基于单片机数字电压表设计.docx

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基于单片机数字电压表设计

新能源与动力工程学院

课程设计报告

微机原理与单片机课程设计

专业

电力工程与管理

班级

电力1201

姓名

周勇

学号

201211321

指导教师

王鹏元

2015年7月

兰州交通大学新能源与动力工程学院课程设计任务书

课程名称：

单片机课程设计指导教师（签名）：

王鹏元

班级：

电力工程与管理1201姓名：

周勇学号：

201211321

一、课程设计题目

基于单片机数字电压表设计。

二、课程设计使用的原始资料（数据）及设计技术要求：

按照设计要求简易数字电压测量电路由电压采集、A/D转换、复位电路、数据处理及显示控制等组成。

三、课程设计的目的

通过制作简易数字电压表，加深对所学专业知识的认识，提高对单片机的应用能力，提高收集文献，资料的能力，从而达到综合运用所学的知识进行电子产品设计，制作与调试。

四、课程设计的主要内容和要求（包括原始数据、技术参数、设计要求、工作量要求等）

（1）可以测量0-10V的8路输入电压值。

（2）能用LED数码管或LCD显示测量结果。

（3）测量范围可达0～20V，最小分辨率为0.1V。

（4）数字电压表具有超量程的报警功能，系统具有复原功能。

五、工作进度安排

7月6日熟悉课程设计内容及要求制定方案。

7月7日设计电路及软件测试。

7月8日采购数字电压表组件按照设计电路进行焊接。

7月9日产品整理并完成设计报告及答辩。

六、主要参考文献

[1]郭庭吉．《8051单片机实践与应用》[M].北京：

清华大学出版社，2002。

[2]高峰．《单片微型计算机与接口技术》[M].北京：

科学出版社，2003。

审核批准意见

系主任（签字）　　　年　　月　　日

指导教师评语及成绩

指导教师评语

成

绩

设计过程

（40）

设计报告

（50）

小组答辩

（10）

总成绩

（100）

指导教师签字：

年月日

1.单片机课程设计的目的

通过制作简易数字电压表，加深对所学专业知识的认识，提高对单片机的应用能力，提高收集文献，资料的能力，从而达到综合运用所学的知识进行电子产品设计，制作与调试。

2.单片机数字电压表课程设计的要求

2.1单片机课程设计的要求

（1）可以测量0-10V的8路输入电压值。

（2）能用LED数码管或LCD显示测量结果。

（3）测量范围可达0～20V，最小分辨率为0.1V。

（4）电压表具有超量程的报警功能。

（5）系统具有复原功能。

3.设计的内容

3.1单片机课程设计的内容

（1）数字电压表总体电路设计及论证。

（2）分析设计要求，明确性能指标；查阅资料、进行设计方案论证。

（3）论证并确定合理的总体设计方案，绘制总体机构框图，分析工作原理。

（4）完成数字电压表的电路设计：

单片机部分、A/D转换、显示等各单元具电路设计，包括芯片选择、计算电路元参数，分析工作原理。

3.2电压表实现的功能

该数字电压表可以测量0~10V的8路输入电压值，并在4位LED数码管上轮流显示或单路选择显示。

测量最小分辨率为0.1V。

3.3总体设计

按系统功能实现要求，决定控制系统采用AT89S52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下图

（1）。

图

（1）数字电压表统计设计方案

3.4设计方案

按照设计要求简易数字电压测量电路由电压采集、A/D转换、复位电路、数据处理及显示控制等组成，电路原理图如图3.4.1所示。

A/D转换由集成电路0809完成。

0809具有8路模拟输入端口，地址线（23-25脚）可决定对哪一路模拟输入作A/D转换。

22脚为地址锁存控制，当输入为高电平时，对地址信号进行锁存。

6脚为测试控制，当输入一个2uS宽高电平脉冲时，就开始A/D转换。

7脚为A/D转换结束标志，当A/D转换结束时，7脚输出高电平。

9脚为A/D转换数据输出允许控制，当OE脚为高电平时，A/D转换数据从该端口输出。

10脚为0809的时钟输入端，利用单片机30脚的六分频晶振频率再通过14024二分频得到1MHz时钟。

单片机的P1、P3.0~P3.3端口作为四位LED数码管显示控制。

P3.5端口用作单路显示/循环显示转换按钮，P3.6端口用作单路显示时选择通道。

P0端口作A/D转换数据读入用，P2端口用作0809的A/D转换控制。

3.4.1电源电路

图

（2）电源电路

3.4.2复位电路

本设计采用按键式复位电路，它的上电复位利用电容器充电来实现，同时通过按键实现复位，按下键后，通过R1和R2形成回路，使RESET端产生高电平。

按键的时间决定了复位时间。

3.4.3系统原理图

图（3）系统原理图

3.5单片机部分

单片机选用的是AT89S51，如下图3.5.1所示。

该芯片具有低功耗、高性能的特点，是采用CMOS工艺的8位单片机。

最常见的AT89S51是采用40Pin封装的双列直接PDIP封装，芯片共有40个引脚，引脚的排列顺序为从靠芯片的缺口左边那列引脚逆时针数起，依次为1、2、3、4。

