基于單片機(jī)的數(shù)字式電壓表課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)信息科學(xué)與工程學(xué)院 課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告設(shè)計(jì)題目: 基于單片機(jī)的數(shù)字式電壓表設(shè)計(jì) 名 稱: 單片機(jī)原理與應(yīng)用課程設(shè)計(jì) 班 級: 12電子1班 姓 名: 蔣尚華 學(xué) 號: 12403100103 設(shè)計(jì)時(shí)間: 2014.12.29 至 2015.01.11 指導(dǎo)教師: 胡偉 評 語: 評閱成績: 評閱教師: 目 錄引 言I一、課程設(shè)計(jì)的性質(zhì)和目的2二、課程設(shè)計(jì)的要求2三、主要儀器設(shè)備及軟件2四、課程設(shè)計(jì)題目及要求2五、課題分析及設(shè)計(jì)思路25.1、課題分析及總體設(shè)計(jì)25.2、硬件設(shè)計(jì)25.2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖25.2.2 單片機(jī)系統(tǒng)35.2.3 AD轉(zhuǎn)換電路65.3、

2、軟件設(shè)計(jì)8六、程序主要代碼與分析8七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果截圖10八、心得體會11參考文獻(xiàn)12引 言 電子電壓表主要用于測量各種高、低頻信號電壓，它是電子測量中使用最廣泛的儀器之一。根據(jù)測量結(jié)果的顯示方式及測量原理不同，電壓測量儀器可分為兩大類：模擬式電壓表(AVM）和數(shù)字式電壓表（DVM）。模擬式電壓表是指針式的，多用磁電式電流表作為指示器，并在表盤上刻以電壓刻度。數(shù)字式電壓表首先將模擬量經(jīng)模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字量，然后用電子計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，并以十進(jìn)制數(shù)字顯示被測電壓值。眾所周知，模擬電壓表精度較高，曾經(jīng)有很廣闊的市場，現(xiàn)在依然有不少工程師依然在使用模擬電壓表。的確模擬電壓表在顯示測量值方面精度校準(zhǔn)，

3、然而卻也存在問題。模擬電壓表采用用指針式，里面是磁電或電磁式結(jié)構(gòu)，所以其響應(yīng)速度較慢。然而在高速發(fā)展的當(dāng)今社會，高速信號處理的需求越來越多，由于模擬電壓表響應(yīng)速度較慢已經(jīng)不適用與高速信號領(lǐng)域，取而代之的將是數(shù)字電壓表。但數(shù)字電壓表由于存在采樣誤差，精度不是很高。不過目前可以通過技術(shù)手段來縮小誤差。使其精度達(dá)到與模擬電壓表一樣精確甚至更高?？梢妼頂?shù)字電壓表必將取代模擬電壓表。現(xiàn)在有越來越多的數(shù)字測量儀器的出現(xiàn)但原理皆與數(shù)字電壓表殊途同歸，因此研究數(shù)字電壓表有著很大現(xiàn)實(shí)意義。一、課程設(shè)計(jì)的性質(zhì)和目的通過課程設(shè)計(jì)，鞏固在課堂上學(xué)到的有關(guān)電子技術(shù)、單片機(jī)、微機(jī)原理等課程的基本知識和基本方法，強(qiáng)化知識

4、的綜合運(yùn)用和技能基本訓(xùn)練，通過硬件電路的設(shè)計(jì)和相應(yīng)軟件的編寫，掌握軟硬結(jié)合的控制程序設(shè)計(jì)，達(dá)到能獨(dú)立閱讀、編制和調(diào)試一定規(guī)模的電子產(chǎn)品制作或仿真。二、課程設(shè)計(jì)的要求1、遵循軟硬件模塊化設(shè)計(jì)。2、要求程序結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)。3、要求程序結(jié)構(gòu)合理，語句使用得當(dāng)，并附有必要的注釋。4、適當(dāng)追求編程技巧和程序運(yùn)行效率。三、主要儀器設(shè)備及軟件PC機(jī)、Protrus繪圖軟件、Keil C仿真軟件等。四、課程設(shè)計(jì)題目及要求題目：基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)要求：1.利用單片機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)字電壓表，用4段數(shù)碼管顯示； 2.能夠較準(zhǔn)確的測量05V之間的直流電壓值，測量最小分辨率為0.02V。五、課題分析及設(shè)計(jì)思路5.1、課題分

