單片機數(shù)字電壓表課程設計報告

1、精選文檔內(nèi) 容 摘 要電壓表是測量儀器中不可缺少的設備，目前廣泛應用的是采用專用集成電路實現(xiàn)的數(shù)字電壓表。本系統(tǒng)以8051單片機為核心，以逐次逼近式A/D轉換器ADC0809、LED顯示器為主體，設計了一款簡易的數(shù)字電壓表，能夠測量05V的直流電壓，最小分辨率為0.02V。該設計大體分為以下幾個部分，同時，各部分選擇使用的主要元器件確定如下：1、單片機部分。使用常見的8051單片機，同時根據(jù)需要設計單片機電路。2、測量部分。該部分是實驗的重點，要求將外部采集的模擬信號轉換成數(shù)字信號，通過單片機的處理顯示在顯示器上，該部分決定了數(shù)字電壓表的精度等主要技術指標。根據(jù)需要本設計采用逐次逼近型AD轉換

2、器ADC0809進行模數(shù)轉換。3、鍵盤顯示部分。利用4×6矩陣鍵盤的一個按鍵控制量程的轉換，3或4位LED顯示。其中一位為整數(shù)部分，其余位小數(shù)部分。索引關鍵詞：8051 模數(shù)轉換 LED顯示 矩陣鍵盤 目 錄一 概 述 4二 方案設計與論證 4三 單元電路設計與參數(shù)計算 4 3.1. AD轉換器0809 5 3.1. LED數(shù)碼顯示 7 四 總原理圖及參考程序 9五 結論 10六 心得體會 14七 參考文獻 15 一、概述 數(shù)字電壓表的基本工作原理是利用A/D轉換電路將待測的模擬信號轉換成數(shù)字信號，通過相應換算后將測試結果以數(shù)字形式顯示出來的一種電壓表。較之于一般的模擬電壓表，數(shù)字電

3、壓表具有精度高、測量準確、讀數(shù)直觀、使用方便等優(yōu)點。電壓表的數(shù)字化測量，關鍵在于如何把隨時連續(xù)變化的模擬量轉化成數(shù)字量，完成這種轉換的電路叫模數(shù)轉換器（A/D）。數(shù)字電壓表的核心部件就是A/D轉換器，由于各種不同的A/D轉換原理構成了各種不同類型的DVM。一般說來，A/D轉換的方式可分為兩類：積分式和逐次逼近式。積分式A/D轉換器是先用積分器將輸入的模擬電壓轉換成時間或頻率，再將其數(shù)字化。根據(jù)轉化的中間量不同，它又分為U-T（電壓-時間）式和U-F（電壓-頻率）式兩種。逐次逼近式A/D轉換器分為比較式和斜坡電壓式，根據(jù)不同的工作原理，比較式又分為逐次比較式及零平衡式等。斜坡電壓式又分為線性斜坡

4、式和階梯斜坡式兩種。在高精度數(shù)字電壓表中，常采用由積分式和比較式相結合起來的復合式A/D轉換器。本設計以8051單片機為核心，以逐次比較型A/D轉換器ADC0809、LED顯示器為主體，構造了一款簡易的數(shù)字電壓表，能夠測量1路05V直流電壓，最小分辨率0.02V。二、方案設計與論證該設計是基于8051的數(shù)字電壓表，大體分為以下幾個部分，同時，各部分選擇使用的主要元器件確定如下：（1）單片機部分 使用常見的8051單片機，同時根據(jù)需要設計單片機電路。（2）測量部分 該部分是實驗的重點，要求將外部采集的模擬信號轉換成數(shù)字信號，通過單片機的處理顯示在顯示器上，該部分決定了數(shù)字電壓表的精度等主要技術指

5、標。根據(jù)需要本設計采用逐次逼近式A/D轉換器0809進行模數(shù)轉換。 （3）鍵盤顯示部分 利用4×6矩陣鍵盤的一個按鍵控制量程的轉換，3或4位LED顯示。其中一位為整數(shù)部分，其余位小數(shù)部分。三、單元電路設計與參數(shù)計算3.1 ADC0809(1) 主要特性1）8路8位A/D轉換器，即分辨率8位。 2）具有轉換起?？刂贫?。 3）轉換時間約為128s4）單個5V電源供電 5）模擬輸入電壓范圍05V，不需零點和滿刻度校準。 6）工作溫度范圍為-4085攝氏度 7）低功耗，約15mW。 (2)內(nèi)部結構圖1 ADC0809內(nèi)部結構框圖 ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉換器，內(nèi)部結構

