模擬電壓測量與顯示課程設(shè)計(jì)說明

1、模擬電壓測量與顯示課程設(shè)計(jì)說明燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書題目：模擬電壓測量與顯示1 / 23模擬電壓測量與顯示課程設(shè)計(jì)說明電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書院（系）：電氣工程學(xué)院基層教學(xué)單位：儀器科學(xué)與工程系學(xué)號學(xué)生姓名（專業(yè)）班級設(shè)計(jì)題目模擬電壓測量與顯示設(shè)汁技利用實(shí)驗(yàn)板上的電位器提供模擬量輸入，ADC0809做A/D轉(zhuǎn)換器，將模擬量轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)字量，輸入單片機(jī)，編制程序，將二進(jìn)制術(shù)數(shù)字量轉(zhuǎn)換為響應(yīng)的模擬電壓輸出顯示，并超限報(bào)警。參數(shù)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)4位數(shù)碼管顯示電路和超限報(bào)警電路：編制相應(yīng)的程序。工作量設(shè)計(jì)的內(nèi)容滿足課程設(shè)計(jì)的教學(xué)目的和要求，設(shè)計(jì)題目的難度和工作量適合學(xué)生的知識和能力狀況，工作量飽滿。工

2、作計(jì)劃查閱資料進(jìn)行設(shè)計(jì)準(zhǔn)備，設(shè)計(jì)硬件電路，編制程序，驗(yàn)證設(shè)計(jì)，撰寫任務(wù)書。參考資料單片微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)及其應(yīng)用張淑清國防工業(yè)出版社單片機(jī)原理及應(yīng)用張淑清國防工業(yè)出版社單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)匯編指導(dǎo)教師簽字基層教學(xué)單位主任簽字說明：此表一式四份，系、指導(dǎo)教師、學(xué)生各一份，報(bào)送院教務(wù)科一份°2013年7月1日1 / 23模擬電壓測量與顯示課程設(shè)計(jì)說明目錄摘要錯(cuò)誤!未指定書簽。第一章總體設(shè)計(jì)2L1概述2L2硬件電路圖及工作過程簡介31.3程序設(shè)計(jì)41. 4小結(jié)4第二章硬件設(shè)計(jì)52. 1ADC080953. 280C5172. 3LED顯示模塊7第三章軟件設(shè)計(jì)93.1程序流程圖103. 2程序代碼

3、123. 3總結(jié)12第四章實(shí)驗(yàn)箱連線和實(shí)驗(yàn)結(jié)果133.1 實(shí)驗(yàn)箱連線124. 2實(shí)驗(yàn)結(jié)果12第五章收獲與總結(jié)17參考文獻(xiàn)203 / 23模擬電壓測量與顯示課程設(shè)計(jì)說明摘要本課題介紹了一種基于單片機(jī)的模擬電壓測量的設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)根據(jù)偉福LAB2000P實(shí)驗(yàn)箱設(shè)計(jì)，并在實(shí)驗(yàn)箱上實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)主要由三個(gè)模塊組成：A/D轉(zhuǎn)換模塊，數(shù)據(jù)處理模塊及顯示模塊。A/D轉(zhuǎn)換主要由芯片ADC0809來完成，它負(fù)責(zé)把采集到的模擬量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量在傳送到數(shù)據(jù)處理模塊。數(shù)據(jù)處理則由芯片80c51來完成，其負(fù)責(zé)把ADC0809傳送來的數(shù)字量經(jīng)過一定的數(shù)據(jù)處理，產(chǎn)生相應(yīng)的顯示碼送到顯示模塊進(jìn)行顯示：此外，它還控制著ADC0

4、809芯片工作。該系統(tǒng)的測量電路簡單，所用的元件較少，成本低，且測量精度和可靠性較高。此系統(tǒng)可以測量0-5V的1路模擬直流輸入電壓值,并通過一個(gè)四位一體的7段數(shù)碼管顯示出來,當(dāng)測量值超過設(shè)定值時(shí)產(chǎn)生報(bào)警。關(guān)鍵詞：單片機(jī);模擬電壓測量：A/D轉(zhuǎn)換:LAB2000P：80C51：ADC08090 / 23模擬電壓測量與顯示課程設(shè)計(jì)說明第一章總體設(shè)計(jì)1.1 概述一個(gè)完備的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)包括硬件和軟件兩大部分，其中硬件部分包括擴(kuò)展的存儲器、鍵盤、顯示、前向通道、后向通道、控制接口電路以及相關(guān)芯片的外闈電路等，軟件的功能就是指揮單片機(jī)按預(yù)定的功能要求進(jìn)行操作的程序。一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)只要系統(tǒng)的軟、硬件緊密配

