单片机简易电压表课程设计.docx

1、单片机简易电压表课程设计成绩 课程设计报告 题 目 简易数字电压表 课 程 名 称 单片机原理及接口技术 院 部 名 称 龙 蟠 学 院 专 业 M电气工程及其自动化 班 级 M09电气工程及其自动化班 学 生 姓 名 XXX 学 号 09XXXXXXXXXX 课程设计地点 C314 课程设计学时 16学时 指 导 教 师 姜玉东 金陵科技学院教务处制1 绪 论随着微电子技术的不断发展，微处理器芯片的集成程度越来越高，单片机已可以在一块芯片上同时集成CPU、存储器、定时器计数电路，这就很容易将计算机技术与测量控制技术结合，组成智能化测量控制系统。 数字电压表（DigitalVoltmeter）

2、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。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。本章重点介绍单片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，展示出强大的生命力。2.设计目的及要求2.1设计目的（1）.熟悉单片机系统综合设计方法。（2）.掌握数码管的动态显示原理。（3）.掌握ADC0808的工作原理。2.2.设计要求数字电压表的基本原

3、理，是对直流电压进行模数转换，其结果用数字直接显示出来，按其基本工作原理可分为积分式和比较式。基本要求：简易数字电压表可以测量0-5V的单通道输入电压值，并在四位LED数码管上显示相应的通道和电压值。测量最小分辨率为0.019V，测量误差约为0.02V。扩展要求：系统能进行单路/多通道选择，多路转换时要求在LED上轮流显示各路电压值。3.硬件设计3.1方法选择实现数字电压表的方案较多，目前广泛采用的是基于74系列逻辑器件方案。74系列逻辑器件方案采用双积分电路+液晶显示器+逻辑电路+定时采样电路+数据处理实现，被测电压信号有信号输入端加到测量系统，进行预处理后送到后级电路。单片机系统方案此方案

4、采用输入处理电路+ADC0808+AT89C51+液晶显示实现，被测信号由ADC0808模拟输入端输入，单片机采集转换数据，将这转换数据送出显示。系统除能确保实现要求的功能外，还可以方便地进行8路其他A/D转换量的测量，远程测量结果传送等扩展功能。我们做好了现在的电路图，进过仿真，我们达到了预期的结果。3.2方案设计经过以上方法设计，决定采用如图1-1所示方案流程图图1-1设计模块说明：本设计方案主要有四大模块：（1）LED显示模块（2）时钟复位电路（3）ADC0808数模转换模块（4）AT89C51单片机控制模块3.3.硬件电路设计3.3.1.AT89C51单片机简单概述AT89C51是一种

5、带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C51是一种带2K字节闪存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1000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AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种

6、灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图3-2所示。图3-2 AT89C51芯片模型3.3.2.AT89C51主要功能特性(1) 4K字节可编程闪烁存储器。 (2) 32个双向I/O口；1288位内部RAM 。(3) 2个16位可编程定时/计数器中断，时钟频率0-24MHz。 (4) 可编程串行通道。 (5) 5个中断源。 (6) 2个读写中断口线。 (7) 低功耗的闲置和掉电模式。(8) 片内振荡器和时钟电路。3.3.3. AT89C51引脚介绍89C51单片机多采用40只引脚的双列直插封装(DIP)方式，下面分别简单介绍。(1)电源引脚电源引脚接入单片机的工作电源。Vcc(40引脚）：+5

7、V电源。GND(20引脚)：接地。(2)时钟引脚XTAL1(19引脚)：片内振荡器反相放大器和时钟发生器电路的输入端。XTAL2(20引脚)：片内振荡器反相放大器的输出端。图3-3 电源接入方式(3)复位RST(9引脚)在振荡器运行时，有两个机器周期（24个振荡周期）以上的高电平出现在此引脚时，将使单片机复位，只要这个脚保持高电平，51芯片便循环复位。(4)/Vpp(31引脚)为外部程序存储器访问允许控制端。当它为高电平时，单片机读片内程序存储器，在PC值超过0FFFH后将自动转向外部程序存储器。当它为低电平时，只限定在外部程序存储器，地址为0000HFFFFH。Vpp为该引脚的第二功能，为编

8、程电压输入端。(5)ALE/(30引脚)ALE为低八位地址锁存允许信号。在系统扩展时，ALE的负跳沿江P0口发出的第八位地址锁存在外接的地址锁存器，然后再作为数据端口。为该引脚的第二功能，在对片外存储器编程时，此引脚为编程脉冲输入端。(6)(29引脚)片外程序存储器的读选通信号。在单片机读片外程序存储器时，此引脚输出脉冲的负跳沿作为读片外程序存储器的选通信号。(7) pin39-pin32为P0.0-P0.7输入输出脚，称为P0口。P0是一个8位漏极开路型双向I/O口。内部不带上拉电阻，当外接上拉电阻时，P0口能以吸收电流的方式驱动八个LSTTL负载电路。通常在使用时外接上拉电阻，用来驱动多个

