微機(jī)原理與單片機(jī)課程設(shè)計(jì)單片機(jī)數(shù)字電壓表的課程設(shè)計(jì)

1、 新能源與動(dòng)力工程學(xué)院新能源與動(dòng)力工程學(xué)院 課程設(shè)計(jì)報(bào)告 微機(jī)原理與單片機(jī)課程設(shè)計(jì) 專(zhuān)業(yè)電力工程與管理 班級(jí)電力 1201 姓名 學(xué)號(hào)201211312 指導(dǎo)教師 2014 年 12 月 蘭州交通大學(xué)新能源與動(dòng)力工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)蘭州交通大學(xué)新能源與動(dòng)力工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 課程名稱(chēng)：課程名稱(chēng)： 單片機(jī)課程設(shè)計(jì)單片機(jī)課程設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師（簽名）：指導(dǎo)教師（簽名）： 王鵬元王鵬元 班級(jí)：班級(jí)： 電力工程與管理電力工程與管理12011201 姓名：姓名： 高翔高翔 學(xué)號(hào)：學(xué)號(hào)： 201211320121131212 一、課程設(shè)計(jì)題目一、課程設(shè)計(jì)題目 基于單片機(jī)數(shù)字電壓表設(shè)計(jì) 二、課程設(shè)計(jì)使用的

2、原始資料（數(shù)據(jù)）及設(shè)計(jì)技術(shù)要求：二、課程設(shè)計(jì)使用的原始資料（數(shù)據(jù)）及設(shè)計(jì)技術(shù)要求： 按照設(shè)計(jì)要求簡(jiǎn)易數(shù)字電壓測(cè)量電路由電壓采集、a/d 轉(zhuǎn)換、復(fù)位電路、數(shù)據(jù)處 理及顯示控制等組成， 三、課程設(shè)計(jì)的目的三、課程設(shè)計(jì)的目的 通過(guò)制作簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表，加深對(duì)所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的認(rèn)識(shí)，提高對(duì)單片機(jī)的應(yīng)用能 力，提高收集文獻(xiàn)，資料的能力，從而達(dá)到綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)， 制作與調(diào)試。 四、課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和要求四、課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、設(shè)計(jì)要求、工作量要求 等） （1）可以測(cè)量 0-10v 的 8 路輸入電壓值。 （2）能用 led 數(shù)碼管或 lcd 顯示測(cè)量結(jié)果。 （

3、3）測(cè)量范圍可達(dá) 020v，最小分辨率為 0.1v。 （4）數(shù)字電壓表具有超量程的報(bào)警功能，系統(tǒng)具有復(fù)原功能。 五、工作進(jìn)度安排五、工作進(jìn)度安排 7 月 6 日 熟悉課程設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求制定方案。 7 月 7 日 設(shè)計(jì)電路及軟件測(cè)試 7 月 8 日 采購(gòu)數(shù)字電壓表組件按照設(shè)計(jì)電路進(jìn)行焊接。 7 月 9 日 產(chǎn)品整理并完成設(shè)計(jì)報(bào)告及答辯 六、主要參考文獻(xiàn)六、主要參考文獻(xiàn) 1 郭庭吉8051 單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用m.北京：清華大學(xué)出版社，2002. 2 高峰單片微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù)m.北京：科學(xué)出版社，2003. 審核批準(zhǔn)意見(jiàn)審核批準(zhǔn)意見(jiàn) 系主任（簽字）系主任（簽字） 年年月月日日 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及成績(jī)指

