5V简易数字电压表设计.docx
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5V简易数字电压表设计
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毕业设计任务书
系部名称
班号
姓 名
毕业设计题目 四、简易数字电压表的设计
指导教师
负责人签字
年 月 日
任务书
一、设计题目：
简易数字电压表
二、设计内容及要求：
利用率8051单片机编制一个简易数字电压表。
可以测量0-5V范围内的8路输入电压值，并在世界范围内位数码管上轮流显示或单路选择显示。
要求其测量最小分辨率为了0.02V。
三、设计任务：
1.设计硬件电路，画出电路原理图；
2.设计软件，编制程序，画出程序流程图；
3.调试程序，写出源程序代码；
4.写出详细毕业设计说明书（10000字以上），要求字迹工整，原理叙述正确，会计算主要元器件的一些参数，并选择元器件。
5.个人总结。
四、参考资料：
1.教材；
2.《单片机实验指导书》，--------------------------；
3.《51系列单片机设计实例》，楼然苗、李光飞编著，北京航空航天出版社；
4.《单片机课程设计指导》，楼然苗、李光飞编著，北京航空航天出版社；
5.《单片机应用技术实训》，王治刚主编，清华大学出版社；
6.《毕业设计指导及案例剖析》，康万新主编，清华大学出版社；
7.《单片机应用技术与实例》，睢丙东主编，电子工业出版社；
摘要
根据8051单片机的内部结构特点本文提出以MCS-51单片机为核心的电压测量系统。
该系统以8051和ADC0809核心内件，能够在单片机的控制下监测八路的输入电压值，用8位串行A/D转换器进行0-5V量程自动转换，并且测量的电压值可通过三位数码管显示同时用一位数码管显示选择通道。
整个系统的设计过程中主要采用了模块化的设计方法，完成了硬件电路的设计及软件程序的编写，还详细的给出了相关的硬件框图和软件流程图，通过最终硬件电路的调试，使该系统能够在要求的条件下达到正常的测量及显示功能。
单片机8051是整个系统的核心，实现输入端的分路选择，模数转换后数据的处理及在数码管上数据的显示等功能。
正文着重给出了软硬件系统的各部分电路，介绍了该系统的工作原理，MCS-51单片机特点，8051的功能和应用，ADC0809的功能和应用等。
关键词：
MCS-51单片机；8051；ADC0809；数码管
目录
1硬件设计1
1.1单片机件简介1
1.1.18031芯片1
1.1.28051芯片1
1.1.38751芯片1
1.28051单片机简介2
1.2.1中央处理器2
1.2.2数据存储器（RAM）2
1.2.3程序存储器（ROM）3
1.2.4定时/计数器（ROM）3
1.2.5并行输入输出（I/O）口3
1.2.6全双工串行口3
1.2.7中断系统3
1.2.8时钟电路3
1.3引脚极其功能4
1.3.1电源引脚Vcc和Vss4
1.3.2外接晶振引脚XTAL1和XTAL24
1.3.3控制信号或与其它电源复用引脚4
1.3.4输入/输出（I/O）引脚P口5
1.4ADC0809芯片简介6
1.4.1主要特性7
1.4.2内部结构7
1.4.3外部特性（引脚功能）7
1.58051中断系统8
1.5.18051单片机中断系统中的五个中断源8
1.5.28051中断系统的4个特殊功能寄存器9
1.5.3中断的优先排队与嵌套9
1.5.4MCS-51中断系统的初始化9
1.5.5各中断源与之对应的中断服务程序矢量地址如图示9
1.5.6LED工作原理10
1.6数字电压表的原理结构12
1.6.1数据采集接口电路12
1.6.2LED显示电路12
2软件设计13
2.1流程图13
2.2程序设计17
3设计总结18
参考文献19
附录A20
附录B23
附录C24
1硬件设计
1.1单片机件简介
MCS51系列单片机包括三个基本型8031、8051、8751
1.1.18031芯片
8031内部包括一个8位CPU、128个字节RAM，21个特殊功能寄存器（SFR）、4个8位并行I/O口、1个全双工串行口、2个16位定时器/计数器，但片内无程序存储器，需外扩EPROM芯片。
1.1.28051芯片
8051是在8031的基础上，片内集成有4KROM，作为程序存储器，是一个程序不超过4K字节的小系统。
ROM内的程序是公司制作芯片时，代为用户烧制的，出厂的8051都是含有特殊用途的单片机。
所以8051适合与应用在程序已定，且批量大的单片机产品中。
1.1.38751芯片
8751是在8031基础上，增加了4K字节的EPROM，它构成了一个程序小于4KB的小系统。
用户可以将程序固化在EPROM中，可以反复修改程序。
但其价格相对8031较贵。
8031外扩一片4KBEPROM的就相当与8751，它的最大优点是价格低。
随着大规模集成电路技术的不断发展，能装入片内的外围接口电路也可以是大规模的。
下图是MCS-51系列单片机的内部结构：
图1.1MCS-51单片机内部结构
图1.2MCS-51内部结构框图
1.28051单片机简介
8051单片机是把那些作为控制应用所必需的基本内容都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上[2]。
如果按功能划分，它由如下功能部件组成，即中央处理器、程序存储器（ROM）、数据存储器（RAM）、定时/计数器、并行接口、串行接口、中断系统和时种电路，其基本结构依旧是CPU加上外围芯片的传统结构模式。
但对各种功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。
1.2.1中央处理器
中央处理器（CPU）是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。
