基于单片机的数字电压表设计说明书.docx

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基于单片机的数字电压表设计说明书

目录

1引言1

2软件简介2

2.1ISIS6Professional软件简介2

2.2KeilC51软件简介2

3芯片简介3

3.189C51单片机3

3.1.1主要特性3

3.1.2管脚说明3

3.2ADC08085

3.2.1引脚功能（外部特性）5

3.2.2内部结构6

4总体设计7

4.1数字电压表原理框图7

4.2原理说明7

5数字电压表硬件电路仿真框图8

5.1硬件电路仿真框图8

5.2输入电路8

5.3A/D转换电路8

5.4LED数码管的控制显示8

6系统程序流程图10

6.1ADC0808的转换流程图10

6.2显示转换流程图10

7总结11

参考文献12

附录Ａ源程序代码13

附录Ｂ仿真原理图17

1引言

数字电压表（DligitaVoltmeter）简称DVM，它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量（直流输入电压）转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。

传统的指针式电压表功能单一、精度低，不能满足数字化时代的需求，采用单片机的数字电压表，由精度高、抗干扰能力强，可扩展性强、集成方便，还可与PC进行实时通信。

目前，由各种单片A/D转换器构成的数字电压表，已被广泛用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域，示出强大的生命力。

本论文给出基于单片机的简易数字电压表设计，控制系统采用AT89C51单片机,A/D转换器采用ADC0808为主要硬件,实现数字电压表的硬件电路与软件设计。

数字电压表可以测量0～5V的8路输入电压值,并在四位LED数码管上轮流显示或单路选择显示。

2软件简介

2.1ISIS6Professional软件简介

ISIS6Professiona软件是它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。

它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。

虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。

它从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。

是目前将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。

在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。

ISIS6Professiona软件具有的功能：

原理布图；PCB自动或人工布线；SPICE电路仿真。

2.2KeilC51软件简介

KeilC51集成开发环境主要由菜单栏、工具栏、源文件编辑窗口、工程窗口和输出窗口五部分组成。

工具栏为一组快捷工具图标，主要包括基本文件工具栏、建造工具栏和调试工具栏，基本文件工具栏包括新建、打开、拷贝、粘贴等基本操作。

建造工具栏主要包括文件编译、目标文件编译连接、所有目标文件编译连接、目标选项和一个目标选择窗口。

调试工具栏位于最后，主要包括一些仿真调试源程序的基本操作，如单步、复位、全速运行等。

在工具栏下面，默认有三个窗口。

左边的工程窗口包含一个工程的目标（target）、组（group）和项目文件。

右边为源文件编辑窗口，编辑窗口实质上就是一个文件编辑器，我们可以在这里对源文件进行编辑、修改、粘贴等。

下边的为输出窗口，源文件编译之后的结果显示在输出窗口中，会出现通过或错误（包括错误类型及行号）的提示。

如果通过则会生成“HEX”格式的目标文件，用于仿真或烧录芯片。

MCS-51单片机软件KeilC51开发过程为：

1.建立一个工程项目，选择芯片，确定选项；

2.建立汇编源文件或C源文件；

3.用项目管理器生成各种应用文件；

4.检查并修改源文件中的错误；

5.编译连接通过后进行软件模拟仿真或硬件在线仿真；

6.编程操作；

7.应用。

3芯片简介

3.189C51单片机

89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

89C2051是一种带2K字节闪烁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100次。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，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和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的89C51是一种高效微控制器，89C2051是它的一种精简版本。

89C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。

3.1.1主要特性

1.与MCS-51兼容；

2.4K字节可编程闪烁存储器；

3.寿命：

1000写/擦循环；

4.数据保留时间：

10年；

5.全静态工作：

0Hz-24MHz；

6.三级程序存储器锁定；

7.128*8位内部RAM；

8.32可编程I/O线；

9.两个16位定时器/计数器；

10.5个中断源；

11.可编程串行通道；

12.低功耗的闲置和掉电模式；

13.片内振荡器和时钟电路。

3.1.2管脚说明

　　VCC：

供电电压。

　　GND：

接地。

　　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P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

