基于51單片機的數(shù)字電壓表的設計

1、- 數(shù)字電壓表的設計目錄緒論1第1章系統(tǒng)總體方案選擇與說明11.1 工程分析及其設計11.1.1 通道轉換方案設計11.1.2 顯示局部方案設計1第2章系統(tǒng)總體構造與系統(tǒng)功能22.1 系統(tǒng)構造框圖22.2系統(tǒng)功能2第3章硬件設計說明及計算方法23.1 單片機的選擇及時鐘電路23.2 驅動模塊33.3 LED顯示電路設計與器件選擇43.4 A/D轉換模塊及轉化電路設計6第4章軟件設計與說明74.1 數(shù)字電壓表系統(tǒng)軟件設計方案確定74.2 數(shù)字電壓表應用程序設計9第5章調試結果及其說明95.1 調試結果及其說明9參考文獻10附錄A 系統(tǒng)原理圖11附錄B 系統(tǒng)源程序12. z-緒論本設計采用了以單片

2、機為開發(fā)平臺，控制系采用AT89C52單片機，A/D轉換采用ADC0809。系統(tǒng)除能確保實現(xiàn)要求的功能外，還可以方便進展8路其它A/D轉換量的測量、遠程測量結果傳送等擴展功能。簡易數(shù)字電壓測量電路由A/D轉換、數(shù)據(jù)處理、顯示控制等組成。關鍵詞: 單片機AT89C52A/D轉換ADC0808 數(shù)據(jù)處理課程設計要求：利用八位A/D轉換器實現(xiàn)分辨率位八位二進制數(shù)的電壓表，測量結果用四位數(shù)碼管顯示。第一章系統(tǒng)總體方案與選擇實現(xiàn)數(shù)字電壓表的方案很多，目前廣泛采用的時基于74系列邏輯器件，本設計將介紹基于單片機實現(xiàn)的方案。1.1 工程分析及其設計方案設計此設計包含兩個模塊，通道轉換和顯示局部方案。1.1.

3、1通道轉換方案設計方案一：考慮到ADC0808的8路模擬量輸入本質上也是模擬開關，因此可以利用其8個模擬通道中的3個作為通道轉換器，即根據(jù)通道對應的電壓測量圍確定對應的電壓方法倍數(shù)設計對應的放大電路。方案二：利用手動開關實現(xiàn)通道轉換。該方案可簡化控制程序，消減系統(tǒng)開銷?？s短反響時間，缺乏之處在于操作麻煩。綜上所述：方案二所需元件少、本錢低且易于實現(xiàn)，則選此方案。1.1.2顯示局部方案設計方案一：單片機的P0、P2口分別接74LS248和ULN2003A芯片來驅動四位數(shù)碼管方案二：直接用單片機的P1、P2口驅動數(shù)碼管，此處把ADC0808的輸出端接P1口 ，因為P1口能夠驅動數(shù)碼管。綜上所述，兩

4、個方案都可行，但方案二所需元件少、本錢低，則選擇此方案。第二章 系統(tǒng)總體構造2.1 系統(tǒng)構造框圖根據(jù)工程要求，確定該系統(tǒng)的設計方案，圖2-1為該系統(tǒng)設計方案的構造框圖。硬件電路由6各局部組成，即單片機、時鐘電路、復位電路、LED顯示電路、A/D裝喚器和測量電壓輸入電路。圖2-1 系統(tǒng)構造框圖2.2系統(tǒng)功能在一切準備就緒以后，滑動變阻器RV1的阻值，A/D采樣數(shù)據(jù)，經(jīng)過單片機的處理，在4位一體的LED數(shù)碼管管上顯示當前電壓值。每改變一次RV1的阻值，在數(shù)碼管上就會獲得一個新的數(shù)值。第3章 硬件電路設計3.1 單片機的選擇及時鐘電路根據(jù)初步設計方案的分析，設計這樣一個簡單的應用系統(tǒng)，可以選擇帶有E

