单片机数字电压表设计LED显示含C源代码.docx

1、单片机数字电压表设计LED显示含C源代码1. 绪论1.1 课程设计要求使用单片机AT89C51和ADC0832设计一个数字电压表，能够测量05V之间的直流电压值，两位数码显示。在单片机的作用下，能监测两路的输入电压值，用8位串行A/D转换器，8位分辨率，逐次逼近型，基准电压为 5V；能用两位LED进行轮流显示或单路选择显示，显示精度0.1伏。1.2 数字电压表介绍数字电压表简称DVM，数字电压表基本原理是将输入的模拟电压信号转化为数字信号，再进行输出显示。而A/D转换器的作用是将连续变化的模拟信号量转化为离散的数字信号，器基本结构是由采样保持，量化，编码等几部分组成。因此AD转换是此次设计的核

2、心元件。输入的模拟量经过AD转换器转换，再由驱动器驱动显示器输出，便得到测量的数字电压。2. 硬件单元电路设计2.1数字电压表结构框图结构如（图1）所示 图12.1.1 AT89C51单片机简介AT89C51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4k BytesISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，AT89C51在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。51单片

3、机内包含以下几个部件：1) 8位微处理器（CPU）。2) 数据存储器（128B RAM）。3) 程序存储器（ROM/EPROM）。4) 4个8位可编程并行I/O口（P0口，P1口，P2口，P3口）。5) 1个全双工的异步串行口。6) 2个16定时器/计数器。7) 中断系统。8) 特殊功能寄存器（SFR）。单片机片内结构如（图2）所示： 2.1.2 ADC0832转换器简介ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种8 位分辨率、双通道A/D转换芯片。由于它体积小，兼容性强，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。学习并使用ADC0832 可是使我们了解A/D转换器的原

4、理，有助于我们单片机技术水平的提高。芯片如下（图3）所示：芯片接口说明如下：CS_ 片选使能，低电平芯片使能。CH0 模拟输入通道0，或作为IN+/-使用。CH1 模拟输入通道1，或作为IN+/-使用。GND 芯片参考0 电位（地）。DI 数据信号输入，选择通道控制。DO 数据信号输出，转换数据输出。CLK 芯片时钟输入。Vcc/REF 电源输入及参考电压输入（复用）。工作原理如下：正常情况下ADC0832 与单片机的接口应为4条数据线，分别是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端与DI端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将DO和DI 并联在一根数据线上使用。当A

5、DC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK 和DO/DI 的电平可任意。当要进行A/D转换时，须先将CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端CLK 输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。在第1 个时钟脉冲的下沉之前DI端必须是高电平，表示启始信号。在第2、3个脉冲下沉之前DI端应输入2 位数据用于选择通道功能。当此2 位数据为“1”、“0”时，只对CH0 进行单通道转换。当2位数据为“1”、“1”时，只对CH1进行单通道转换。当2 位数据为“0”、 “0”时，将CH0作为正输入端IN

6、+，CH1作为负输入端IN-进行输入。当2 位数据为“0”、“1”时，将CH0作为负输入端IN-，CH1 作为正输入端IN+进行输入。到第3 个脉冲的下沉之后DI端的输入电平就失去输入作用，此后DO/DI端则开始利用数据输出DO进行转换数据的读取。从第4个脉冲下沉开始由DO端输出转换数据最高位DATA7，随后每一个脉冲下沉DO端输出下一位数据。直到第11个脉冲时发出最低位数据DATA0，一个字节的数据输出完成。也正是从此位开始输出下一个相反字节的数据，即从第11个字节的下沉输出DATD0。随后输出8位数据，到第19 个脉冲时数据输出完成，也标志着一次A/D转换的结束。最后将CS置高电平禁用芯片

7、，直接将转换后的数据进行处理就可以了。2.1.3 时钟电路XTAL1是片内振荡器的反相放大器输入端，XTAL2则是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到XTAL1，而XTAL2悬空。内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为12MHz，时钟频率就为6MHz。晶振的频率可以在1MHz-24MHz内选择。电容取30PF左右。系统的时钟电路设计是采用的内部方式，即利用芯片内部的振荡电路如下（图4）所示：2.1.4 复位电路由电容串联电阻构成,由图并结合电容电压不能突变的性质,可以知道,当系统一上电,RST脚将会出现高电平,并且,这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定.典型的51单片

8、机当RST脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位,所以,适当组合RC的取值就可以保证可靠的复位.一般教科书推荐C 取10u,R取8.2K.当然也有其他取法的,原则就是要让RC组合可以在RST脚上产生不少于2个机周期的高电平.至于如何具体定量计算,可以参考电路分析相关书籍.复位电路如下（图5）所示。2.1.5 LED显示电路本项目所用显示屏为4位LED显示屏。本LED显示器为8段（DP为小数点段），每一段为一个发光二极管。发光二极管有共阳极和共阴极两种。本显示器的发光二极管为共阳极数码管。发光二极管的阳极连接在一起，通常在此共阳极接正电压，当某个发光二极管的阴极接低电平时，发光二极管被点亮，相应

9、的段被显示。通过给LED显示器提供不同的代码，是这些不同的LED显示器相应的段发光显示不同的字型，这些代码称为段码。本项目所用段码值如下 （表 1） 所示：显示字符0123456789共阳极段码0x030x9f0x250x0d0x990x490x410x1f0x0109表13. 软件单元电路设计3.1 主程序流程图主程序流程图如下（图6）所示：3.2显示子程序流程图显示子程序流程图如下（图7）所示：3.3 A/D转换子程序流程图A/D转换子程序流程图如下（图8）所示： 3.4 数据处理子程序流程图数据处理子程序流程图，如下（图9）所示： 4. 数字电压表仿真设计图与实物图4.1 仿真图如下（图