5、合，協(xié)調(diào)一致，這樣才是高性能的單片機(jī)系統(tǒng)。本課題所設(shè)計(jì)的模擬電壓測量系統(tǒng)主要包括兩部分：硬件電路及軟件程序。而硬件電路采用INTEL公司的80c51作為主處理器，系統(tǒng)主要由信號采集、轉(zhuǎn)換、A/D數(shù)據(jù)處理輸出、顯示等幾個(gè)功能模塊組成。各部分電路的設(shè)計(jì)及原理將會在硬件電路設(shè)計(jì)部分詳細(xì)介紹；程序的設(shè)計(jì)使用匯編語言編程，利用wave6000軟件對其編譯和仿真。系統(tǒng)框圖如圖1：數(shù)據(jù)顯示圖1.整體框圖被測直流電壓由A/D轉(zhuǎn)換單元采集后被量化，再由單片機(jī)對A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果進(jìn)行標(biāo)度變換，得到被測電壓的數(shù)值，通過單片機(jī)轉(zhuǎn)換結(jié)果、把結(jié)果輸出給顯示驅(qū)動單元，驅(qū)動數(shù)碼管顯示。1.2 硬件電路圖及工作過程簡介數(shù)字化是將

6、連續(xù)模擬的電壓量經(jīng)A/D轉(zhuǎn)化后變?yōu)椴贿B續(xù)的離散的數(shù)字量并加以顯示。在設(shè)計(jì)過程中采用分模塊設(shè)計(jì)，按照設(shè)計(jì)思路把電路分A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理輸出、驅(qū)動、顯示四個(gè)單元，分別設(shè)計(jì)。A/D轉(zhuǎn)換器選用的是八位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809.其次,計(jì)算機(jī)中的數(shù)字都是十六進(jìn)制數(shù)，而我們習(xí)慣于十進(jìn)制數(shù)的讀寫，因此，在軟件設(shè)計(jì)中則要把十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)。在顯示的時(shí)候也是如此。本裝置的輸出用四位LED顯示，因此在軟件設(shè)計(jì)中還要解決數(shù)字輸出與LED的接口問題。硬件則需要將輸出線接到八段數(shù)碼管上。數(shù)值顯示采用八段數(shù)碼管，由單片機(jī)以動態(tài)掃描方式驅(qū)動。可以看出ADC0809通過INO采集電壓信號并送給單片機(jī)，單片機(jī)將采集來

7、的信號進(jìn)行一定的處理然后通過串口擴(kuò)展的共陰極LED數(shù)碼管顯示采集的電壓值。數(shù)碼管顯示是采用動態(tài)顯示的原理，要顯示的數(shù)碼通過單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線發(fā)送給74HC374,而四個(gè)數(shù)碼管的公共端分別接74HC374的Q1-Q7接口，因此要使哪個(gè)數(shù)碼管顯示就把相應(yīng)的公共端口置零即可。比如：1數(shù)字的字型碼通過串口發(fā)送出來并經(jīng)過74HC374譯碼加到了四個(gè)數(shù)碼管上，如果其中一個(gè)引腳為"0”那么對應(yīng)的數(shù)碼管顯示數(shù)字'T'。在此電路中電壓值的四個(gè)數(shù)字分別通過串口依次的送出，對應(yīng)的公共端也依次被置“0”,由于兩次置“0”的時(shí)間間隔很短，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位

8、顯示器并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感。因此給人的感覺就是四個(gè)數(shù)碼管同時(shí)的顯示出電壓值四個(gè)數(shù)字。ADC0809的REF(-)接地，REF(+)接電源+5V,因此采集電壓的范圍是05V,A/D轉(zhuǎn)換輸出的結(jié)果D0D7為8位二進(jìn)制數(shù)。轉(zhuǎn)換輸出的結(jié)果在。255之間分別對應(yīng)著0+5V之間的256個(gè)電壓值，因此單片機(jī)必須把A/D轉(zhuǎn)換輸出的結(jié)果轉(zhuǎn)換成可以顯示的電壓值。# / 23模擬電壓測量與顯示課程設(shè)計(jì)說明1.3 軟件程序設(shè)計(jì)開機(jī)后調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換子程序啟動AD轉(zhuǎn)換器，單片機(jī)等待查詢轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，如果有信號則通過并行口讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)并存儲，再按上面的方法通過

