西安工业大学学士学位论文 接口。SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，现在越来越多的芯片集成了这种通信协议[14]。 3.5.2 SPI总线的基本结构

SPI是一个环形总线结构，由SS(CS)、SCK、SDI、SIO构成，其时序其实很简单，主要是在SCK的控制下，两个双向移位寄存器进行数据交换。 上升沿发送、下降沿接收、高位先发送。

上升沿到来的时候，SDO上的电平将被发送到从设备的寄存器中。 下降沿到来的时候，SDI上的电平将被接收到主设备的寄存器中。 3.5.3 数据的传输

假设主机和从机初始化就绪：并且主机的sbuff=0xaa (10101010)，从机的sbuff=0x55 (01010101)，下面将分步对SPI的8个时钟周期的数据情况演示一遍(假设上升沿发送数据)[15]。

---------------------------------------------------

脉冲 主机sbuff 从机sbuff SDI SDO ---------------------------------------------------

0 00-0 10101010 01010101 0 0 --------------------------------------------------- 1 0--1 0101010x 10101011 0 1 1 1--0 01010100 10101011 0 1 --------------------------------------------------- 2 0--1 1010100x 01010110 1 0 2 1--0 10101001 01010110 1 0 --------------------------------------------------- 3 0--1 0101001x 10101101 0 1 3 1--0 01010010 10101101 0 1 --------------------------------------------------- 4 0--1 1010010x 01011010 1 0 4 1--0 10100101 01011010 1 0 --------------------------------------------------- 5 0--1 0100101x 10110101 0 1 5 1--0 01001010 10110101 0 1 --------------------------------------------------- 6 0--1 1001010x 01101010 1 0 6 1--0 10010101 01101010 1 0 --------------------------------------------------- 7 0--1 0010101x 11010101 0 1

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西安工业大学学士学位论文 7 1--0 00101010 11010101 0 1 --------------------------------------------------- 8 0--1 0101010x 10101010 1 0 8 1--0 01010101 10101010 1 0 ---------------------------------------------------

这样就完成了两个寄存器8位的交换，上面的0--1表示上升沿、1--0表示

下降沿，sdi、 sdo相对于主机而言的。根据以上分析，一个完整的传送周期是16位，即两个字节，因为，首先主机要发送命令过去，然后从机根据主机的名准备数据，主机在下一个8位时钟周期才把数据读回来。

其中CS是控制芯片是否被选中的，也就是说只有片选信号为预先规定的使能信号时（高电位或低电位），对此芯片的操作才有效[16]。这就允许在同一总线上连接多个SPI设备成为可能。接下来就负责通讯的3根线了。通讯是通过数据交换完成的，这里先要知道SPI是串行通讯协议，也就是说数据是一位一位的传输的。这就是SCK时钟线存在的原因，由SCK提供时钟脉冲，SDI，SDO则基于此脉冲完成数据传输。数据输出通过 SDO线，数据在时钟上升沿或下降沿时改变，在紧接着的下降沿或上升沿被读取。完成一位数据传输，输入也使用同样原理。这样，在至少8次时钟信号的改变（上沿和下沿为一次），就可以完成8位数据的传输。

3.6电压显示电路

设计中采用的是8段LED数码管sm420364来显示电压值。LED具有耗电低、亮度高、视角大、线路简单、耐震及寿命长等优点，它由8个发光二极管组成，其中7个按‘8’字型排列，另一个发光二极管为圆点形状，位于右下角，常用于显示小数点。把8个发光二极管连在一起，公共端接高电平，叫共阳极接法，相反，公共端接低电平的叫共阴极接法，根据ZLG7289的要求我们采用共阴极接法。当发光二极管导通时，相应的一段笔画或点就发亮，从而形成不同的发光字符。其8段分别命名为dp g f e d c b a。例如，要显示“0”，则dp g f e d c b a分别为：1100 0000B；要显示“A”，则dp g f e d c b a分别为：0001 0001B（共阳极）。若要显示多个数字，只要让若干个数码管的位码循环为低电平就可以了。

