基于51单片机PCF8591数字电压表课程设计.docx
《基于51单片机PCF8591数字电压表课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于51单片机PCF8591数字电压表课程设计.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
基于51单片机PCF8591数字电压表课程设计
课程名称：
微机原理课程设计
题目：
数字电压表
ﻬ摘要
单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器，常用英文字母的缩写MCU表示单片机，单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。
单片机由运算器,控制器，存储器，输入输出设备构成，相当于一个微型的计算机（最小系统）,和计算机相比，单片机缺少了外围设备等。
概括的讲:
一块芯片就成了一台计算机。
它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。
同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。
它最早是被用在工业控制领域。
其中我们用于学习用的最多的是SＴＣ89C5２单片机，ＳTC89C52是ＳTＣ公司生产的一种低功耗、高性能ＣMOS8位微控制器,具有８K在系统可编程Flash存储器。
STC８9Ｃ52使用经典的MＣS-51内核,但也做了很多改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。
STC89C52具有8k字节Ｆlash，５12字节RAM,3２位I／O口线,看门狗定时器,内置4KB EEＰROM，ＭAX810复位电路，３个１6位定时器/计数器,4个外部中断,一个7向量4级中断结构,全双工串行口。
本设计就是以单片机SＴC89C52为核心，附以外围电路,实现数字电压表的功能，并运用软件Proteｕs进行仿真来得到实验结果。
关键词：
STC89Ｃ５2单片机、仿真、中断、数字电压表、数码管显示
ﻬ目录
一、任务要求ﻩ4
1.1设计任务ﻩ4
1．２设计要求ﻩ4
1.4创新部分４
二、方案总体设计与论证ﻩ５
三、硬件设计ﻩ6
3.1单片机晶振部分6
3.2单片机复位部分6
3.3 电源模块部分ﻩ7
3．4A／D转换部分ﻩ7
3.5 数码管显示部分ﻩ8
四、软件设计13
４.1程序设计总方案13
4.3A/Ｄ转换子程序ﻩ13
六、设计总结与心得体会1８
6.1 设计总结18
七、参考文献ﻩ19
ﻬ一、任务要求
１.1 设计任务
使用所学的单片机以及编程的知识,利用PCF８59１A/D转换芯片把电阻转换为电压并使用四位数码管显示出来。
1.2设计要求
利用所学的软硬件知识，使用ＫＥILuＶiｓion4软件编写能够实现数字电压表功能的程序。
使用软件将数字电压表的硬件电路的模拟电路在70mm＊90mmPCB板模板上绘制出来，然后根据locｈmaｓter30软件所绘制的模拟电路在７0mm＊9０mｍＰCB板上焊接出来。
检查电路焊接完好后把编写好的程序下载到单片机内验证编写的程序，观察数字电压表的显示情况是否与实验要求相符。
1.３发挥部分
使用ＰCF8591A/Ｄ转换芯片通过电阻的调节改变电压并在数码管上显示出来，并且使用一个LED实时的把电压的大小体现出来,电压变高LED就变亮,电压变低LEＤ就变暗。
1.4创新部分
本实验需求测量0－5V电压，发挥创新,将测量电压的大小增大,设置成可调挡的形式。
可测量5V、10V、2０V电压等。
由于时间关系,程序只写了测量５V电压的,稍后会更新程序。
本实验采用的是四路检测问做法,尽可能发挥了它的功能。
二、方案总体设计与论证
本次步进电机控制实验以单片机为主体,Ｐ0口接上拉电阻驱动数码管的段码，Ｐ2口连接数码管的位码,P2口的高四位从低到高分别控制第一、二、三、四个数码管亮或者灭。
Ｐ1.０口和P1.１口分别接PCＦ８591芯片的SＣL和SDＡ引脚。
ＳCＬ和SDＡ引脚分别为I2C总线的时钟线、数据线。