。

。

40，其中芯片的1脚顶上有个凹点。

在单片机的40个引脚中，电源引脚2根，外接晶体振荡器引脚2根，控制引脚4根以及4组8位可编程I/O引脚32根。

（1）主电源引脚（2根）

VCC（Pin40）：

电源输入，接＋5V电源。

GND（Pin20）：

接地线。

图（4）AT89S51引脚图

（2）外接晶振引脚（2根）

XTAL1（Pin19）：

片内振荡电路的输入端。

XTAL2（Pin20）：

片内振荡电路的输出端。

（3）控制引脚（4根）

RST/VPP（Pin9）：

复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。

ALE/PROG（Pin30）：

地址锁存允许信号。

PSEN（Pin29）：

外部存储器读选通信号。

EA/VPP（Pin31）：

程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指3、控制引脚（4根）。

RST/VPP（Pin9）：

复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。

ALE/PROG（Pin30）：

地址锁存允许信号。

PSEN（Pin29）：

外部存储器读选通信号。

EA/VPP（Pin31）：

程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。

（4）可编程输入/输出引脚（32根）

AT89S51单片机有4组8位的可编程I/O口，分别位P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。

每一根引脚都可以编程。

PO口（Pin39～Pin32）：

8位双向I/O口线，名称为P0.0～P0.7

P1口（Pin1～Pin8）：

8位准双向I/O口线，名称为P1.0～P1.7

P2口（Pin21～Pin28）：

8位准双向I/O口线，名称为P2.0～P2.7

P3口（Pin10～Pin17）：

8位准双向I/O口线，名称为P3.0～P3.7

3.6A/D转换部分

A/D转换部分采用ADC0809，ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。

（1）ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。

多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。

三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。

（2）ADC0809的引脚结构见图（5）

图（5）ADC0809的引脚结构

3.7编程思路与程序流程

3.7.1程序流程

在刚上电时，系统默认为循环显示8个通道的电压值状态。

当进行一次测量后，将显示每一通道的A/D转换值，每个通道的数据显示时间为1S左右。

主程序在调用显示子程序和测试之程序之间循环，主程序流程图见图

图（9）主程序流程图

（1）主程序

org0图（6）

CLKBITP3.4

DOBITP3.5

DIBITP3.6

CSBITP3.7

wanweiequ30h

qianweiequ31h

baiweiequ32h

shiweiequ33h

geweiequ34h

MOVSP,#60H

MAIN:

LCALLADC

LCALLPROCESS

LCALLDISPLAY

SJMPMAIN

;************************

;功能:

进行一次AD转换

;入口参数:

无

;占用资源:

A,R7

;返回值:

A（转换值）

;************************

ADC:

CLRCS

MOVA,#03H;

启动位1,端口设置为10;

MOVR7,#03H;3次循环

LOOP1:

CLRCLK

RRCA

MOVDI,C

NOP

SETBCLK

DJNZR7,LOOP1

CLRCLK

NOP

SETBCLK

MOVR7,#8;读取8位数据

LOOP2:

SETBCLK

NOP

CLRCLK

MOVC,DO;高位先移入

RLCA

DJNZR7,LOOP2

SETBCS;关闭芯片

RET

;*************************

;功能:

数据处理

;入口参数:

A

;占用资源:

B,HEX_TO_BCD

;返回值:

5个单元（同HEX_TO_BCD）

;****************************

PROCESS:

MOVB,#2;转换值*2,即（0.02*100）

MULAB

MOVR7,B

MOVR6,A

LCALLHEX_TO_BCD;

数位分离

RET

;***************************

;功能:

数码管动态显示

;入口参数:

5个单元

;占用资源:

A,DPTR,P1,P2,DELAY2MS

;返回值:

无

;********************************

DISPLAY:

MOVDPTR,#TAB;

数码管显示

MOVA,gewei;

显示百分位

MOVCA,@A+DPTR;

查段码表

MOVP1,A;送段码

MOVP2,#0FEH;送位码

LCALLDELAY2MS

MOVP2,#0FFH;除残影

MOVA,shiwei;

显示十分位

MOVCA,@A+DPTR

MOVP1,A

MOVP2,#0FDH

RLCA

DJNZR7,LOOP2

SETBCS;关闭芯片

RET

;*************************

;功能:

数据处理

;入口参数:

A

;占用资源:

B,HEX_TO_BCD

;返回值:

5个单元（同HEX_TO_BCD）

;****************************

PROCESS:

MOVB,#2;转换值*2,即（0.02*100）

MULAB

MOVR7,B

MOVR6,A

LCALLHEX_TO_BCD;

数位分离

RET

;***************************

;功能:

数码管动态显示

;入口参数:

5个单元

;占用资源:

A,DPTR,P1,P2,DELAY2MS

;返回值:

无

;********************************

DISPLAY：

MOVDPTR,#TAB;

数码管显示

MOVA,gewei;

显示百分位

MOVCA,@A+DPTR;

查段码表

MOVP1,A;送段码

MOVP2,#0FEH;送位码

LCALLDELAY2MS

MOVP2,#0FFH;除残影

MOVA,shiwei;

显示十分位

MOVCA,@A+DPTR

MOVP1,A

MOVP2,#0FDH

MOVA,R2

MOVR6,A

MOVR5,#00H

MOVR4,#100;100

LCALLWDIV

MOVbaiwei,R6;百位

MOVA,R2

MOVB,#10

DIVAB

MOVshiwei,A

MOVgewei,B

RET

;**********************************

;功能:

16位除法子程序

;入口参数:

R7R6为被除数,R5R4为除数

;占用资源:

R1~R7,F0

;返回值:

商放回R7R6,余数放R3R2,除数R5R4不变

;**********************************

WDIV:

MOVA,R5

JNZCHK_DIVIDEND;

判断除数是为0

MOVA,R4

JZOVERFLOW;

除数为0置F0标志

CHK_DIVIDEND:

MOVA,R7

JNZSTART_WDIV;

被除数为0返回

MOVA,R6

JNZSTART_WDIV

RET

START_WDIV:

CLRA

MOVR2,A

MOVR3,A

MOVR1,#16

DIV1:

CLRC

MOVA,R6

RLCA

MOVR6,A

MOVA,R7

RLCA

MOVR7,A

MOVA,R2

RLCA