　　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口作为第八位地址接收。

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。

　　P3口：

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

　　P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：

　　P3.0RXD（串行输入口）；

　　P3.1TXD（串行输出口）；

　　P3.2/INT0（外部中断0）；

　　P3.3/INT1（外部中断1）；

　　P3.4T0（记时器0外部输入）；

　　P3.5T1（记时器1外部输入）；

　　P3.6/WR（外部数据存储器写选通）；

　　P3.7/RD（外部数据存储器读选通）；

　　P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

　　RST：

复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

　　ALE/PROG：

当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。

在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

然而要注意的是：

每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。

此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。

另外，该引脚被略微拉高。

如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

　　/PSEN：

外部程序存储器的选通信号。

在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

　　/EA/VPP：

当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。

注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

　　XTAL1：

反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：

来自反向振荡器的输出。

3.2ADC0808

3.2.1引脚功能（外部特性）

ADC0808芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图3-1所示：

图3-1ADC0808

各引脚功能如下：

1～5，26～28（IN0～IN7）：

8路模拟量输入端。

8，14，15，17～21：

8位数字量输出端。

22（ALE）：

地址锁存允许信号，输入，高电平有效。

6（START）：

A／D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。

7（EOC）：

A／D转换结束信号，输出，当A／D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。

9（OE）：

数据输出允许信号，输入，高电平有效。

当A／D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。

10（CLK）：

时钟脉冲输入端。

要求时钟频率不高于640KHZ。

12（VREF（+））、16（VREF（-））：

参考电压输入端。

11（Vcc）：

主电源输入端。

13（GND）：

地。

23～25（ADDA、ADDB、ADDC）：

3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路。

3.2.2内部结构

ADC0808是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器、逐次逼近。

极限参数电源电压（Vcc）：

6.5V。

控制端输入电压：

—0.3V～15V。

其它输入和输出端电压：

-0.3V～Vcc+0.3V。

贮存温度：

—65℃～+150℃功耗（T=+25℃）：

875mW。

引线焊接温度：

①气相焊接（60s）：

215℃；②红外焊接（15s）：

220℃抗静电强度：

400V。

4总体设计

4.1数字电压表原理框图

数字电压表原理框图如图4-1所示：

图4-1数字电压表原理框图

4.2原理说明

系统首先通过按键或循环选择八路通道中的一路，将该路电压送入ADC0808相应通道，单片机软件设置ADC0808开始A/D转换，转换结束ADC0808的EOC端口产生高电平，同时将ADC0808的EO端口置为高电平，单片机将转换后结果存如片内RAM。

系统调出计算子程序，将保存结果转化为0.00-5.00V分别保存在片内RAM;系统调用显示子程序，将转化后数据查表，输出到LED显示电路，将相应电压显示出来，程序进入下一个循环。

1.显示部分：

系统通过对LED灯的动态显示及不停的轮流给数码管位选端加驱动电压，在给其中一个数码管位选段加驱动电压的时候它才能变亮，而其他的是暗的，由于数码管暗下来需要一定的时间，人眼具有视觉暂留特点，同时系统又给其它的施加驱动电压，所以我们看到的就是稳定的亮着的数字了。

2.A/D转换部分：

通过A/D转换器将输入的模拟信号转换成数字信号，然后进行处理。

为了达到这一目的，使用调试简单，能与微处理机或其他数字系统兼容的A/D转换器0808芯片。

ADC0808是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模/数转换的器件。

其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。

5数字电压表硬件电路仿真框图

5.1硬件电路仿真框图

数字电压表硬件电路仿真框图如图5-1所示：

图5-1数字电压表硬件电路仿真框图

5.2输入电路

输入电路的作用是把不同量程的被测的电压规范到A/D转换器所要求的电压值。

本电路设计所用电压为0.00-5.00V，其大小通过滑动变阻器调节。

5.3A/D转换电路

A/D转换器的转换精度对测量电路极其重要，它的参数关系到测量电路性能。

A/DC0808转换器的性能比较稳定，转换精度高，具有很高的抗干扰能力，电路结构简单，其缺点是工作速度较低。

在对转换精度要求较高，而对转换速度要求不高的场合如电压测量有广泛的应用。

5.4LED数码管的控制显示

LED数码管的模型如图5-2所示：

图5-2LED数码管仿真图

LED的段码端口A～G分别接至AT89C51的P1.0～P1.7口，位选端1～4分别接至P2.0、P2.1、P2.2、P2.3。

具体接线参照图5-1。

6系统程序流程图

6.1ADC0808的转换流程图

ADC0808的转换流程图如图6-1

图6-1ADC0808的转换流程图

6.2显示转换流程图

显示转换流程图如图6-2

7总结

通过这次单片机课程设计，我不仅加深了对单片机理论的理解，将理论很好地应用到实际当中去，而且我还学会了如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己。

创新可以是在原有的基础上进行改进，使之功能不断完善，成为真己的东西。

这次实习让我受益匪浅，无论从知识上还是其他的各个方面。

上课的时候的学习从来没有接触过真正的单片机，只是从理论的角度去理解枯燥乏味。

但在实习中模拟使用了单片机及其系统，能够理论联系实际的学习，开阔了眼界，提高了单片机知识的理解和水平。

在这次课程设计中又让我体会到了合作与团结的力量，当遇到不会或是设计不出来的地方，我们就会相互讨论或者帮助。

团结就是力量，无论在现在的学习中还是在以后的工作中，团结都是至关重要的，有了团结会有更多的理念、更多的思维、更多的情感。

单片机是很重要的一门课程，尽管我们在课堂学到的内容很有限，但在以后的学习中单片机还需要好好的深入研究和学习，学好了单片机也就多了一项生存的本领。

参考文献

[1]李广弟.《单片机基础》[M].  北京航空航天大学出版社 ,1994

[2]何立民.《单片机应用系统设计》[M].  北京航空航天大学出版社 ,1990

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[4]李全利.《单片机原理及应用技术》[M] .  高等教育出版社 ,2001

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