9、串行口把數(shù)據(jù)傳輸出，經(jīng)譯碼在數(shù)碼管顯示。具體方法和程序見程序設(shè)出部分。14小結(jié)在電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)中都采用了分模塊設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)方法清晰的電路的功能，為設(shè)計(jì)和以后的調(diào)試和維修帶來了極大的方便。特別是在軟件設(shè)計(jì)中，這種方法曾強(qiáng)了程序的可移植性，為以后的功能擴(kuò)展奠定了基礎(chǔ)。17 / 23硬件設(shè)計(jì)2.1ADC0809IN3-IN4-IN5-IN6 -IN7-START -EOC- 2-5_OUTPUT ENABLE-CLOCK - vcc-VREF（*）-GND- 27128-IN2227-IN1526-IN0425-ADD A524-ADD B623-ADD C722-ALE821-2-1 MSB

10、920-2-21019-251118-2-41217-2"bLSB1516Tr£F（）1415-2,6圖2.0809引腳圖ADC0809是采樣分辨率為8位的、以逐次逼近原理進(jìn)行模一數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個(gè)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(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示，它由8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝。ADC0809的工作過程：首先輸入3位地址，并使ALE=1,將地址存入地址

11、鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通位模擬輸入之一到比較器，START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動A/D轉(zhuǎn)后EOC輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到A/D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號可用作中斷申請。當(dāng)OE愉入高電平時(shí)輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。aa4rn-7In-6IN-2IH-3LN-5EOCR8S&62ORG1_OiiHe電位器QZDKjVCC12n0226234567b3二二二3GNN22N21at>D-QAOt>-BaoD-cALEENQBLESTrtRTCLOCK，27l-1N1ADCt

12、7;«H9£06060*。apsAO1AO2AD3AD4AO5AD6AD7AOAt/*及/RDRESET/CS101234S6?DDDDDDDDQ3234567aAaaRaAap-ppppppp一,LEO。,LES-*LE02LE03-*LE£>-.LE05-LEOSLEt>72.280C51Pi.OI4CPl.123?Pl.233EPl.3437Pl.4536P1.53Sn.6734n.732Rsr/7m380C5132RXD/Pc.010317XD/K.1II3CIJITO/T2.2122£IHT1/T2.3132ETO/PS.41427

13、Tl/PS.5152E呵巴.6162ERD/P3.71724mu1823XTAL21922Vse2021一VccPO.OPO.1-TO.2P0.3F0.410.5-TO.6TO.7-EA/Vh_AU/FRO?TSHT2.7T2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0pln<三三二FESET7CSPBOPB1PB2PB3PB4PBSPBPB7FSEH4回陽G一XTKL1x.XTKL211FO匚卜，F(xiàn)Z(iF3nfFHW可習(xí)圖4.80C51引腳圖P0：P0口為一個(gè)8位漏級開路雙向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

14、數(shù)據(jù)存儲器。P1：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。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口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。1.4 LED顯示模塊本設(shè)計(jì)才懂動態(tài)掃描技術(shù)。數(shù)碼管動態(tài)顯示介面是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃"a.b.c.d.efg.dp”的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位元選通控制電路，位元選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼

15、管會顯示出字形，取決于單片機(jī)對位元選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位元就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。透過分時(shí)輪流控制各個(gè)LED數(shù)碼管的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位元數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12ms,由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極體的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示資料，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O口，而且功耗更低。2T.KEYJNolnrgryl<HJoxrcoHyO3>BUS仁ZB-.d

16、!vdXT-.XJXJXJB-xTr-.1、刊.降x.d)25822828朋2£合£2太2£25523555323HmJJJ-zlJJ_Z1JJJJJJJYh_/IJ_/l_/lu,D9N1P1U>7UQN19W，JD477nww>1D4XJ，Nn.J64219W5TD421VW>-bcdgcdjG#_2.bn'G*(rCOJr54Jcd一8斤丁cd一CM生9.一一一250。oJq八yO，-<-lrrmp4,4Izr圖5.LED實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)部接線圖連線連接孔1連接孔21KEY/LED.CSCS0HSS00SmM13五74HC37474H

17、C374IlI數(shù)據(jù)總線段碼輸出位選通信號(0x004H)(0x002H)圖6.LED實(shí)驗(yàn)儀接線圖LAB2000P實(shí)驗(yàn)儀提供了6位8段碼LED顯示電路，只要按地址輸出相應(yīng)的數(shù)據(jù)，就可以實(shí)現(xiàn)對顯示器的控制。顯示共有6位，用動態(tài)方式顯示。8位段碼、6位位碼是由兩片74LS374輸出。位碼經(jīng)MC1413或ULN2003倒相驅(qū)動后，選擇相應(yīng)顯示位。實(shí)驗(yàn)儀中8位段碼輸出地址為0X004H,位碼輸出地址為0X002H。此處X是由KEY/LEDCS決定，參見地址譯碼。做鍵盤和LED實(shí)驗(yàn)時(shí)，需將KEY/LEDCS接到相應(yīng)的地址譯碼上，以便用相應(yīng)的地址來訪問。當(dāng)KEY/LEDCS接到CSO上，則段碼地址為0800

