用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電壓采集單片機(jī)課程設(shè)計(jì)

1、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)單片機(jī)課程設(shè)計(jì)姓 名： 學(xué) 號(hào)： 專(zhuān) 業(yè)： 電子科學(xué)與技術(shù) 題 目： 用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電壓采集 專(zhuān) 題： 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師： 設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 時(shí) 間： 2011-04 2011 年 4月單片機(jī)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)專(zhuān)業(yè)年級(jí) 學(xué)號(hào) 學(xué)生姓名 任務(wù)下達(dá)日期： 2011 年 4月 18日設(shè)計(jì)日期： 2010年4月18日 至 2010年 4月29日設(shè)計(jì)題目：用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電壓采集設(shè)計(jì)專(zhuān)題題目：?jiǎn)纹瑱C(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容：1、制作可產(chǎn)生0至+5v電壓模塊2、制作單片機(jī)電壓采集裝置設(shè)計(jì)要求：一、基本要求（1）制作可產(chǎn)生0至+5v電壓模塊（2）制作單片機(jī)電壓采集裝置電壓采集功能 在adc0809的0通道輸

2、入05v電壓，實(shí)時(shí)顯示被測(cè)電壓值（顯示精度0.001v，即顯示1位整數(shù)，3位小數(shù)）。二、擴(kuò)展要求（1）指定通道采集 默認(rèn)采集通道為0，按2：通道1，按3：通道1，按1：進(jìn)入下一模式。（2）循環(huán)采集顯示 ，默認(rèn)每通道顯示2秒鐘。按1：進(jìn)入下一模式。 （3）報(bào)警設(shè)置 報(bào)警上限默認(rèn)為4.0v ，警下限默認(rèn)為0.0v按2進(jìn)行上限設(shè)置，按3進(jìn)行下限設(shè)置，按1：進(jìn)入制定通道選擇。指導(dǎo)教師簽字：摘要隨著電子科技的不斷進(jìn)步，電壓測(cè)量成為廣大電子領(lǐng)域中必須掌握的過(guò)程，并且對(duì)測(cè)量的精度和采集功能的要求越來(lái)越高，而電壓的測(cè)量與顯示系統(tǒng)甚為重要。本文介紹的重點(diǎn)是電壓數(shù)據(jù)采集與顯示系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集與通信控制采用了模塊化設(shè)

3、計(jì)，數(shù)據(jù)采集與通信控制采用了單片機(jī)52來(lái)實(shí)現(xiàn)，硬件部分是以單片機(jī)為核心，還包括模-數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，顯示模塊，和串行接口部分，還有一些簡(jiǎn)單的外圍電路。8路被測(cè)電壓通過(guò)通用adc0809模-數(shù)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，由單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，用數(shù)碼管顯示模塊來(lái)顯示所采集的結(jié)果，由相關(guān)控制器完成數(shù)據(jù)接收和顯示。本系統(tǒng)主要包括四大模塊：數(shù)據(jù)采集、控制模塊、顯示模塊、a/d轉(zhuǎn)換模塊。繪制電路原理圖與工作流程圖，并進(jìn)行調(diào)試，最終設(shè)計(jì)完成了該系統(tǒng)的硬件電路。在軟件編程上，采用了c語(yǔ)言進(jìn)行編程，開(kāi)發(fā)環(huán)境使用相關(guān)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。開(kāi)發(fā)了顯示模塊程序、通道切換程序、a/d轉(zhuǎn)換程序。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)

4、adc0809 a/d轉(zhuǎn)換 模塊顯示 電壓測(cè)量目錄一 緒論. 11.1系統(tǒng)概述. 11.1.1設(shè)計(jì)性質(zhì)、目的、任務(wù). . 11.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 . .11.2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理框圖 . .2二 硬件電路設(shè)計(jì). . 22.1 主要芯片介紹. 22.1.1 at89s51 .22.1.2 a/d0809. 32.2 單片機(jī)電路 .42.1.1 單片機(jī)電路板.42.2.2 單片機(jī)最小系統(tǒng). 42.2.3 單片機(jī)的復(fù)位電路 .52.2.4 開(kāi)關(guān)電路 .52.2.5 顯示譯碼電路 .62.2.6 蜂鳴器和繼電器電路 .72.3 a/d轉(zhuǎn)換 .72.3.1 adc0809內(nèi)部結(jié)構(gòu) .72.3.2 adc08

