高翔單片機(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) 專業(yè)電力工程與管理 班級(jí)電力1201 姓名高翔 學(xué)號(hào)201211312 指導(dǎo)教師王鵬元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)書課程名稱： 單片機(jī)課程設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師（簽名）： 王鵬元 班級(jí)： 電力工程與管理1201 姓名： 高翔 學(xué)號(hào)： 201211312 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)的目的通過制作簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表，加深對(duì)所學(xué)專業(yè)知識(shí)的認(rèn)識(shí)，提高對(duì)單

2、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（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）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)1 郭庭吉8051單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用M.北

3、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)意見系主任（簽字） 年月日指導(dǎo)教師評(píng)語及成績(jī)指導(dǎo)教師評(píng)語成績(jī)?cè)O(shè)計(jì)過程（40）設(shè)計(jì)報(bào)告（50）小組答辯（10）總成績(jī)（100）指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日目 錄1.單片機(jī)課程設(shè)計(jì)的目的12.單片機(jī)數(shù)字電壓表課程設(shè)計(jì)的要求12.1 單片機(jī)課程設(shè)計(jì)的要求13.設(shè)計(jì)的內(nèi)容13.1 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容13.2 電壓表實(shí)現(xiàn)的功能13.3 總體設(shè)計(jì)13.4 設(shè)計(jì)方案23.5 單片機(jī)部分43.6 A/D轉(zhuǎn)換部分63.7 編程思路與程序流程84.設(shè)計(jì)總結(jié)14附錄16參考文獻(xiàn)171.單片機(jī)課程設(shè)計(jì)的目的 通過制作簡(jiǎn)易數(shù)

4、字電壓表，加深對(duì)所學(xué)專業(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.單片機(jī)數(shù)字電壓表課程設(shè)計(jì)的要求2.1 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.設(shè)計(jì)的內(nèi)容3.1 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

5、原理。（4）完成數(shù)字電壓表的電路設(shè)計(jì)：?jiǎn)纹瑱C(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。3.2 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。3.3 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 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

6、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

7、過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。3.4.1電源電路 圖（2） 電源電路 3.4.2 復(fù)位電路如下圖所示，本設(shè)計(jì)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實(shí)現(xiàn)，同時(shí)通過按鍵實(shí)現(xiàn)復(fù)位，按下鍵后，通過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。圖（3）復(fù)位電路3.4.3 時(shí)鐘電路圖（4） 時(shí)鐘電路3.4.4 系統(tǒng)原理圖 圖（5） 系統(tǒng)原理圖3.5 單片

8、機(jī)部分單片機(jī)選用的是AT89S51，如所示。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

9、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/VP

10、P(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、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，名稱為P0.0P0.7P1口（Pin1Pin8）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P1.0P1.7P2口（Pin21Pin28）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P2.0P2.7P3口（Pin10Pin17）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P3.0P3.73.6 A/D轉(zhuǎn)

11、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路多路開關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。（1）ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) 圖（7） 內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖由圖可知，ADC0809由一個(gè)8路模擬開關(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)圖（8） ADC0809的引腳結(jié)構(gòu)3.8 編程思路與程序流程3.8.1 程序流程在剛上電時(shí)

12、，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)，主程序流程圖見圖開始初始化調(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,#60HMAIN: LCALL ADC LCALL PROC

13、ESS LCALL DISPLAY SJMP MAIN;*;功能:進(jìn)行一次AD轉(zhuǎn)換;入口參數(shù):無;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,DO ;高位先移入 RLC A DJNZ R7,LOOP2 SETB CS ;關(guān)閉芯片 RET;

14、*;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;*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

15、 ;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(0.02*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)

16、單元;占用資源:A,DPTR,P1,P2,DELAY2MS;返回值:無;*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 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

17、 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 OVERFLOW ;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 RETSTART_WDIV: CLR A M

18、OV R2,A MOV R3,A MOV R1,#16DIV1: 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,ANEXT_DIV: DJNZ R1,DIV1 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 MO