18、4H、位碼地址為08002H«第二章程序設(shè)計(jì)3.1程序流程圖送七三D顯示3.2程序代碼ADADDRESSEQUOAOOOHOUTBITEQUO8OO2HOUTSEGEQU08004HLEDBUFEQU60HDELAYCXEQU75HADRESULTEQU76HORG0000HLJMPSTARTADSTART:MOVDPTR.#ADADDRESSMOVA,#OHMOVXDPTR.AMOVA,#40HDJNZACC,$MOVXA.DPTRMOVADRESULT.ARETLEDMAP:DB3FH.06H.5BH.4FH.66H.6DH.7DH,07HDB7FH.6FH.77HJCH39H.

19、5EH.79H.71HDELAY:MOVR7,#0DELAYLOOP:DJNZR7,DELAYLOOPDJNZACC,DELAYLOOPRETSEARCHLEDMAP:ANLA.#0FHMOVDPTR,#LEDMAPMOVCA,A+DPTRRETDISPLAYLED:MOVRO.#LEDBUFMOVR1,#4MOVR2,#00001000BLOOP:MOVDPTR,#OUTBITMOVA.#0MOVXDPTR.AMOVA,ROMOVDPTR,#OUTSEGMOVXDPTR.AMOVDPTR,#OUTBITMOVA.R2MOVXDPTR.AMOVA,#OlCALLDELAYMOVA.R2RRAM

20、OVR2.AINCRODJNZRLLOOPMOVDPTR,#OUTBITMOVA.#0MOVXDPTR.ARETSTARTCLRPl.ONOPCALLADSTARTMOVA,ADRESULTMOVB.#05HMULABPUSHAMOVA.BMOVB,#OAHDIVABCALLSEARCHLEDMAPMOVLEDBUF+O.AMOVA.BCALLSEARCHLEDMAPORLA.#80HMOVLEDBUF+1,APOPAMOVB,#OAHMULABPUSHAMOVA.BCALLSEARCHLEDMAPMOVLEDBUF+2APOPAMOVB,#OAHMULABMOVA.BCALLSEARCHLE

21、DMAPMOVLEDBUF+3,AMOVA.#04HCLRPSW.7SUBBA.LEDBUF+1JNZDISPLAYAGAINWAN:SETBP1.0DISPLAYAGAIN:CALLDISPLAYLED;DJNZDELAYCX.DISPLAYAGAINNOPSJMPSTARTEND第四章實(shí)驗(yàn)箱連線和實(shí)驗(yàn)結(jié)果4.1 實(shí)驗(yàn)箱連線圖X?W.< 闡ft 6G06 60，.U 二: L為0 X<6 6 6W弓C d .會占3 “0 3 QL7。八p *ap*4O<97。*! QeC M(> <-Qa»八一辛*a©*» Q * * O Q。2。

22、M0 «o獻(xiàn)叫1rooa,”施加瀛秀KC«255 gyaaalsg I"，'西'T1 G 0 0 O Q O O O O U O O2 FL，m/o而 EKOtWk. 0 0 0 6 0 0 0 6 O 0 O 02 ,“，“2 PN PP不BEWrWF - tlfcLU.“C!Q C連線連接孔1連接孔2注釋1CSOKEY/LEDCSLED位選段選2CS2AD_CSAD轉(zhuǎn)換器地址3電位器輸出INO輸入模擬電壓4P1.2LI超限報(bào)警4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果軟件編譯并全速運(yùn)行后，則LED數(shù)碼管上開始顯示數(shù)字，旋轉(zhuǎn)電位器，LED上顯示的數(shù)字在0V4.98V發(fā)生改變。LED的顯示結(jié)果和直接用數(shù)字電壓表測試模擬量輸入所得結(jié)果幾乎一致，誤差完全在合理的范用之內(nèi)。第五章收獲與總結(jié)經(jīng)過一周的設(shè)計(jì)，終于完成了設(shè)計(jì)，遺憾的是超限報(bào)警部分沒能在實(shí)驗(yàn)箱上調(diào)試出來。由于儀器誤差，LED顯示最大值只能是