1.2.2数据存储器（RAM）
8051内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。
1.2.3程序存储器（ROM）
8051共有4096个8位掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。
1.2.4定时/计数器（ROM）
8051有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。
1.2.5并行输入输出（I/O）口
8051共有4组8位I/O口（P0、P1、P2或P3），用于对外部数据的传输。
1.2.6全双工串行口
8051内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。
1.2.7中断系统
8051具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。
1.2.8时钟电路
8051内置最高频率达12MHz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序但8051单片机需外置振荡电容。
由上可见，8051单片机的硬件结构具有功能部件种类全，功能强等特点。
特别值得一提的是该单片机CPU中的位处理器，它实际上是一个完整的1位微计算机，这个一位微计算机有自己的CPU、位寄存器、I/O口和指令集。
1位机在开关决策、逻辑电路仿真、过程控制方面非常有效；而8位机在数据采集，运算处理方面有明显的长处。
MCS-51单片机中8位机和1位机的硬件资源复合在一起，二者相辅相承，它是单片机技术上的一个突破，这也是MCS-51单片机在设计的精美之处。
1.3引脚极其功能
图1.380C51的管脚图
MCS—51系列单片机的40个引脚中有2个专用于主电源引脚，2个外接晶振的引脚，4个控制或与其它电源复用的引脚，以及32条输入输出I/O引脚。
下面按引脚功能分为4个部分叙述个引脚的功能。
1.3.1电源引脚Vcc和Vss
Vcc（40脚）：
接+5V电源正端。
Vss（20脚）：
接+5V电源正端。
1.3.2外接晶振引脚XTAL1和XTAL2
XTAL1（19脚）：
接外部石英晶体的一端。
在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成采用外部时钟时，对于HMOS单片机，该引脚接地；对于CHOMS单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端。
XTAL2（18脚）：
接外部晶体的另一端。
在单片机内部，接至片内振荡器的反相放大器的输出端。
当采用外部时钟时，对于HMOS单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端。
对于CHMOS芯片，该引脚悬空不接。
1.3.3控制信号或与其它电源复用引脚
控制信号或与其它电源复用引脚有RST/VPD、ALE/P、PSEN和EA/VPP等4种形式。
1、RST/VPD（9脚）：
RST即为RESET，VPD为备用电源，所以该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。
当单片机振荡器工作时，该引脚上出现持续两个机器周期的高电平，就可实现复位操作，使单片机复位到初始状态。
当VCC发生故障，降低到低电平规定值或掉电时，该引脚可接上备用电源VPD（+5V）为内部RAM供电，以保证RAM中的数据不丢失。
图1.4上电自动复位图1.5手动复位电路图1.6内部时钟方式图1.7外部时钟方式
2、ALE/P（30脚）：
当访问外部存储器时，ALE（允许地址锁存信号）以每机器周期两次的信号输出，用于锁存出现在P0口的低
3、PSEN（29脚）:
片外程序存储器读选通输出端,低电平有效。
当从外部程序存储器读取指令或常数期间，每个机器周期PESN两次有效，以通过数据总线口读回指令或常数。
当访问外部数据存储器期间，PESN信号将不出现。
4、EA/Vpp（31脚）：
EA为访问外部程序储器控制信号，低电平有效。
当EA端保持高电平时，单片机访问片内程序存储器4KB（MS—52子系列为8KB）。
若超出该范围时，自动转去执行外部程序存储器的程序。
当EA端保持低电平时，无论片内有无程序存储器，均只访问外部程序存储器。
对于片内含有EPROM的单片机，在EPROM编程期间，该引脚用于接21V的编程电源Vpp。
1.3.4输入/输出（I/O）引脚P口
1、P0口（39脚～22脚），P0.0～P0.7统称为P0口。
当不接外部存储器与不扩展I/O接口时，它可作为准双向8位输入/输出接口。
当接有外部程序存储器或扩展I/O口时，P0口为地址/数据分时复用口。
它分时提供8位双向数据总线。
对于片内含有EPROM的单片机，当EPROM编程时，从P0口输入指令字节，而当检验程序时，则输出指令字节。
2、P1口（1脚～8脚），P1.0～P1.7统称为P1口，可作为准双向I/O接口使用。
对于MCS—52子系列单片机，P1.0和P1.1还有第2功能：
P1.0口用作定时器/计数器2的计数脉冲输入端T2；P1.1用作定时器/计数器2的外部控制端T2EX。
对于EPROM编程和进行程序校验时，P0口接收输入的低8位地址。
3、P2口（21脚～28脚），P2.0～P2.7统称为P2口，一般可作为准双向I/O接口。
当接有外部程序存储器或扩展I/O接口且寻址范围超过256个字节时，P2口用于高8位地址总线送出高8位地址。
对于EPROM编程和进行程序校验时，P2口接收输入的8位地址。
4、P3口（
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