單片機課程設(shè)計-數(shù)字電壓表

1、 數(shù)字電壓表的設(shè)計課 題 名 稱 基于單片機的數(shù)字電壓表 作 者 姓 名 專 業(yè) 班 級 指導(dǎo)教師姓名 摘 要單片機是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力(如算術(shù)運算，邏輯運算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理)的微處理器(CPU)。隨著單片機技術(shù)的飛速發(fā)展，各種單片機蜂擁而至，單片機技術(shù)已成為一個國家現(xiàn)代化科技水平的重要標(biāo)志。單片機可單獨地完成現(xiàn)代工業(yè)控制所要求的智能化控制功能，這是單片機最大的特征。單片機控制系統(tǒng)能夠取代以前利用復(fù)雜電子線路或數(shù)字電路構(gòu)成的控制系統(tǒng)，可以軟件控制來實現(xiàn)，并能夠?qū)崿F(xiàn)智能化?，F(xiàn)在單片機控制范疇無所不在，例如通信產(chǎn)品、家用電器、智能儀器儀表、過程控制和專用控制裝

2、置等等，單片機的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。本畢業(yè)設(shè)計的課題是“簡易數(shù)字電壓表的設(shè)計”。主要考核我們對單片機技術(shù)，編程能力等方面的情況。觀察獨立分析、設(shè)計單片機的能力，以及實際編程技能。本文利用了單片機在測量技術(shù)中的應(yīng)用，采用AT89C51單片機實現(xiàn)模擬電壓信號的檢測與顯示，構(gòu)成數(shù)字式電壓表。本課題中主要解決數(shù)模轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)處理和顯示控制三個主要模塊。其中的ADC0804用于模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成單片機用于識別的數(shù)字信號，AT89C51主要用于信號的控制和處理顯示，74LS47用于譯碼和驅(qū)動顯示。該電路設(shè)計簡單實用，實現(xiàn)了數(shù)字電壓表的智能化控制。關(guān)鍵詞：單片機 AT89C51 ADC0804目 錄1設(shè)計原理

3、及要求11.1數(shù)字電壓表的實現(xiàn)原理11.2數(shù)字電壓表的設(shè)計要求12軟件仿真電路設(shè)計22.1設(shè)計思路2 2.2設(shè)計基本框圖.32.3 AT89C51的功能介紹22.3.1簡單概述22.3.2主要功能特性32.3.3 AT89C51的引腳介紹32.4 ADC0808的引腳及功能介紹52.4.1芯片概述52.4.2 引腳簡介52.4.3 ADC0808的轉(zhuǎn)換原理.83系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計63.1 主程序63.2 A/D轉(zhuǎn)換子程序73.3 中斷顯示程序84總結(jié)9參考文獻10附錄111附錄2 . 12附錄3. 17341設(shè)計原理及要求1.1數(shù)字電壓表的實現(xiàn)原理 ADC0808是8位的A/D轉(zhuǎn)換器。當(dāng)輸入電

4、壓為5.00V時，輸出的數(shù)據(jù)值為255（0FFH），因此最大分辨率為0.0196（5/255）。ADC0808具有8路模擬量輸入端口，通過3位地址輸入端能從8路中選擇一路進行轉(zhuǎn)換。如每隔一段時間依次輪流改變3位地址輸入端的地址，就能依次對8 路輸入電壓進行測量。LED數(shù)碼管顯示采用軟件譯碼動態(tài)顯示。通過按鍵選擇可對8路循環(huán)顯示，也可單路顯示，單路顯示可通過按鍵選擇顯示的通道數(shù)。1.2數(shù)字電壓表的設(shè)計要求可以測量05V范圍內(nèi)的3路直流電壓值。在3位LED數(shù)碼管上輪流顯示各路電壓值或單路選擇顯示。利用ADC0808設(shè)計實現(xiàn)數(shù)字電壓表的測量值為05V，用電位器模擬ADC0808的輸入電壓，用3位數(shù)碼