4、導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及成績(jī) 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ) 設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)計(jì)過(guò)程 （4040） 設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)報(bào)告 （5050） 小組答辯小組答辯 （1010） 總成績(jī)總成績(jī) （100100） 成績(jī)成績(jī) 指導(dǎo)教師簽字：指導(dǎo)教師簽字： 年年 月月 日日 目目 錄錄 1.1.單片機(jī)課程設(shè)計(jì)的目的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)的目的.1 1 2.2.單片機(jī)數(shù)字電壓表課程設(shè)計(jì)的要求單片機(jī)數(shù)字電壓表課程設(shè)計(jì)的要求.1 1 2.12.1 單片機(jī)課程設(shè)計(jì)的要求單片機(jī)課程設(shè)計(jì)的要求 .1 1 3.3.設(shè)計(jì)的內(nèi)容設(shè)計(jì)的內(nèi)容.1 1 3.13.1 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容 .1 1 3.23.2 電壓表實(shí)現(xiàn)的功能電壓表實(shí)現(xiàn)的功能 .1 1 3.3

5、3.3 總體設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì) .1 1 3.43.4 設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)方案 .2 2 3.53.5 單片機(jī)部分單片機(jī)部分 .4 4 3.63.6 a/da/d 轉(zhuǎn)換部分轉(zhuǎn)換部分 .6 6 3.3.7 7 編程思路與程序流程編程思路與程序流程 .8 8 4.4.設(shè)計(jì)總結(jié)設(shè)計(jì)總結(jié).1 14 4 附錄附錄.1 16 6 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).1 17 7 1.1.單片機(jī)課程設(shè)計(jì)的目的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)的目的 通過(guò)制作簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表，加深對(duì)所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的認(rèn)識(shí)，提高對(duì) 單片機(jī)的應(yīng)用能力，提高收集文獻(xiàn)，資料的能力，從而達(dá)到綜合運(yùn)用所 學(xué)的知識(shí)進(jìn)行電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)，制作與調(diào)試。 2.2.單片機(jī)數(shù)字電壓表課程設(shè)計(jì)的要求單片機(jī)數(shù)字

6、電壓表課程設(shè)計(jì)的要求 2 2.1.1 單片機(jī)課程設(shè)計(jì)的要求單片機(jī)課程設(shè)計(jì)的要求 （1）可以測(cè)量 0-10v 的 8 路輸入電壓值。 （2）能用 led 數(shù)碼管或 lcd 顯示測(cè)量結(jié)果。 （3）測(cè)量范圍可達(dá) 020v，最小分辨率為 0.1v。 （4）電壓表具有超量程的報(bào)警功能。 （5）系統(tǒng)具有復(fù)原功能。 3.3.設(shè)計(jì)的內(nèi)容設(shè)計(jì)的內(nèi)容 3.13.1 單片機(jī)課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容單片機(jī)課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容 （1）數(shù)字電壓表總體電路設(shè)計(jì)及論證。 （2）分析設(shè)計(jì)要求，明確性能指標(biāo)；查閱資料、進(jìn)行設(shè)計(jì)方案論證。 （3）論證并確定合理的總體設(shè)計(jì)方案，繪制總體機(jī)構(gòu)框圖，分析工作 原理。 （4）完成數(shù)字電壓表的電路設(shè)計(jì)：?jiǎn)纹?/p>

7、機(jī)部分、a/d 轉(zhuǎn)換、顯示等各 單元具電路設(shè)計(jì)，包括芯片選擇、計(jì)算電路元參數(shù)，分析工作原理。 3.23.2 電壓表實(shí)現(xiàn)的功能電壓表實(shí)現(xiàn)的功能 該數(shù)字電壓表可以測(cè)量 010v 的 8 路輸入電壓值，并在 4 位 led 數(shù) 碼管上輪流顯示或單路選擇顯示。測(cè)量最小分辨率為 0.1v。 3.33.3 總體設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì) 按系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)要求，決定控制系統(tǒng)采用 at89s52 單片機(jī)，a/d 轉(zhuǎn) 換采用 adc0809。系統(tǒng)除能確保實(shí)現(xiàn)要求的功能外，還可以方便地進(jìn)行 8 路其他 a/d 轉(zhuǎn)換量的測(cè)量、遠(yuǎn)程測(cè)量結(jié)果傳送等擴(kuò)展功能。數(shù)字電壓 表系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案框圖如下圖。 圖（1） 數(shù)字電壓表統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)方案 3.4

