电位器调节模数转换

1、1. 科研步骤一、选题-即提出问题和确立研究问题 选题是进行科学研究的最重要最有决定意义的一步，是每项科研工作的起点。它在一定程度上反映了科学研究的水平和研究成果的价值，同时也决定了最后论文的水平。选题应充分考虑和事先作好调查、阅读相关资料、了解课题背景和研究方向等。 二、查阅文献 （书本，互联网）三、确认研究的变量 变量是指研究对象所具备的特性或属性，是研究所要解释、探讨、描述或检验的因素。因此也称为研究因素。 四、假设形成 假设是对已确立的研究问题提出一个预期性的研究结果。根据假设确定研究对象、方法和观察指标等，获得试验结果用来验证或否定假设，并对提出的问题进行解释和回答。假设常由理论推测

2、而得，所以研究假设能提供研究方向、指导研究设计。一个好的可以被操作的假设，应该提出对所研究变量之间的关系的推测。因此假设的陈述应包括例如"同有关"、"比多/少"、"与不同"之类的有比较意义的词汇。五、科研设计 研究设计是研究工作的总体方案，包括研究对象、研究内容、研究方法、研究所需的人力、物力等设计。任何一个好的研究题目如果没有精心设计的研究方案，都不可能达到预期目的。 六、原始资料的收集 七、科研资料的整理和分析 八、撰写论文 科研论文是研究工作的总结，也是科研工作的重要组成部分。论文内容包括选题背景、研究目的、资料来源、研究方法和

3、对所的结果的整理、归纳和分析等，并对研究的结果进行充分讨论。论文要求有一定格式，要求立意要新。一篇高质量的论文，不但内容要充实，文章应做到通顺易懂，全文结构前后应连贯和相互呼应，易于达到交流目的。2.方案设计本设计是基于水塔的水位高度，通过传感器输入压力从而获得水位的高度，并且通过显示输出出来，当水位不符合正常的要求和标准时，系统进行不同的提示报警。由于不能实际模拟水位的压力，本设计将采用电位器加模数转换芯片，来模拟实际的水位高度输出的压力值。通过AT89C52芯片的各个控制口，控制压力的显示，模数芯片的转换以及报警功能的实现。3. 硬件模块设计3.1 AT89C52芯片的介绍及应用AT89C

4、52是51系列单片机的一个型号，它是ATMEL公司生产的。AT89C52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MCS-51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AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。AT89C52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

5、常规方法进行编程,但不可以在线编程(S系列的才支持在线编程)。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。兼容MCS51指令系统 · 8k可反复擦写(>1000次）Flash ROM · 32个双向I/O口 · 256x8bit内部RAM · 3个16位可编程定时/计数器中断 · 时钟频率0-24MHz · 2个串行中断 · 可编程UART串行通道 · 2个外部中断源 · 共6个中断源 · 2个读写中断口线 · 3级加密

6、位 · 低功耗空闲和掉电模式 · 软件设置睡眠和唤醒功能 AT89C52为40 脚双列直插封装的8 位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC 内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有：XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40 脚）和VSS（20 脚

7、）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0 端口（3239 脚）被定义为N1 功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13 脚定义为IR输入端，10 脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12 脚、27 脚及28 脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU 的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。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。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8 个TTL逻辑门电路，对端

8、口P0 写“1”时，可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash 编程时，P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1 口P1 是一个带内部上拉电阻的8 位双向I/O 口， P1 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。与AT89C51 不同之处是，P1.0 和P1.1 还可分别作

9、为定时/计数器2 的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX），参见表1。Flash 编程和程序校验期间，P1 接收低8 位地址。表.P1.0和P1.1的第二功能引脚号功能特性P1.0T2，时钟输出P1.1T2EX（定时/计数器2）P2 口P2 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。对端口P2 写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。在访问外部程序存储器或16 位地址的外部数据存储器（例如执行M

10、OVX DPTR 指令）时，P2 口送出高8 位地址数据。在访问8 位地址的外部数据存储器（如执行MOVX RI 指令）时，P2 口输出P2 锁存器的内容。Flash 编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。P3 口P3 口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口。P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。对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。此时，被外部拉低的P3 口将用上拉电阻输出电流（IIL）。P3 口除了作为一般的I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能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

11、。RST复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。ALE/PROG当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8 位字节。一般情况下，ALE 仍以时钟振荡频率的1/6 输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE 脉冲。对Flash 存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH 单元的D0 位置位，可禁止ALE 操作。该位置位后，只有一条MOVX 和MOVC指令才能将ALE 激活。此外，该引脚会

12、被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE 禁止位无效。PSEN程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN 有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。EA/VPP外部访问允许。欲使CPU 仅访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH），EA 端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1 被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU 则执行内部程序存储器中的指令。Flash 存储器编程时，该引脚加上+12V 的编程允许电

13、源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V 编程电压Vpp。XTAL1振荡器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。时钟振荡器AT89C52 中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1 和XTAL2 分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器，振荡电路参见图10。外接石英晶体（或陶瓷谐振器）及电容C1、C2 接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容C1、C2 虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性，如果使

