基于_單片機(jī)的簡(jiǎn)易數(shù)字直流電壓表畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、.基于MCS-51單片機(jī)的簡(jiǎn)易數(shù)字直流電壓表設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易數(shù)字直流電壓表。（量程0V-2V、測(cè)量速度為大于等于2 次/秒、測(cè)量誤差在±0.05V以內(nèi)，有超限報(bào)警、數(shù)碼管顯示。）1：系統(tǒng)設(shè)計(jì)（1）分析任務(wù)要求，寫出系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)思路從試題的要求分析，主要包括的內(nèi)容為ADC 轉(zhuǎn)換電路的控制、采用定時(shí)器定時(shí)讀取ADC 轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)、將ADC 轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)計(jì)算為對(duì)應(yīng)的電壓值，最后在數(shù)碼管上顯示出來(lái)。整體設(shè)計(jì)思路：硬件采用單片機(jī)的P0 輸出數(shù)碼管的7 段碼，P2 口輸出數(shù)碼管的位控信號(hào)。用P1 的三個(gè)I/O 管腳連接ADC 轉(zhuǎn)換器的接口，通過(guò)查詢定時(shí)器T0 中斷標(biāo)志是否有效來(lái)啟動(dòng)ADC 轉(zhuǎn)換器

2、的工作，并讀取ADC 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換結(jié)果。然后，根據(jù)ADC 轉(zhuǎn)換器的參考電壓將ADC 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換結(jié)果計(jì)算為對(duì)應(yīng)的電壓值，并在數(shù)碼管上顯示出來(lái)。（2）選擇單片機(jī)型號(hào)和所需外圍器件型號(hào)，設(shè)計(jì)單片機(jī)硬件電路原理圖采用MCS51 系列單片機(jī)At89S51 作為主控制器，外圍電路器件包括數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)、AD 轉(zhuǎn)換器TLC549、基準(zhǔn)電壓TL431 等。數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)采用2 個(gè)四聯(lián)共陰極數(shù)碼管顯示，由于單片機(jī)驅(qū)動(dòng)能力有限，采用74HC244 作為數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)。在74HC244 的7 段碼輸出線上串聯(lián)100 歐姆電阻起限流作用。AD 轉(zhuǎn)換器的參考電壓由精密基準(zhǔn)電源TL431 提供，標(biāo)準(zhǔn)參考電壓Vref+為2.5 伏

3、, Vref-為0 伏。由于0V-2V 內(nèi)的測(cè)量誤差控制在±0.05V 內(nèi)，因此8 位A/D 轉(zhuǎn)換器即可滿足要求。AD 轉(zhuǎn)換器TLC549是以8 位開關(guān)電容逐次逼近A/D 轉(zhuǎn)換器為基礎(chǔ)而構(gòu)造的CMOS A/D 轉(zhuǎn)換器。它們?cè)O(shè)計(jì)成能通過(guò)3態(tài)數(shù)據(jù)輸出和模擬輸入與微處理器或外圍設(shè)備串行接口。TLC549 僅用輸入/輸出時(shí)鐘（I/O CLOCK）和芯片選擇（CS）輸入作數(shù)據(jù)控制。TLC549 的IO CLOCK 輸入頻率最高可達(dá)1.1MHz。TLC549 提供了片內(nèi)系統(tǒng)時(shí)鐘，它通常工作在4MHz 且不需要外部元件。片內(nèi)系統(tǒng)時(shí)鐘使內(nèi)部器件的操作獨(dú)立于串行輸入/輸出的時(shí)序并允許TLC548 和T

4、LC549 象許多軟件和硬件所要求的I/O CLOCK 和內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘一起可以實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳送以及對(duì)于TLC549 為每秒40,000 次轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換速度。TLC549 的引腳排列分別如圖1。圖1 TLC549 的引腳排列TLC549 的工作時(shí)序如圖2所示。圖2 TLC549 的工作時(shí)序轉(zhuǎn)換周期需要36 個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期（最大為17s），它開始于CS 變?yōu)榈碗娖街驣/O CLOCK的第8 個(gè)下降沿，這適用于該時(shí)刻其地址存在于存儲(chǔ)器中的通道。在CS 變?yōu)榈碗娖胶螅罡哂行唬ˋ7）自動(dòng)被放置在DATA OUT 總線上。其余的7 位（A6-A0）在前7 個(gè)I/O CLOCK 下降沿由時(shí)鐘同步輸出。T

