单片机电压采集装置.docx

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单片机电压采集装置

单片机课程设计任务书

专业年级学号学生姓名

任务下达日期：

设计日期：

设计题目：

单片机电压采集装置

设计专题题目：

单片机系统设计

设计主要内容：

制作单片机电压采集装置

设计要求：

1、基本要求

制作单片机电压采集装置电压采集功能在ADC0809的0通道输入0～5V电压，实时显示被测电压值（显示精度0.001V，即显示1位整数，3位小数）。

2、扩展要求

指定通道采集，模式0：

通道0模拟信号采集，模式1：

指定通道模拟信号采集，模式2：

8通道模拟信号自动循环采集，模式3：

设定报警上限值，模式4：

设定报警下限值。

系统有三个按键，分别是：

模式切换、加、减按钮，模式切换：

1号按键，模式加1；加：

2号按键，则值加1；模式1下改变通道，模式3下改变报警值；减：

3号按键，则值减1，模式1下改变通道，模式3下改变报警值。

报警设置：

设置报警上限、下限，超过上线或者低于下线时LED会亮，并发出警报声。

3、创新部分

将数码管换成LCD1602显示模式通道及电压值。

指导教师签字：

摘要

本设计介绍了基于用89S52单片机和AD0809进行电压采集的基本电路。

系统硬件电路是由主板电路和扩展板电路两部分组成。

主板电路包括单片机的最小系统，键盘电路和8个LED数码显示电路，这部分电路已制成电路板。

扩展电路中包含了A/D转换电路，单片机电压采集电路，通过调节电位器来改变输入的电压值，在主板电路的数码管中显示出所采集的电压值，该部分电路的布线部分是由自己手工完成的。

。

通过程序调试各个部分的功能，运用C语言编程，完成各功能模块，通过下载软件下载到单片机芯片中，最终实现电压采集功能和扩展功能。

关键词：

单片机；ADC0809芯片；C语言编程；模数转换

1绪论

1.1系统概述

基于单片机的电压数据采集系统通过AD0809采集8路模拟信号，转换成数字信号由单片机处理，利用数码管显示相应的电压值，具有超限声光报警功能。

1.2系统设计方案

本次实验要求设计电压采集装置，课程设计分设计、制作和调试三个部分。

设计选题以单片机为核心，基本内容应包括单片机最小系统、键盘和LED显示电路，以及设计系统涉及的其他电路。

系统硬件电路由标准电路和自制电路两部分组成。

标准电路包括单片机最小系统、8个LED数码管电路和键盘电路，这部分电路已制成电路板，可根据设计需要进行配置选用。

自制电路需自行设计焊接，包含标准电路不具备的其他电路。

设计中采用了模数转换器，利用AD0809型8位MOS型A/D转换器。

可实现8路模拟信号的分时采集，片内有8路模拟选通开关，以及相应的通道地址锁存用译码电路，实现模拟信号到数字信号的转换。

控制部分采用单片机89C52来完成。

显示部分利用LED数码管显示模块，来显示采集到的电压分量。

系统设计原理框图

2硬件电路设计

系统硬件电路由标准电路和自制电路两部分组成。

标准电路包括单片机最小系统、8个LED数码管电路和键盘电路，这部分电路已制成电路板，可根据设计需要进行配置选用。

自制电路需自行设计焊接，包含标准电路不具备的其他电路。

2.1单片机电路

2.1.1单片机电路板

CPU

电路

复位电路

晶振电路

数码管显示电路

按键电路

LED显示电路

电路框图

2.1.2单片机最小系统

CPU原理图

该原理图包含单片机以及外部连接译码，锁存电路端口，其中的ALE,REST为高电平时用来启动ADC0809.P0、P2口控制数码输出显示，P3口的P3.3、P3.4、P3.5控制按键，P1.1~P1.3控制通道选择。

晶振采用12MHZ，该频率有利于提高串口的通信可靠性，同时又保证单片机有较高的运行速度。

2.1.3单片机的复位电路

复位电路

当开关断开的时候，VCC对电容充电，RESET端为低电平；在开关闭合时电容放电，RESET端为高电平。

2.1.4键盘电路

1号按键P3.0---模式切换

2号按键P3.1---通道、报警限加

3号按键P3.2--通道、报警限减

4号按键P3.3--查询法，接收ad转换状态

（不作为按键使用）中断法，收ad结束中断信号

2.1.5显示译码电路

LED显示电路可提供8位LED显示；可显示P1（P3）口状态；也可显示输入按键状态

LED显示电路

显示电路采用6位共阴极LED动态扫描显示，CD4511输出所需字形，74LS138选择字位。

在动态方式中，逐个地循环地点亮各位显示器。

小数点－－P2.7，bcd码输出－－P2.3~P2.0，字位选择－－cba=P2.6~P2.4。

如图7所示：

数码管显示电路

显示译码电路部分由P0口或P2口输出显示、控制信号，信号包含：

－－4位BCD码（DCBA）

－－1位小数点控制信号（DOT）

－－3位位选控制信号（SEL0、SEL1、SEL2）

图8：

显示译码电路

显示译码电路

显示译码器采用CD4511芯片：

输入：

BCD输出：

七段码

74LS138芯片是用来控制显示时候的字位的，由于单片机的管脚是有限

的通过使用138芯片可以避免少使用些单片机的管脚，当输入001时，译码可得10111111:

输入：

0~7输出：

低电平

74LS138

2.2A/D转换

2.2.1ADC0809内部结构

ADC0809由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、256电阻阶梯、树状开关、逐次逼近式寄存器SAR、控制电路和三态输出锁存器等组成。

start

clock

输出允许

（＝1,输入信号）

转换结束（＝1,输出）

地址锁存，输入信号

500KHz～1MHz

启动（高电平脉冲,输入）

ADC0809结构图

2.2.2ADC0809转换原理

ADC0809转换工作时序

工作原理：

当单片机端的P3.3接低电平时，可以使两个非门打开

（1）当模拟量送至某一输入通道后，CPU将标识该通道编码的三位地址信号经数据线或地址线输入到ADDC、ADDB、ADDA引脚上。

（2）地址锁存允许ALE锁存地址信号，启动命令START启动A/D转换。

（3）转换开始,EOC变低电平，转换结束，EOC变为高电平。

EOC可作为中断请求信号。

（4）转换结束后，可通过执行IN指令，设法在输出允许OE脚上形成一个正脉冲，打开三态缓冲器把转换的结果输入到DB，一次A/D转换便完成。

IN0，通道0

参考电压：

5V

转换时钟：

接单片机ALE输出经分频后得到

启动和地址锁存信号

输出使能信号

通道地址信号

输出数据

/WR

/RD

片选信号：

P3.3=0

/INT0

CC4060_7

AD_CS

转换结束：

EOC＝1

2.2.3AD转换电路

2.2.4电路设计

硬件资源分配

数码管显示电路：

用P2口：

bcd码输出－－P2.3~P2.0；字位选择－－CBA=P2.6~P2.4；小数点－－P2.7

键盘电路：

3个键－－P3（3-5）

ADC0809电压转换电路控制信号：

/WR==P3.6/RD==P3.7

EOC==P3.2CS==P3.3（可以不要，使0809常选通）

数据输出：

==P0转换通道选择地址线：

CBA==P1（3-1）

2.2.5采集数据和对应电压的转换

一个8位二进制的AD采集数据转换为5位10进制显示数据。

对应关系：

00H～FFH－－－0.000V～5.000V；AD分辨率为：

5/255＝19.6mV；算法：

Y=X×19.6=X×196/10

具体步骤：

1、求Y＝X×196,结果为双字节二进制数

2、将Y转换为十进制数,最大是一个5位的十进制数

3、去掉十进制数的最低位，相当于除10

2.3芯片74LS02内部电路

3软件设计

3.1设计任务

3.1.1基本任务进行电压采集并显示。

3.1.2扩展任务1、指定通道采集。

2、报警设置：

报警上限、报警下限。

3、将数码管换成LCD1602显示模式通道及电压值。

3.2按键定义及显示标志

系统有三个按键，分别是：

模式切换、加、减按钮。

模式切换：

1号按键，模式加1；

加：

2号按键，则值加1；模式1下改变通道，模式3下改变报警值；

减：

3号按键，则值减1，模式1下改变通道，模式3下改变报警值。

3.3程序设计

3.3.1主程序框图

主程序框图

3.3.2正常采集

把采集的电压值转化为十进制，

显示在数码管的后四位。

显示

三位小数。

正常采集程序框图

光热敏电阻采集信号：

voidkeyscan（）

{

if（jian1==0）//AD采集

{

delays（10）;

while（jian1==0）

{t=2;key=1;

z=0;//标志位

ad_adda=0;

ad_addb=0;

ad_addc=0;//送地址信号

}

}

if（jian5==0）//光敏电阻

{

delays（10）;

while（jian5==0）

{

key=2;t=3;

ad_adda=0;ad_addb=0;ad_addc=1;//送地址信号

z=0;//标志位}

}

}

if（jian13==0）//热敏电阻

{

delays（10）;

while（jian13==0）

{key=3;t=4;

ad_adda=1;ad_addb=0;ad_addc=1;//送地址信号

z=0;//标志位

}

}

huan（）;

}

3.3.3指定采集

指定采集

再按1－－数码管最左端显示1，此时为指定通道

－－按2：

通道＋1，

－－按3：

通道－1。

指定采集程序框图

3.3.5报警设置

再按1－－数码管最右端显示3，此时为报警设置。

电压上下线显示在右边第三四位。

－－按2：

电压＋1，

－－按3：

电压－1。

再按1－－又进入正常采集，依次循环

报警设置程序框图

（使用visio软件画程序框图）

4系统调试

系统调试包括硬件调试和软件调试两部分，介绍一下我在这两方面遇到一些问题，以及如何解决的。

4.1硬件部分

硬件焊接分为单片机板和扩展版两部分。

单片机版已经焊接好，只需焊接扩展版。

在焊接扩展版时，我事先没有布局，任意焊接芯片，导致需要很长的导线，布线不规整。

我把芯片拆下，通过看其他同学的焊接，查看元件管脚图，自己在草稿纸上画出各个芯片的位置。

然后焊接，结果布线比较整齐。

4.2软件部分

开始对单片机C语言很陌生，看程序很困难，自己编写不出程序。

通过老师的讲解，和以前学过的C语言的知识，与单片机C语言基本相同，有些区别，把其中的区别搞懂了，能够编写简单的程序了。

前几个程序通过问同学，反复调试编写了出来，设定电压上下线的程序没有编写出来，通过看同学编写的程序，明白了如何编写。

通过程序调试各个部分的功能，完成各功能模块，把程序下载到单片机中，最终实现电压采集功能和扩展功能。

5总结

参考文献：

[1]胡汉才.单片机原理及其接口技术.3版.北京：

清华大学出版社，2010

[2]谢自美，《电子线路设计·实验·测试》（2版），华中科技大学出版社

[3]单片机实验指导书

附录

附录1、单片机板电路原理图

附录2、ADC0809与单片机连接图

附录3、元件清