基于MCS51单片机数字电压表设计.docx

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基于MCS51单片机数字电压表设计

1 引言

在电量的测量中，电压、电流和频率是最基本的三个被测量，其中电压量的测量最为经常。

而且随着电子技术的发展，更是经常需要测量高精度的电压，所以数字电压表就成为一种必不可少的测量仪器。

数字电压表简称DVM，它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。

最近的几十年来，随着半导体技术、集成电路（IC）和微处理器技术的发展，数字电路和数字化测量技术也有了巨大的进步，从而促使了数字电压表的快速发展，并不断出现新的类型。

数字电压表从1952年问世以来，经历了不断改进的过程，从最早采用继电器、电子管和形式发展到了现在的全固态化、集成化（IC化），另一方面，精度也从0.01%-0.005%。

本文是以简易数字直流电压表的设计为研究内容，本系统主要包括三大模块：

转换模块、数据处理模块及显示模块。

其中，A/D转换采用ADC0808对输入的模拟信号进行转换，控制核心AT89C51再对转换的结果进行运算处理，最后驱动输出装置LED显示数字电压信号。

2 设计总体方案

2.1设计要求

⑴以MCS-51系列单片机为核心器件，组成一个简单的直流数字电压表。

⑵采用1路模拟量输入，能够测量0-5V之间的直流电压值。

⑶电压显示用4位一体的LED数码管显示，至少能够显示两位小数。

⑷尽量使用较少的元器件。

2.2设计思路

⑴根据设计要求，选择AT89C51单片机为核心控制器件。

⑵A/D转换采用ADC0808实现，与单片机的接口为P1口和P2口的高四位引脚。

电压显示采用4位一体的LED数码管。

LED数码的段码输入,由并行端口P0产生：

位码输入，用并行端口P2低四位产生。

2.3设计方案

硬件电路设计由6个部分组成;A/D转换电路，AT89C51单片机系统，LED显示系统、时钟电路、复位电路以及测量电压输入电路。

硬件电路设计框图如图1所示。

图1数字电压表系统硬件设计框图

3　硬件电路设计

基于单片机的数字直流电压表硬件电路原理图如图2所示。

图2简易数字电压表电路图

此电路的工作原理是：

+5V模拟电压信号通过变阻器VR1分压后由ADC0808的IN0通道进入（由于使用的IN0通道，所以ADDA,ADDB,ADDC均接低电平），经过模/数转换后，产生相应的数字量经过其输出通道D0-D7传送给AT89C51芯片的P1口，AT89C51负责把接收到的数字量经过数据处理，产生正确的7段数码管的显示段码传送给四位LED，同时它还通过其四位I/O口P2.0、P2.1、P2.2、P2.3产生位选信号控制数码管的亮灭。

此外，AT89C51还控制ADC0808的工作。

其中，单片机AT89C51通过定时器中断从P2.4输出方波，接到ADC0808的CLOCK,P2.6发正脉冲启动A/D转换，P2.5检测A/D转换是否完成，转换完成后，P2.7置高从P1口读取转换结果送给LED显示出来。

.

简易数字直流电压表的硬件电路已经设计完成，就可以选取相应的芯片和元器件，利用Proteus软件绘制出硬件的原理，并仔细地检查修改，直至形成完善的硬件原理图。

但要真正实现电路对电压的测量和显示的功能，还需要有相应的软件配合，才能达到设计要求。

4　程序设计

4.1 程序设计总方案

根据模块的划分原则，将该程序划分初始化模块，A/D转换子程序和显示子程序，这三个程序模块构成了整个系统软件的主程序，如图3所示。

图3数字式直流电压表主程序框图

4.2 系统子程序设计

4.2.1 初始化程序

所谓初始化，是对将要用到的MCS_51系列单片机内部部件或扩展芯片进行初始工作状态设定，初始化子程序的主要工作是设置定时器的工作模式，初值预置，开中断和打开定时器等。

4.2.2 A/D转换子程序

A/D转换子程序用来控制对输入的模块电压信号的采集测量，并将对应的数值存入相应的内存单元，其转换流程图如图4所示。

图4A/D转换流程图

4.2.3 显示子程序

显示子程序采用动态扫描实现四位数码管的数值显示，在采用动态扫描显示方式时，要使得LED显示的比较均匀，又有足够的亮度，需要设置适当的扫描频率，当扫描频率在70HZ左右时，能够产生比较好的显示效果，一般可以采用间隔10ms对LED进行动态扫描一次，每一位LED的显示时间为1ms。

在本设计中，为了简化硬件设计，主要采用软件定时的方式，即用定时器0溢出中断功能实现11μs定时，通过软件延时程序来实现5ms的延时。

4.3程序代码

LED_0EQU30H

LED_1EQU31H

LED_2EQU32H

ADCEQU35H

CLOCKBITP2.4

STBITP2.5

EOCBITP2.6

OEBITP2.7

ORG00H

SJMPSTART

ORG0BH

SJMPINT_T0

START:

MOVLED_0,#00H

MOVP2,#0FFH

MOVLED_1,#00H

MOVLED_2,#00H

MOVDPTR,#TABLE

MOVTMOD,#02H

MOVTH0,#245

MOVTL0,#00H

MOVIE,#82H

SETBTR0

WAIT:

CLRST

SETBST

CLRST

JNBEOC,$

SETBOE

MOVADC,P1

CLROE

MOVA,ADC

MOVB,#51

DIVAB

MOVLED_2,A

MOVA,B

MOVB,#5

DIVAB

MOVLED_1,A

MOVLED_0,B

LCALLDISP

SJMPWAIT

INT_T0:

CPLCLOCK

RETI

DISP:

MOVA,LED_0

MOVCA,@A+DPTR

CLRP2.3

MOVP0,A

LCALLDELAY

SETBP2.3

MOVA,LED_1

MOVCA,@A+DPTR

CLRP2.2

MOVP0,A

LCALLDELAY

SETBP2.2

MOVA,LED_2

MOVCA,@A+DPTR

CLRP2.1;

ORLA,#80H

;SETBACC.7

MOVP0,A

LCALLDELAY

SETBP2.1

RET

DELAY:

MOVR6,#10

D1:

MOVR7,#250

DJNZR7,$

DJNZR6,D1

RET

TABLE:

DB3FH,06H,5BH,4FH,66H

DB6DH,7DH,07H,7FH,6FH

END

5　仿真

5.1 仿真过程

1将设计的电路在单片机仿真软件Proteus7中进行仿真，仿真电路图需要的元件如下：

接地ground

Power

AT89C51

CAP

CAP-ELEC

CRYSTAL

RES

ADC0808

PULLUP

RES-VAR

BUTTON

连接好电路图.

5.2 软件调试

软件调试的主要任务是排查错误，错误主要包括逻辑和功能错误，这些错误有些是显性的，而有些是隐形的，可以通过仿真开发系统发现逐步改正。

本系统的调试主要以软件为主，其中，系统电路图的绘制和仿真我采用的是Proteus软件，而程序方面，采用的是汇编语言，用Keil软件将程序写入单片机。

5.3　显示结果

1. 当IN0口输入电压值为0V时，显示结果如图5所示，测量误差为0V。

图5输入电压为0V时，LED的显示结果

2.当IN0输入电压值为1.50V时，显示结果如图6所示。

测量误差为0.01V。

图6输入电压为1.50V时，LED的显示结果

3.当IN0口输入电压值为3.50V时，显示结果如图7。

测量误差为0.01V。

图7输入电压为3.50V时，LED的显示结果

5试验台效果图：

6　结论

经过一段时间的努力，课程设计-基于MCS-51单片机数字电压表设计基本完成。

但设计中的不足之处仍然存在。

在这过程中，我对电路设计，单片机的使用等都有了新的认识。

通过这次设计学会了Proteus和Keil软件的使用方法，掌握了从系统的需要、方案的设计、功能模块的划分、原理图的设计和电路图的仿真的设计流程，积累了不少经验。

基于单片机的数字电压表使用性强、结构简单、成本低、外接元件少。

在实际应用工作应能好，测量电压准确，精度高。

系统功能、指标达到了课题的预期要求、系统在硬件设计上充分考虑了可扩展性，经过一定的改造，可以增加功能。

本文设计主要实现了简易数字电压表测量一路电压的功能，详细说明了从原理图的设计、电路图的仿真再到软件的调试。

通过本次设计，我对单片机这门课有了进一步的了解。

无论是在硬件连接方面还是在软件编程方面。

本次设计采用了AT89C51单片机芯片，与以往的单片机相比增加了许多新的功能，使其功能更为完善，应用领域也更为广泛。

设计中还用到了模/数转换芯片ADC0808，以前在学单片机课程时只是对其理论知识有了初步的理解。

通过这次设计，对它的工作原理有了更深的理解。

总之这次电路的设计和仿真，基本上达到了设计的功能要求。

在以后的实践中，我将继续努力学习电路设计方面的理论知识，并理论联系实际，争取在电路设计方面能有所提升。

参考文献

[1]李朝青﹒单片机原理及接口技术﹒第三版﹒北京：

北京航天航空大学出版社，2005﹒17～24

[2]苗红霞.单片机实现数字电压表的软硬件设计.河海大学常州分校学报，2002，03

[3]何立民﹒MCS-51单片机应用系统设计（系统配置与接口技术）﹒北京：

北京航空航天大学出版社，1990

致谢

经过一段时间的不懈努力，本次课程设计即将接近尾声，从开始选题到设计的顺利完成，都离不开老师、同学、朋友给以的帮助，在这里请接受我的谢意!

感谢你们给我的帮助和鼓励，感谢你们在我遇到困难时所给的帮助，正是有了你们的帮助和鼓励，此次课程设计才得以顺利的完成。