5、LC549 的工作原理TLC549 是在單個(gè)芯片內(nèi)的完善的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。每一個(gè)器件包含內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘，采樣和保持，8 位A/D 轉(zhuǎn)換器，數(shù)據(jù)寄存器以及控制邏輯電路。為了提高靈活性和訪問(wèn)速度，器件有兩個(gè)控制輸入：I/OCLOCK 和芯片選擇（CS）。這些控制輸入和與TTL 兼容的3 態(tài)輸出易于與微處理器或小型計(jì)算機(jī)的串行通信。器件可在17s 或更短時(shí)間內(nèi)完成轉(zhuǎn)換。TLC549 每25s 重復(fù)一次完整的輸入-轉(zhuǎn)換-輸出（input-conversion-output）周期。內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘和I/OCLOCK 獨(dú)立使用且不需要任何特定的速度或二者之間的相位關(guān)系。這種獨(dú)立性簡(jiǎn)化了器件的硬件和軟件控制任務(wù)。由

6、于這種獨(dú)立性和系統(tǒng)時(shí)鐘的內(nèi)部產(chǎn)生，控制硬件和軟件只需關(guān)心利用I/O 時(shí)鐘讀出先前轉(zhuǎn)換結(jié)果和啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘以這種方式驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換電路以便控制硬件和軟件不需要涉及此項(xiàng)任務(wù)。當(dāng)CS 為高電平時(shí)，DATAOUT 處于高阻狀態(tài)且I/OCLOCK（I/O 時(shí)鐘）被禁止。正常控制時(shí)序?yàn)椋?.CS 被拉至低電平。當(dāng)CS 變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，前次轉(zhuǎn)換結(jié)果的最高有效位（MSB）開始出現(xiàn)在DATAOUT端。2.前4 個(gè)I/OCLOCK 周期的下降沿輸出前次轉(zhuǎn)換結(jié)果的第2、第3、第4 和第5 個(gè)最高有效位。在I/OCLOCK 第4 個(gè)高電平至低電平的跳變之后，片內(nèi)采樣和保持電路開始對(duì)模擬輸入采樣。采樣操作主要包括內(nèi)部電

7、容器充電到模擬輸入電壓的電平。3.其后再把三個(gè)I/OCLOCK 周期加至I/OCLOCK 端，在這些時(shí)鐘周期的下降沿，第6、第7 和第8 個(gè)轉(zhuǎn)換位被移出。4.最后（第8 個(gè)）時(shí)鐘周期被加至I/OCLOCK。此時(shí)鐘周期高電平至低電平的跳變使片內(nèi)采樣和保持電路開始保持功能。保持功能在接著四個(gè)內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘周期內(nèi)繼續(xù)進(jìn)行，在此之后保持功能結(jié)束且在下面32 個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期內(nèi)完成轉(zhuǎn)換，總共為36 個(gè)周期。在第8 個(gè)I/OCLOCK 周期之后，CS必須變?yōu)楦唠娖?，否則I/OCLOCK 必須保持低電平達(dá)至少36 個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期以供保持和轉(zhuǎn)換功能的完成。在多個(gè)轉(zhuǎn)換周期內(nèi)CS 可保持低電平。在多個(gè)轉(zhuǎn)換周期內(nèi)使CS

8、 保持低電平時(shí)必須特別注意防止I/OCLOCK 線上的噪聲閃變。如果在I/OCLOCK 上發(fā)生閃變，那么在微處理器/控制器和器件之間的I/O 時(shí)序?qū)⑹ネ?。此外，如果CS 變?yōu)楦唠娖?，那么它必須保持高電平直至轉(zhuǎn)換結(jié)束為止。否則，CS 的有效高電平至低電平跳變將引起復(fù)位，它使正在進(jìn)行的轉(zhuǎn)換失敗。在36 個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期發(fā)生之前，通過(guò)完成步驟1 至4 可以啟動(dòng)新的轉(zhuǎn)換，同時(shí)正在進(jìn)行的轉(zhuǎn)換中止。此操作產(chǎn)生先前的轉(zhuǎn)換結(jié)果而不是正在進(jìn)行的轉(zhuǎn)換結(jié)果。（3）分析軟件任務(wù)要求，寫出程序設(shè)計(jì)思路，分配單片機(jī)內(nèi)部資源，畫出程序流程圖軟件的任務(wù)包括定時(shí)器的定時(shí)功能、AD 轉(zhuǎn)換器TLC549 的控制與數(shù)據(jù)的讀取，數(shù)碼

