51单片机数字电压表设计Word下载.doc

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2.4AD转换器相关知识 6

三数字电压表系统设计 7

3.1系统设计框图 8

3.2单片机电路 9

3.3ADC采样电路 10

3.4显示电路 11

3.5供电电路和参考电压

3.6数字电压表系统电路原理图

四软件部分

4.1主程序

4.2显示子程序

五数字电压表电路仿真

5.1仿真总图

5.2仿真结果显示

六系统性能分析

七心得体会

一课程设计任务书

智能仪表课程设计是自动化专业的专业实践课程。

本课程的任务是通过设计完成功能的单片机系统，使学生掌握目前典型的自动化易表的一般设计要求和设计方法，掌握开发及设计工具的使用方法，通过这一实践过程，锻炼学生的动手能力和分析、解决问题的能力，培养对所学知识的综合应用能力。

1、设计的题目

简易数字电压表的设计

对简易数字电压表的设计，掌握目前自动仪表的一般设计要求，工程设计方法，开发及设计工具的使用方法。

数字电压表简称DVM，数字电压表基本原理是将输入的模拟电压信号转化为数字信号，再进行输出显示。

而A/D转换器的作用是将连续变化的模拟信号量转化为离散的数字信号，器基本结构是由采样保持，量化，编码等几部分组成。

因此AD转换是此次设计的核心元件。

输入的模拟量经过AD转换器转换，再由驱动器驱动显示器输出，便得到测量的数字电压。

2、基本功能要求：

1.可以选择测量测量8路0-5V的8路输入电压值；

2.可轮流显示或单路选择显示（可选）；

3.测量显示最小分辨率为0.01V;

测量误差约为0.02V；

4.具有电压过低、过高声光报警功能，报警限可独立设置；

拓展功能：

（1）：

测量电压范围扩大，可测量小电压和大电压；

可测量显示0-2mA电流；

（2）：

带通讯功能，电压测量值可在PC机上显示；

（3）：

带实时存储记忆和复现功能；

3、设计时间及进度安排：

1、学分：

3分

2、时间安排：

3周

计划安排：

第17周任务布置，确定分组。

任务分析，方案，绘制原理图：

第18周进行设计方案的确认，提交原理图，元器件清单何预定价格，进行购买；

第18周硬件焊接，调试；

软件编程，联合硬件的调试；

第19周撰写课程实际报告，分组验收答辩；

二设计内容：

2.1元器件选型：

A/D转换器芯片ADC0809，AT89C52单片机，1602液晶显示器；

2.2系统方案确定：

按系统功能实现要求，决定控制系统采用AT89C52单片机，A/D转换采用ADC0809。

系统除能确保实现要求的功能外，还可以方便地进行8路其他A/D转换量的测量、远程测量结果传送等扩展功能。

数字电压表系统设计方案框图如图。

上电复位

LED显示器

AT89C52

P0

P2

P1

P3

ADC0809

串口通信

电源电路

按键电路

晶振电路

P0：

地址数据低8位口P1：

普通I/O口P2：

地址高8位口P3：

特殊功能口

晶振电路保证信号传输同步，串口通信是与外界进行信息交换的一种方式，按键电路中一个按键是单路和轮流显示的选择，一个按键是单路时的通道选择。

实现过程：

当外部0～5V的模拟信号输入时，首先通过ADC8090转换模块进行转换，转换成数字信号并进入通道进行选择后，将信号传入AT89C52单片机时，单片机通过按键电路中的一个按键来选择单路还是8路，另一个按键作单路显示时选择通道，当选择完毕后将数据送入到显示器，通过P3特殊功能口经三极管驱动输出控制位。

2.351单片机相关知识

51单片机是对目前所有兼容intel8031指令系统的单片机的统称。

该系列单片机的始祖是intel的8031单片机，后来随着技术的发展，成为目前广泛应用的８为单片机之一。

单片机是在一块芯片内集成了CPU、RAM、ROM、定时器／计数器和多功能I/O口等计算机所需要的基本功能部件的大规模集成电路，又称为MCU。

51系列单片机内包含以下几个部件：

一个８位CPU；

一个片内振荡器及时钟电路；

4KB的ROM程序存储器；

一个128B的RAM数据存储器；

寻址64KB外部数据存储器和64KB外部程序存储空间的控制电路；

32条可编程的I/O口线；

两个16位定时／计数器；

一个可编程全双工串行口；

５个中断源、两个优先级嵌套中断结构。

51系列单片机如下图：

图151单片机引脚图

引脚功能：

Vcc:

电源电压

GND:

地

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

与AT89C51不同之处是，P1.0和P1.1还可分别作为定时/计数器2的外部计数输入.flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。

（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX），

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

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MOVX＠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。

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，它们被内部上位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

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。

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RSEN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0000H－FFFFH），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。

2.外部时钟：

输入端接在XTAL1

输出端接在XTAL2

晶体可以在1.2mhz-12mhz之间任选，电容可以在20-60uf之间选择。

3.74ls244：

是一个缓冲输入口，同时也是一个单向驱动器一减轻总线负担。

4.mc14024：

用与二进制计数。

5.ADC0809：

A/D转换器：

2.4AD转换器相关知识

ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式ＡＤ转换器。

其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。

ADC0809是采样频率为8位的、以逐次逼近原理进行模—数转换的器件。

其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8个单断模拟输入信号中的一个进行A/D转换。

1．主要特性

　　1）8路8位A／D转换器，即分辨率8位。

2）具有转换起停控制端。

3）转换时间为100μs

　　4）单个＋5V电源供电

　　5）模拟输入电压范围0～＋5V，不需零点和满刻度校准。

　　6）工作温度范围为-40～＋85摄氏度

7）低功耗，约15mW。

2内部结构

ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，内部结构如图13．22所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器、逐次逼近寄存器、逻辑控制和定时电路组成。

3．外部特性（引脚功能）

　　ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图所示。

下面说明各引脚功能。

　　IN0～IN7：

8路模拟量输入端。

　　2-1～2-8：

8位数字量输出端。

　　ADDA、ADDB、ADDC：

3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路

ALE：

地址锁存允许信号，输入，高电平有效。

　　START：

A／D转