14、用石英晶体，我们推荐电容使用30pF±10pF，而如使用陶瓷谐振器建议选择40pF±10F。用户也可以采用外部时钟。采用外部时钟的电路如图10 右图所示。这种情况下，外部时钟脉冲接到XTAL1 端，即内部时钟发生器的输入端，XTAL2 则悬空。由于外部时钟信号是通过一个2 分频触发器后作为内部时钟信号的，所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求，但最小高电平持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。空闲节电模式在空闲工作模式状态， CPU 自身处于睡眠状态而所有片内的外设仍保持激活状态，这种方式由软件产生。此时，同时将片内RAM 和所有特殊功能寄存器的内容冻结。

15、空闲模式可由任何允许的中断请求或硬件复位终止。由硬件复位终止空闲状态只需两个机器周期有效复位信号，在此状态下，片内硬件禁止访问内部RAM，但可以访问端口引脚，当用复位终止空闲方式时，为避免可能对端口产生意外写入，激活空闲模式的那条指令后一条指令不应是一条对端口或外部存储器的写入指令。掉电模式在掉电模式下，振荡器停止工作，进入掉电模式的指令是最后一条被执行的指令，片内RAM 和特殊功能寄存器的内容在终止掉电模式前被冻结。退出掉电模式的唯一方法是硬件复位，复位后将重新定义全部特殊功能寄存器，但不改变RAM中的内容，在Vcc恢复到正常工作电平前，复位应无效，且必须保持一定时间以使振荡器重启动并稳定工

16、作。程序存储器的加密AT89C52 有3 个程序加密位，可对芯片上的3 个加密位LB1、LB2、LB3 进行编程（P）或不编程（U）来得到。当加密位LB1 被编程时，在复位期间，EA 端的逻辑电平被采样并锁存，如果单片机上电后一直没有复位，则锁存起的初始值是一个随机数，且这个随机数会一直保存到真正复位为止。为使单片机能正常工作，被锁存的EA 电平值必须与该引脚当前的逻辑电平一致。此外，加密位只能通过整片擦除的方法清除。Flash存储器的编程AT89C52单片机内部有8k字节的Flash PEROM，这个Flash 存储阵列出厂时已处于擦除状态（即所有存储单元的内容均为FFH），用户随时可对其进

17、行编程。编程接口可接收高电压（+12V）或低电压（Vcc）的允许编程信号。低电压编程模式适合于用户在线编程系统，而高电压编程模式可与通用EPROM 编程器兼容。AT89C52 单片机中，有些属于低电压编程方式，而有些则是高电压编程方式，用户可从芯片上的型号和读取芯片内的签名字节获得该信息。AT89C52 的程序存储器阵列是采用字节写入方式编程的，每次写入一个字节，要对整个芯片内的PEROM 程序存储器写入一个非空字节，必须使用片擦除的方式将整个存储器的内容清除。编程方法编程前，须设置好地址、数据及控制信号， AT89C52 编程方法如下：1 在地址线上加上要编程单元的地址信号。2 在数据线上加

18、上要写入的数据字节。3 激活相应的控制信号。4 在高电压编程方式时，将EA/Vpp 端加上+12V 编程电压。5 每对Flash 存储阵列写入一个字节或每写入一个程序加密位，加上一个ALE/PROG 编程脉冲。每个字节写入周期是自身定时的，通常约为1.5ms。重复15 步骤，改变编程单元的地址和写入的数据，直到全部文件编程结束。3.2 模数转换芯片的介绍和应用ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。 （1）ADC0809的内部逻辑结构     由下图可知，ADC0

19、809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。（2）ADC0809引脚结构 ADC0809各脚功能如下：D7-D0：8位数字量输出引脚。IN0-IN7：8位模拟量输入引脚。VCC：+5V工作电压。GND：地。REF（+）：参考电压正端。REF（-）：参考电压负端。START：A/D转换启动信号输入端。ALE：地址锁存允许信号输入端。（以上两种信号用于启动A/D转换）.EOC

20、：转换结束信号输出引脚，开始转换时为低电平，当转换结束时为高电平。OE：输出允许控制端，用以打开三态数据输出锁存器。CLK：时钟信号输入端（一般为500KHz）。A、B、C：地址输入线。    ADC0809对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是05V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。 地址输入和控制线：4条     ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A，B，C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的

21、通道的模拟量进入转换器进行转换。A，B和C为地址输入线，用于选通IN0IN7上的一路模拟量输入。通道选择表如下表所示。CBA选择的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7数字量输出及控制线：11条     ST为转换启动信号。当ST上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D转换；在转换期间，ST应保持低电平。EOC为转换结束信号。当EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D转换。OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE1，输出转换得到的数据；OE

22、0，输出数据线呈高阻状态。D7D0为数字量输出线。 CLK为时钟输入信号线。因ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHZ， VREF（），VREF（）为参考电压输入。 2 ADC0809应用说明 （1） ADC0809内部带有输出锁存器，可以与AT89S51单片机直接相连。 （2） 初始化时，使ST和OE信号全为低电平。 （3） 送要转换的哪一通道的地址到A，B，C端口上。 （4） 在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号。 （5） 是否转换完毕，我们根据EOC信号来判断。 （6） 当EOC变为高电平时，这时给OE为高电平，转换的数据就输出给