9、数码管。 在访问外部程序和外部数据存储器时，P0口是分时转换的地址(低8位)/数据总线，不需要外接上拉电阻。(8)Pin1-Pin8为P1.0-P1.7输入输出脚，称为P1口，是一个带内部上拉电阻的8位双向I/0口。P1口能驱动4个LSTTL负载。(9)Pin21-Pin28为P2.0-P2.7输入输出脚，称为P2口。P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口能驱动4个LSTTL负载。端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。对内部Flash程序存储器编程时，接收高8位地址和控制信息。在访问外部程序和16位外部数据存储器时，P2口送出高8位地址。而在访问8位地址的外部数据存

10、储器时其引脚上的内容在此期间不会改变。 (10)Pin10-Pin17为P3.0-P3.7输入输出脚，称为P3口。P3口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口能驱动4个LSTTL负载，这8个引脚还用于专门的第二功能。端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。对内部Flash程序存储器编程时，接控制信息。3.3.4.时钟电路与复位电路的设计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单片机允许的时钟频率典型值为12MHZ。80C51单片机内部有一个高增益反向放大器，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1

11、8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己振荡。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，对振荡频率有微调作用。调节它们可以达到微调振荡周期fosc的目的。 单片机的RET管脚为主机提供一个外部复位信号输入端口。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电路和手工复位电路，只要Vcc上升时间不超过1ms，它们都能很好的工

12、作。复位以后，单片机内部各部件恢复到初始状态。硬件图如图1-3所示图1-3时钟电路如图1-3左上角所示，复位电路如图1-3左半部分图所示，本电路采用手动复位3.3.5 模数转换芯片ADC0808及其内部结构ADC0808是一种典型的A/D转换器。它是由8位A/D转换器，一个8路模拟量开关，8位模拟量地址锁存译码器和一个三态数据输出锁存器组成； +5V单电源供电，转化 时间在100us左右；内部没有时钟电路，故需外部提供时钟信号。芯片模型如图3-4所示。图3-4ADC0808芯片模型3.3.6.ADC0808 引脚简介 (1) IN0IN7：8路模拟量输入端。(2) D0D7：8位数字量输出端口

13、。(3) START：A/D转换启动信号输入端。(4) ALE：地址锁存允许信号，高电平有效。(5) EOC：输出允许控制信号，高电平有效。(6) OE： 输出允许控制信号，高电平有效。(7) CLK：时钟信号输入端。(8)A、B、C：转换通道地址,控制8路模拟通道的切换。A、B、C分别与地址线或数据线相连，三位编码对应8个通道地址端口，A、B、C=000111分别对应IN0IN7通道的地址端口。3.3.7.A/D转换原理A/D转换由集成电路0808完成，0808具有8路模拟输入端口，地址线（2325脚）可决定那一路模拟输入做A/D转换。ADC 0808 采用逐次比较的方法完成A/D转换，由单

14、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。ADC0809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。22脚为地址锁存控制，当输入为高电平时，对地址信号进行锁存。6脚为测试控制，当输入一个宽高电平脉冲时，就开始A/D转换。7脚为A/D转换结束标志，当A/D转换数据从端口输出10脚为0808的时钟输入端，利用单片机30脚的六分频晶振频率再通过14024二分频得到1MHZ时钟。单片机的P2.1P2.3端口作为三位LED数码管显示控

15、制，P1端口作A/D转换数据读入，P0端口用于数码管的显示。A/D转换电路如图1-4所示。图1-4 A/D转换电路如图1-4所示，ADC0808的2325脚接地，控制IN0为输入端。图上方的电源和滑动变阻器来模拟电压的输入，经过A/D转换后从OUT口输出送入AT89C51的P1口。3.3.8.数码管动态原理动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制

16、，所以只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。显示电路如图1-5所示图1-5显示电路4.软件电路设计4.1主程序流程图 主程序包含初始化部分、调用A/D转换子程序和相应外部0中断显示电压数值程序，初始化部分包含存放通