5、PROM的單片機，應用程序直接存儲在片，不用在外部擴展程序存儲器，電路可以簡化。此電路選擇ATmel公司生產的AT89C51。AT89系列與MCS-51系列單片機相比有兩大優(yōu)勢：第一，片程序存儲器采用閃速存儲器，使程序的寫入更加方便;第二，提供了更小尺寸的芯片，使整個電路體積更小。它以較小的體積、良好的性價比倍受青睞。單片機工作的時間基準是由時鐘電路提供的。在單片機的*TAL1和*TAL2兩個管腳，接一只晶振及兩只電容就構成了單片機的時鐘電路。電路中，電容C1和C2對震蕩電路有微調的作用，通常的取值圍位30+10pF。石英晶體選擇6MHz或12MHz都可以，其結果只是機器周期時間不同，影響計數(shù)

6、器的計數(shù)初值，此設計取12MHz。圖3-1 單片機最小系統(tǒng)3.2驅動模塊該設計的驅動電路是由74LS245來驅動的。74LS245是我們常用的芯片，用來驅動LED或其他設備，它是8路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器，課雙向傳輸數(shù)據(jù)。74LS245還具有雙向三態(tài)功能，既可以輸出，也可以輸入數(shù)據(jù)。當51單片機的P0口總線負載到達或超過P0最大負載能力時，必須接入74LS245等總線驅動器。當片選端CE低電平有效時，AB/BA=0；信號由B向A傳輸；AB/BA=1，信號由A向B傳輸；當CE位高電平時，A，B均為高阻圖3-2 74LS245管腳圖3.3 LED 顯示電路設計與器件選擇單片機應用系統(tǒng)中，通常都需要

7、進展人機對話。這包括人對應用系統(tǒng)的狀態(tài)干預與數(shù)據(jù)輸入，以及應用系統(tǒng)向人們顯示運行狀態(tài)與運行結果。顯示器、鍵盤電路就是用來完成人機對話活動的人機通道。 圖3-3 LED顯示管腳LED顯示器的驅動是一個非常重要的問題，由圖3-2-1可知，顯示電路由LED顯示器、段驅動電路和位驅動電路組成。此設計不采用段驅動芯片和位驅動芯片，直接由單片機的P0，P2口驅動，實驗證明可行。在應用系統(tǒng)中，設計要求不同，使用的LED顯示器的位數(shù)也不同，因此生產廠家就生產了多種位數(shù)、尺寸、型號不同的LED顯示器。在我們的設計中，選擇4位一體的共陰極時鐘型LED顯示器，采用動態(tài)顯示方式。圖3-4 LED動態(tài)顯示采用P0口作為

8、LED的段碼輸出信號，P2口的低四位作為LED位碼的輸出控制信號。硬件電路的連接如圖3-2-2所示。該電路的工作原理：當P0口輸出段碼信號的BCD碼后，輸出具有一定驅動能力的七段字形碼，由于4-LED的段碼輸入管腳是并聯(lián)在一起的，所以每一位LED的段碼輸入管腳都能獲得這個段碼信號。假設要控制在每一時刻只有一位LED被點亮，必須靠位碼信號控制。P2口低四位輸出位碼信號后接到LED的位碼控制端，因此P2口的低四位的位碼信號在每一時刻只有一位是“0，其他位全為“1，然后按時間順序改變輸出“0的位置，控制在每一時刻只有一位LED被點亮，到達動態(tài)顯示的目的。3.4 A/D轉換模塊及轉換電路設計A/D轉換

9、器的功能是將模擬量轉換為與其大小成正比的數(shù)字量信號。能實現(xiàn)這種轉換的原理和方法很多，此設計采用ADC0808轉換器。ADC0808是一種逐次逼近型的8位A/D轉換器件，片有8路模擬開關，可輸入8個模擬量，單極性，量程為0+5V。3.4.1 ADC0808 簡介1. ADC0808引腳功能圖3-5ADC0808引腳圖（1） IN0IN7:8路模擬量輸入。（2） ADDA、ADDB、ADDC:模擬量輸入通道地址選擇，其8位編碼分別對應IN0IN7.（3） ALE:地址鎖存允許，上升沿將通道選擇信號存入地址鎖存器。（4） START:ADC轉換啟動信號，正脈沖有效，引腳信號要求保持在200ns以上，

