基于单片机的数字电压表文档格式.docx

1、其中，A/D转换采用ADC0808对输入的模拟信号进行转换，控制核心AT89S51再对转换的结果进行运算处理，最后驱动输出装置LED显示数字电压信号。2 总体方案设计2.1 方案论证方案一：硬件电路设计由6个部分组成; A/D转换电路，AT89S51单片机系统，LED显示系统、时钟电路、复位电路以及测量电压输入电路。硬件电路设计框图如图2.1所示。2.1 数字电压表系统硬件设计框图方案二：用ICL713与单片机AT89C52构成电压表系统。ICL713的串行方式在实践中应用效果很好。方框图如图2.2。 图2.2 电压表系统框图2.2 方案比较及选择 方案一和方案二在实际应用各有各地特点。但方案

2、一应用方便，原理易懂，结构简单，器件易购买;方案二中用到ICL713，但不太熟悉。所以选择方案一。3 硬件电路设计3.1 AD转换电路 电路图如图3-1所示。在选择输入端时，是将A、B、C赋值为低电平，选择IN0作为输入端。 图31 AD转换原理图3.2 复位电路单片机在启动运行时都需要复位，使CPU和系统中的其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。MCS-51单片机有一个复位引脚RST,采用施密特触发输入。当震荡器起振后，只要该引脚上出现2个机器周期以上的高电平即可确保时器件复位1。复位完成后，如果RST端继续保持高电平，MCS-51就一直处于复位状态，只要RST恢复低电平后

3、，单片机才能进入其他工作状态。单片机的复位方式有上电自动复位和手动复位两种，图3-2是51系列单片机统常用的上电复位和手动复位组合电路，只要Vcc上升时间不超过1ms，它们都能很好的工作。图3-2 复位电路3.3 时钟电路 单片机中CPU每执行一条指令，都必须在统一的时钟脉冲的控制下严格按时间节拍进行，而这个时钟脉冲是单片机控制中的时序电路发出的。CPU执行一条指令的各个微操作所对应时间顺序称为单片机的时序。MCS-51单片机芯片内部有一个高增益反相放大器，用于构成震荡器，XTAL1为该放大器的输入端，XTAL2为该放大器输出端，但形成时钟电路还需附加其他电路。 本设计系统采用内部时钟方式，利

4、用单片机内部的高增益反相放大器，外部电路简，只需要一个晶振和 2个电容即可，如图3-3所示。图3-3 时钟电路原理图电路中的器件选择可以通过计算和实验确定，也可以参考一些典型电路的参数，电路中，电容器C1和C2对震荡频率有微调作用，通常的取值范围是3010pF，在这个系统中选择了33pF；石英晶振选择范围最高可选24MHz，它决定了单片机电路产生的时钟信号震荡频率，在本系统中选择的是12MHz，因而时钟信号的震荡频率为12MHz。3.4 显示电路 显示电路是显示测量输入电压的数字。如图3-4所示。 图3-4 显示电路原理图3.5 特殊器件介绍3.5.1 主控芯片AT89S51单片机AT89S5

5、1功能介绍AT89S51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。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AT89S51是一种高效微控制器，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，AT89S51芯片引脚图如图3-5所示。 图3-5 AT89S51芯片引脚图3.5.2 ADC0808 ADC0808是C

6、MOS单片型逐次逼近式A/D转换器，带有使能控制端，与微机直接接口，片内带有锁存功能的8路模拟多路开关，可以对8路0-5V输入模拟电压信号分时进行转换，由于ADC0808设计时考虑到若干种模/数变换技术的长处，所以该芯片非常适应于过程控制，微控制器输入通道的接口电路，智能仪器和机床控制等领域5。ADC0808主要特性:8路8位A/D转换器，即分辨率8位；具有锁存控制的8路模拟开关；易与各种微控制器接口；可锁存三态输出，输出与TTL兼容；转换时间：128s；转换精度：0.2%；单个+5V电源供电；模拟输入电压范围0- +5V，无需外部零点和满度调整；低功耗，约15mW。 ADC0808芯片有28

7、条引脚，采用双列直插式封装，其引脚图如图3-6所示。 图3-6 ADC0808引脚图下面说明各个引脚功能:IN0-IN7（8条）：8路模拟量输入线，用于输入和控制被转换的模拟电压。地址输入控制（4条）：ALE:地址锁存允许输入线，高电平有效，当ALE为高电平时，为地址输入线，用于选择IN0-IN7上那一条模拟电压送给比较器进行A/D转换。ADDA,ADDB,ADDC:3位地址输入线，用于选择8路模拟输入中的一路，其对应关系如表3-1所示：表3-1 ADC0808通道选择表地址码 对应的输入通道 C B A 0 1 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 START：ST