8、3.4 設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)方案 按照設(shè)計(jì)要求簡(jiǎn)易數(shù)字電壓測(cè)量電路由電壓采集、a/d 轉(zhuǎn)換、復(fù)位 電路、數(shù)據(jù)處理及顯示控制等組成，電路原理圖如圖 3.4.1 所示。 單片機(jī)選用 at89s51，該芯片具有低功耗、高性能的特點(diǎn)。 a/d 轉(zhuǎn)換由集成電路 0809 完成。0809 具有 8 路模擬輸入端口，地 址線（23- 25 腳）可決定對(duì)哪一路模擬輸入作 a/d 轉(zhuǎn)換。 22 腳為地址鎖存控制，當(dāng)輸入為高電平時(shí)，對(duì)地址信號(hào)進(jìn)行鎖存。 6 腳為測(cè)試控制，當(dāng)輸入一個(gè) 2us 寬高電平脈沖時(shí)，就開(kāi)始 a/d 轉(zhuǎn)換。 7 腳為 a/d 轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志，當(dāng) a/d 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，7 腳輸出高電平。9 腳 為 a/d

9、 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出允許控制，當(dāng) oe 腳為高電平時(shí)，a/d 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)從 該端口輸出。10 腳為 0809 的時(shí)鐘輸入端，利用單片機(jī) 30 腳的六分頻 晶振頻率再通過(guò) 14024 二分頻得到 1mhz 時(shí)鐘。 單片機(jī)的 p1、p3.0p3.3 端口作為四位 led 數(shù)碼管顯示控制。p3.5 端口用作單路顯示/循環(huán)顯示轉(zhuǎn)換按鈕，p3.6 端口用作單路顯示時(shí)選擇 通道。p0 端口作 a/d 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)讀入用，p2 端口用作 0809 的 a/d 轉(zhuǎn)換控 制。 3.4.13.4.1 電源電路電源電路 1 2 j2 vcc gn d vcc 圖（2） 電源電路 3.4.2 復(fù)位電路復(fù)位電路 如下圖所示，本設(shè)計(jì)

10、采用按鍵式復(fù)位電路，它的上電復(fù)位利用 電容器充電來(lái)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)通過(guò)按鍵實(shí)現(xiàn)復(fù)位，按下鍵后，通過(guò) r1 和 r2 形成回路，使 reset 端產(chǎn)生高電平。按鍵的時(shí)間決定了復(fù)位時(shí) 間。 123456 a b c d 654321 d c b a title numberrevisionsize b date:29-aug-2005sheet of file:f:guihua .ddbdrawn by: y1 crystal c1 cap c2 cap gnd x1x2 reset r? res2 r? res2 c? 22uf gnd vcc vcc reset vss 圖（3）復(fù)位電路 3.4.3

11、 時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路 y1 crystal c3 30pf c2 30pf gn d x1 x2 圖（4） 時(shí)鐘電路 3.4.43.4.4 系統(tǒng)原理圖系統(tǒng)原理圖 圖（5） 系統(tǒng)原理圖 3.53.5 單片機(jī)部分單片機(jī)部分 單片機(jī)選用的是 at89s51，如下圖 3.5.1 所示。該芯片具有低功耗、 高性能的特點(diǎn)，是采用 cmos 工藝的 8 位單片機(jī)。 最常見(jiàn)的 at89s51 是采用 40pin 封裝的雙列直接 pdip 封裝，芯片 共有 40 個(gè)引腳，引腳的排列順序?yàn)閺目啃酒娜笨谧筮吥橇幸_逆時(shí) 針數(shù)起，依次為 1、2、3、4。40，其中芯片的 1 腳頂上有個(gè)凹點(diǎn)。 在單片機(jī)的 40 個(gè)引腳