6、如圖1所示，它由8路模擬開關、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關樹型D/A轉換器、逐次逼近寄存器、三態(tài)輸出鎖存器等其它一些電路組成。因此，ADC0809可處理8路模擬量輸入，且有三態(tài)輸出能力，既可與各種微處理器相連，也可單獨工作。輸入輸出與TTL兼容。(3) 外部特性（引腳功能） ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如上圖所示。下面說明各引腳功能。 IN0IN7：8路模擬量輸入端。D0D7：8位數(shù)字量輸出端。START： A/D轉換啟動信號，輸入，高電平有效。ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當A/D轉換結束時，此端輸 入一個

7、高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 CLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640KHZ。 ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。如表1所示。 EOC： A/D轉換結束信號，輸出，當A/D轉換結束時，此端輸出一個高電 平（轉換期間一直為低電平）。 VREF（+）、VREF（-）：基準電壓。 VCC：電源，接5V。 GND：地。 表1 地址與通道對應關系 ADC0809的工作過程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復位。下降沿啟動 A/D轉換，之后EO

8、C輸出信號變低，指示轉換正在進行。直到A/D轉換完成，EOC變?yōu)楦唠娖剑甘続/D轉換結束，結果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當OE輸入高電平時，輸出三態(tài)門打開，轉換結果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。3.2 LED數(shù)碼顯示（1）LED顯示器LED是由若干個發(fā)光二極管組成的。當發(fā)光二極管導通時，相應的一個點或一個筆劃發(fā)亮?？刂撇煌M合的二極管導通，就能顯示出各種字符。這種筆劃式的七段顯示器，能顯示的字符數(shù)量少，但控制簡單、使用方便。發(fā)光二極管的陽極連在一起的稱為共陽極顯示器，陰極連在一起的稱為共陰極顯示器（2）LED結構及顯示原理通常的七段LED顯示塊中有八個發(fā)光二極管，故也有人叫做八段

9、顯示塊。其中七個發(fā)光二極管構成七筆字形“8”。一個發(fā)光二極管構成小數(shù)點。七段顯示塊與單片機接口非常容易。只要將一個8位并行輸出口與顯示塊的發(fā)光二極管引腳相連即可。8位并行輸出口輸出不同的字節(jié)數(shù)據(jù)即可獲得不同的數(shù)字或字符。通常將控制發(fā)光二極管的8位字節(jié)數(shù)據(jù)稱為段選碼或段數(shù)據(jù)。一些字形的段選碼如下表：（3）LED的結構及其工作原理點亮顯示器有靜態(tài)和動態(tài)兩種方法。 1）靜態(tài)顯示：當顯示某一個字符時，相應的發(fā)光二極管恒定地導通或截止。例如七段顯示器的a、b、c、d、e、f導通，g、dp截止，顯示0。靜態(tài)顯示的特點是：每一位都需要一個8位輸出口控制，用于顯示位數(shù)較少（僅一、二位）的場合。較小的電流能得到

10、較高的亮度，可以由8255的輸出口直接驅動。圖示為三位顯示器的接口邏輯。2）動態(tài)顯示：一位一位地輪流點亮各位顯示器(掃描)。對于每一位顯示器來說，每隔一段時間點亮一次。顯示器的亮度既與導通電流有關，也和點亮時間與間隔時間的比例有關。 若顯示器的位數(shù)不大于8位，則控制顯示器公共極電位只需一個8位并行口(稱為掃描口或位選口)?？刂聘魑伙@示器所顯示的字形也需一個共用的8位口(稱為段數(shù)據(jù)口)，用于顯示位數(shù)稍多的場合，需編寫掃描程序。 四、總原理圖及參考程序1、總原理圖2、程序流程圖及參考程序（1）程序流程圖NYSTART選擇ADC0809的轉換軌道設置定時器，提供時鐘信號啟動A/D轉換器輸出轉換結果數(shù)

11、值轉換顯示轉換是否結束？（2）參考程序OUTBIT EQU 09002HOUTSEG EQU 09004H IN EQU 09001HLEDBUF EQU 60H LJMP MAINLEDMAP: DB 3FH, 06H, 5BH, 4FH, 66H, 6DB, 7DB, 07H DB 7FH, 6FH, 77H, 7CH, 39H, 5EH, 79H, 71HDELAY: MOV R7,#0DELAYLOOP: DJNZ R7,DELAYLOOP DJNZ R6,DELAYLOOP RETDISPLAYLED: MOV R0,#LEDBUF MOV R1,#4 MOV R2,#0000000