23、单片机了。 本设计是通过控制ADDA，ADDB，ADDC为000，使IN0为模拟信号的输入，通过加时钟信号，启动信号，由ADC0809的8个输出端输出数字信号到AT89C52，并通过芯片输出到数码管显示出来。如图：3.3 显示模块电路设计共阴极数码管是一类数字形式的显示屏，通过对其不同的管脚输入相对的电流，会使其发亮，从而显示出数字能够显示 时间、日期、温度等所有可用数字表示的参数。由于它的价格便宜、使用简单、在电器，特别是家电领域应用极为广泛，空调、热水器、冰箱等等。绝大多数热水器用的都是数码管，其他家电也用液晶屏与荧光屏。 共阴极结构：LED显示器有共阴极和共阳极两种结构，下面只介绍共阴极

24、结构。见图3，在共阴极结构中，各段发光二极管的阴极连在一起，将此公共点接地，某一段发光二极管的阴极为高电平时，该段发光。共阴极字段码：LED显示09某个字符时，则要求在adp送固定的字段码，如要使LED显示“0”,则要求a、b、c、d、f各引脚为高电平，g和dp为低电平，字段码为“3fh” 。dp g f e d c b a0 0 1 1 1 1 1 1 3fh共阴极字符09七段码如下：字符： 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9字段码：3fh 06h 5bh 4fh 66h 6dh 7dh 07h 7fh 6fh本设计显示模块采用了共阴极数码管显示数字，通过P0口加上拉电阻（P0口加2k的

25、9脚排阻），输入到共阴极数码管的abcdefgh段，从而显示出数字0-9，并且通过P2口的3个I/O输出实现数码管的位选，及实现动态显示数字。3.4 报警电路模块设计本设计报警模块由3个不同颜色的LED灯实现不同的报警检测效果，其中红灯为水压力大于正常范围时报警所亮的LED，绿灯为正常压力水位时的检测灯，黄色LED是水位过低时，压力低实现的报警检测灯，本设计还加了一个蜂鸣器，用于水位不正常导致的压力不正常时的声音报警电路，通过P2口输出，采用三极管放大电路设计，P2口控制三极管的基极，集电极和发射极接电源的正极以及放大信号输出到蜂鸣器的正极，实现蜂鸣器正常的鸣叫功能。4. 软件模块设计4.1

26、模数转换的软件设计本设计通过IN0输入模拟信号，并且通过D1-D8输出数字信号。ADC0809工作需要时钟信号，通过软件实现时钟信号。sbit CLK=P13; /时钟信号/T0 定时器中断给ADC0808 提供时钟信号void Timer0_INT() interrupt 1CLK=CLK;ADC0809启动转换和结束，需要通过软件来控制。sbit CLK=P13; /时钟信号sbit ST=P12; /启动信号sbit EOC=P11; /转换结束信号void main()TMOD=0x02; /T1 工作模式2TH0=0x14;TL0=0x00;IE=0x82;TR0=1;P2=0x00

27、;P1=0x0f; while(1)ST=0;ST=1;ST=0; /启动A/D 转换while(EOC=0); /等待转换完成OE=1;Display_Result(P3);OE=0;4.2数码管显示软件设计数码管是通过P0口输出来实现显示的，通过定义数组，实现显示0-9数字，然后直接通过P2口实现数码管的位选，调用数组，从而实现数字的动态显示。void Display_Result(uchar d)P2=0xfe;/第4 个数码管显示个位数P0=DSY_CODEd%10;DelayMS(1);P2=0xfd; /第3 个数码管显示十位数P0=DSY_CODEd%100/10;DelayMS

28、(1);P2=0xfb; /第2 个数码管显示百位数P0=DSY_CODEd/100;DelayMS(1);4.3 延迟环节的实现实现延迟的方法有很多中，本设计采用软件延迟的方法，实现程序中所需要的延迟功能。void DelayMS(uint ms)uchar i;while(ms-) for(i=0;i<120;i+);5. 调试电路电路调试采用的是分步调试方法，首先是调试数码管显示部分，通过定义数组，实现数码管单个0-9显示正常，通过位选，实现数码管正常的动态显示接下来调试的是报警电路部分，通过给LED和蜂鸣器的正极定义高电平，使LED和蜂鸣器能正常工作。然后是模数转换部分和电位器改

29、变显示的综合调试，由于焊接时，电烙铁不小心接触了一些已经焊好的线路，导致线路部分短路，显示输出不正常，通过检查排除，重新焊接，解决了问题。6. 科研总结 科研实践是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异，单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域， 在生活中可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握单片机的开发技术是十分重要的。回顾起此次单片机设计，至今我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在整整将近两星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。参考文献1. 单片机应用系统设计技术 张齐著 电子工业出版社2. 单片机原理及应用技术 范力旻 电子工业出版社3. 例说8051 谢亮、陈敌北、张义 人民邮电出版社4. 单片机C语言应用100例 王东