课题2数字电压表的设计2.docx

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课题2数字电压表的设计2

目录

第一章1概述

1.1.设计任务

利用单片机AT89C51和ADC0804设计一个数字电压表，能够测量0～51V的直流电压，三个数码管显示，测量最小分辨率为0.5V。

本课题实验主要采用AT89C51芯片和ADC0804芯片来完成一个简易的数字电压表，能够对输入的0—51V的仿真直流电压进行测量，并通过三个7段共阴LED数码管进行显示，测量误差约为0.5V。

该电压表的测量电路主要由三个模块组成：

A/D转换模块数据处理模块及显示控制模块。

A/D转换模块主要由芯片ADC0804来完成，它负责把采集的模拟量转换为相应的数字量再传送到数据处理模块。

数据处理则由芯片AT89C51来完成，其负责把ADC0804传送来的数字量经一定的数据处理，产生相应的显示码送到显示模块进行显示；另外它还控制着ADC0804芯片的工作。

显示模块主要由7段数码管及相应的驱动芯片74LS48组成，显示测量到得电压值。

第二章1硬件电路设计

2.1.芯片介绍

2.1.1ADC0804

ADC0804是用CMOS集成工艺制成的逐次比较型摸数转换芯片。

分辨率8位，转换时间100μs，输入电压范围为0~5V，增加某些外部电路后，输入模拟电压可为5V。

该芯片内有输出数据锁存器，当与计算机连接时，转换电路的输出可以直接连接在CPU资料总上，无须附加逻辑接口电路。

ADC0804芯片外引脚图如图1.1所示。

引脚名称及意义如下：

ADC0804的两模拟信号输出端，用以接受单极性、双极性和差摸输入信号。

A/D转换器数据输出端，该输出端具有三态特性，能与微机总线相接。

AGND：

模拟信号地。

DGND：

数字信号地。

CLKIN：

外电路提供时钟脉冲输入端。

CLKR：

内部时钟发生器外接电阻端，与CLKIN端配合可由芯片自身产生时钟脉冲，其频率为1/1.1RC。

CS：

片选信号输入端，低电平有效，一旦CS有效，表明A/D转换器被选中，可启动工作。

WR：

写信号输入，接受微机系统或其它数字系统控制芯片的启动输入端，低电平有效，当CS、WR同时为低电平时，启动转换。

。

RD：

读信号输入，低电平有效，当CS、RD同时为低电平时，可读取转换输出数据。

INTR：

转换结束输出信号，低电平有效。

输出低电平表示本次转换已完成。

该信号常作为向微机系统发出的中断请求信号。

图2.1.1ADC0804引脚图,图2.1.2ADC0804的A/D转换时序

图2.1.1ADC0804

图2.1.2 ADC0804的A/D转换时序

2.1.2.AT89C51

AT89C51是一种带4K字节FLASH内存（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。

该器件采用ATMEL高密度非易失内存制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁内存组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。

AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

外形及引脚排列如图2.1.4所示，图2.1.3为AT89C51与ADC0804的连接。

图2.1.3AT89C51与ADC0804连接

图2.1.4AT89C51

2.1.3.74LS48芯片

74LS48共阴LED数码管的专用段驱动芯片，该芯片具有锁存、译码、驱动的功能。

即在输入端输入要显示的字形的BCD码，在输出端就可以得到具有一定驱动能力的7段显示字码。

图2.1.5为74LS48的管脚图，图2.1.6为其BCD-7段译码器的输入/输出端信号对照表。

图2.1.574LS48芯片

输入端电平

输出端电平

显示字形

输入端电平

输出端电平

显示字形

DCBA

gfedcba

DCBA

gfedcba

0000

0111111

0

0101

1101011

5

0001

0000110

1

0110

1111011

6

0010

1011011

2

0111

0000111

7

0011

1001111

3

1000

1111111

8

0100

1100110

4

1001

1101111

9

图2.1.674LS48BCD-7段译码器的输入/输出端信号对照表

2.2.硬件设计方案

本设计主要有三大模块：

LED显示模块，ADC0804数模转换模块，AT89C51数据处理及控制模块

本实验电路利用倍增器的原理从测试端输入0—51V的电压，经90K与10K的分压，所以ADC0804输入电压VIN+大约只有测试端的十分之一（0—5.1V）,经过AT89C51处理，最后将显示在D1、D2、D3共三个七段显示器。

三个数码管的位控

由P1.4、P1.5、P1.6控制，当位控信号为低电平时该数码管亮，显示的数字由段信号决定。

ADC0804的INTR引脚接P3.0，当ADC0804模数转换好后就会发出中断信号，此时P3.0脚为低电平，当AT89C51检测到后就会把该数字信号进行处理，通过74LS48输出要显示的（0—9）BCD码。

单片机P1口低4为（P1.0、P1.1、P1.2、P1.3）接74LS48（ABCD），数码管的位控信号由P1.4，P1.5，P1.6来控制，P1.7接D2的小数点位。

