简易数字电压表设计.docx

1、简易数字电压表设计简易数字电压表设计本课题实验主要采用AT89C51芯片和ADC0809芯片来完成一个简易的数字电压表，能够对输入的05 V的模拟直流电压进行测量，并通过一个4位一体的7段LED数码管进行显示，测量误差约为0.02 V。该电压表的测量电路主要由三个模块组成：1、 A/D转换模块2、 数据处理模块3、 显示控制模块A/D转换主要由芯片ADC0809来完成，它负责把采集到的模拟量转换为相应的数字量再传送到数据处理模块。数据处理则由芯片AT89C51来完成，其负责把ADC0809传送来的数字量经一定的数据处理，产生相应的显示码送到显示模块进行显示；另外它还控制着ADC0809芯片的工

2、作。显示模块主要由7段数码管及相应的驱动组成，显示测量到的电压值。实现方案： 本实验采用AT89S51单片机芯片配合ADC0809模/数转换芯片构成一个简易的数字电压表，原理电路如图1-1所示。该电路通过ADC0809芯片采样输入口IN2输入的05 V的模拟量电压，经过模/数转换后，产生相应的数字量经过其输出通道D0D7传送给AT89C51芯片的P0口。AT89S51负责把接收到的数字量经过数据处理，产生正确的7段数码管的显示段码，并通过其P1口经驱动再传送给数码管。同时它还通过其四位I/O口P3.4、P3.5、P3.6、P3.7产生位选信号，控制数码管的亮灭。另外，AT89C51还控制着AD

3、C0809的工作。其ALE管脚为ADC0809提供了1MHz工作的时钟脉冲；P2.7控制ADC0809的地址锁存端(ALE)；及控制ADC0809的启动端(START)；P2.6控制ADC0809的输出允许端(OE)；P3.2控制ADC0809的转换结束信号(EOC)。系统框图如图1-2所示。图1-1 电路原理图图1-2 系统框图一主要元器件的介绍1. 模数转换芯片ADC0809： ADC0809是典型的8位8通道逐次逼近式A/D转换器，其实物如图1-3所示。它可以和微型计算机直接接口。ADC0809转换器的系列芯片是ADC0808，可以相互替换。 图1-3 ADC0809实物图 1) ADC

4、0809内部逻辑结构图1-4 ADC0809的内部逻辑结构及引脚图ADC0809的内部逻辑结构如图1-4所示。图中多路模拟开关可选通8路模拟通道，允许8路模拟量分时输入，并共用一个A/D转换器进行转换。地址锁存与译码电路完成对A、B、C三个地址位进行锁存与译码，如表1-1所示。表1-1 ADC0809通道选择表 C(ADDC)B(ADDB)A(ADDA)选择的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN72) ADC0809的引脚ADC0809芯片为28引脚双列直插式封装，其引脚排列如图1-4所示。(1)IN0IN7：8路模拟量输入通道。(

5、2)A、B、C：模拟通道地址线。这3根地址线用于对8路模拟通道的选择，其译码关系如表1-1所示。其中，A为低地址，C为高地址，引脚图中为ADDA，ADDB和ADDC。(3)ALE：地址锁存允许信号。对应ALE上跳沿，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。(4)START：转换启动信号。START上升沿时，复位ADC0809；START下降沿时启动芯片，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持低电平。本信号有时简写为ST。(5)D7D0：数据输出线。为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。D0为最低位，D7为最高。 (6)OE：输出允许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机输

6、出转换得到的数据。OE=0，输出数据线呈高阻；OE=1，输出转换得到的数据。(7)CLK：时钟信号。ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信号引脚。通常使用频率为500KHz的时钟信号。(8)EOC：转换结束信号。EOC=0,正在进行转换；EOC=1,转换结束。使用中该状态信号即可作为查询的状态标志，又可作为中断请求信号使用。(9)Vcc： +5V电源，GND：地。 (10)Vref：参考电压。参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。其典型值为+5V(Vref(+)=+5V, Vref(-)=0V)。3) ADC0809的工作原理：首先输入3位地

7、址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。（注意：ALE信号常与START信号连在一起，这样连接可以在信号的前沿写入地址信号，在其后沿启动A/D转换，图1-5为ADC0809信号的时序配合图）。图1-5 ADC0809信号的时序配合2. 数据处理及控制芯片STC89C51： S

