1、单片机原理及应用课程设计报告设计题目：数字式电阻测量仪学 院 专 业 班 级 姓 名 学 号 指导教师 申 明 2011 年 秋季 学期摘 要本设计电阻测量是利用A/D转换原理，将被测模拟量转换成数字量,并用数字方式显示测量结果的电子测量仪表。通常测量电阻都采用大规模的A/D转换集成电路，测量精度高，读数方便，在体积、重量、耗电、稳定性及可靠性等方面性能指标均明显优于指针式万用表。其中，A/D转换器将输入的模拟量转换成数字量，逻辑控制电路产生控制信号，按规定的时序将A/D转换器中各组模拟开关接通或断开，保证A/D转换正常进行。A/D转换结果通过计数译码电路变换成ASCII码，最后驱动显示器显示
2、相应的数值。本系统以单片机AT89C51为系统的控制核心,结合A/D转换芯片AT89C51设计一个电阻测量表，能够测量一定数值之间的电阻值，通过LCD液晶显示。具有读数据准确，测量方便的特点。关键词：单片机(AT89C51)； 电压；A/D转换；TLC548目 录设计要求11 电路的论证与对比11.1 方案一11.2 方案二21.3 方案的对比与比较22 系统硬件电路设计22.1 CPU时钟22.2 A/D转换电路模块22.2.1主要性能42.2. 2 TLC548芯片的组成原理42.2.3 TLC548引脚功能42.3 主控芯片AT89C51模块52.3.1主要功能特性62.3.2 主要引脚
3、功能62.4 显示控制电路的设计及原理93程序设计103.1 初始化程序103.2主程序103.3显示子程序113.4 A/D转换测量子程序144系统调试与分析155元器件清单176 总结与致谢187 参考文献19附一：原理图附二：程序18电阻测量设计要求电阻测量（需要简单的外围检测电路，将电阻转换为电压）基本功能：测量0200的电阻值。功能扩展：测量01M的电阻值，由LCD液晶显示。1 电路的论证与对比1.1 方案一利用单稳或电容充放电规律等，可以把被测电阻量的大小转换成脉冲的宽窄，即脉冲的宽度Tx与Rx成正比。只要把此脉冲和频率固定不变的方波（以下称为时钟脉冲）相与，便可以得到计数脉冲，将
4、它送给数字显示器。如果时钟脉冲的频率等参数合适，便可实现测量电阻。计数控制电路输出的脉冲宽度Tx应与Rx成正比，其电路原理图及具体555单稳态触发器的构成及仿真如图1所示。用555构成的单稳态电路在正常工作条件下输出脉冲的宽度Tx与Rx的函数关系是： 图1 方案一原理图所产生的时间误差可能达到百分之十五，再加上其他原因产生的误差，测量是的时间延迟太大。 1.2 方案二利用8位串行模数转换器TLC548采集电压信号，然后转换成数字信号存在变量中。采用的ADC是TLC548,电阻测量原理是用标准电阻与被测电阻Rx相串,将标准电阻两端的电压Vo作为ADC的参考电压,将Rx的两端电压作为ADC的被测量
5、.那么待测的大小Rx=Ux/(Uo/Ro)=Ro*Ux/Uo,经ADC后,其中Uo为满值,则Ux/Uo=测量所得的8位数/256,则Rx=Value/265*Ro =1.3 方案的对比与比较由于课程设计的要求是电阻测量需要简单的外围检测电路，将电阻转换为电压，测量0200的电阻阻值，由数码管显示。通过比较以上两个方案，可知方案二相对来说比较适合。所以选用方案二作为实验方案。 2 系统硬件电路设计2.1 单片机提供时钟信号单片机提供时钟信号。 2.2 A/D转换电路模块1）TLC548/549TLC548和TLC549是以8位开关电容逐次逼近A/D转换器为基础而构造的CMOS A/D转换器。它们
6、设计成能通过3态数据输出与微处理器或外围设备串行接口。TLC548和TLC549仅用输入/输出时钟和芯片选择输入作数据控制。TLC548的最高I/OCLOCK输入频率为2.048MHz，而TLC549的I/OCLOCK输入频率最高可达1.1MHz。TLC548和TLC549的使用与较复杂的TLC540和TLC541非常相似；不过，TLC548和TLC549提供了片内系统时钟，它通常工作在4MHz且不需要外部元件。片内系统时钟使内部器件的操作独立于串行输入/输出端的时序并允许TLC548和TLC549象许多软件和硬件所要求的那样工作。I/OCLOCK和内部系统时钟一起可以实现高速数据传送，对于T
7、LC548为每秒45,500次转换，对于TLC549为每秒40,000次的转换速度。TLC548和TLC549的其他特点包括通用控制逻辑，可自动工作或在微处理器控制下工作的片内采样-保持电路，具有差分高阻抗基准电压输入端，易于实现比率转换（ratiometricconversion）、定标（scaling）以及与逻辑和电源噪声隔离的电路。整个开关电容逐次逼近转换器电路的设计允许在小于17s的时间内以最大总误差为0.5最低有效位（LSB）的精度实现转换图4 A/D转换电路原理图2.2.1主要性能1分辨率为8位二进制数。2模拟输入电压范围0V5V，对应A/D转换值为00HFFH。3每路A/D转换时
