單片機課程設(shè)計報告

單片機課程設(shè)計14級單片機課程設(shè)計報告題目簡單數(shù)字電壓表專業(yè)班級通信工程1班學(xué)號1404200622學(xué)生姓名XXXX指導(dǎo)教師XXXX學(xué)院名稱電氣信息學(xué)院完成日期：2016年12月25日目錄1.設(shè)計要求及方案 11.1設(shè)計要求 11.2方案論證及選擇 11.2.1主要設(shè)計圖 11.2.2主控芯片 11.2.3顯示部分 12.主要器件 22.151單片機 22.2ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 32.3數(shù)碼管 43.設(shè)計原理 53.1設(shè)計思路 53.2設(shè)計模塊 63.2.1模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 63.2.2數(shù)據(jù)處理及控制模塊 74.硬件電路設(shè)計 74.1單片機接入的電路 74.2晶振電路 84.3復(fù)位電路 84.4模擬輸入電路 94.5ADC芯片與單片機接口電路 94.6顯示電路 105.軟件設(shè)計 115.1程序流程圖 115.2程序設(shè)計 116.心得體會 147.指導(dǎo)老師意見 14附錄 15PAGE151.設(shè)計要求及方案1.1設(shè)計要求采用51系列單片機和ADC設(shè)計一個數(shù)字電壓表，采用了數(shù)字芯片A/D轉(zhuǎn)換、單片機控制的數(shù)碼管顯示、單片機的數(shù)據(jù)處理，輸入為0～5V線性模擬信號，輸出通過LED顯示，要求顯示兩位小數(shù)。1.2方案論證及選擇1.2.1主要設(shè)計圖電壓采集模數(shù)轉(zhuǎn)換單片機處理數(shù)碼管顯示電壓采集模數(shù)轉(zhuǎn)換單片機處理數(shù)碼管顯示圖1-2-11.2.2主控芯片選用單片機AT89C51和A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809實現(xiàn)電壓的轉(zhuǎn)換和控制，用四位數(shù)碼管顯示出最后的轉(zhuǎn)換電壓結(jié)果。缺點是價格稍貴；優(yōu)點是轉(zhuǎn)換京都高，且轉(zhuǎn)換的過程和控制、顯示部分可以控制。1.2.3顯示部分方案1：選用4個單體的共陰極數(shù)碼管。優(yōu)點是價格比較便宜；缺點是焊接時比較麻煩，容易出錯。方案2：選用一個四聯(lián)的共陰極數(shù)碼管，外加四個三極管驅(qū)動。這個電路幾乎沒有缺點；優(yōu)點是便于控制，價格低廉，焊接簡單?；谡n程設(shè)計的要求和實驗室所能提供的儀器，選用了：方案2。2.主要器件2.151單片機圖2-1AT89C51單片機AT89C51是51系列單片機的一個型號，它是ATMEL公司生產(chǎn)的。AT89C52是一個低電壓、高性能CMOS8為單片機。將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，可反復(fù)擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。AT89C51有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。主要功能特性：低功耗空閑和掉電模式，軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能。兼容MCS51指令系統(tǒng)，8K可反復(fù)擦寫（>1000次）FlashROM。3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷，時鐘頻率0-24MHz。32個雙向I/O口，256B內(nèi)部RAM。2個串行中斷，可編程UART串行通道。2個外部中斷源，共6個中斷源。2個讀寫中斷口線，3級加密位。2.2ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片圖2-2ADC0808圖ADC0808是采樣分辨率為8位的、以逐次逼近原理進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進行A/D轉(zhuǎn)換。ADC0808是ADC0809的簡化版本，功能基本相同。一般在硬件仿真時采用ADC0808進行A/D轉(zhuǎn)換，實際使用時采用ADC0809進行A/D轉(zhuǎn)換。引腳功能（外部特性）ADC0808芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如右圖所示。各引腳功能如下：1～5和26～28（IN0～IN7）：8路模擬量輸入端。8、14、15和17～21：8位數(shù)字量輸出端。22（ALE）：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。6（START）：A／D轉(zhuǎn)換啟動脈沖輸入端，輸入一個正脈沖（至少100ns寬）使其啟動（脈沖上升沿使0809復(fù)位，下降沿啟動A/D轉(zhuǎn)換）。7（EOC）：A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。9（OE）：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。