唐山学院数字电压表毕业设计.docx

1、唐山学院数字电压表毕业设计目录1 前言 12 设计方案 23 单片机内部结构简单介绍 33.1 51系列单片机内部基本器件组成 33.2 8051单片机引脚功能简单介绍 44 A/D转换器的类型及其引脚的简单介绍 64.1 AD转换器(模/数转换器)的分类 64.2 ADC0809的简单介绍 75 硬件电路的设计 95.1单片机主电路设计 95.1.1 复位电路 95.1.2 晶振电路 105.1.3 按键电路设计 105.1.4 显示电路设计 105.1.5 显示方式 126 软件设计 136.2主程序设计 136.1.1 工作流程 136.1.2 存储空间定义安排 146.2模块程序设计

2、146.2.1 A/D转换测量程序流程 146.2.2 显示程序流程 157程序 178仿真截图 209谢辞 2110参考文献 2211外文资料 231 前言单片机是大规模集成电路技术发展的产物，1974年美国fairchild公司研制出世界上第一台由两块集成电路芯片组成的单片微型计算机F8，从此单片机开始迅速发展。从4位机到8位机到现在的16位机和32位机，单片机功能越来越强大，应用范围也越来越广泛。单片机的发展通常分为以下几个阶段：(1)第一代单片机(19741976)这是单片机发展的起步阶段。在这个时期生产的单片机属于4位机型，集成度低。典型的代表产品有intel公司的404四位单片机，

3、主要用于家电家用电器领域。(2)第二代单片机机(19761978)这是单片机的发展阶段。这个时代生产的单片机属于低档、中档8位机型，片内集成有cpu、输入输出接口、定时器和rom等功能部件，是8位机的早期产品，存储量较小，性能低，目前很少用。典型的产品有intel公司的mcs-48系列单片机。(3)第三代单片机(19791982)这一代单片机的存储量和寻址范围都有扩展，而且还增加了中断源，并行I/O口和定时器计数器，集成了全双工串行通信接口电路。代表产品有intel公司的mcs-51系列单片机。(4)第四代单片机(1982年以后)这是16位单片机和8位单片机高性能单片机并行发展的时代。16位单

4、片机的特点是工艺先进、高度集成和内部功能强，代表产品有intel公司的mcs-96系列等。随着大规模集成电路及超大集成规模电路的发展，单片机向着更深层次发展，主要体现在以下几个方面(1)高度集成，一片单片机内部集成的rom/ram容量增大，增加了电闪存存储器，具有掉电保护功能，并集成了A/D、D/A转换器、定时器、计数器、系统故障检测和dma电路。(2)引脚多功能化，随着芯片内部功能的增强和资源的丰富，一脚多用的设计方案日益显出重要的地位。(3)高性能，这是单片机的发展所追求的一个目标，更高的性能将会使单片机应用的系统更加简单、可靠。(4)低功耗，这将是未来单片机发展所追求的一个目标，随着单片

5、机集成度不断提高由单片机构成的系统体积越来越小，低功耗将是设计单片机产片首先考虑的指标。总之在现在科学快速发展的今天，我们所使用的的仪器越来越智能化，本次设计对于单片机以后的学习中会有很大的帮助。2 设计方案将数据采集接口电路输入电压传入ADC0809数模转换元件，经转换后通过D0至D7与单片机P0口连接，把转换完的模拟信号以数字信号的信号的形式传给单片机，信号经过单片机处理从LED数码显示管显示。P3口，实现复位。P2口接数码管位选，P1接数码管，实现数据的动态显示，如下图所示。图2-1系统总体方案结构图3 单片机内部结构简单介绍3.1 51系列单片机内部基本器件组成1 中央处理器(CPU)

6、：是MCS-51的CPU能处理8位二进制数或代码;2 内部数据存储器(RAM)：8051芯片共有256个RAM单元,其中后128单元被专用寄存器占用(稍后我们详解),能作为寄存器供用户使用的只是前128单元,用于存放可读写的数据。因此通常所说的内部数据存储器就是指前128单元,简称内部RAM。地址范围为00HFFH(256B)。是一个多用多功能数据存储器,有数据存储、通用工作寄存器、堆栈、位地址等空间。3 内部程序存储器(ROM)：8051内部有4KB的ROM,用于存放程序、原始数据或表格。因此称之为程序存储器,简称内部RAM。地址范围为0000HFFFFH(64KB)。4 定时器/计数器 8

7、051共有2个16位的定时器/计数器,以实现定时或计数功能,并以其定时或计数结果对计算机进行控制。定时时靠内部分频时钟频率计数实现,做计数器时,对P3.4(T0)或P3.5(T1)端口的低电平脉冲计数。5 并行I/O口 MCS-51共有4个8位的I/O口(P0、P1、P2、P3)以实现数据的输入输出。具体功能在后面章节中将会详细论述。6 串行口 MCS-51有一个全双工的串行口,以实现单片机和其它设备之间的串行数据传送。该串行口功能较强,既可作为全双工异步通信收发器使用,也可作为移位器使用。RXD( P3.0)脚为接收端口,TXD(P3.1)脚为发送端口。7 中断控制系统 MCS-51单片机的

8、中断功能较强,以满足不同控制应用的需要。共有5个中断源,即外中断2个,定时中断2个,串行中断1个,全部中断分为高级和低级共二个优先级别。8 时钟电路 MCS-51芯片的内部有时钟电路,但石英晶体和微调电容需外接。时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列。系统允许的晶振频率为12MHZ3.2 8051单片机引脚功能简单介绍51单片机引脚功能： MCS-51是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片,引脚分布请参照-单片机引脚图： L、P0.0-P0.7 P0口8位双向口线(在引脚的39-32号端子)。 2、P1.0-P1.7 P1口8位双向口线(在引脚的1-8号端子)。 3、P2.0-P2.7 P2口8位双