17、道的缓冲区初始化和显示缓冲区初始化。另外，对于单路显示和循环显示，系统设置了一个标志位00H控制，初始化时00H位设置为0，默认为循环显示，当它为1时改变为单路显示控制，00H位通过单路、循环按键控制。流程图如图4-1所示。 如图2-1所示图2-14.2.显示子程序流程图A/D转换子程序用于对ADC0808的4路输入模拟电压进行A/D转换，并将转换的数值存入4个相应的存储单元中，A/D转换子程序每隔一定时间调用一次，即隔一段时间对输入电压采样一次，如图4-2所示。如图2-2所示图2-24.3.A/D转换测量流程图如图2-3所示图2-3A/D转换子程序5系统仿真与调试本设计应用Proteus和K

18、EIL51软件,首先根据自己设计的电路图用Proteus软件画出电路模型，关于这个软件的使用通过查一些资料和自己的摸索学习；然后我们用KEIL51软件对所编写的程序进行编译、链接，如果没有错误和警告便可生成程序的hex文件，将此文件加到电路图上使软硬件结合运行，最后测试仿真成果图电压如3-1,3-2所示图3-1 图3-26总结经过努力终于设计成功，LED的显示结果和直接用数字电压表测试模拟量输入所得结果几乎一致，误差完全在合理的范围之内。由于仪器误差，LED显示最大值只能是4.9V，离标准最大值5.0V已经不远，达到预期目的，设计成功。 本设计参考了89C51与ADC0809转换的接口连线，设

19、计出电路图的连线，从并中理解了许多基本的知识和接线方法，在程序的设计与电压表调试的过程中中遇到了很多的问题，刚开始时四个数码管根本不显示，后来发现用的是共阴极的数码管，而设计是共阳极的，更换后数码管终于显示，但问题又出现了，单路显示和循环显示的开关不能控制电路的单路显示和循环显示，经过仔细地检查电路和修改程序，采用中断的方法，产生一次外部中断0，程序转移到单路显示，按一次单路显示开关，地址加一，转换的模拟通道相应的加一，如果按下循环按键就返回循环显示的程序，功夫不负有心人，最后终于调试成功。在此再次向带领我们这次课程设计的老师和其他小组组员说声：谢谢！7参考文献1 蒋廷彪,刘电霆,高富强,方华

20、.单片机原理及应用.出版社:重庆大学出版社.出版时间:2005年1月第2次印刷2 8051实验指导书电子电气综合实训系统.出版社:北京精仪达盛科技有限公司3 徐爱钧.智能化测量控制仪表原理与设计(第二版)M.北京:北京航空航天大学出版社,20044 吴金戌,沈庆阳,郭庭吉.8051单片机实践与应用M.北京:清华大学出版社,20025 张国勋.缩短ICL7135A/D采样程序时间的一种方法J.电子技术应用.1993.第一期6 高峰.单片微型计算机与接口技术M.北京科学出版社,2003.附录1 程序清单LED_0 EQU 30HLED_1 EQU 31HLED_2 EQU 32HADC EQU 3

21、5HST BIT P3.2OE BIT P3.0EOC BIT P3.1 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0030HMAIN: MOV LED_0,#00H MOV LED_1,#00H MOV LED_2,#00H SETB P3.4 SETB P3.5 CLR P3.6WAIT: CLR ST SETB ST CLR ST JNB EOC,$ SETB OE MOV ADC,P1 CLR OE LCALL CONVERT LCALL DISPLAY SJMP WAITCONVERT: MOV A,ADC MOV B,#51 DIV AB MOV LED_2,A MOV A,

22、B CLR F0 SUBB A,#1AH MOV F0,C MOV A,#10 MUL AB MOV B,#51 DIV AB JB F0,LOOP3 ADD A,#5LOOP2: MOV LED_1,A MOV A,B CLR F0 SUBB A,#1AH MOV F0,C MOV A,#10 MUL AB MOV B,#51 DIV AB JB F0,LOOP3 ADD A,#5LOOP3: MOV LED_0,A RETDISPLAY: MOV A,LED_0 MOV DPTR,#TABLE MOVC A,A+DPTR SETB P2.3 MOV P0,A LCALL DELAY CLR

23、 P2.3 MOV A,LED_1 MOV DPTR,#TABLE MOVC A,A+DPTR SETB P2.2 MOV P0,A LCALL DELAY CLR P2.2 MOV A,LED_2 MOV DPTR,#TABLE2 MOVC A,A+DPTR SETB P2.1 MOV P0,A LCALL DELAY CLR P2.1 RETDELAY: MOV R6,#10 MOV R7,#250 DJNZ R7,$ DJNZ R6,D1 RETTABLE: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H DB 92H,82H,0F8H,80H,90HTABLE2: DB 40H,79H,24H,30H,19H,12H END附录2 系统硬件图