10（CLK）：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640KHZ。12（VREF（+））和16（VREF（-））：參考電壓輸入端11（Vcc）：主電源輸入端。13（GND）：地。23～25（ADDA、ADDB、ADDC）：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。2.3數(shù)碼管圖2-3共陰極四位數(shù)碼管數(shù)碼管有兩種：一種共陰極、另一種為共陽極，本次課程設(shè)計用的是共陰極。下面比較詳細說明共陰極與共陽極的共同點與區(qū)別：圖2-4共陰極與共陽極區(qū)別圖圖2-4中(b)的左邊為共陰極數(shù)碼管，也就是數(shù)碼管的陰極管接地。那時某段亮，這段就必須接高電平。共陰極數(shù)碼管0~9的C51編碼為：ucharcodetable[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x7f,0x6f};ucharcodetable[]={0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef};其中1不帶小數(shù)點，2帶小數(shù)點。共陽極就是數(shù)碼管的每段都接高電平，這樣要是哪段亮就這段就得接地。3.設(shè)計原理3.1設(shè)計思路模擬電壓經(jīng)過檔位切換到不同的分壓電路篩減后，經(jīng)隔離干擾送到A/D轉(zhuǎn)換器進行A/D轉(zhuǎn)換。然后送到單片機中進行數(shù)據(jù)處理。處理后的數(shù)據(jù)送到LED中顯示。同時通過串行通訊與上位通信。硬件電路及軟件程序。而硬件電路又大體可分為A/D轉(zhuǎn)換電路、LED顯示電路，各部分電路的設(shè)計及原理將會在硬件電路設(shè)計部分詳細介紹；程序的設(shè)計使用匯編語言編程，利用Keil和PROTEUS軟件對其編譯和仿真。一般I/O接口芯片的驅(qū)動能力是很有限的，在LED顯示器接口電路中，輸出口所能提供的驅(qū)動電流一般是不夠的尤其是設(shè)計中需要用到多位LED，此時就需要增加LED驅(qū)動電路。驅(qū)動電路有多種，常用的是TTL或MOS集成電路驅(qū)動器，在本設(shè)計中采用了74LS244驅(qū)動電路。本實驗采用AT89C51單片機芯片配合ADC0808模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成一個簡易的數(shù)字電壓表。該電路通過ADC0808芯片采樣輸入口IN0輸入的0～5V的模擬量電壓，經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換后，產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)字量經(jīng)過其輸出通道D0～D7傳送給AT89C51芯片的P0口。AT89C51負責(zé)把接收到的數(shù)字量經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，產(chǎn)生正確的7段數(shù)碼管的顯示段碼，并通過其P1口傳送給數(shù)碼管。同時它還通過其三位I/O口P1.0、P1.1、P1.2、P1.3產(chǎn)生位選信號，控制數(shù)碼管的亮滅。另外，AT89C51還控制著ADC0808的工作。其ALE管腳為ADC0808提供了1MHz工作的時鐘脈沖；P2.4控制ADC0808的地址鎖存端(ALE)；P2.1控制ADC0808的啟動端(START)；P2.3控制ADC0808的輸出允許端(OE)；P2.0控制ADC0808的轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(EOC)，總體思路如下圖3-1。圖3-1設(shè)計思路圖3.2設(shè)計模塊3.2.1模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊電路原理圖如下所示，三個地址位ADDA,ADDB,ADDC均接高電平+5V電壓，因而所需測量的外部電壓可由ADC0808的IN7端口輸入。由于ADC0808在進行A/D轉(zhuǎn)換時需要有CLK信，本設(shè)計中利用AT89C51的定時中斷產(chǎn)生一個100KHZ的脈沖，由P1.4口送給ADC0808的時鐘端，通過軟件給其輸入一個正脈沖，可立即啟動A/D轉(zhuǎn)換。在軟件設(shè)計中，由于我們對單片機知識還沒能很熟練的掌握，用中斷方式較復(fù)雜，且這個程序CPU工作量不大，查詢方式對速度不會產(chǎn)生影響，所以我們采用查詢方式，確保仿真的進度和準確度。圖3-2系統(tǒng)原理圖在A/D轉(zhuǎn)換開始之前，逐次逼近寄存器的SAR的內(nèi)容為0，在A/D轉(zhuǎn)換過程中，SAR存放“試探”數(shù)字量，在轉(zhuǎn)換完畢后，它的內(nèi)容即為A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果數(shù)字量。邏輯控制與定時電路在START正脈沖啟動后工作，沒來一個CLK脈沖，該電路就可能告知向SAR中傳送一次試探值，對應(yīng)輸出U0與U1比較，確定一次逼近值，經(jīng)過8次逼近，即可獲得最后轉(zhuǎn)換的結(jié)果數(shù)字量。