10、10）所示：图104.2 器件清单表2如下（表2）所示所用器件名称型号及大小个数单片机开发板AT89C51一个滑动变阻器10K两个AD转换器ADC0832一个LED共阳一个跳线插口-若干跳线-若干4.3 硬件电路实物图电路实物图如下（图11）所示：电路实物图如下（图12）所示：5. 程序代码#include #include /*端口定义*/sbit CS = P35;sbit Clk = P33;sbit DATI = P34;sbit DATO = P34;sbit P20=P24 ;/*定义全局变量*/unsigned char dat = 0x00; /AD值unsigned char

11、 count = 0x00; /定时器计数unsigned char CH; /通道变量unsigned char dis = 0x00, 0x00,0x00; /显示数值/*共阳LED段码表*/unsigned char code tab=0x03,0x9f,0x25,0x0d,0x99,0x49,0x41,0x1f,0x01,0x09;char code tablewe= 0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xfe ;/*函数功能:AD转换子程序入口参数:CH出口参数:dat*/unsigned char adc0832(unsigned char CH) unsigned

12、 char i,test,adval; adval = 0x00; test = 0x00; Clk = 0; /初始化 DATI = 1; _nop_(); CS = 0; _nop_(); Clk = 1; _nop_(); if ( CH = 0x00 ) /通道选择 Clk = 0; DATI = 1; /通道0的第一位 _nop_(); Clk = 1; _nop_(); Clk = 0; DATI = 0; /通道0的第二位 _nop_(); Clk = 1; _nop_(); else Clk = 0; DATI = 1; /通道1的第一位 _nop_(); Clk = 1; _

13、nop_(); Clk = 0; DATI = 1; /通道1的第二位 _nop_(); Clk = 1; _nop_(); Clk = 0; DATI = 1; for( i = 0;i 8;i+ ) /读取前8位的值 _nop_(); adval = 1; Clk = 1; _nop_(); Clk = 0; if (DATO) adval |= 0x01; else adval |= 0x00; for (i = 0; i = 1; if (DATO) test |= 0x80; else test |= 0x00; _nop_(); Clk = 1; _nop_(); Clk = 0;

14、 if (adval = test) /比较前8位与后8位的值，如果不相同舍去。若一直出现显示为零，请将该行去掉 dat = test; nop_(); CS = 1; /释放ADC0832 DATO = 1; Clk = 1; return dat;/*函数功能:延时子程序入口参数:出口参数:*/void delay(void) int k; for(k=10;k500;k+);/*函数功能:将0-255级换算成0.00-5.00的电压数值入口参数:i出口参数:*/void convdata(unsigned char i) dis0 = i/51; /个位 dis1 = (i%51)*10

15、/51; /小数点后第一位 dis2 = (i%51)*10%51)*10/51; /小数点后第二位/*函数功能:数码管显示子程序入口参数:出口参数:*/void display(void) P2=0xff; P0=tabdis0& 0xfe; /显示个位和小数点11111110 delay(); P2=0xdf; /11011111 delay(); P2=0xff; P0=tabdis1; /显示小数点后第一位 delay(); P2=0xbf; /10111111 delay(); P2=0xff; P0=tabdis2; /显示小数点后第二位 delay(); P2=0x7f; /01

16、111111 delay(); P2=0xff; P0=0xff; /显示小数点后第二位 delay(); P2=0xef; /11101111 delay();/*函数功能:主程序入口参数:出口参数:*/void main(void) P2=0xff; /端口初始化 P0=0xff; delay();/延时 CH = 0x00; /在这里选择通道 0x00或0x01 TMOD = 0x01; /设置中断 TH0=(65536-50000)/256;/定时器1初值定时50ms TL0=(65536-50000)%256; IE = 0x82; TR0 = 1; while(1) /主循环 da

17、t = adc0832(CH); convdata(dat); /数据转换 display(); /显示数值 /*函数功能:定时器中断延时程序 这一段的作用时隔一段时间抽样一次 否侧显示的最后一位会不稳定入口参数:出口参数:*/void timer0(void) interrupt 1 TMOD = 0x01; TH0=(65536-50000)/256;/定时器1初值定时50ms TL0=(65536-50000)%256; IE = 0x82; TR0 = 1; count+; if (count = 0x01) count = 0x00; dat = adc0832(CH); 6. 项目

18、设计总计通过这次设计，使我深入了解了AT89C51单片机和ADC0832（AD转换器）的结构和特点及数字电压表的工作原理，加深了对课本理论知识的理解，锻炼了实践动手能力，理论知识与实践设计相结合，培养了创新开发的思维。在此次课程设计中，收获知识的同时，我还收获了阅历。在此过程中，我们通过查找资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。7. 参考文献1 陈朝元,鲁五一.Proteus软件在自动控制系统仿真中的应用J.系统仿真学报, 2008(1):318-320.2 毛谦敏.单片机原理及应用设计系统M北京：国防工业出版社，2008:22-26.3 康华光.电子技术基础(数字部分) M. 5版. 北京:高等教育出版, 2005: 290-293. 评 语成 绩指导教师（签字） 年 月 日