簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)微機(jī)原理與應(yīng)用課程設(shè)計(jì)

1、湖南工程學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì)課程名稱 微機(jī)原理與應(yīng)用課程設(shè)計(jì) 課題名稱 簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表 專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 設(shè)計(jì)內(nèi)容與設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)內(nèi)容：設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表，設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：（1） 使用串行ad轉(zhuǎn)換器(tlc2543/tlc1543)或并行ad轉(zhuǎn)換器(adc0809)對(duì)外部模擬電壓進(jìn)行測(cè)量。（2） 使用4位led或6位led對(duì)測(cè)量結(jié)果（需轉(zhuǎn)化為工程量）進(jìn)行顯示。（3） 能通過(guò)鍵盤對(duì)轉(zhuǎn)換通道進(jìn)行選擇。設(shè)計(jì)要求：1）確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案； 2）進(jìn)行系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)；3）完成必要的參數(shù)計(jì)算與元器件選擇；4）完成應(yīng)用程序設(shè)計(jì)；5）進(jìn)行軟硬件調(diào)試；目錄課程設(shè)計(jì)書(shū) 2第一章 系統(tǒng)總體方案選擇明 4第二章

2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖與工理 4第三章 各單元硬件設(shè)計(jì)說(shuō)明及計(jì)法 53.1 a/d轉(zhuǎn)換模塊adc0809電路說(shuō)明53.2 信號(hào)腳 63.3 控制模塊單片機(jī)電路說(shuō)明 83.4顯示模塊led數(shù)碼顯示電路說(shuō)明9第四章 軟件設(shè)計(jì)與說(shuō)明（包括流程圖）. 10第五章 調(diào)試結(jié)果與必要的調(diào)試說(shuō)明 125.1 調(diào)試過(guò)程.125.2調(diào)試結(jié)果.13第六章 使用說(shuō)明.13第七章 程序清單.13第八章 總結(jié).18參考文獻(xiàn).19附錄.191.系統(tǒng)總體方案選擇與說(shuō)明本電路采用模塊化設(shè)計(jì),主要由a/d轉(zhuǎn)換模塊、控制模塊和led顯示模塊組成（如圖1.0）?？刂颇K led顯示模塊 a/d轉(zhuǎn)換模塊外 部 電 壓 圖1.0系統(tǒng)總體硬件框圖2

3、.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖與工作原理被測(cè)電壓基準(zhǔn)電壓源積分rc元件3 12位 a/d轉(zhuǎn)換器a/d轉(zhuǎn)換器顯示電路字位驅(qū)動(dòng)電路vref圖 2.0數(shù)字電壓表原理框圖框圖功能說(shuō)明基準(zhǔn)電源：提供a/d轉(zhuǎn)換參考電壓，基準(zhǔn)電壓的精度和穩(wěn)定性是影響轉(zhuǎn)換精度的主要因素。a/d電路：a/d轉(zhuǎn)換器是數(shù)字電壓表的核心部件，由它完成模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的任務(wù)。譯碼驅(qū)動(dòng)電路：將二-十進(jìn)制（bcd）碼轉(zhuǎn)換成七段供led發(fā)光管顯示信號(hào)。顯示電路：將譯碼器輸出的七段信號(hào)進(jìn)行數(shù)字顯示，即a/d轉(zhuǎn)換結(jié)果。積分rc元件：通過(guò)對(duì)rc元件的選取，控制測(cè)量量程。字位驅(qū)動(dòng)電路：根據(jù)a/d器上ds4ds1端的位選信號(hào)，控制顯示部分個(gè)、十、百、千位哪一位上進(jìn)