5、管顯示，實時模擬數(shù)字電壓表。 2軟件仿真電路設(shè)計2.1設(shè)計思路 多路數(shù)字電壓表應(yīng)用系統(tǒng)硬件電路由單片機、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)碼管顯示電路和按鍵處理電路組成，由于ADC0808在進行A/D轉(zhuǎn)換時需要有CLK信號，本試驗中ADC0808的CLK直接由外部電源提供為500kHz的方波。由于ADC0808的參考電壓VREFVCC，所以轉(zhuǎn)換之后的數(shù)據(jù)要經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，在數(shù)碼管上顯示出電壓值。實際顯示的電壓值(D/256*VREF) ADC0808采用逐次逼近法轉(zhuǎn)換，把模擬電壓轉(zhuǎn)換成16進制的D，由于是對直流電壓05V進行采集，所以D對應(yīng)的電壓為V0 ，我們的目的就是要把V0顯示在LED顯示器上，因為

6、單片機不好進行小數(shù)點計算，所以有：V0=2*D擴大了100倍，擴大100倍后的結(jié)果高八位放寄存器B，低八位放寄存器A，分寄存器B為0或不為0的情況進行存取數(shù)據(jù)，得到的結(jié)果個位放入R0，十位放入R1，通過查表使之顯示在LED顯示器。2.2設(shè)計基本框圖AT89S52單片機A/D轉(zhuǎn)換器LCD顯示器模擬電壓輸入量程控制電路 圖2-1 設(shè)計基本框圖2.3 AT89C51的功能介紹2.3.1簡單概述AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗

7、稱單片機。AT89C51是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。外形及引腳排列如圖2-2所示。圖2-2 AT89C51芯片模型2.3.2主要功能特性(1) 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器。 (2) 32個雙向I/O口；128×8

8、位內(nèi)部RAM 。(3) 2個16位可編程定時/計數(shù)器中斷，時鐘頻率0-24MHz。 (4) 可編程串行通道。 (5) 5個中斷源。 (6) 2個讀寫中斷口線。 (7) 低功耗的閑置和掉電模式。(8) 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。2.3.3 AT89C51的引腳介紹89C51單片機多采用40只引腳的雙列直插封裝(DIP)方式，下面分別簡單介紹。(1)電源引腳電源引腳接入單片機的工作電源。Vcc(40引腳）：+5V電源。GND(20引腳)：接地。(2)時鐘引腳XTAL1(19引腳)：片內(nèi)振蕩器反相放大器和時鐘發(fā)生器電路的輸入端。XTAL2(20引腳)：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。圖2-3 電源接入方式

9、(3)復(fù)位RST(9引腳)在振蕩器運行時，有兩個機器周期（24個振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腳時，將使單片機復(fù)位，只要這個腳保持高電平，51芯片便循環(huán)復(fù)位。(4)/Vpp(31引腳)為外部程序存儲器訪問允許控制端。當(dāng)它為高電平時，單片機讀片內(nèi)程序存儲器，在PC值超過0FFFH后將自動轉(zhuǎn)向外部程序存儲器。當(dāng)它為低電平時，只限定在外部程序存儲器，地址為0000HFFFFH。Vpp為該引腳的第二功能，為編程電壓輸入端。(5)ALE/(30引腳)ALE為低八位地址鎖存允許信號。在系統(tǒng)擴展時，ALE的負跳沿P0口發(fā)出的第八位地址鎖存在外接的地址鎖存器，然后再作為數(shù)據(jù)端口。為該引腳的第二功能，在對片外

10、存儲器編程時，此引腳為編程脈沖輸入端。(6)(29引腳)片外程序存儲器的讀選通信號。在單片機讀片外程序存儲器時，此引腳輸出脈沖的負跳沿作為讀片外程序存儲器的選通信號。(7) pin39-pin32為P0.0-P0.7輸入輸出腳，稱為P0口。P0是一個8位漏極開路型雙向I/O口。內(nèi)部不帶上拉電阻，當(dāng)外接上拉電阻時，P0口能以吸收電流的方式驅(qū)動八個LSTTL負載電路。通常在使用時外接上拉電阻，用來驅(qū)動多個數(shù)碼管。 在訪問外部程序和外部數(shù)據(jù)存儲器時，P0口是分時轉(zhuǎn)換的地址(低8位)/數(shù)據(jù)總線，不需要外接上拉電阻。(8)Pin1-Pin8為P1.0-P1.7輸入輸出腳，稱為P1口，是一個帶內(nèi)部上拉電阻

