数字电压表.docx

1、数字电压表目录1、引言 12、总体设计方案 22.1设路计思 22.2 系统结构框图 32.3工作原理 33、各单元硬件设计说明及计算方法 43.1 AT89C51单片机与ADC0808 43.2 时钟与复位电路 93.3 LED显示电路设计与器件选择 103.4 A/D转换电路 114、软件设计与说明 134.1系统软件设计（流程图） 134.2 初始化子程序 135、调试与使用说明 155.1 调试 155.1 使用说明 156、总结与体会 167、 参考文献 17附录A 系统原理图 18附录B 程序清单 191、引言 单片机是一种集成电路芯片，随着计算机在社会领域的渗透, 单片机的应用正

2、在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。由于单片机具有简单实用、高可靠性、良好的性能价格比以及体积小等优点，已经在各个技术领域得到了迅猛发展。数字电压表（Digital Voltmeter）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

3、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。与此同时，由DVM扩展而成的各种通用及专用数字仪器仪表，也把电量及非电量测量技术提高到崭新水平。本设计重点介绍单片A/D 转换器以及由它们构成的基于单片机的数字电压表的工作原理。2、总体设计方案2.1设路计思按系统功能要求，决定控制系统采用AT89S51单片机，A/D转换采用ADC0809.系统除能确保实现要求的功能外，还可以方便地进行其功能的扩展。本文采用AT89S51作为核心元件,AT89S51是一个低功耗，高性

4、能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(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，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。采用NS公司的分辨率为8位的逐次比较型的高精度的模数转换器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。它是逐次逼近式A/D转换器，可以

5、和单片机直接接口。把采取的电压进行处理然后通过单片机的P口送到单片机然后经过程序处理，由LED电路把电压数值显示出来。单片机加上外围的串口显示电路由74LS245和数码管三极管组成。器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚。它集Flash程序存储器，既可在线编程（ISP）也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片芯片中，ATMEL公司的功能强大，低价AT89s51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。 2.2 系统结构框图 系统结构框图2.3工作原理 系统采用12M晶振产生脉冲做AT89C51的内部时钟信号，通过软件设

6、置单片机的内部定时器T0产生中断信号。利用中断设置单片机的P2.4口取反产生脉冲做AT89C51的时钟信号。通过按键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到片内RAM。系统调出显示子程序，将保存结果转化为0.00-5.00V分别保存在片内RAM;系统调出显示子程序，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。3、 各单元硬件设计说明及计算方法根据设计要求与思路，确定该系统的设计方案。硬件

7、电路由5个部分组成，即单片机时钟电路与复位电路、4位显示器电路、A/D转换电路和键盘及测量电路。3.1 AT89C51单片机与ADC0808 系统设计使用MCS-51单片机8051芯片。8051芯片由以下部分组成：中央处理器、256单元的内部数据存储器、4KB的程序存储器、定时器/计数器、四个八位的I/O口，中断控制系统及时钟电路。图4.1所示为采用列直插式封装的8051AH芯片管脚图。 主要特性： 与MCS-51 兼容 4K字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环 数据保留时间：10年 全静态工作：0Hz-24MHz 三级程序存储器锁定 1288位内部RAM 32可编程I/O线 两个1

8、6位定时器/计数器 5个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路管脚说明： 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能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，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

9、，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。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口

10、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： 口管脚 备选功能 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1） P3.4 T0（记时器0外部输入） P3.5 T1（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

11、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

12、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。XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器

13、可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。ADC0808简介1、主要技术指标和特性（1）分辨率： 8位。（2）总的不可调误差： ADC0808为 LSB,ADC 0809为1LSB。（3）转换时间： 取决于芯片时钟频率，如CLK=500kHz时，TCONV=128s。（4）单一电源： +5V。（5）模拟输入电压范围： 单极性05V；双极性5V,10V(需外加一定电路)。（6）具有可控三态输出缓存器。（7）启动转换控制为脉冲式(