8、间最长17s。4总失调误差最大为0.5LSB5工作频率为500kHz,输出与TTL电平兼容。6 VREF+VREF-1V，可用于较小信号的采样 AD转换连接图2.2.2极限参数电源电压：6.5V；输入电压范围：0.3VVCC0.3V；输出电压范围：0.3VVCC0.3V；峰值输入电流(任一输入端)：10mA；总峰值输入电流(所有输入端)：30mA；工作温度： TLC549C：070TLC549I：4085TLC549M：551252.2.3工作原理 工作原理TLC548均有片内系统时钟，该时钟与I/O CLOCK是独立工作的，无须特殊的速度或相位匹配。其工作时序如图2所示。当CS为高时，数据输
9、出(DATA OUT)端处于高阻状态，此时I/O CLOCK不起作用。这种CS控制作用允许在同时使用多片TLC549时，共用I/O CLOCK，以减少多路(片)A/D并用时的I/O控制端口。一组通常的控制时序为： (1)将CS置低。内部电路在测得CS下降沿后，再等待两个内部时钟上升沿和一个下降沿后，然后确认这一变化，最后自动将前一次转换结果的最高位(D7)位输出到DATA OUT端上。(2) 前四个I/O CLOCK周期的下降沿依次移出第2、3、4和第5个位(D6、D5、D4、D3)，片上采样保持电路在第4个I/O CLOCK下降沿开始采样模拟输入。(3)接下来的3个I/O CLOCK周期的下
10、降沿移出第6、7、8(D2、D1、D0)个转换位，(4)最后，片上采样保持电路在第8个I/O CLOCK周期的下降沿将移出第6、7、8(D2、D1、D0)个转换位。保持功能将持续4个内部时钟周期，然后开始进行32个内部时钟周期的A/D转换。第8个I/O CLOCK后，CS必须为高，或I/O CLOCK保持低电平，这种状态需要维持36个内部系统时钟周期以等待保持和转换工作的完成。如果CS为低时I/O CLOCK上出现一个有效干扰脉冲，则微处理器/控制器将与器件的I/O时序失去同步；若CS为高时出现一次有效低电平，则将使引脚重新初始化，从而脱离原转换过程。 在36个内部系统时钟周期结束之前，实施步
11、骤(1)(4)，可重新启动一次新的A/D转换，与此同时，正在进行的转换终止，此时的输出是前一次的转换结果而不是正在进行的转换结果。若要在特定的时刻采样模拟信号，应使第8个I/O CLOCK时钟的下降沿与该时刻对应，因为芯片虽在第4个I/O CLOCK时钟下降沿开始采样，却在第8个I/O CLOCK的下降沿开始保存。 AD转换时序图 2.2.4引脚功能单片机的P1、0端口作A/D转换数据读入用，P1、1端口用作A/D转换片选P1、2端口作A/D转换数据输出用。2.3主控芯片AT89C51模块 AT89C51是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只
12、读程序存储器和256 bytes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MCS51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C51单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。AT89C51管脚图AT89C51有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口。3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。2.3
13、.1主要功能特性与MCS51产品指令和引脚完全兼容8k字节可重擦写Flash闪速存储器1000次擦写周期 全静态操作：0Hz24MHz三级加密程序存储器32个可编程I/O口线低功耗空闲和掉电模式 3个16位定时/计数器可编程串行UART通道2.3.2 主要引脚功能VCC : 电源GND: 地P0 口：P0 口是一组8 位漏极开路型双向I/O 口，也即地址/数据总线复用口。P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX）。 P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR）时，P