AIN0口接蓝白卧式可调电阻,当可调电阻滑动时,电阻的变化引起电压的变化，经过PCＦ８5９1芯片的实时转换,通过单片机处理实时的在数码管上显示出来。
同时也能够通过外接在芯片的AOUＴ口的LEＤ体现电压的大小。
AOUT口为芯片的D/Ａ转换输出端。
外加复位和晶振电路等组成的最小系统。
EA引脚接高电平。
进行本实验之初具有两套方案：
方案一:
使用附加发光二极管的亮与暗来体现电压的大小。
此方法拥有体现电压大小的效果更明确的优势。
但是硬件电路会复杂一点。
方案二:
不使用附加发光二极管的亮与暗来体现电压的大小。
此方法具有硬件电路简单的优势,节约了成本。
但是体现效果不明显。
经过衡量,觉得附加ＬED体现会使电压大小的体现效果更加明了。
所以选择方案一。
使用数码管显示附加ＬＥＤ来体现不电压的大小。
设计变化框图如图1所示:
图1变化框图
设计系统功能图如图2所示:
图２系统功能图
总体方案工作原理:
SＴC８9Ｃ52是集成４0个Ｉ／O口的单片机，拥有1２MHＺ的晶振周期,电路拥有可控复位电路。
PＣF8５91芯片可实现模拟量与数字量的变化。
移动滑动变阻器,电压的变化模拟量通过PCF859１芯片转换为数字量输送到单片机中,通过单片机处理，并在数码管上显示出来。
三、硬件设计
3.1 单片机晶振部分
如图3所示,为单片机的晶振电路部分。
其中C1、C2为２2pＦ的电容,它是振荡回路交联电容,如果没这两个电容的话,振荡部分会因为没有回路而停振。
电路就不能正常工作。
Y1就是1２ＭＨZ的晶振。
一般来说单片机内部有一个带反馈的线性反相放大器，外界晶振（或接陶瓷振荡器）和电容就可组成振荡器,晶振结合单片机内部的电路,产生单片机所必须的时钟频率，单片机的一切指令的执行都是建立在这个基础上的。
可以说晶振就是单片机的心脏,为单片机工作提供动力。
图3 单片机晶振电路部分
3.２ 单片机复位部分
如图4所示,为单片机的复位电路部分。
复位电路,就是利用它把电路恢复到起始状态。
当电源低于单片机正常工作电压,影响单片机工作；程序跑飞,时钟失步等情况下需要使单片机复位。
该复位电路为按键复位，按键复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平。
一般采用的办法是在RSＴ端和正电源VCC之间接一个按钮。
当人为按下按钮时，则ＶCＣ的+５Ｖ电平就会直接加到RST端。
按键复位的电路如所示。
由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒,所以,完全能够满足复位的时间要求。
图4 单片机复位电路部分
3．３电源模块部分
如图５所示,为单片机的电源模块部分。
电源模块包括一个四脚直排针（P0），一个蓝白自锁开关（Ｓ５）,一个1K限流电阻（R2）和一个发光二极管（L0）。
电源模块能够为电路提供电源。
图5电源模块部分
3．4A/D转换部分
如图6所示,为A/D转换部分。
其中R3为蓝白卧式电位器，调节电阻可使VO输入芯片的电压发生变化Ｒ4为LED的限流电阻，Ｌ1为电压大小体现的发光二极管。
图６A/D转换部分
ＰＣＦ８5９1是一个单片集成、单独供电、低功耗、８-bit ＣMOS数据获取器件。
PCＦ8５91具有4个模拟输入、１个模拟输出和1个串行I２C总线接口。
PCF8５９1的3个地址引脚A０，A1和A2可用于硬件地址编程,允许在同个I2C总线上接入8个ＰCF8591器件，而无需额外的硬件。
在PCＦ85９１器件上输入输出的地址、控制和数据信号都是通过双线双向I2C总线以串行的方式进行传输。
PCF８５９1的功能包括多路模拟输入、内置跟踪保持、８-bｉｔ模数转换和８-ｂｉt数模转换。
PCＦ8５９1的最大转化速率由Ｉ2C总线的最大速率决定。
如图7为PCF8591内部结构图：
如图７为PＣＦ8591内部结构图
如图8为ＰCF859１引脚图:
如图8为PCF8５91引脚图
AIN０~AＩN3：
模拟信号输入端。
Ａ0~Ａ3:
引脚地址端。
VDＤ、ＶSＳ:
电源端。
SＤＡ、ＳCL：
Ｉ2C总线的数据线、时钟线。
OSC：
外部时钟输入端，内部时钟输出端。
EXT:
内部、外部时钟选择线，使用内部时钟时EＸT接地。
AGND:
模拟信号地。
AOUＴ:
D/A转换输出端。