4、行顯示。3.各單元硬件設(shè)計(jì)說(shuō)明及計(jì)算方法3.1 a/d轉(zhuǎn)換模塊adc0809電路說(shuō)明圖3.0中多路開(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，共用一個(gè)a/d轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這是一種經(jīng)濟(jì)的多路數(shù)據(jù)采集方法。地址鎖存與譯碼電路完成對(duì)a、b、c 3個(gè)地址位進(jìn)行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇，其轉(zhuǎn)換結(jié)果通過(guò)三態(tài)輸出鎖存器存放、輸出，因此可以直接與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連。 3.1adc0809內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)3.2信號(hào)引腳adc0809芯片為28引腳為雙列直插式封裝，其引腳排列見(jiàn)圖3.1。對(duì)adc0809主要信號(hào)引腳的功能說(shuō)明如下：in7in0模擬量輸入通道ale地址鎖存允許信號(hào)。對(duì)應(yīng)ale上跳沿，a、b

5、、c地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。start轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。start上升沿時(shí)，復(fù)位adc0809；start下降沿時(shí)啟動(dòng)芯片，開(kāi)始進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換；在a/d轉(zhuǎn)換期間，start應(yīng)保持 低電平。本信號(hào)有時(shí)簡(jiǎn)寫為st.a、b、c地址線。 通道端口選擇線，a為低地址，c為高地址，引腳圖中為adda，addb和addc。其地址狀態(tài)與通道對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表9-1。clk時(shí)鐘信號(hào)。adc0809的內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)由外界提供，因此有時(shí)鐘信號(hào)引腳。通常使用頻率為500khz的時(shí)鐘信號(hào)eoc轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。eoc=0,正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換；eoc=1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。使用中該狀態(tài)信號(hào)即可作為查詢的狀態(tài)標(biāo)志，又可作為中斷請(qǐng)求信

6、號(hào)使用。d7d0數(shù)據(jù)輸出線。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機(jī)的數(shù)據(jù)線直接相連。d0為最低位，d7為最高 oe輸出允許信號(hào)。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。oe=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻；oe=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。vcc +5v電源。 vref參考電源參考電壓用來(lái)與輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行比較，作為逐次逼近的基準(zhǔn)。其典型值為+5v(vref(+)=+5v, vref(-)=-5v). 圖3.2 adc0809引腳3.3 控制模塊單片機(jī)電路說(shuō)明at89c51（如圖3.3）是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（fperom）的低電壓，高性能cmos8位微處理器，俗稱單片機(jī)。主要管腳

7、說(shuō)明：p0口：p0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向i/o口，每腳可吸收8ttl門電流。當(dāng)p1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在fiash編程時(shí)，p0 口作為原碼輸入口，當(dāng)fiash進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，p0輸出原碼,此時(shí)p0外部必須被拉高。 p1口：p1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向i/o口，p1口緩沖器能接收輸出4ttl門電流。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，p1口作為第八位地址接收。 p2口：p2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)ttl門電流。p2口在flash編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。

8、 p3口：p3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個(gè)ttl門電流。p3口也可作為at89c51的一些特殊功能口。如：p3.3 /int1(外部中斷1)。p3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持rst腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ale/prog：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ale端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一

9、個(gè)ale脈沖。如想禁止ale的輸出可在sfr8eh地址上置0。此時(shí)，ale只有在執(zhí)行movx，movc指令是ale才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ale禁止，置位無(wú)效。 xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 xtal2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。振蕩器特性：xtal1和xtal2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，xtal2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 3.3at89c5

10、1引腳圖3.4顯示模塊led數(shù)碼顯示電路說(shuō)明四位一體led數(shù)碼顯示器分別采用位選和段選位來(lái)控制，ag為段選位，14為選為位，dp位小數(shù)點(diǎn)控制位如圖2.7。當(dāng)其為有效信號(hào)時(shí)則被點(diǎn)亮。圖1.3四位動(dòng)態(tài)數(shù)碼管動(dòng)態(tài)數(shù)碼顯示采用循環(huán)點(diǎn)亮的方式即假設(shè)第一位點(diǎn)亮則其它都不點(diǎn)亮，因此如果要顯示數(shù)據(jù)即要不停的循環(huán)點(diǎn)亮，利用余暉效應(yīng)顯示出說(shuō)有的數(shù)據(jù)。 3.4led數(shù)碼顯示引腳圖4.系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)(programming)是指設(shè)計(jì)、編制、調(diào)試程序的方法和過(guò)程。在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，大體上可分為數(shù)據(jù)處理、過(guò)程控制兩個(gè)基本類型。為了完成上述任務(wù)，在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，通常采用模塊程序設(shè)計(jì)法。本系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，