9、管的動(dòng)態(tài)掃描。程序設(shè)計(jì)思路，采用查詢定時(shí)器中斷標(biāo)志的方式來(lái)啟動(dòng)AD 轉(zhuǎn)換器TLC549 的工作，在讀取AD轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)之后，再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算換算為對(duì)應(yīng)的電壓值。需要分配的單片機(jī)存儲(chǔ)資源包括AD 轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)的暫存變量（re_data）、定時(shí)器溢出次數(shù)的計(jì)數(shù)變量（T_cnt）、數(shù)據(jù)換算的系數(shù)（xishu）以及電壓值（volt）等。主程序的流程圖如圖3所示。由于采用查詢中斷標(biāo)志的方式來(lái)響應(yīng)的中斷，所以主程序要循環(huán)完成如下任務(wù)：中斷標(biāo)志的查詢、AD 轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)的讀取、電壓值的換算以及數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)掃描顯示。圖3 數(shù)字電壓表的主程序流程圖（4）設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件調(diào)試方案、硬件調(diào)試方案及軟硬件聯(lián)合調(diào)試方案軟件調(diào)試

10、方案：偉福軟件中，在“文件新建文件”中，新建C 語(yǔ)言源程序文件，編寫相應(yīng)的程序。在“文件新建項(xiàng)目”的菜單中，新建項(xiàng)目并將C 語(yǔ)言源程序文件包括在項(xiàng)目文件中。在“項(xiàng)目編譯”菜單中將C 源文件編譯，檢查語(yǔ)法錯(cuò)誤及邏輯錯(cuò)誤。在編譯成功后，產(chǎn)生以“*.hex”和“*.bin” 后綴的目標(biāo)文件。硬件調(diào)試方案：在設(shè)計(jì)平臺(tái)中，將單片機(jī)的P1.0 接TLC549 的CLK 管腳，P1.1 接TLC549 的DOUT 管腳，P1.2 接TLC549 的CS 管腳。在偉福中將程序文件編譯成目標(biāo)文件后，將下載線安裝在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，運(yùn)行“MCU 下載程序”，選擇相應(yīng)的flash 數(shù)據(jù)文件，點(diǎn)擊“編程”按鈕，將程序文件下

11、載到單片機(jī)的Flash 中。然后，上電重新啟動(dòng)單片機(jī)，檢查所編寫的程序是否達(dá)到題目的要求，是否全面完整地完成試題的內(nèi)容。2 程序設(shè)計(jì)/晶振：11.0592MHz，定時(shí)器T0 每50ms 中斷一次，每隔0.1 秒讀ADC 一次/* AD 轉(zhuǎn)換器使用TLC549p1.0-Clockp1.1-Data outp1.2-CS*/#include "reg51.h"#include "intrins.h"#include "math.h"sbit ad_clk=P10;sbit ad_dout=P11;sbit ad_cs=P12;unsign

12、ed char data re_data;unsigned int data T_cnt;double volt,xishu;char code led_seg_code10=0x3f,0x06,0x05b,0x04f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;/led_seg_code0-9代表0-9 的7 段碼/-void delay(unsigned int i)/延時(shí) while(-i); /-void led_show(double f) unsigned char i,s;unsigned int k,*j;if (f<2) k=f;/取整數(shù)部分i=k;P0

13、=led_seg_codei | 0x80;P2=0xfb;delay(50);i=f*10;i=i%10;P0=led_seg_codei;P2=0xfd;delay(50);i=f*100; /取小數(shù)后1 位i=i%10;P0=led_seg_codei;P2=0xfe;delay(50);else /超限報(bào)警，顯示“-” P0=0x40;P2=0xfb;delay(50);/-P2=0xfd;delay(50);/-P2=0xfe;delay(50);/-讀取ADC 轉(zhuǎn)換器TLC549 的數(shù)據(jù)-unsigned char receive_data()unsigned char i,d;d

14、=0;ad_cs=1; / /CS 置高，片選無(wú)效ad_clk=0;ad_cs=0;_nop_();for(i<0;i<8;i+) ad_clk=1;d=d<<1;if (ad_dout) d+;ad_clk=0;ad_cs=1;for(i=0;i<10;i+) / 適當(dāng)延時(shí)超過(guò)17us_nop_();return d;/-main()T_cnt=0;TMOD=0x01; /定時(shí)器設(shè)置T0TH0=0x4c; /50000us=(65536-0x4c00)*12/11.0592TL0=00;EA=0;TR0=1;re_data=0x00;volt=0;xishu=2.5/255.0;/-while(1) i