5、09轉(zhuǎn)換原理 .82.3.3電路設(shè)計(jì).82.3.4采集數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)電壓的轉(zhuǎn)換 .8三 軟件設(shè)計(jì) .93.1 設(shè)計(jì)任務(wù). 93.1.1 基本任務(wù) .93.1.2 擴(kuò)展任務(wù) .93.2 程序代碼.93.2.1 c語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)基本功能 .93.2.2主程序框圖 .17四 系統(tǒng)調(diào)試 .174.1 硬件部分 .174.2 軟件部分 .18五 總結(jié).18參考文獻(xiàn)：.18附錄一 a/d轉(zhuǎn)換板原理圖 .19附錄二 a/d轉(zhuǎn)換板pcb圖.20附錄三 單片機(jī)板電路原理圖 .21附錄四 單片機(jī)印刷電路板布線圖 .22中國(guó)礦業(yè)大學(xué)2008級(jí)單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告 第22頁(yè)一 緒論1.1系統(tǒng)概述1.1.1設(shè)計(jì)性質(zhì)、目的、任務(wù)單片

6、機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是在學(xué)習(xí)模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、單片機(jī)原理及應(yīng)用等相關(guān)理論課程之后，所設(shè)置的重要的綜合性實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，課程的任務(wù)是通過(guò)選題的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試，鞏固已學(xué)的理論知識(shí)，綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，進(jìn)行電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，從而培養(yǎng)工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力，培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)和科學(xué)態(tài)度。通過(guò)查閱資料、選定方案、設(shè)計(jì)電路、安裝調(diào)試、寫(xiě)報(bào)告等過(guò)程，得到一次科學(xué)研究工作的啟蒙訓(xùn)練，也為以后利用單片機(jī)開(kāi)發(fā)電子產(chǎn)品奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。1.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案本次實(shí)驗(yàn)要求設(shè)計(jì)電壓采集裝置，課程設(shè)計(jì)分設(shè)計(jì)、制作和調(diào)試三個(gè)部分。設(shè)計(jì)選題以單片機(jī)為核心，基本內(nèi)容應(yīng)包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、鍵盤(pán)和led顯示電路，以及設(shè)計(jì)系統(tǒng)涉及的其他電

7、路。系統(tǒng)硬件電路由標(biāo)準(zhǔn)電路和自制電路兩部分組成。標(biāo)準(zhǔn)電路包括單片機(jī)學(xué)習(xí)板，這部分電路已制成電路板，可根據(jù)設(shè)計(jì)需要進(jìn)行配置選用。自制電路需自行設(shè)計(jì)焊接，包含標(biāo)準(zhǔn)電路不具備的其他電路。設(shè)計(jì)中采用了模數(shù)轉(zhuǎn)換器，利用ad0809型8位mos型a/d轉(zhuǎn)換器?？蓪?shí)現(xiàn)8路模擬信號(hào)的分時(shí)采集，片內(nèi)有8路模擬選通開(kāi)關(guān)，以及相應(yīng)的通道地址鎖存用譯碼電路，實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換?？刂撇糠植捎脝纹瑱C(jī)at89c52來(lái)完成。顯示部分利用led數(shù)碼管顯示模塊，來(lái)顯示采集到的電壓分量。1.2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理框圖vccgnd輸入信號(hào)調(diào)理a/d0809at89s52數(shù)碼管鍵盤(pán)復(fù)位二 硬件電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件電路由標(biāo)準(zhǔn)電路和自制