12、中，電源引腳 2 根，外接晶體振蕩器引腳 2 根， 控制引腳 4 根以及 4 組 8 位可編程 i/o 引腳 32 根。 （1）主電源引腳（2 根） vcc(pin40)：電源輸入，接5v 電源。gnd(pin20)：接地線。 圖（6） at89s51 引腳圖 （2）外接晶振引腳（2 根） xtal1(pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端。 xtal2(pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端。 （3）控制引腳（4 根） rst/vpp(pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn) 2 個(gè)機(jī)器周期的高電平將 使單片機(jī)復(fù)位。 ale/prog(pin30)：地址鎖存允許信號(hào)。 psen(pin29)：外部存儲(chǔ)器讀選

13、通信號(hào)。 ea/vpp(pin31)：程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序 存儲(chǔ)器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器讀指 3、控制引腳 （4 根）。 rst/vpp(pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn) 2 個(gè)機(jī)器周期的高電平將 使單片機(jī)復(fù)位。 ale/prog(pin30)：地址鎖存允許信號(hào)。 psen(pin29)：外部存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)。 ea/vpp(pin31)：程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序 存儲(chǔ)器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器讀指令。 （4）可編程輸入/輸出引腳（32 根） at89s51 單片機(jī)有 4 組 8 位的可編程 i/o 口，分別位 p0、p1、

14、p2、p3 口，每個(gè)口有 8 位（8 根引腳），共 32 根。每一根引 腳都可以編程。 po 口（pin39pin32）：8 位雙向 i/o 口線，名稱(chēng)為 p0.0p0.7 p1 口（pin1pin8）：8 位準(zhǔn)雙向 i/o 口線，名稱(chēng)為 p1.0p1.7 p2 口（pin21pin28）：8 位準(zhǔn)雙向 i/o 口線，名稱(chēng)為 p2.0p2.7 p3 口（pin10pin17）：8 位準(zhǔn)雙向 i/o 口線，名稱(chēng)為 p3.0p3.7 3.63.6 a/da/d 轉(zhuǎn)換部分轉(zhuǎn)換部分 a/d 轉(zhuǎn)換部分采用 adc0809，adc0809 是帶有 8 位 a/d 轉(zhuǎn)換器、8 路 多路開(kāi)關(guān)以及微處理機(jī)兼容的

15、控制邏輯的 cmos 組件。 （1）adc0809 的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)如圖 3.6.1 圖（7） 內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖 由圖 3.6.1 可知，adc0809 由一個(gè) 8 路模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)地址鎖存與 譯碼器、一個(gè) a/d 轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開(kāi)關(guān)可選通 8 個(gè)模擬通道，允許 8 路模擬量分時(shí)輸入，共用 a/d 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 三態(tài)輸出鎖器用于鎖存 a/d 轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng) oe 端為高電平時(shí)，才 可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。 （2）adc0809 的引腳結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 3.6.2 圖（8） adc0809 的引腳結(jié)構(gòu) 3.83.8 編程思路與程序流編程思路與程序流程程 3.8.1

16、 程序程序流程流程 在剛上電時(shí)，系統(tǒng)默認(rèn)為循環(huán)顯示 8 個(gè)通道的電壓值狀態(tài)。當(dāng)進(jìn)行 一次測(cè)量后，將顯示每一通道的 a/d 轉(zhuǎn)換值，每個(gè)通道的數(shù)據(jù)顯示時(shí)間 為 1s 左右。主程序在調(diào)用顯示子程序和測(cè)試之程序之間循環(huán)，主程序 流程圖見(jiàn)圖 開(kāi)始 初始化 調(diào)用 a/d 轉(zhuǎn)換子程序 調(diào)用顯示子程序 圖（9） 主程序流程圖 （1）主程序 org 0 clk bit p3.4 do bit p3.5 di bit p3.6 cs bit p3.7 wanwei equ 30h qianwei equ 31h baiwei equ 32h shiwei equ 33h gewei equ 34h mov sp