11、的8位雙向I/0口。P1口能驅(qū)動4個LSTTL負載。(9)Pin21-Pin28為P2.0-P2.7輸入輸出腳，稱為P2口。P2口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口能驅(qū)動4個LSTTL負載。端口置1時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。對內(nèi)部Flash程序存儲器編程時，接收高8位地址和控制信息。在訪問外部程序和16位外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口送出高8位地址。而在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時其引腳上的內(nèi)容在此期間不會改變。 (10)Pin10-Pin17為P3.0-P3.7輸入輸出腳，稱為P3口。P3口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口能驅(qū)動4個LSTTL負載，這8

12、個引腳還用于專門的第二功能。端口置1時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。對內(nèi)部Flash程序存儲器編程時，接控制信息。2.4 ADC0808的引腳及功能介紹2.4.1芯片概述ADC0808是一種典型的A/D轉(zhuǎn)換器。它是由8位A/D轉(zhuǎn)換器，一個8路模擬量開關(guān)，8位模擬量地址鎖存譯碼器和一個三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器組成； +5V單電源供電，轉(zhuǎn)化 時間在100us左右；內(nèi)部沒有時鐘電路，故需外部提供時鐘信號。芯片模型如圖2-4所示。圖2-4 ADC0808芯片模型2.4.2 引腳簡介 (1) IN0IN7：8路模擬量輸入端。(2) D0D7：8位數(shù)字量輸出端口。(3) START：A/D轉(zhuǎn)換啟動信

13、號輸入端。(4) ALE：地址鎖存允許信號，高電平有效。(5) EOC：輸出允許控制信號，高電平有效。(6) OE： 輸出允許控制信號，高電平有效。(7) CLK：時鐘信號輸入端。(8)A、B、C：轉(zhuǎn)換通道地址,控制8路模擬通道的切換。A、B、C分別與地址線或數(shù)據(jù)線相連，三位編碼對應(yīng)8個通道地址端口，A、B、C=000111分別對應(yīng)IN0IN7通道的地址端口。2.4.3 ADC0808的轉(zhuǎn)換原理ADC 0808 采用逐次比較的方法完成A/D轉(zhuǎn)換，由單一的+5V電源供電。片內(nèi)帶有鎖存功能的8路選1的模擬開關(guān)，由A、B、C的編碼來決定所選的通道。ADC0809完成一次轉(zhuǎn)換需100s左右，它具有輸出

14、TTL三態(tài)鎖存緩沖器，可直接連接到AT89C51的數(shù)據(jù)總線上。通過適當(dāng)?shù)耐饨与娐?，ADC0808可對05V的模擬信號進行轉(zhuǎn)換。3系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計多路數(shù)字電壓表系統(tǒng)軟件程序主要有主程序、A/D轉(zhuǎn)換子程序和中斷顯示程序組成。3.1 主程序主程序包含初始化部分、調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換子程序和相應(yīng)外部0中斷顯示電壓數(shù)值程序，初始化部分包含存放通道的緩沖區(qū)初始化和顯示緩沖區(qū)初始化。另外，對于單路顯示和循環(huán)顯示，系統(tǒng)設(shè)置了一個標(biāo)志位00H控制，初始化時00H位設(shè)置為0，默認(rèn)為循環(huán)顯示，當(dāng)它為1時改變?yōu)閱温凤@示控制，00H位通過單路、循環(huán)按鍵控制。流程圖如圖3-1所示。 開始 顯示子程序 A/D轉(zhuǎn)換子程序 初始化

15、圖3-1主程序流程圖3.2 A/D轉(zhuǎn)換子程序A/D轉(zhuǎn)換子程序用于對ADC0808的3路輸入模擬電壓進行A/D轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換的數(shù)值存入3個相應(yīng)的存儲單元中，A/D轉(zhuǎn)換子程序每隔一定時間調(diào)用一次，即隔一段時間對輸入電壓采樣一次，如圖3-2所示。進行十六進制調(diào)整 開始A/D轉(zhuǎn)換調(diào)用延時存轉(zhuǎn)換后的十六進制數(shù)數(shù)據(jù)指針加一入棧保護4路轉(zhuǎn)換次數(shù)減一顯示電壓值NY圖3-2轉(zhuǎn)換子程序流程圖 判斷是否為03.3 中斷顯示程序設(shè)計中采用中斷的方式來讀取轉(zhuǎn)換完成的數(shù)據(jù)能節(jié)省CPU的資源當(dāng)系統(tǒng)設(shè)置好后，一旦數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成，便會進入外部中斷0，然后在中斷中讀取轉(zhuǎn)換的數(shù)值，處理數(shù)據(jù)并送數(shù)碼管顯示輸出。 LED 數(shù)碼管采用軟件