8、電路兩部分組成。標(biāo)準(zhǔn)電路包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、8個(gè)led數(shù)碼管電路和鍵盤(pán)電路，這部分電路已制成電路板，可根據(jù)設(shè)計(jì)需要進(jìn)行配置選用。自制電路需自行設(shè)計(jì)焊接，包含標(biāo)準(zhǔn)電路不具備的其他電路。2.1 主要芯片介紹2.1.1 at89s52at89s52是一個(gè)低電壓，高性能cmos 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram），器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和flash存儲(chǔ)單元，at89s52單片機(jī)在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。兼容mcs51指令系統(tǒng)；8

9、k可反復(fù)擦寫(xiě)(大于1000次）flash rom；32個(gè)雙向i/o口； 256x8bit內(nèi)部ram；3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷;時(shí)鐘頻率0-24mhz；2個(gè)串行中斷，可編程uart串行通道；2個(gè)外部中斷源，共8個(gè)中斷源；2個(gè)讀寫(xiě)中斷口線，3級(jí)加密位； 2.1.2 a/d0809共28腳，雙列直插式封裝。主要引腳功能如下：(1)in0in7：8路模擬信號(hào)輸入端。(2) d0d7：8位數(shù)字量輸出端。(3) c 、b 、a：控制8路模擬通道的切換，c、b、a=000111分別對(duì)應(yīng)in0in7通道。(4) oe、start、clk：控制信號(hào)端，oe為輸出允許端，start為啟動(dòng)信號(hào)輸入端，clk

10、為時(shí)鐘信號(hào)輸入端。(5)vr(+)和vr(-)：參考電壓輸入端。 2.2 單片機(jī)電路2.1.1 單片機(jī)電路板cpu電路復(fù)位電路晶振電路數(shù)碼管顯示電路按鍵電路led顯示電路圖2：電路框圖單片機(jī)電路板電路框圖如圖2；原理圖見(jiàn)附錄3；protel繪制的電路排版圖見(jiàn)附錄4。2.2.2單片機(jī)最小系統(tǒng) 上圖為cpu原理圖。該原理圖包含單片機(jī)以及外部連接譯碼，鎖存電路端口，其中的ale,rest為高電平時(shí)用來(lái)啟動(dòng)adc0809.p0、p2口控制數(shù)碼輸出顯示，p1口的低四位控制按鍵，p1.3p1.6控制通道選擇。晶振采用12mhz，該頻率有利于提高串口的通信可靠性，同時(shí)又保證單片機(jī)有較高的運(yùn)行速度。2.2.3

11、單片機(jī)的復(fù)位電路當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)的時(shí)候，vcc對(duì)電容充電，reset端為低電平；在開(kāi)關(guān)閉合時(shí)電容放電，reset端為高電平。2.2.4 開(kāi)關(guān)電路4位脈沖按鍵，共用端口。 按下：輸入高電平2.2.5 顯示譯碼電路顯示電路采用6位共陰極led動(dòng)態(tài)掃描顯示，輸出所需字形，74ls273選擇字位。在動(dòng)態(tài)方式中，逐個(gè)地循環(huán)地點(diǎn)亮各位顯示器。如圖所示： 74ls273芯片是用來(lái)控制顯示時(shí)候的字位的，由于單片機(jī)的管腳是有限的通過(guò)使用273芯片可以避免少使用些單片機(jī)的管腳，兩片273一個(gè)控制字形選擇，一個(gè)控制字位選擇，選擇方式為總線地址結(jié)構(gòu)。2.2.6 蜂鳴器和繼電器電路 2.3 a/d轉(zhuǎn)換2.3.1 adc080