17、,#60h main: lcall adc lcall process lcall display sjmp main ;* ;功能:進(jìn)行一次 ad 轉(zhuǎn)換 ;入口參數(shù):無(wú) ;占用資源:a,r7 ;返回值:a(轉(zhuǎn)換值) ;* adc: clr cs mov a,#03h; 啟動(dòng)位 1,端口設(shè)置為 10; mov r7,#03h;3 次循環(huán) loop1: clr clk rrc a mov di,c nop setb clk djnz r7,loop1 clr clk nop setb clk mov r7,#8;讀取 8 位數(shù)據(jù) loop2: setb clk nop clr clk mov c

18、,do ;高位先移入 rlc a djnz r7,loop2 setb cs ;關(guān)閉芯片 ret ;* ;功能:數(shù)據(jù)處理 ;入口參數(shù):a ;占用資源:b,hex_to_bcd ;返回值:5 個(gè)單元(同 hex_to_bcd) ;* process: mov b,#2 ; 轉(zhuǎn)換值*2,即(0.02*100) mul ab mov r7,b mov r6,a lcall hex_to_bcd; 數(shù)位分離 ret ;* ;功能:數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示 ;入口參數(shù):5 個(gè)單元 ;占用資源:a,dptr,p1,p2,delay2ms ;返回值:無(wú) ;* display: mov dptr,#tab ; 數(shù)碼管顯

19、示 mov a,gewei ; 顯示百分位 movc a,a+dptr ; 查段碼表 mov p1,a ;送段碼 mov p2,#0feh ;送位碼 lcall delay2ms mov p2,#0ffh ;除殘影 mov a,shiwei ; 顯示十分位 movc a,a+dptr mov p1,a mov p2,#0fdh rlc a djnz r7,loop2 setb cs ;關(guān)閉芯片 ret ;* ;功能:數(shù)據(jù)處理 ;入口參數(shù):a ;占用資源:b,hex_to_bcd ;返回值:5 個(gè)單元(同 hex_to_bcd) ;* process: mov b,#2 ; 轉(zhuǎn)換值*2,即(0.

20、02*100) mul ab mov r7,b mov r6,a lcall hex_to_bcd; 數(shù)位分離 ret ;* ;功能:數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示 ;入口參數(shù):5 個(gè)單元 ;占用資源:a,dptr,p1,p2,delay2ms ;返回值:無(wú) ;* display：mov dptr,#tab ; 數(shù)碼管顯示 mov a,gewei ; 顯示百分位 movc a,a+dptr ; 查段碼表 mov p1,a ;送段碼 mov p2,#0feh ;送位碼 lcall delay2ms mov p2,#0ffh ;除殘影 mov a,shiwei ; 顯示十分位 movc a,a+dptr mov

21、p1,a mov p2,#0fdh mov a,r2 mov r6,a mov r5,#00h mov r4,#100;100 lcall wdiv mov baiwei,r6;百位 mov a,r2 mov b,#10 div ab mov shiwei,a mov gewei,b ret ;* ;功能:16 位除法子程序 ;入口參數(shù):r7r6 為被除數(shù),r5r4 為除數(shù) ;占用資源:r1r7,f0 ;返回值:商放回 r7r6,余數(shù)放 r3r2,除數(shù) r5r4 不變 ;* wdiv: mov a,r5 jnz chk_dividend ; 判斷除數(shù)是為 0 mov a,r4 jz overf

22、low ; 除數(shù)為 0 置 f0 標(biāo)志 chk_dividend: mov a,r7 jnz start_wdiv ; 被除數(shù)為 0 返回 mov a,r6 jnz start_wdiv ret start_wdiv: clr a mov r2,a mov r3,a mov r1,#16 div1: clr c mov a,r6 rlc a mov r6,a mov a,r7 rlc a mov r7,a mov a,r2 rlc a mov r2,a mov a,r3 rlc a mov r3,a mov a,r2 subb a,r4 mov r0,a mov a,r3 subb a,r5 jc next_div inc r6 mov r3,a mov a,r0 mov r2,a next_div: djnz r1,div1 rlc a mov r7,a mov a,r2 rlc a mov r2,a mov a,r3 rlc a mo