8、TC89C51片内含有4k字节Flash闪速存储器。ALE：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。3.AT89C51与ADC0809的连接AT89C51与ADC0809的连接电路如图1-1所示。AT89C51与ADC0809的连接必须注意处理好3个问题：(1)在START端送一个100ns宽的启动正脉冲； (2)获取EOC端上的状态信息，因为它是A/D转换的结束标志；(3)给“三态输出锁存器”分配一个端

9、口地址，也就是给OE端送一个地址译码器的输出信号。4. 4位一体7段LED数码管本实验的显示模块主要由一个4位一体的7段LED数码管(SM410564)构成，用于显示测量到的电压值。它是一个共阳极的数码管，每一位数码管的原理图如图1-13所示。每一位数码管的a,b,c,d,e,f,g和dp端都各自连接在一起，用于接收AT89C51的P1口产生的显示段码。1，2，3，4引脚端为其位选端，用于接收AT89C51的P3口产生的位选码。图1-4和图1-5分别为其实物图和引脚图。图1-4 一位数码管的原理图图1-5 SM410564数码管实物图1.主程序设计初始化中主要对AT89C51，ADC0809的

10、管脚和数码管的位选及所用到的内存单元70H,78H,79H,7AH 进行初始化设置。准备工作做好后便启动ADC0809对IN2脚输入进的05V电压模拟信号进行数据采集并转换成相对应的0255十进制数字量。在数据处理子程序中，运用标度变换知识，编写算法将0255十进制数字量转换成0.005.00V的数据，输出到显示子程序进行显示。整个主程序就是在A/D转换，数据处理及显示程序循环执行。整个程序流程框图如图16所示。图16 主程序流程图2.各子程序设计1）A/D转换子程序启动ADC0809对模拟量输入信号进行转换，通过判断EOC（P3.2引脚）来确定转换是否完成，若EOC为0，则继续等待；若EOC

11、为1，则把OE置位，将转换完成的数据存储到70H中。程序流程图如图17所示。图17 A/D转换程序流程图2）数据处理子程序3）显示子程序显示子程序采用动态扫描法实现三位数码管的数值显示。测量所得的A/D转换数据放在70H内存单元中，测量数据在显示时需转换成10进制BCD码放在78H7AH单元中。寄存器R1用作显示数据地址指针。程序流程图如图1-8所示。 图18 显示子程序流程图程序如下： ORG 0000H LJMP START ORG 0030HSTART: CLR A MOV 70H,A MOV 78H,A MOV 79H,A MOV 7AH,A MOV 7BH,ALOOP: LCALL

12、AD_SUB LCALL TRN_SUB LCALL DISP_SUB LJMP LOOPAD_SUB: CLR P2.6 SETB P3.2 CLR P2.7 SETB P2.3 SETB P2.4 CLR P2.5 MOV R0,#70H SETB P2.7 NOP NOP CLR P2.7WAIT: JB P3.2,DSAVE SJMP WAITDSAVE: MOV P0,#0FFH SETB P2.6 MOV A,P0 MOV R0,A CLR P2.6 RETTRN_SUB:MOV A,R0 MOV B,#51 DIV AB MOV 78H,A MOV A,B MOV B,#10 M

13、UL AB MOV B,#51 DIV AB MOV 79H,A MOV A,B MOV B,#10 MUL AB MOV B,#51 DIV AB MOV 7AH,A RETDISP_SUB:MOV R1,#78H MOV A,R1 MOV DPTR,#TAB1 MOVC A,A+DPTR MOV P1,A CLR P3.4 LCALL DELAY SETB P3.4 INC R1 MOV A,R1 MOV DPTR,#TAB2 MOVC A,A+DPTR MOV P1,A CLR P3.5 LCALL DELAY SETB P3.5 INC R1 MOV A,R1 MOV DPTR,#TAB2 MOVC A,A+DPTR MOV P1,A CLR P3.6 LCALL DELAY SETB P3.6 MOV A,#0C1H MOV P1,A CLR P3.7 LCALL DELAY SETB P3.7 RET DELAY: MOV R5,#3S1: MOV R6,250 DJNZ R6,$ DJNZ R5,S1 RETTAB1: DB 40H,79H,24H,30H,19H,12HTAB2: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H DB 92H,82H,0F8H,80H,90H END