根据设计要求，显示电路需要至少4位LED数码管来显示电压值，则有4位LED循环显示。设计中由ZLG7289的SA～DP驱动LED的段码显示，即显示字符，由ZLG7289的DIG0～DIG3选择LED位码，即选择点亮哪位LED来显示。电路图参考原理图2.1。

3.7小结

在满足设计要求的前提下，为保证电路造价和维修的方便，在设计中我尽可能的用电路制作中的常用元件。另外除了上述器件外，其他的元件如电阻，电容

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西安工业大学学士学位论文 的选择都是由一些典型电路经测试调节确定的。所以电路显得更于理解和分析，这一点给也将给最后的调试带来很大的方便。

4 基于单片机数字电压表的软件设计

4.1软件系统整体设计

系统的软件流程如下：

开始时首先初始化ZLG7289，使数码管显示为“0.000”，然后调用A/D转换子程序启动ADC0809。单片机等待查询转换结束信号，如果有信号则通过并行口读取转换数据并存储，就这样连着读取五次数据后求平均值。再将所求得的结果进行运算Dout100/51,将运算后的结果除以10得到千分位，再把商除以10得到百分位，再除以10又分别得到十分位和个位，最后把个位，十分位，百分位和千分位通过串口发送给ZLG7289经译码后送至数码管显示，此时LED数码管显示的就是ADC0809采集的电压值。 4.1.1 C51简介

C语言是今年来在国内外得到迅速推广应用的一种计算机语言。C语言功能丰富，表达力强，使用灵活方便，应用面广，目标程序效率高，可移植性好，既具有高级语言的优点，又有低级语言的许多特点。因此，C语言特别适合于编写系统软件。C语言诞生后，许多原来用汇编语言编写的软件，现在可以用C语言编写了，而学习和使用C语言要比学习和使用汇编语言容易得多[17]。

51 的编程语言常用的有二种，一种是汇编语言，一种是C 语言。汇编语言的机器代码生成效率很高但可读性却并不强，复杂一点的程序就更是难读懂，而C 语言在大多数情况下其机器代码生成效率和汇编语言相当，但可读性和可移植性却远远超过汇编语言，而且C 语言还可以嵌入汇编来解决高时效性的代码编写问题。对于开发周期来说，中大型的软件编写用C 语言的开发周期通常要小于汇编语言很多[17]。

Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全——Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势[18]。

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4 基于单片机数字电压表的软件设计 设计步骤：

1. 建立一个新的项目； 2. 选择所用单片机；

3. 在新建立的项目中加入程序； 4. 保存运行； 5. 编译是否通过。

4.1.2 程序流程图

系统软件的总体框架如图4.1所示：

开始 系统初始化

启动A/D转换 采集A/D转换值 N

是否采集五次？ Y 对五次求平均值 显示数值 21

西安工业大学学士学位论文 图4.1程序流程图

系统上电即初始化，首先，单片机片选A/D转换器，然后发出信号启动A/D转换。此时单片P3.2口开始工作，不断扫描A/D转换结束端口有无结束信号。若有，即启动信号采集，对A/D转换器的数据输出口送来的数值进行存储，又重新开始，并且准备下一次的采集；若没有，则继续等待。每当采集系统采集一次，a的值就自增1，直至采集满5次时归零，然后单片机一边对数据处理，一边进入下一次的扫描。数据处理完之后，通过SPI总线将数据传给ZLG7289，ZLG7289把接收到的数据译码后送显示器显示出来。 4.1.3数据采集模块的设计

（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，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单片机了。

4.1.4数据处理模块的设计

为了得到更高精度和曾强系统的抗干扰能力，当微处理器从ADC0809读取数据后，把连续读入的5次数据进行累加求平均值：

Dout1?Dout2???Dout5Vo? （4.1） 5

再由单片机对VO进行标度变换，得到被测电压数值：

Vo （4.2） Vin??5255

但是单片机在进行数学运算时结果只读取整数部分，且要显示的是三位小数，所以需要给VIN乘以1000：

Vm?Vin?1000 （4.3） 用取余数的方法将电压值按位输出[5]：

千分位 取余数输出 Oq?Vm10百分位 取余数输出 Ob?Oq10 十分位 取余数输出 Os?Ob104.2原程序见附录A 4.3小结

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