单片机原理及应用技术项目化项目7简单数字电压表的设计.ppt

　　【项目导入】　　工业测控领域的测量信号大多是模拟量，这些模拟量要送入单片机进行处理就必须进行模/数转换(A/D转换)，经过A/D转换的信息就可以通过I/O口进行输出显示。单片机的 A/D应用在工业控制领域十分广泛，在此我们通过数字电压表的设计来讲述单片机的A/D转换和数码管的接口显示电路，以便让读者掌握A/D转换器和数码管显示在单片机控制系统中的应用。 　　【项目目标】　　1. 知识目标　　(1) 理解A/D转换器的基本原理； 　　(2) 掌握A/D转换器与单片机的接口使用；　　(3) 掌握数码管与单片机的接口连接。 　　2. 能力目标　　(1) 能够正确使用A/D转换器； 　　(2) 能够设计单片机与A/D转换器的接口电路；　　(3) 能编程控制A/D转换器的数据转换； 　　(4) 能够设计单片机与数码管的接口电路。 　　　　　　　7.1 项 目 描 述　　A/D转换在工业控制与测量领域有着广泛的应用，比如电压表。本项目就通过设计一块电压表来讲述A/D转换的基本原理、A/D转换的基本接口电路和A/D转换的编程以及LED数码管接口显示电路的设计。本项目中转换电路采用常用的A/D转换芯片ADC0809，测量电压范围为直流电压0～5 V，用LED数码管显示转换的电压值。 　　　　7.2 项目目的与要求　　本项目的目的就是使用单片机AT89C51、ADC0809转换器、数码管设计一块数字电压表，该电压表能够准确测量0～5 V之间的直流电压值，其测量最小分辨率为0.02 V。项目在实施过程中需要解决以下关键问题。　　(1) ?ADC0809芯片的转换特性以及它与单片机的接口电路；　　(2) ?LED数码管显示原理及接口电路设计；　　(3) 单片机C语言及程序设计。 　　　　　7.3 项目支撑知识链接7.3.1 A/D转换器及其接口电路　　1．A/D转换器　　单片机只能接收二进制数，但是在单片机构成的系统中，许多输入量都是非数字信号的模拟量，比如速度、压力、流量、温度等。这些模拟量要送入单片机进行处理，就必须转换成数字信号。A/D转换的作用就是把模拟量转换成单片机能够接收的数字量。因此人们把实现模/数转换的部件称为A/D转换器。 　　1) ?A/D转换器的性能指标　　性能指标是选用A/D转换芯片的依据，也是衡量芯片质量的重要参数。A/D转换器的性能指标主要由以下几个。　　(1) 分辨率。分辨率表示输出数字量变化的一个最低有效位(Least Significant Bit，LSB)所对应的输入模拟电压的变化量，一般定义为转换器的满刻度电压(基准电压)VFSR与2n之间的比值，即分辨率?=?VFSR/2n，其中n为A/D转换器输出的二进制位数，n越大，分辨率越高。 　　例如，A/D转换器ADC0809的分辨率为8位，即该转换器的输出数据可以用28个二进制数进行量化，其分辨率为1LSB，用百分数来表示为1/28×100%=(1/256)×100%≈0.3906%。当电压为5 V，可分辨的最小电压是19.5 mV。　　(2) 量化误差。模拟量是连续的，而数字量是断续的，当A/D转换器的位数固定后，数字量不能把模拟量所有的值都精确地表示出来，这种由A/D转换器有限分辨率所造成的真实值与转换值之间的误差称为量化误差。一般量化误差为数字量的最低有效位所表示的模拟量，理想的量化误差容限是±1/2LSB。 　　(3) 转换时间。A/D转换器完成一次A/D转换所需要的时间。转换时间越短，适应输入信号快速变化能力越强。当需要A/D转换的模拟量变化较快时，就需选择转换时间短的A/D转换器，否则会引起较大误差。转换时间的倒数就是转换速率。 　　(4) 转换精度。转换精度是一个实际的A/D转换器和理想的A/D转换器相比的转换误差。绝对精度一般以LSB为单位给出，相对精度则是绝对精度与满量程的比值。　　(5) 温度系数。温度系数表示A/D转换器受温度影响的程度。一般用环境温度变化1℃所产生的相对误差来表示，单位是ppm/℃(10－6/℃)。 　　2)? A/D转换器的基本原理　　由于模拟量在时间和数值上是连续的，而数字量在时间和数值上是离散的，所以转换时不仅要在时间上对模拟信号离散化(即采样)，而且还要在数值上离散化，一般步骤如图7-1所示。 图7-1 A/D转换器的基本原理 　　(1) 采样与保持。采样就是将一个时间上连续变化的模拟量转换成时间上离散的模拟量。 　　取样定理：设取样脉冲s(t)的频率为fs，输入模拟信号x(t)的最高频率分量为fmax，必须满足fs≥2fmax，y(t)才可以正确地反映输入信号(从而能不失真地恢复原模拟信号)。取样的具体过程如图7-2所示。 图7-2 A/D转换