5、析及總體設(shè)計(jì)通過滑動變阻器產(chǎn)生可變電壓；用ADC0809采集模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；將此數(shù)字信號用七段數(shù)碼管顯示。5.2、硬件設(shè)計(jì)5.2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖 本系統(tǒng)采樣Atmel89C52單片機(jī)作為控制核心，以ADC0809為數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)被測電壓的數(shù)據(jù)采樣；使用系列比較器檢測輸入電壓的范圍，用共陰極數(shù)碼管顯示結(jié)果。 顯示電路 51單片機(jī) AD轉(zhuǎn)換 輸入電壓圖1 5.2.2 單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)包括復(fù)位電路，晶振電路，電源電路，仿真時(shí)需搭建復(fù)位電路和晶振電路。晶振電路：圖2復(fù)位電路： 圖3 單片機(jī)最小系統(tǒng)如下所示，其中P2口用于驅(qū)動數(shù)碼管，P1口用于數(shù)碼管顯示，P0口用于接收ADC0

6、809轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，P3接74LS74 D觸發(fā)器電路。單片機(jī)最小系統(tǒng)： 圖45.2.3 AD轉(zhuǎn)換電路 ADC0809的特性：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。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。 （1）ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)     由下圖可知，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

7、態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。（2）ADC0809引腳結(jié)構(gòu) ADC0809各腳功能如下：D7-D0：8位數(shù)字量輸出引腳。IN0-IN7：8位模擬量輸入引腳。VCC：+5V工作電壓。GND：地。REF（+）：參考電壓正端。REF（-）：參考電壓負(fù)端。START：A/D轉(zhuǎn)換啟動信號輸入端。ALE：地址鎖存允許信號輸入端。（以上兩種信號用于啟動A/D轉(zhuǎn)換）.EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出引腳，開始轉(zhuǎn)換時(shí)為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)為高電平。OE：輸出允許控制端，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。CLK：時(shí)鐘信號輸入端（一般為500KHz）。A、B、C：地址輸入線。     ADC0809

8、對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是05V，若信號太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。 地址輸入和控制線：4條     ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ALE線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線的地址信號進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)入轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A，B和C為地址輸入線，用于選通IN0IN7上的一路模擬量輸入。通道選擇表如下表所示。CBA選擇的通道CBA 選擇的通道000IN0101IN5001IN1110IN6010IN2111IN7011IN31

9、00IN4數(shù)字量輸出及控制線：11條     ST為轉(zhuǎn)換啟動信號。當(dāng)ST上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST應(yīng)保持低電平。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。當(dāng)EOC為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。OE為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7D0為數(shù)字量輸出線。 CLK為時(shí)鐘輸入信號線。因ADC0809的內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為500KHZ， VREF（），VREF（）為參考電壓輸入。 2 A

10、DC0809應(yīng)用說明 （1）ADC0809內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與AT89S51單片機(jī)直接相連。 （2）初始化時(shí)，使ST和OE信號全為低電平。 （3）送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到A，B，C端口上。 （4）在ST端給出一個(gè)至少有100ns寬的正脈沖信號。 （5）是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)EOC信號來判斷。 （6） 當(dāng)EOC變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，這時(shí)給OE為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了。 3 實(shí)驗(yàn)任務(wù) 如下圖所示，從ADC0809的通道IN0輸入05V之間的模擬量，通過ADC0809轉(zhuǎn)換成數(shù)字量在數(shù)碼管上以十進(jìn)制形成顯示出來。ADC0809的VREF接5V電壓。 ADC0809與單片機(jī)的連接： 圖65.

11、2.3 觸發(fā)電路74ls74中文資料       74LS74內(nèi)含兩個(gè)獨(dú)立的D上升沿雙d觸發(fā)器，每個(gè)觸發(fā)器有數(shù)據(jù)輸入（D）、置位輸入（）復(fù)位輸入（）、時(shí)鐘輸入（CP）和數(shù)據(jù)輸出（Q、）。、的低電平使輸出預(yù)置或清除，而與其它輸入端的電平無關(guān)。當(dāng)、均無效（高電平式）時(shí)，符合建立時(shí)間要求的D數(shù)據(jù)在CP上升沿作用下傳送到輸出端。74ls74功能表: 3 實(shí)驗(yàn)任務(wù) 如下圖所示，通過74LS74產(chǎn)生時(shí)鐘源，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程需要在外部工作時(shí)鐘的控制下進(jìn)行。5.2.4 數(shù)碼管顯示電路四位數(shù)碼管引腳圖：四位數(shù)碼管與單片機(jī)的連接：5.3、軟件設(shè)計(jì)（設(shè)計(jì)思路及軟件流程圖