VRＥＦ：
基准电源端。
3.5数码管显示部分
数码管按段数可分为七段数码管和八段数码管,八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）;按能显示多少个“8”可分为1位、2位、３位、4位、5位、６位、7位等数码管；
按发光二极管单元连接方式可分为共阳极数码管和共阴极数码管。
共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极（COM）的数码管,共阴数码管在应用时应将公共极COＭ接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮,当某一字段的阳极为低电平时,相应字段就不亮。
本实验用的是四位八段共阴数码管。
图9为共阴极数码管电路结构。
图９共阴数码管电路结构
如图10所示,为本实验的数码管显示部分。
图1０数码管显示部分
如图1１所示，为四位共阴数码管的引脚图。
图1１四位共阴数码管引脚图
如图1１所示,其中Ａ１,Ａ２,A３,A4分别是数码管从左到右的位选，dp为共地端,在使用时，共阴极数码管应该将它接地。
其中,a,b，c，ｄ,e，ｆ，g,dp对应的段选分别为如图12对应段选。
图12数码管的段选
数码管要显示数字就需要通过PＯ口输入高低电平控制每个ＬEＤ灯的亮灭，公共端接地线P０口接１K的上拉电阻。
由于并未用到小数点显示,所以DP引脚悬空。
如表1所示为数码管显示数字的实现：
显示字型
dｐ,g,f,e,d,c,b，a
字符码
０
00１11111
0ｘ３f
1
00000 １10
０x0６
2
0１01１０11
0x５b
3
０100１1 11
0x4ｆ
4
０ 11 ０01 １0
0x6６
5
0 11011 01
0x６d
6
0１ 11１101
0x7ｄ
7
000 00 １ １1
0x07
8
011 １1 1 11
０ｘ７f
9
011０1111
0x6f
表1数码管的显示
3.6单片机STC89Ｃ５2
STＣ８９C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能ＣＭOS8位微控制器,具有8K在系统可编程Flａｓｈ存储器。
STC８9C5２使用经典的MCS-51内核,但也做了很多改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。
SＴＣ89C52具有８k字节Fｌasｈ，５1２字节RAM，３2位Ｉ/O口线,看门狗定时器，内置４KBEＥPＲOM，MAX８1０复位电路,3个16位定时器/计数器，４个外部中断,一个7向量4级中断结构,全双工串行口。
如图13所示为SＴＣ８9C52的引脚图。
图13单片机STC89Ｃ５2
以下为STC8９Ｃ５2的管脚说明:
1）P0口：
P0口为一个８位漏级开路双向I/Ｏ口，每脚可吸收８TTＬ门电流。
当Ｐ0口的管脚第一次写“１”时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。
在FIASH编程时，Ｐ0口作为原码输入口，当FＩASH进行校验时,P０输出原码，此时P0外部必须接上拉电阻。
2）Ｐ１口：
Ｐ1口是一个内部提供上拉电阻的８位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4ＴTL门电流。
Ｐ1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FＬASＨ编程和校验时,P１口作为低八位地址接收。
3）Ｐ2口:
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收,输出４个TTＬ门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。
并因此作为输入时，Ｐ2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
Ｐ２口当用于外部程序存储器或１６位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P２口输
升级会员 