16、譯碼動態(tài)掃描的方式。在中斷程序中包含多路循環(huán)顯示程序和單路顯示程序，多路循環(huán)顯示程序把3個存儲單元的數(shù)值依次取出送到3個數(shù)碼管上顯示，每一路顯示一秒。單路顯示程序只對當(dāng)前選中的一路數(shù)據(jù)進行顯示。每路數(shù)據(jù)顯示時需經(jīng)過轉(zhuǎn)換變成十進制BCD碼，放于3個數(shù)碼管顯示緩沖區(qū)中。單路或多路循環(huán)顯示通過標(biāo)志位00H控制。在顯示控制程序中加入了對單路或多路循環(huán)按鍵的判斷。數(shù)字量送P1口取段碼地址P3.1=1？調(diào)用循環(huán)顯示程序調(diào)用單路顯示程序顯示的是第3路重新調(diào)用顯示程序NYNY圖3-3中斷顯示程序流程圖4總結(jié)本設(shè)計參考了教材上AT89C51與ADC0809轉(zhuǎn)換的接口連線，設(shè)計出電路圖的連線，從并中理解了許多基本

17、的知識和接線方法，在程序的設(shè)計與電壓表調(diào)試的過程中中遇到了很多的問題，剛開始時3個數(shù)碼管根本不顯示，后來發(fā)現(xiàn)用的是共陽極的數(shù)碼管，而設(shè)計是共陰極的，更換后數(shù)碼管終于顯示，但問題又出現(xiàn)了，單路顯示和循環(huán)顯示的開關(guān)不能控制電路的單路顯示和循環(huán)顯示，經(jīng)過仔細地檢查電路和修改程序，采用中斷的方法，產(chǎn)生一次外部中斷0，程序轉(zhuǎn)移到單路顯示，按一次單路顯示開關(guān)，地址加一，轉(zhuǎn)換的模擬通道相應(yīng)的加一，如果按下循環(huán)按鍵就返回循環(huán)顯示的程序，功夫不負有心人，最后終于調(diào)試成功。參考文獻1 蔣廷彪,劉電霆,高富強,方華.單片機原理及應(yīng)用.出版社:重慶大學(xué)出版社.出版時間:2005年1月第2次印刷2 8051實驗指導(dǎo)書電

18、子電氣綜合實訓(xùn)系統(tǒng).出版社:北京精儀達盛科技有限公司3 徐愛鈞.智能化測量控制儀表原理與設(shè)計(第二版)M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,20044 吳金戌,沈慶陽,郭庭吉.8051單片機實踐與應(yīng)用M.北京:清華大學(xué)出版社,20025 張國勛.縮短ICL7135A/D采樣程序時間的一種方法J.電子技術(shù)應(yīng)用.1993.第一期6 高峰.單片微型計算機與接口技術(shù)M.北京科學(xué)出版社,2003.7 劉偉,趙俊逸,黃勇.一種基予C8051F單片機的SOC型數(shù)據(jù)采錄器的設(shè)計與實現(xiàn)8新型AT89S52系列單片機及其應(yīng)用 孫育才 北京：清華大學(xué)出版社 2005-59MCS-51系列單片機系統(tǒng)及其應(yīng)用 蔡美琴 高等教育出版附錄1程序原理電路 附錄2源程序CLR164 EQU P1.3CLK EQU P1.2DINA EQU P1.1DINB EQU P1.0 EOC EQU P3.2NO1 EQU P1.7NO2 EQU P1.6NO3 EQU P1.5ORG 0000HSJMP MAINORG 0030HMAIN:MOV DPTR,#7FF8HMOVX DPTR,ASETB EOCJNB EOC,$MOVX A,DPTRMOV 30H,AL