11、由主程序數(shù)據(jù)接收子程序、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子程序、數(shù)據(jù)顯示子程序構(gòu)成（程序見(jiàn)附件）。 圖4.1數(shù)據(jù)接收程序設(shè)計(jì) 圖4.2數(shù)據(jù)接收子程序流程圖將接收的數(shù)據(jù)除以51商存入51單元將余數(shù)除以5將商存入52單元余數(shù)存入53單元返回主程序 4.3 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)關(guān)段選位 開(kāi)段選第一位和小數(shù)點(diǎn)位設(shè)123置循環(huán)外次數(shù)r7=10 將51單元內(nèi)的數(shù)顯示并延時(shí)設(shè)置循環(huán)內(nèi)次數(shù)r6=100 開(kāi)段選第二位 r6-1=0 將52單元內(nèi)的數(shù)顯示并延時(shí)n y 開(kāi)段選第三位nr7-1=0將53單元內(nèi)的數(shù)顯示并延時(shí)y 返回 返回主程序 圖4.4延時(shí)子程序流程圖 圖4.5數(shù)據(jù)顯示子程序流程圖5.調(diào)試結(jié)果與必要的調(diào)試說(shuō)明5.1 調(diào)試過(guò)程由于

12、adc0809在進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換時(shí)需要有clk信號(hào)，而此時(shí)的adc0809的clk是接在at89c51單片機(jī)的p3.3端口上。也就是要求從p3.3輸出clk信號(hào)供adc0809，使用。因此產(chǎn)生clk信號(hào)的方法就得用軟件來(lái)產(chǎn)生了。由于adc0809的參考電壓vref=vcc，所以轉(zhuǎn)換之后的數(shù)據(jù)要經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理，在數(shù)碼管上顯示出電壓值。實(shí)際顯示的電壓值（d/56*vref）在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了數(shù)碼管顯示的電壓在測(cè)試的那一路電壓正常顯示，而其他路為不定的電壓值，（電壓為懸浮電壓），加一個(gè)排阻接地后使它和低電平相連，在未加電壓的情況下為低電平，數(shù)碼管顯示值為0值。用原程序進(jìn)行調(diào)試時(shí)，不執(zhí)行報(bào)警和通道選擇、

13、單路選擇（原程序少了通道選擇函數(shù)和報(bào)警函數(shù)）。多次修改和添加原程序后能夠達(dá)到要求。5.2調(diào)試結(jié)果通過(guò)對(duì)上述模塊的調(diào)試，可以看出基于單片機(jī)控制的電壓表在proteus軟件上可以很好的實(shí)現(xiàn)顯示模塊、ad轉(zhuǎn)換模塊的仿真。當(dāng)仿真開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，各個(gè)模塊處于初始狀態(tài)。當(dāng)滑動(dòng)變阻器改變時(shí)，顯示的電壓值也相應(yīng)改變。因此，從仿真結(jié)果可以看出，本設(shè)計(jì)可以得到預(yù)期的仿真效果。 6. 使用說(shuō)明a插好芯片，結(jié)好電路。b將輸入端接地，接通+5v，-5v電源（先結(jié)好地線），此時(shí)顯示器將顯示“000”值，如果不是，應(yīng)檢測(cè)電源正負(fù)電壓。c用電阻、電位器構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)單的輸入電壓調(diào)節(jié)電路，調(diào)節(jié)電位器，4位數(shù)碼管將相應(yīng)變化。7程序清單