本电路用AT89C51默认的晶振频率12MHZ。

电路框图如图5所示

2.2.1.硬件选择方案：

一、实验所需元器件:

1、AT89C51芯片1块

2、ADC0804芯片1块

3、74LS48芯片1块

4、共阴极的数码管3个

5、直流激励源1个

6、标准电压源1个

7、20pf的电容1块

8、10K电阻4个

9、1K的电阻3个

10、100K的电阻1个

11、90K的电阻1个

12、滑动变阻器1个

第三章1系统软件设计

3.1.设计流程：

图3.1设计流程

3.2.数据处理及控制程序设计

利用倍增器的原理从测试端输入0～51V的电压，经90K与10K电阻的分压，所以ADC0804输入电压+VIN（0～5.1V）大约只有测试端的十分之一，经过AT89C51处理，最后将显示在D1、D2、D3共三个气段显示器。

如果测试端输入4.0V,则应显示04.0V。

1、实际进入ADC0804为0.4V。

（1）经A/D转换后为14H

（2）14H转换成十进制为0020，则令R3=00,R4=20。

。

（3）再将此0020×2=0040，令R3=00，R4=40。

（4）将小数点设在D2上，并将其分别显示为004.0

D0D1D2D3

2、输出最大转换值=0FFH（255）,即最大显示电压=51V

255X=51知X=0.2即先乘以2再除以10

FF→255→255×2=510R3=05R2=10

即令D0=0D1=5D2=1D3=0（小数点在D2）

本电路省略D0，只用3个七段显示器

3、，以另一个数字电压表做校准，调整测试端的可变电阻使测试值与校正后的数字电压表相同。

程序段如下：

L1:

CLRC

MOVR2,#00H

MOVR3,#00H

MOVR4,#08H

NEXT:

RLCA

MOVR1,A

MOVA,R2

ADDCA,R2

DAA

MOVR2,A

MOVA,R3

ADDCA,R3

DAA

MOVR3,A

MOVA,R1

DJNZR4,NEXT

L2:

MOVA,R2

ADDA,R2

DAA

MOVR2,A

MOVA,R3

ADDCA,R3

DAA

MOVR3,A

RET

3.3.系统源程序:

程序一：

ORG0000H

ANLP1,#80H

START:

CLRP3.6

NOP

NOP

SETBP3.6

NOP

NOP

WAIT:

JNBP3.0,ADC

JMPWAIT

ADC:

SETBP3.0

CLRP3.7

NOP

NOP

MOVA,P0

NOP

NOP

SETBP3.7

LCALLL1

MOVR5,#02

DISP1:

lCALLDISP

DJNZR5,DISP1

JMPSTART

L1:

CLRC

MOVR2,#00H

MOVR3,#00H

MOVR4,#08H

NEXT:

RLCA

MOVR1,A

MOVA,R2

ADDCA,R2

DAA

MOVR2,A

MOVA,R3

ADDCA,R3

DAA

MOVR3,A

MOVA,R1

DJNZR4,NEXT

L2:

MOVA,R2

ADDA,R2

DAA

MOVR2,A

MOVA,R3

ADDCA,R3

DAA

MOVR3,A

RET

DISP:

MOVA,R2

ANLA,#0FH

ORLA,#0B0H

MOVP1,A

CALLDELAY

MOVA,R2

ANLA,#0F0H

SWAPA

ORLA,#0D0H

MOVP1,A

CALLDELAY

MOVA,R3

ANLA,#0FH

ORLA,#0E0H

MOVP1,A

CALLDELAY

CLRA

RET

DELAY:

MOVR6,#20；10ms

D1:

MOVR7,#248

DJNZR7,$

NOP

DJNZR6,D1

RET

END

程序二：

第四章1系统仿真与调试

用Keil软件进行仿真无误后，将目标程序导入Proteus进行软硬件调试，基于单片机实现的数字电压表测试值见表4-1所示：

测量值

00.0V

01.0V

07.2V

10.8V

23.4V

33.0V

44.2V

51.0V

51.0V

真实值

00.0V

01.02V

07.5V

10.5V

22.9V

32.4V

43.4V

50.4V

51.0V

绝对误差

0.0V

0.02V

0.3V

0.3V

0.5V

0.6V

0.8V

0.6V

0.0V

从表中可以看出，电压表测得误差均在0.5V以内，这与采用8位A/D转换器所能达到的理论误差精度比较接近，因此在一般的应用场合都能满足要求。

第五章1设计总结

课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。

随着科学技术发展的日新月异，单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域，在生活中可以说是无处不在，因此作为电子信息专业的学生来说掌握单片机的开发技术是十分重要的。

我的题目是DVM数字电压表软硬件设计，对于我们工科学生来说，这是一次考验。

这次课程设计我学到了很多很多东西，学会了怎样去指定计划，怎样去实现这个计划，并掌握了在执行过程中则么样去克服心理上的不良情绪，不