基于单片机的双路信号检测系统综合设计.doc

基于单片机的双路信号检测系统综合设计 一．设计任务： 设计一个能同时对环境温度和0V～2.5V直流电压进行检测的系统，电压的检测采用TLC549串行ADC器件；对温度的检测采用LM75A数字温度传感器；检测结果以动态扫描方式显示在一个8位LED数码显示器上（可以同时显示，也可以轮流显示）。结合Quick51核心板SmartSOPC教学实验开发平台 1．系统组成框图 2．单元电路 (1) 微控制器AT89C51 组成：AT89C51控制芯片，晶振电路，按键复位电路 作用：装载程序，为外界电路提供I/O接口，对外界送来的数据进行处理，提供控制信号，时钟信号，对电路进行复位等。 工作原理：AT89C51主要由中央处理器（CPU），内部RAM，内部ROM，4个8位的并行双向I/O端口，2个定时/计数器，一个串行接口电路，内部时钟产生电路等构成。以上各部分通过内部数据总线相连接。与外设相连时为三总线方式：数据总线、地址总线、控制总线。其中CPU在单片机内部协调各功能部件之间的数据传送，数据运算等操作，并对单片机外发出若干控制信息；RAM用于存储程序运行中产生的数据；ROM用于存储程序；P1口只能用做I/O口，P0口可用做I/O口或在访问外部存储器时分时用做低8位地址线和8为数据线，P0口可用做I/O口或在访问外部存储器时输出高8位地址，在编程和检验时用做高位地址和控制信号。 将程序拷入微控制器的内部ROM之后，根据程序对微控制器的管脚进行分配，利用中央处理器发出控制信号控制数据的输入输出，并对输入的数据进行处理，且将处理后的数据发送到相应的外部电路中。 电原理图：见图1。 图1. AT89C51控制电路原理图 (2) 温度测量电路（LM75A） 组成：LM75A芯片。 作用：测量环境温度并将测量值通过单片机送到数码管显示。 工作原理：LM75A 是一个使用了内置带隙温度传感器和Σ-△模数转换技术的温度-数字转换器。LM75A 利用内置的分辨率为0.125℃的带隙传感器来测量器件的温度，并将模数转换得到的11 位的二进制数的补码数据存放到器件Temp 寄存器中。Temp 寄存器的数据可随时被I2C 总线上的控制器读出。LM75A 可配置成不同的工作条件，它可设置成在正常工作模式下周期性地对环境温度进行监控或进入关断模式来将器件功耗降至最低。本实验中只需设置成正常模式即可。在正常工作模式中，每隔100ms 执行一次温度-数字的转换，Temp 寄存器的内容在每次转换后更新。温度寄存器通常存放着一个 11 位的二进制数的补码，用来实现0.125℃的精度。 在单片机的控制下，利用两个端口 SCL和SDA，LM75A 可以作为从器件连接到兼容2 线串行接口的I2C 总线上，在本实验中，SCL连接单片机P3.3接口，SDA连接P3.4接口。单片机提供SCL 时钟信号，并通过SDA 端读出器件的数据。 电原理图：见图2。 图2. 温度测量电路原理图 (3) 数字电压表电路（TLC549） 组成：模拟信号产生电路，TLC549芯片。 作用：TLC549将输入的模拟信号转换成8位数字信号，然后将转换后的数据通过单片机送入数码管显示。 工作原理：模拟信号产生电路通过滑动变阻器来产生0~2.5V的电压，送入TLC549的模拟信号入口。TLC549具有4MHz片内系统时钟和软、硬件控制电路，转换时间最长17μs，总失调误差最大为±0.5LSB，典型功耗值为6mW。采用差分参考电压高阻输入，抗干扰，可按比例量程校准转换范围。 当CS为高时，数据输出(DATA OUT)端处于高阻状态，此时I/O CLOCK不起作用。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，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，前四个I/O CLOCK周期的下降沿依次移出D6、D5、D4、D3，采样保持电路在第4个I/O CLOCK下降沿开始采样下一个模拟输入，接下来的3个I/O CLOCK周期的下降沿移出第D2、D1、D0，最后，采样保持电路在第8个I/O CLOCK周期的下降沿起作用，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。 电原理图：见图3。 图3. 数字电压表电路原理图 (4) 键盘 组成：按键(只需4个：KEY1,KEY2,KEY3,KEY8)。 作用：产生显示部分的选择信号。 工作原理：当按键未按下时，按键