14、正脉冲)，上升沿使所有内部寄存器清零，下降沿使A/D转换开始。（8）使用时不需进行零点和满刻度调节。 芯片图如下引脚功能：（1）IN0IN78路模拟输入，通过3根地址译码线ADDA、ADDB、ADDC来选通一路。（2）D7D0A/D转换后的数据输出端，为三态可控输出，故可直接和微处理器数据线连接。8位排列顺序是D7为最高位，D0为最低位。（3）ADDA、ADDB、ADDC模拟通道选择地址信号，ADDA为低位，ADDC为高位。地址信号与选中通道对应关系如表11.3所示。（4）VR(+)、VR(-)正、负参考电压输入端，用于提供片内DAC电阻网络的基准电压。在单极性输入时，VR(+)=5V，VR(

15、-)=0V；双极性输入时，VR(+)、VR(-)分别接正、负极性的参考电压。表6-1-1 地址信号与选中通道的关系地 址选中通道ADDCADDBADDA000011110011001101010101IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7（5）ALE地址锁存允许信号，高电平有效。当此信号有效时，A、B、C三位地址信号被锁存，译码选通对应模拟通道。在使用时，该信号常和START信号连在一起，以便同时锁存通道地址和启动A/D转换。（6）STARTA/D转换启动信号，正脉冲有效。加于该端的脉冲的上升沿使逐次逼近寄存器清零，下降沿开始A/D转换。如正在进行转换时又接到新的启动脉冲，则原来的转

16、换进程被中止，重新从头开始转换。（7）EOC转换结束信号，高电平有效。该信号在A/D转换过程中为低电平，其余时间为高电平。该信号可作为被CPU查询的状态信号，也可作为对CPU的中断请求信号。在需要对某个模拟量不断采样、转换的情况下，EOC也可作为启动信号反馈接到START端，但在刚加电时需由外电路第一次启动。（8）OE输出允许信号，高电平有效。当微处理器送出该信号时，ADC0808/0809的输出三态门被打开，使转换结果通过数据总线被读走。在中断工作方式下，该信号往往是CPU发出的中断请求响应信号。3.2 时钟与复位电路 时钟电路是计算机最核心的部分，它控制着计算机的工作MCS-51单片机允许

17、的时钟频率典型值为12MHZ。80C51单片机内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。反相放大器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2，分别是80C51的19脚和18脚。在XTAL1和XTAL2两端跨接石英晶体及两个电容就可以构成稳定的自激振荡器。石英晶振起振后要能在XTAL2线上输出一个3V左右的正弦波，使MCS-51片内的OCS电路按石英晶振相同频率自激震荡。通常，OCS的输出时钟频率fosc为0.5MHZ16MHZ，典型值为12MHZ电容器C1和C2通常取30pF左右，对震荡频率有微调作用。调节它们可以达到微调震荡周期fosc的目的。单片机的RST管脚为主机提供一个外部复位信号输入

18、端口。复位信号是高电平有效，高电平有效的持续时间应为2个机器周期以上。单片机的复位方式有上电自动复位和手工复位两种。图4-2所示是51系列单片机常用的上电复位电路，只要Vcc上升时间不超过1ms，它们都能很好地工作。复位以后，单片机内各部件恢复到初始状态。电阻电容器件的参考值:R1=200,R2=1K,C3=22F。RET按键可以选择专门的复位按键，也可以选择轻触开关。 电路图如下3.3 LED显示电路设计与器件选择单片机应用系统中，通常都需要进行人机对话。这包括人对应用系统的状态干预与数据输入，以及应用系统向人们显示运行状态与运行结果。显示器、键盘电路就是用来完成人机对话活动的人机通道。LE