8、ART为“启动脉冲”输入法，该线上正脉冲由CPU送来，宽度应大于100ns，上升沿清零SAR,下降沿启动ADC工作。EOC: EOC为转换结束输出线，该线上高电平表示A/D转换已结束，数字量已锁入三态输出锁存器。D1-D8：数字量输出端，D1为高位。OE：OE为输出允许端，高电平能使D1-D8引脚上输出转换后的数字量。REF+、REF-:参考电压输入量，给电阻阶梯网络供给标准电压。Vcc、GND: Vcc为主电源输入端，GND为接地端，一般REF+与Vcc连接在一起，REF与GND连接在一起. CLK:时钟输入端。3.5.3 LED LED是发光二极管显示器的缩写。LED由于结构简单、价格便宜

9、、与单片机接口方便等优点而得到广泛应用。LED显示器是由若干个发光二极管组成显示字段的显示器件6。在单片机中使用最多的是七段数码显示器。LED七段数码显示器由8个发光二极管组成显示字段，其中7个长条形的发光二极管排列成“日”字形，另一个圆点形的发光二极管在显示器的右下角作为显示小数点用，其通过不同的组合可用来显示各种数字。LED引脚排列如下图3-7所示:图3-7 LED引脚排列在应用系统中，设计要求不同，使用的LED显示器的位数也不同，因此就生产了位数，尺寸，型号不同的LED显示器供选择，在本设计中，选择8位一体的数码型LED显示器，简称“8-LED”。如图3-8所示。 图3-8 LED显示器

10、4 软件部分设计 根据模块的划分原则，将该程序划分初始化模块，A/D转换子程序和显示子程序，这三个程序模块构成了整个系统软件的主程序，如图4-1所示。图4-1 数字式直流电压表主程序框图4.1 A/D转换子程序A/D转换子程序用来控制对输入的模块电压信号的采集测量，并将对应的数值存入相应的内存单元，其转换流程图如图4-2所示。 图4-2 A/D转换流程图4.2 显示子程序显示子程序采用动态扫描实现八位数码管的数值显示，在采用动态扫描显示方式时，要使得LED显示的比较均匀，又有足够的亮度，需要设置适当的扫描频率，当扫描频率在70HZ左右时，能够产生比较好的显示效果，一般可以采用间隔10ms对LE

11、D进行动态扫描一次，每一位LED的显示时间为1ms。在本设计中，为了简化硬件设计，主要采用软件定时的方式，即用定时器0溢出中断功能实现11s定时，通过软件延时程序来实现5ms的延时。5 电路仿真5.1 软件调试 软件调试的主要任务是排查错误，错误主要包括逻辑和功能错误，这些错误有些是显性的，而有些是隐形的，可以通过仿真开发系统发现逐步改正。Proteus软件可以对基于微控制器的设计连同所有的周围电子器件一起仿真，用户甚至可以实时采用诸如LED/LCD、键盘、RS232终端等动态外设模型来对设计进行交互仿真。Proteus支持的微处理芯片包括8051系列、AVR系列、PIC系列、HC11系列及Z

12、80等等。Proteus可以完成单片机系统原理图电路绘制、PCB设计，更为显著点的特点是可以与u Visions3 IDE工具软件结合进行编程仿真调试8。本系统的调试主要以软件为主，其中，系统电路图的绘制和仿真我采用的是Proteus软件，而程序方面，采用的是汇编语言，用Keil软件将程序写入单片机。5.2 显示结果及误差分析1. 当IN0口输入电压值为0V时，显示结果如图5-1所示，测量误差为0V。图5-1 输入电压为0V时，LED的显示结果2.当IN0输入电压值为1.50V时，显示结果如图5-2所示。测量误差为0.01V。图5-2 输入电压为1.50V时，LED的显示结果3. 当IN0口输入电压值为3.50V时，显示结果如图5-3。图5-3 输入电压为3.50V时，LED的显示结果通过以上仿真测量结果可得到简易数字电压表与“标准”数字电压表对比测试表，如下表5-1所示：表5-1 简易数字电压表与“标准”数字电压表对比测试表标准电压值/V简易电压表测量值/V绝对误差/V0.000.500.510.011.001.501.512.002.503.00