14、port0809 equ 0cfa0hadvalue equ 50hadtemp_hi equ 51hadtemp_mi equ 52hadtemp_lo equ 53hdisptemp1 equ 54h;54h-59hdisptemp2 equ 55h;54h-59hdisptemp3 equ 56h;54h-59hdisptemp4 equ 57h;54h-59hdisptemp5 equ 58h;54h-59hdisptemp6 equ 59h;54h-59h org 0000h ajmp main org 0030hmain: mov sp,#60h ;顯示緩沖區(qū)初始化 mov dis

15、ptemp1,#11h;- mov disptemp2,#11h;- mov disptemp3,#11h;- mov disptemp4,#11h;黑 mov disptemp5,#11h;d mov disptemp6,#11h;astart: mov dptr,#port0809 ;adc0809的入口地址 mov a,#00h movx dptr,a ;啟動(dòng)a/d掛換 mov r0,#0ffhloop1: djnz r0,loop1 ;等待a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束，才可讀取結(jié)果 jnb p3.2,$ ;查詢方式 movx a,dptr ;取出a/d轉(zhuǎn)換結(jié)果 mov advalue,a lcall

16、 ad_calc a/d轉(zhuǎn)換結(jié)果計(jì)算子程序todisp: lcall disp1 ;p1顯示子程序 lcall delay1 ;采樣延時(shí)子程序 ljmp start ;循環(huán)ad_calc: push psw push acc mov a,advalue ;255/51=5.0 mov b,#51 div ab mov adtemp_hi,a mov a,b clr f0 subb a,#1ah mov f0,c mov a,#10 mul ab mov b,#51 div ab jb f0,covloop_1 add a,#5covloop_1: mov adtemp_mi,a mov a,b

17、 clr f0 subb a,#1ah mov f0,c mov a,#10 mul ab mov b,#51 div ab jb f0,covloop_2 add a,#5covloop_2: mov adtemp_lo,a pop acc pop psw retdisp1: push acc push 00h ;占用r0 push 01h ;占用r1 push 02h ;占用r2 push 03h ;占用r3 clr a mov p1,a ;送顯碼輸出,p1數(shù)據(jù)口地址 mov r2,#0feh mov r3,#06h mov disptemp1,adtemp_lo ;ad轉(zhuǎn)換結(jié)果送顯示緩沖

18、區(qū) mov disptemp2,adtemp_mi mov disptemp3,adtemp_hi mov r1,#disptemp1disploop: cjne r1,#disptemp3,disp2 mov a,r1 lcall table ;轉(zhuǎn)換為顯碼 add a,#80h sjmp disp3disp2: mov a,r1 lcall table ;轉(zhuǎn)換為顯碼disp3: mov p1,a ;送顯碼輸出,p1數(shù)據(jù)口地址 mov a,r2 mov p3,a lcall delay12 clr a mov p1,a ;送顯碼輸出,p1數(shù)據(jù)口地址 mov a,r2 rl a mov r2,a

19、 inc r1 djnz r3,disploop pop 03h pop 02h pop 01h pop 00h pop acc rettable: inc a movc a,a+pc ret db 3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h db 7fh,6fh,77h,7ch,39h,5eh,79h,71h db 80h,40h,73h,00h,3ehdelay1: push 05h mov r5,#10 ;延時(shí)一段時(shí)間使顯示穩(wěn)定delay2: lcall disp1 ;p1顯示子程序 djnz r5,delay2 pop 05h retdelay12: push 06h push 05h mov r6,#4 ;延時(shí)一段時(shí)間使顯示穩(wěn)定delay21: mov r5,#255delay31: djnz r5,delay31 djnz r6,delay21 pop 05h pop 06h ret end 7. 結(jié)束語(yǔ)首先感謝學(xué)校能為我們提供這樣一個(gè)鍛煉自己實(shí)踐設(shè)計(jì)與操作能力的機(jī)會(huì)，讓我們從中受益匪淺，受益終生。電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是一次實(shí)踐