19、D显示器的驱动是一个非常重要的问题，此设计不采用段驱动芯片和位驱动芯片，直接由单片机的P1，P2口驱动，实验证明可行。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，因此生产厂家就生产了多种位数、尺寸、型号不同的LED显示器。在我们的设计中，选择4位一体的共阴极时钟型LED显示器，采用动态显示方式。图4-2为本系统LED显示电路，采用P1口作为LED的段码输出信号，P2口的低四位作为LED位码的输出控制信号。 3.4 A/D转换电路ADC 0808 采用逐次比较的方法完成A/D转换，由单一的+5V电源供电。片内带有锁存功能的8路选1的模拟开关，由A、B、C的编码来决定所选的通道。A

20、DC0809完成一次转换需100s左右，它具有输出TTL三态锁存缓冲器，可直接连接到AT89C51的数据总线上。通过适当的外接电路，ADC0808可对05V的模拟信号进行转换。74LS373: 是带有清除端的8D触发器，只有在清除端保持高电平时，才具有锁存功能，锁存控制端为11脚CLK，采用上升沿锁存。1D8D为数据输入端，1Q8Q为数据输出端，正脉冲触发，低电平清除，常用做8位地址锁存器。用单片机的P2.4对应ADC0808的ALE端，P2.5对应EOC端，P2.6对应OE端,P3.3对应CLK端，用软件设定给定的值。ADDA、ADDB和ADDC连接74LS373的输出端，由74LS373输

21、出值选择通道。IN0IN7分别8个被测电位器，根据选择的通道，ADC0808选择测量相应通道的电位。电路图如下图4、软件设计与说明4.1系统软件设计（流程图）图5.1为程序软件设计流程图 其中(a)为主程序流程图，（b）为A/D转换子程序流程图。 其中A/D转换子程序是将0808转化后的数字量，需通过转化子程序转化成工程量并通过查表送到P1口送给LED显示。4.2 初始化子程序对所用到的存储单元和寄存器单元进行初始化，同时对要使用到的定时器进行清零并赋初始值。初始化子程序：INIT:MOV WIN1,#00H;存储单元清零 MOV WIN2,#00H MOV WIN3,#00H MOV WIN

22、4,#00HCLR FLAGMOV TMOD,#12H;定时器初始化MOV TH0,#245MOV TL0,#245MOV TH1,#9EHMOV TL1,#58HMOV R1,#80MOV R0,#0MOV IE,#8AH SETB TR05、调试与使用说明5.1 调试 通过proteus 7.5仿真，通过滑动变阻器可以改变电阻值，进而电压表的示数也将改变。 当滑动变阻器的阻值为最大值时，LED显示器显示的示数为5V，理论值=5V。当滑动变阻器的阻值为0时，LED显示器显示的示数为0V， =0V。由此两个极值已经满足，表明测量精度相当之高。在调试的过程中，开机即为循环显示阶段，可循环观察8路

23、电压的测量值，我们还可以采用单通道模式显示，即按下模式切换键，切换到单通道模式下，通过改变滑动变阻器的电阻值来获得不同的测量结果。再次按下模式切换键，系统就自动转到了循环显示的模式下工作。5.1 使用说明系统采用并行A/D转换器(ADC0808)对外部多路模拟电压进行测量。通过键盘对转换通道进行选择：1.循环多路显示（开机即为此种模式）；2.通过键盘或其它方式进行选择显示(如按下键盘上的0号键，则显示0通道的电压.)，此时要先按下模式转换开关，等到要恢复到循环显示模式时还需要再按下模式转换开关。 6、总结与体会 为期两周的课程设计马上就结束了，其中充满很多的艰辛，但是在老师认真的指导下，经过和

24、同学一起讨论，最终问题都得到了解决，得到了比较满意的结果。 这次课程设计是设计数字电压表，主要是把模拟量通过ADC0808转换为数字量在经过LED显示出来。通过这次课程设计是我对AT89C51、ADC0808和数码管的许多基本知识和接线方法有了深刻的理解。在设计程序和调试过程中都遇到了一些麻烦，特别是是在调试过程中，总是调试不出想要的结果，后来请教老师和同学一起探讨虽然结果仍不是很满意，但是至少我们都努力了。而且我们从调试的过程中也学到了很多解决问题和分析问题的方法。并且大致了解了proteus内部的调试，真是收益颇多。 经过这次课程设计，我深深地感受到了理论知识与实际操作之间的距离，理论知识