9、向口线(在引脚的21-28号端子)。 4、P3.-P3.7 P2口8位双向口线(在引脚的10-17号端子)。 P0口有三个功能： 1、外部扩展存储器时,当做数据总线(如图1中的D0-D7为数据总线接口) 2、外部扩展存储器时,当作地址总线(如图1中的A0-A7为地址总线接口) 3、不扩展时,可做一般的I/O使用,但内部无上拉电阻,作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。P1口只做I/O口使用：其内部有上拉电阻。 P2口有两个功能： 1、扩展外部存储器时,当作地址总线使用 ；2、做一般I/O口使用,其内部有上拉电阻； P3口有两个功能： 除了作为I/O使用外(其内部有上拉电阻),还有第二功能如下：1

10、、串行I/O处于运行状态(RXD,TXD)；2、打开了处部中断(INT0,INT1)；3、定时器/计数器处于外部计数状态(T0,T1)；4、执行读写外部RAM的指令(RD,WR)；在应用中,如不设定P3端口各位的第二功能(WR,RD信号的产生不用设置),则P3端口线自动处于第一功能状态,也就是静态IO端口的工作状态。在更多的场合是根据应用的需要,把几条端口线设置为第二功能,而另外几条端口线处于第一功能运行状态。在这种情况下,不宜对P3端口作字节操作,需采用位操作的形式4 A/D转换器的类型及其引脚的简单介绍4.1 AD转换器(模/数转换器)的分类 常用的几种类型的基本原理及特点：积分型、逐次逼

11、近型、并行比较型/串并行型、-调制型、电容数组逐次比较型及压频变换型。 1)积分型(如TLC7135) 积分型AD工作原理是将输入电压转换成时间(脉冲宽度信号)或频率(脉冲频率),然后由定时器/计数器获得数字值。其优点是用简单电路就能获得高分辨率,但缺点是由于转换精度依赖于积分时间,因此转换速率极低。初期的单片AD转换器大多采用积分型,现在逐次比较型已逐步成为主流。 2)逐次比较型(如TLC0831) 逐次比较型AD由一个比较器和DA转换器通过逐次比较逻辑构成,从MSB开始,顺序地对每一位将输入电压与内置DA转换器输出进行比较,经n次比较而输出数字值。其电路规模属于中等。其优点是速度较高、功耗

12、低,在低分辨率(12位)时价格很高。 3)并行比较型/串并行比较型(如TLC5510) 并行比较型AD采用多个比较器,仅作一次比较而实行转换,又称FLash(快速)型。由于转换速率极高,n位的转换需要2n-1个比较器,因此电路规模也极大,价格也高,只适用于视频AD转换器等速度特别高的领域。 串并行比较型AD结构上介于并行型和逐次比较型之间,最典型的是由2个n/2位的并行型AD转换器配合DA转换器组成,用两次比较实行转换,所以称为 Half flash(半快速)型。还有分成三步或多步实现AD转换的叫做分级(Multistep/Subrangling)型AD,而从转换时序角度又可称为流水线(Pip

13、elined)型AD,现代的分级型AD中还加入了对多次转换结果作数字运算而修正特性等功能。这类AD速度比逐次比较型高,电路规模比并行型小。 4)-(Sigma-delta)调制型(如AD7705) -型AD由积分器、比较器、1位DA转换器和数字滤波器等组成。原理上近似于积分型,将输入电压转换成时间(脉冲宽度)信号,用数字滤波器处理后得到数字值。电路的数字部分基本上容易单片化,因此容易做到高分辨率。主要用于音频和测量。 5)电容数组逐次比较型 电容数组逐次比较型AD在内置DA转换器中采用电容矩阵方式,也可称为电荷再分配型。一般的电阻数组DA转换器中多数电阻的值必须一致,在单芯片上生成高精度的电阻

14、并不容易。如果用电容数组取代电阻数组,可以用低廉成本制成高精度单片AD转换器。最近的逐次比较型AD转换器大多为电容数组式的。 6)压频变换型(如AD650) 压频变换型(Voltage-Frequency Converter)是通过间接转换方式实现模数转换的。其原理是首先将输入的模拟信号转换成频率,然后用计数器将频率转换成数字量。从理论上讲这种AD 的分辨率几乎可以无限增加,只要采样的时间能够满足输出频率分辨率要求的累积脉冲个数的宽度。其优点是分辨率高、功耗低、价格低,但是需要外部计数电路共同完成AD转换。4.2 ADC0809的简单介绍ADC0809是采样频率为8位的、以逐次逼近原理进行模数

15、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。1.主要特性1)8路8位AD转换器，即分辨率8位。 2)具有转换起停控制端。 3)转换时间为100s。4)单个5V电源供电 。5)模拟输入电压范围05V，不需零点和满刻度校准。 6)工作温度范围为-4085摄氏度 。7)低功耗，约15mW。 2.内部结构 ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式AD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DA转换器、逐次逼近 。3.外部特性(引脚功能) ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图42所示。下面说明各引脚功能。 IN0IN7：8路模拟量输入端。2-12-8：8位数字量输出端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路。ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。 START: AD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)。 EOC： AD转换结束信号，输出，当AD转换结束时，此端输出一个高电平(转换期间一直为低电平)。