12、9內(nèi)部結(jié)構(gòu)adc0809由8路模擬開(kāi)關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、256電阻階梯、樹(shù)狀開(kāi)關(guān)、逐次逼近式寄存器sar、控制電路和三態(tài)輸出鎖存器等組成。startclock輸出允許（1,輸入信號(hào)）轉(zhuǎn)換結(jié)束（1,輸出）地址鎖存，輸入信號(hào)500khz1mhz啟動(dòng)（高電平脈沖,輸入）2.3.2 adc0809轉(zhuǎn)換原理圖11：adc0809轉(zhuǎn)換工作時(shí)序工作原理： 當(dāng)單片機(jī)端的p3.3接低電平時(shí)，可以使兩個(gè)非門(mén)打開(kāi)（1）當(dāng)模擬量送至某一輸入通道后，cpu將標(biāo)識(shí)該通道編碼的三位地址信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)線或地址線輸入到addc、addb、adda引腳上。 （2）地址鎖存允許ale鎖存地址信號(hào)，啟動(dòng)命令start啟動(dòng)a/d

13、轉(zhuǎn)換。（3）轉(zhuǎn)換開(kāi)始,eoc變低電平，轉(zhuǎn)換結(jié)束，eoc變?yōu)楦唠娖?。eoc可作為中斷請(qǐng)求信號(hào)。 （4）轉(zhuǎn)換結(jié)束后，可通過(guò)執(zhí)行in指令，設(shè)法在輸出允許oe腳上形成一個(gè)正脈沖，打開(kāi)三態(tài)緩沖器把轉(zhuǎn)換的結(jié)果輸入到db，一次a/d轉(zhuǎn)換便完成。 2.3.3電路設(shè)計(jì)硬件資源分配數(shù)碼管顯示電路：用總線結(jié)構(gòu)，字型碼地址為efff；字位碼地址為dfff；鍵盤(pán)電路：4個(gè)鍵p3.2,p3.3,p3.4,p3.5蜂鳴器 p1.0繼電器 p1.6adc0809電壓轉(zhuǎn)換電路控制信號(hào)：/wr=p3.6 /rd=p3.7 eoc= p3.2 cs= p3.3 （可以不要，使0809常選通）ad總線地址為7fff，p1.1,p1.

14、2,p1.3控制通道選擇。2.3.4采集數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)電壓的轉(zhuǎn)換一個(gè)8位二進(jìn)制的ad采集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為5位10進(jìn)制顯示數(shù)據(jù)。對(duì)應(yīng)關(guān)系：00hffh 0.000v5.000v；ad分辨率為：5/25519.6mv；算法： y=x19.6=x196/10具體步驟：1、求 yx 196 ,結(jié)果為雙字節(jié)二進(jìn)制數(shù) 2、將 y轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù), 最大是一個(gè)5位的十進(jìn)制數(shù) 3、去掉十進(jìn)制數(shù)的最低位，相當(dāng)于除10 三 軟件設(shè)計(jì)3.1 設(shè)計(jì)任務(wù)3.1.1 基本任務(wù) 進(jìn)行電壓采集并顯示 3.1.2 擴(kuò)展任務(wù) 1、指定通道采集 2、循環(huán)采集顯示 ，默認(rèn)每通道顯示2秒鐘，并具有鎖定通道功能。3、報(bào)警設(shè)置 報(bào)警上限默認(rèn)為4.0v

15、 報(bào)警下限默認(rèn)為0.0v 3.2 程序代碼3.2.1 c語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)基本功能#includeunsigned char code dispcode=0x3f, 0x06, 0x5b, 0x4f, 0x66, 0x6d, 0x7d,0x07，0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;unsigned char xdata zixin _at_ 0xefff;unsigned char xdata ziwei _at_ 0xdfff;unsigned char xdata ad _at_ 0x7fff;unsigned char getdata;unsigned

16、char a,b,c,d,e,f,g,gt;unsigned int get ; unsigned int n,q,z=0,j,p,sx,xx;sbit k1=p35;sbit k2=p34;sbit k3=p33;sbit be=p10;sbit jd=p16;unsigned char channel=0x0f1;unsigned char i=0;void delay(unsigned int cnt)cnt-;void int0(void) interrupt 0 getdata=ad;get=getdata*196;a=get/10000;b=get%10000/1000;c=get