此處，EOC端口的信號顯示ADC0808的狀態(tài)，開始A/D轉(zhuǎn)換時，EOC為低電平，轉(zhuǎn)換結(jié)束后，輸出高電平。3.2.2數(shù)據(jù)處理及控制模塊A/D轉(zhuǎn)換完畢后，單片機的P1.6口接收到一高電平，立馬通過P2將OE置1，ADC0808的三態(tài)輸出鎖存器被打開，轉(zhuǎn)換完的數(shù)字信號經(jīng)過與D0~D7相連的P0口進入AT89C51。AT89C51根據(jù)公式1-1將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬量，然后利用程序獲取模擬量的每一位，分別通過P2口輸出到LED上。與此同時，AT89C另外，AT89C51一旦獲得了數(shù)據(jù)后便會將ST置0，即模數(shù)轉(zhuǎn)換器停止轉(zhuǎn)換，知道LED獲得新的數(shù)據(jù)并顯示出來，ST才會重新置1.由于AT89C51轉(zhuǎn)換速率很快（微妙量級），所以不會影響其接收新的數(shù)據(jù)。4.硬件電路設(shè)計4.1單片機接入的電路圖4-1單片機電路AT89C51單片機芯片接受ADC0808模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片把模擬量電壓轉(zhuǎn)換后產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)字量送入P0口，然后AT89C51把接收到的數(shù)字量經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，產(chǎn)生正確的7段數(shù)碼管的顯示段碼，并通過其P1口傳送給數(shù)碼管。同時它還通過其三位I/O口P1.0、P1.1、P1.2、P1.34.2晶振電路圖4-2晶振電路接12MHz晶振，根據(jù)芯片手冊，適合并聯(lián)30pf微調(diào)電容，從而構(gòu)成并聯(lián)諧振，幫助和穩(wěn)定輸出波形。4.3復(fù)位電路圖4-3復(fù)位電路AT89C51單片機要求至少兩個高電平，以便單片機做好準備工作。當上電時，由于電容的電壓不能突變，會輸出高電平，當電容充電到一定程度，就會輸出低電平，單片機利用輸出高電平的這段時間復(fù)位。電阻和電容的值選擇要合適。在這要求R1<<R2，所以選取R1=1，R2=10。4.4模擬輸入電路圖4-4模擬輸入電路通過可變電阻一端接電源+5v，一端接地GND，通過改變電阻的阻值，從而改變所測電壓值，實現(xiàn)電壓的模擬信號輸入。4.5ADC芯片與單片機接口電路圖4-5ADC芯片與單片機接口電路ADC0808的輸出接到P1口，OUT1對應(yīng)的是最高位，START與ALE可以接在一起。在這里，START接P3.0，OE接P3.1，EOC接P3.2，ClOCK接P3.4。4.6顯示電路圖4-6顯示電路通過P0口控制四位共陰極數(shù)碼管段選，通過P2口的低四位控制位選。值得注意的是P0需要接上拉電阻，否則P0會處于高阻態(tài)。設(shè)計原理：將模擬量通過IN0輸入，經(jīng)過ADC0808芯片轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字量輸出到單片機P0口，經(jīng)過單片機處理后，送到四位共陰極數(shù)碼管上顯示。仿真圖如圖4-7圖4-7仿真圖5.軟件設(shè)計5.1程序流程圖圖5-1程序流程圖5.2程序設(shè)計#include<AT89X51.H>unsignedcharcodedispbitcode[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};//定義顯示用的段碼unsignedcharcodedispcode[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00};//定義數(shù)碼管位選碼unsignedchardispbuf[8]={10,10,10,10,10,0,0,0};//顯示碼數(shù)組10對應(yīng)與段碼0x00，表示不亮unsignedchardispcount;//掃描位的記錄unsignedchargetdata;unsignedinttemp;longinti;unsignedintR1;sbitST=P3^0;sbitOE=P3^1;sbitEOC=P3^2;sbitCLK=P3^3;voidmain(void)//主函數(shù){ST=0;OE=0;ET0=1;//開定時器中斷ET1=1;EA=1;//開總中斷TMOD=0x12;//定義定時器0為計數(shù)方式，定時器1為記時方式，均工作在方式1TH0=216;定時器0初值高8位為216TL0=216;//定時器0初值低8位為216TH1=(65536-5000)/256;//定時器1初值高8位TL1=(65536-5000)%256;//定時器1初值低8位，即定時5msTR1=1;//啟動定時器1TR0=1;//開定時器0ST=1;ST=0;while(1){if(EOC==1)//判斷eoc口的按鍵是否按下{OE=1;getdata=P0;OE=0; 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