12、01BLOOP: MOV A，R0 MOV DPTR，#OUTSEG MOVX DPTR，A MOV DPTR，#OUTBIT MOV A，R2 MOVX DPTR，A MOV R6，#01 CALL DELAY MOV A，R2 R1 A MOV R2，A INC R0 DJNZ R1，LOOPTESRKEY: MOV DPTR, #OUTBIT MOV A,#0 MOV A,#0 MOVX DPTR,A MOV DPTR,#IN MOVX A,DPTR CPL A ANL A,#0FH RETKEYTABLE: DB 16H, 15H, 14H, 0FFH DB 13H, 12H, 11H

13、, 10H DB 0dH, 0cH, 0bH, 0aH DB 0eH, 03H, 06H, 09H DB 0FH, 02H, 05H, 08H DB 00H, 01H, 04H, 07HGETKEY: MOV DPTR,#OUTBIT MOV P2,DPH MOV R0,#IN MOV R1,#00100000B MOV R2,#6KLOOP: MOV A,R1 CPL A MOVX DPTR,A MOVX A,R0 CPL A ANL A,#0FH JNZ GOON1GOON1: MOV R1,A MOV A,R2 DEC A RL A RL A MOV R2,A MOV A,R1 MOV

14、R1,#2LOOPC: RRC A JC EXIT INC R2 DJNZ R1,LOOPCEXIT: MOV A,R2 MOV DPTR,#KEYTABLE MOVC A,A+DPTR MOV R2,AWAITRELEASE: MOV DPTR,#OUTBIT CLR A MOVX DPTR,A MOV R6,#10 CALL DELAY CALL TESTKEY JNZ WAITRELEASE MOV A,R2 RETMAIN: MOV DPTR,#8000H MOVX DPTR,AHERE: JNB P3.3,HERE MOVX A,DPTR MOV P1,A MOV R5,A CALL

15、 DISPLAYLED CALL TESTKEY JZ L5 CALL GETKEY MOV 40H,AL5: MOV 63H,#00H MOV A,R5 MOV B,#51 MOV AB MOV 62H,A MOV A,B JZ LOOP1 RL A SUBB A,#2 MOV B,#10 DIV AB MOV 61H,A MOV 60H,B AJMP MLOOPLOOP1:MOV 61H,#00 MOV 60H,#00 AJMP MLOOPMLOOP: MOV R0, #LEDBUFFILLBUF: MOV A,R0 MOV DPTR,#LEDMAP MOVC A,A+DPTR MOV 5

16、0H,A CLR C MOV A,40H ADD A,41H ANL A,#01H MOV 41H,A RRC A MOV 40H,#00H JC WEI2WEI1: CJNE R0,#62H,XS01 MOV A,50H ADD A,#80H SJMP XS1XS01: MOV A,50HXS1: MOV R0,A INC R0 CJNE R0,#LEDBUF+3, FILLBUF LJMP STARTWEI2: CJNE R0,#63H,XS0 MOV A,50H ADD A,#80H SJMP XS XS0: MOV A,50H XS: MOV R0,A INC R0 CJNE R0,#

17、LEDBUF+4, FILLBUF LJMP START END七、結論本設計以8051單片機為控制核心，通過集成摸數(shù)轉換芯片ADC0809將被測信號轉換成數(shù)字信號，經(jīng)單片機內(nèi)部程序處理后，由LED八段數(shù)碼管顯示測量結果。仿真測試表明，系統(tǒng)性能良好，測量讀數(shù)穩(wěn)定易讀、更新速度合理，直流電壓測量范圍為05V，最小分辨率為0.02V，滿足任務書指標要求。但是，該系統(tǒng)也存在一定程度的不足，例如：1、若能將測量的電壓值實時保存，使用時將更方便。2、ADC0809可實現(xiàn)對8個通道的輸入信號輪流轉換，本設計僅僅使用了其中一個通道，造成了較大的資源浪費。若能對電路稍加改進，實現(xiàn)對多路信號的輪流測量并自動保存相應結果，其應用價值將會更大。八、心得體會在這次單片機課程設計實習里，通過對單片機的學習與應用明白實際操作和課本上的知識有很大聯(lián)系，但又高于課本，體會到了理論與實踐相結合的重要性，同時查閱相關文獻資料、組織材料、團隊合作等的能力都得到了相應的提高。在這次實習中，在收獲