17、%10000/1000/100;d=get%10000/1000/100/10;sx=a*10+b;xx=p*10+q;zixin=dispcodei;ziwei=1;delay(200);ziwei=0; zixin=dispcodea|0x80; ziwei=16; delay(200);ziwei=0; zixin=dispcodeb; ziwei=32;delay(200);ziwei=0;zixin=dispcodec; ziwei=64; delay(200);ziwei=0; zixin=dispcoded; ziwei=128;delay(200);ziwei=0;if(a=4

18、 & b=j )be=0;jd=0;delay(2000); zixin=dispcode4|0x80; ziwei=4; delay(100); ziwei=0; delay(100); zixin=dispcodej; ziwei=8; delay(100); ziwei=0; delay(100);else if(sx=40)q=0;tr0 = 0;th0=0x3c;tl0=0x0b0;channel=channel+2;i+;if(i=8)channel=0x0f1;i=0;p1=channel;zixin=dispcodei;ziwei=1;delay(200);ziwei=0;el

19、se th0 = 0x3c;tl0 = 0x0b0;tr0 = 1;void main(void) tmod |=0x01;it0=1; ex0=1;ea=1; th0=0x3c;tl0=0xbb;et0=1;ad=0;while(1) if (!k1) z+;if(z2)z=0;if(z=0)tr0=0;if(z=1)tr0=tr0;if(z=2)tr0=0; while(!k1) for(n=0;n9)j=0;while(!k2) ;delay(2000);if(!k3)q+;if(q9)q=0;p+;if(p1)p=0; if(p=1&q5)p=0;q=0;while(!k3);dela

20、y(2000); if(z=0) tr0=0; if(!k2)for(n=0;n100;n+);channel=channel+2;i+;if(i=8)channel=0xf1;i=0;while(!k2); for(n=0;n100;n+);if(!k3) for(n=0;n1000;n+);channel=channel-2;if(i=0)channel=0xf1;i=1;i-;while(!k3); for(n=0;n100;n+); 3.2.2主程序框圖開(kāi)始系統(tǒng)初始化顯示初始化讀鍵值第一次按下第二次按下第三次按下按鍵選通道循環(huán)選通道修改上下限四 系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試是設(shè)計(jì)的最后一部分，此部

21、分用于檢查硬件和軟件錯(cuò)誤。硬件上此次實(shí)驗(yàn)主要焊接了擴(kuò)展板上的a/d轉(zhuǎn)換部分，電路簡(jiǎn)單，容易檢查，軟件上編程是分段進(jìn)行，按模塊編寫(xiě)。4.1 硬件部分?jǐn)U展板上主要難度在于芯片之間的連接，由于是手工布線，不可避免的會(huì)出現(xiàn)虛焊等情況，由于粗心，把兩個(gè)焊點(diǎn)連接了起來(lái)，調(diào)試的過(guò)程出了一點(diǎn)問(wèn)題，不過(guò)還好，借助萬(wàn)用表成功找出了問(wèn)題。4.2 軟件部分軟件程序設(shè)計(jì)是花費(fèi)時(shí)間最多的地方，在同學(xué)的指導(dǎo)下，程序的編寫(xiě)循序漸進(jìn)，先實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單的功能，再在此基礎(chǔ)上擴(kuò)展功能。由于單片機(jī)知識(shí)當(dāng)時(shí)學(xué)的不牢固，現(xiàn)在用到了得現(xiàn)場(chǎng)去書(shū)上查，一邊學(xué)習(xí)一邊編程。困難出現(xiàn)在最后的上下限處理，手動(dòng)設(shè)置上下限上出現(xiàn)了困難，最后在同學(xué)的共同討論和老師的指導(dǎo)下，終于實(shí)現(xiàn)了功能。中間進(jìn)行調(diào)試程序使用到了仿真器，掌握了用仿真器調(diào)程序的技巧。五 總結(jié)本次課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容是基