12、） 軟件部分采用模塊化程序設(shè)計(jì)的方法，由單片機(jī)控制主程序、A/D轉(zhuǎn)換子程序、電壓檢測、七段數(shù)碼管顯示組成。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)是在KeilC編譯環(huán)境下進(jìn)行的，由于C語言程序可移植性好，所以提高了編程的效率。軟件程序流程圖：聲明函數(shù)設(shè)置掃描信號初始值開始讀取顯示區(qū)數(shù)組，轉(zhuǎn)換顯示編碼輸出/延遲3個(gè)字？20次?返回NoNoyesyes開始聲明變量與函數(shù)調(diào)用顯示函數(shù)讀取ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果轉(zhuǎn)換千位數(shù)轉(zhuǎn)換百位數(shù)轉(zhuǎn)換十位數(shù)轉(zhuǎn)換個(gè)位數(shù) 顯示函數(shù) 主程序六、程序主要代碼與分析（關(guān)鍵代碼要有注釋）：#include <reg52.h> Unsigned char code dispbitcode =0xfe,0x

13、fd,0xfb,0xf7, 0xef,0xdf,0xbf,0x7f; Unsigned char code dispcode=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66, 0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00; unsigned char dispbuf8=10,10,10,10,10,0,0,0; unsigned char dispcount; unsigned char getdata; unsigned int temp; long int i; unsigned int R1; sbit ST=P30; sbit OE=P31; sbit EOC=P32;

14、 sbit CLK=P33; void main(void) ST=0; /ST正脈沖信號啟動A/D轉(zhuǎn)換； OE=0; /EOC為高電平后，若使OE為高電平，轉(zhuǎn)換結(jié)果DATA便可鎖存到D0D7上，CPU讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)后，再使OE變?yōu)榈碗娖?，一次A/D轉(zhuǎn)換過程結(jié)束。 ET0=1;/啟動T0中斷； ET1=1;/啟動T1中斷； EA=1;/開總中斷； TMOD=0x12;/設(shè)置T0定時(shí)方式2，T1定時(shí)方式1 TH0=216; /計(jì)數(shù)初值a=216-t.Fosc/12其中t以us為單位，F(xiàn)osc以MHZ為單位;(t=5ms，T=12MHZ) 十進(jìn)制 TL0=216; TH1=(65536-5000)/

15、256;/0XEC TL1=(65536-5000)%256;/0X78 TR1=1; /啟動T1 TR0=1; /啟動T0 ST=1; /ST產(chǎn)生正脈沖 ST=0; while(1) if(EOC=1) /EOC為高電平后，若使OE為高電平，轉(zhuǎn)換結(jié)果DATA便可鎖存到D0D7上，CPU讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)后，再使OE變?yōu)榈碗娖?，一次A/D轉(zhuǎn)換過程結(jié)束。 OE=1; getdata=P0; OE=0; i=getdata*196; /轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；5V i/o口為八個(gè)5256=196MVdispbuf5=i/10000; i=i%10000; dispbuf6=i/1000;i=i%1000; dis

16、pbuf7=i/100; ST=1; ST=0; void t0(void) interrupt 1 using 0 /定時(shí)器0 中斷服務(wù) CLK=CLK; void t1(void) interrupt 3 using 0 /定時(shí)器1 中斷服務(wù) TH1=(65536-6000)/256; TL1=(65536-6000)%256; P2=0xff; P1=dispcodedispbufdispcount; P2=dispbitcodedispcount; if(dispcount=5) P1=P1 | 0x80; dispcount+; if(dispcount=8) dispcount=0

17、; 七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果截圖實(shí)物圖：作為模擬電壓的輸入，滑動變阻器的變化不可以過快；要求：調(diào)一次滑動變阻器使得電壓變化0.02V；所以要求2n>5/0.02=250,因此ADC要選擇8位的，滑動變阻器的精確度為0.02.八、心得體會 本次試驗(yàn)的難度雖不大，但在此過程中我學(xué)到了很多知識，同時(shí)也遇到了一些問題。例如：1. 仿真時(shí)用的是ADC0808但是實(shí)際生活中是用ADC0809，需要通過網(wǎng)上查找資料知道兩者的異同；2. 在網(wǎng)上有許多關(guān)于基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)資料每份的整體思想一樣，但是所用的芯片是不同的，需要自己根據(jù)老師提供的器件做相應(yīng)的修改；3.作為模擬電壓的輸入，滑動變阻器的變化不可以過快；4.用#define SEG P0不可以加；號；5.無窮循環(huán)while(1)后也不可以加；號；6.在仿真中不必將復(fù)位電路和晶振電路連接上，但是實(shí)際實(shí)驗(yàn)中卻必須加上;7.各芯片都需要接地和接電源才能工作，仿真時(shí)不需要，但是實(shí)際中必須加上；8.在焊接時(shí)要判斷清楚芯片的引腳接線，合理的排版，才能更高效的連線并節(jié)