25、是基础，实际操作是实践。在设计过程中会遇到种种困难，自己必须先做认真的分析与思考，找出问题出现的根本原因，然后针对问题去寻求解决的方法，根据自己所学的知识，如过自己现有的知识不能解决，就去查阅相关资料，实在不能解决就去请教老师或是和同学一起讨论。这也很好的知道了我今后的学习，在学习理论知识的同时我们必须注重实践。 短短的两周单片机课程设计结束了，可是似乎还沉醉在设计过程中一次次难题解决后的兴奋中，经过这次课程设计激起了我对单片机学习进一步的兴趣。最后非常感谢林国汉老师在本次课程设计中给我们的知道和帮助。 7、 参考文献1、单片机原理及应用李建忠 编 西安电子科技大学出版社2、单片微型计算机原理

26、与接口技术 高峰 编 电子工业出版社3、单片机应用新技术教程邹逢兴 编 高等教育出版社4、16位微型计算机原理接口及其应用 朱宇光 编 电子工业出版社5、微型计算机原理与接口技术 吴秀清 编 中国科学技术出版社6、微型计算机接口技术 邓亚平 编 清华大学出版社7、单片机原理及及应用 王迎旭 编 机械工业出版社附录A 系统原理图附录B 程序清单ORG 0000HLJMP STARTORG 0013HLJMP INT1SORG 0030HSTART: CLR A MOV R0,#70H MOV R2,#0DHLOOPMEM: MOV R0,A INC R0 DJNZ R2 ,LOOPMEM MOV

27、 A,#0FFH MOV P0,A MOV P1,A MOV P3,A MOV P2,#7FH MAIN: LCALL TEST LCALL DISPLAY AJMP MAIN NOP NOP NOP LJMP STARTTEST: MOV SP,#60H MOV R0,#70H MOV R7,#08 SETB IT1 SETB EX1 SETB EA MOV DPTR,#7FF0HLOOP: MOVX DPTR,A WAIT: SJMP WAIT DJNZ R7,LOOP MOV A,#0FFH MOV P0,A MOV P1,A MOV P3,A MOV P2,#7FH RETINT1S:

28、 MOV A,DPTR MOV R0,A INC R0 INC DPTR MOV A,R0 SUBB A,#70H MOV 7BH,A RETI DISPLAY: MOV A,7BH SUBB A,#01H MOV 7BH,A ADD A,#70H MOV R0,A DISLOOP11:LCALL TUNBCD MOV R2,#0FFH DISLOOP22:LCALL DISP DJNZ R2, DISLOOP22 RET TUNBCD: MOV A,R0 MOV B,#51 DIV AB MOV 7AH,A MOV A,B CLR F0 SUBB A,#1AH MOV A,#1AH MOV

29、F0,C MOV A,#10H MUL AB MOV B,#51 DIV AB JB F0,LOOP2 ADD A,#5 LOOP2: MOV 79H,A MOV A,B CLR F0 SUBB A,#1AH MOV A,#1AH MOV F0,C MOV A,#10H MUL AB MOV B,#51 DIV AB JB F0,LOOP3 ADD A,#5 LOOP3:MOV 78H,A RET DISP: MOV R1,78H MOV R5,#0FEH PLAY: MOV P1,#0FFH MOV A,R5 ANL P2,A MOV A,R1 MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV P1,A JB P2.2,PLAY1 CLR P1.7 PLAY1:LCALL DL1MS INC R1 MOV A,P2 JNB ACC.3,ENDOUT RL A MOV R5,A MOV P2,#7FH AJMP PLAY ENDOUT: MOV P2,#7FH MOV P1,#0FFH RET TAB: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH DL1MS: MOV R4,#0FFH DL3: DJNZ R4,DL3 MOV R4,#0FFH DL4: DJNZ R4,DL4 RET