用标准的14脚(无背光)或16脚(带背光)接口,各引脚接口说明如表2.2.3-1引脚接口说明表所示:
表1引脚接口说明表
编号
符号
引脚说明
1
VSS
电源地
9
D2
数据
2
VDD
电源正极
10
D3
3
VL
液晶显示偏压
11
D4
4
RS
数据、命令选择
12
D5
5
R/W
读、写选择
13
D6
6
E
使能信号
14
D7
7
D0
15
BLA
背光源正极
8
D1
16
BLK
背光源负极
第1脚:
VSS为地电源。
第2脚:
VDD接5V正电源。
第3脚:
VL为液晶显示器对比度调整端,接正电源时对比度最弱,接地时对比度最高,对比度过高时会产生“鬼影”,使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。
第4脚:
RS为寄存器选择,高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。
第5脚:
R/W为读写信号线,高电平时进行读操作,低电平时进行写操作。
当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址,当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号,当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。
第6脚:
E端为使能端,当E端由高电平跳变成低电平时,液晶模块执行命令。
第7~14脚:
D0~D7为8位双向数据线。
第15脚:
背光源正极。
第16脚:
背光源负极。
本设计中的液晶显示电路如下图2.2.3-1液晶显示电路所示。
图2.2.3-1液晶显示电路
2.2.4仪表放大器AD620简介
在一般讯号放大的应用中通常只要透过差动放大电路即可满足需求,然而基本的差动放大电路精密度较差,且差动放大电路变更放大增益时,必须满足两个电阻,影响整个讯号放大精确度的变因就更加复杂。
仪表放大电路则无上述的缺点AD620是一种低功耗的仪用放大器特别适合做小信号,AD620放大后的小信号失真度很小,可以把系统误差控制在系统设计要求的范围内
⑴AD620的基本特点
1)精确度高、使用简单、低噪声
2)高输入阻抗:
10GΩ||2pF
3)高共模具斥比高(CMR):
100dB
4)低输入抵补电压(InputoffsetVoltage):
50uV
5)低输入偏移电流(Inputbiascurrent):
1.0nA
6)低功耗电流:
1.3mA
7)具有过电压保护功能.
AD620规格参数表如表2所示
表2AD620规格参数表
项目
规格特性
备注
增益范围
1-1000
只需要一个电阻即可设定
电压供应范围
-2.3V-18V
低耗电量
Maxsupplycurrent=1.3mA
可用电池驱动。
方便应用于可携带器材中
精确度高
低补偿电压:
VOFFSET(max)=50uV飘移电压:
0.6uV
应用场合
ECG量测与医疗器械。
压力量测、数据撷取系统
AD620内部结构框图如下图2.2.4-1AD420内部结构图所示
图2.2.4-1AD420内部结构图
图2.2.4-2AD620引脚示意图所示为AD620仪表放大器的外围引脚图。
其中1、8脚需跨接一电阻来调整放大倍率(作用同式
(1)中之RX),4、7脚需提供正负相等的工作电压,由2、3脚接输入的放大的电压即可从6脚输出放大后的电压值。
5脚则是参考基准,如果接地则第6脚的输为输为与地之间的相对电压。
AD620的放大增益关系所示,由此二式我们即可推算出各种增益所要使用的电阻值RG了。
图2.2.4-2AD620引脚示意图
引脚功能如下:
1和8、外接增益调节电阻;
2、反向输入端;
3、同向输入端;
4、负电源;
5、基准电压;
6、共地信号输出;
7、正电源;
本次设计中的放大电路的设计如下图2.2.4-3电桥电路和放大电路所示
图2.2.4-3电桥电路和放大电路
3.设计总结或结论
通过这次课程设计,数据集了相关资料,了解了题目设计原理及相关知识,熟悉所用开发软件和工具的使用方法,对指定题目进行电路图的设计,熟悉了AD620、ADC0832、电阻电桥以及1602的单片机控制显示。
另外这次课程设计的完成是通过小组团队合作的完成,让大家对团队合作、分工有了更好的认识,对以后大家的工作和学习都有相应的帮助。
我们在焊接电路板的时候遇到了问题,不过,通过对万能表的使用,逐步检测,我们成功找到问题所在,并且及时的处理了问题,提高我们的发现和解决问题的能力,也积累了我们关于电路方面的经验和巩固了知识。
4.参考文献
[1]周元一.电机与电气控制.机械工业出版社.2006.8
[2]曹克澄.单片机原理及应用.机械工业出版社.2005.
[3]靳达编著.单片机应用系统开发实例导航.北京:
人民邮电出版社,2003
[4]南建辉、熊鸣、王军茹.MCS-51单片机原理及应用实例.清华大学出版社,2004
[5]万福君.单片微机原理系统设计与开发应用.中国科学出版社,1995
[6]张友德、赵志英等.单片机原理应用与实验.上海复旦大学出版社,1992
课程设计
评语
成绩
指导教师
(签字)
年月日
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