10、其上升沿將部逐次逼近存放器清零。（5） EOC:轉換解釋信號，可做為中斷請求信號或供CPU查詢。（6） CLK：時鐘輸入端，要求頻率圍在10kHz1.2MHz.（7） OE：允許輸出信號。（8） Vcc:芯片工作電壓。（9） VREF(+)、VREF(-)：基準參考電壓的正、負值。（10） OUT1OUT8:8路數(shù)字量輸出端。3.4.2 A/D轉換電路設計集成摸數(shù)轉換芯片ADC0808實現(xiàn)的A/D轉換電路被測信號由ADC0808模擬輸入端輸入，完成A/D轉換后送入單片機，經(jīng)相應處理后送出顯示。 第四章 軟件設計與說明進展應用軟件設計時可以采用模塊化構造設計，其優(yōu)點是：每個模塊的程序構造簡單，任

11、務明確，易于編寫、調試和修改；程序可讀性好，對程序的修改可局部進展，其他局部可以保持不變，易于功能擴大和版本升級；易于使用頻繁的子程序可以建立子程序，便于多個模塊調用；便于分工合作，多個程序員同時進展程序的編寫和調試工作，加快軟件研制進度。4.1 數(shù)字電壓表系統(tǒng)軟件設計方案確定1根據(jù)設計要求，根據(jù)系統(tǒng)所要完成的功能，設計出圖4-1所示的功能模塊。 圖4-1 數(shù)字電壓表軟件設計的模塊2程序的設計主程序的設計 主程序的容一般包括：主程序的起始地址、中斷效勞額程序的起始地址、有關存單元及相關部件的初始化和一些子程序調用等。根據(jù)設計要求，設計出如圖4-2所示的主程序流程圖。 圖4-2 主程序流程圖 圖

12、4-3 A/D轉換子程序流程圖A/D轉換子程序的設計 A/D轉換程序的功能是采集數(shù)據(jù)，再整個系統(tǒng)設計中占有很高的地位。當系統(tǒng)置好后，單片機掃描轉換完畢管腳P2.6的輸入電平狀態(tài)，當輸入為高電平則轉換完成，將轉換的數(shù)值轉換并顯示輸出。假設輸入為低電平，則繼續(xù)掃描。程序流程圖如圖4-3所示。數(shù)碼轉換及顯示子程序的設計 由于人們日常習慣使用十進制數(shù)，而計算機的鍵盤輸入、輸出以及顯示常采用二進制編碼的十進制數(shù)即BCD碼或ASCII碼。因此，在程序設計中經(jīng)常要進展數(shù)碼轉換。4.2 數(shù)字電壓表應程序設計1程序起始地址 MCS-51系列單片機復位后，PC=0000H，而0003H002BH分別為各中斷源的入

13、口地址。所以，編程序時應在0000H處寫一條跳轉指令。當CPU接到中斷請求信號并予以響應后，CPU把當前的PC容壓入棧中進展保護，然后轉入相應的中斷效勞程序入口處執(zhí)行。2LED動態(tài)顯示延時 LED顯示器每一位的顯示時間是5ms,延時5ms子程序是典型的軟件定時程序。說明：LED采用7段字形代碼，第1位采用把dp置1的方式顯示小數(shù)點。第五章調試結果及其說明5.1 調試結果及其說明采用Keil Vision編譯器進展源程序編譯，調試好程序后將.He*文件導入Proteus進展軟件調試。在Proteus ISIS編輯窗口中單擊開場仿真按鈕，4位LED數(shù)碼管顯示相應的電壓值。當通道打到通道0時，滑動變

14、阻器RV1的阻值調至最小位置時，LED顯示0.000，正確顯示數(shù)值；把RV1調至中間位置時，LED顯示2.650，同樣正確讀出數(shù)據(jù)；當把RV1的阻值調至最大位置時，LED顯示5.000，正確讀出數(shù)據(jù)。同理調試其他通道時，能正確顯示通道數(shù)和電壓值，證明該8路電壓表合格。調試結果如圖5-1 圖5-1 調試結果參考文獻1 單片微機原理及應用 *春暉 主編 電子工業(yè)2 單片機應用技術C語言版 王靜霞 主編 電子工業(yè)3 新概念51單片機C語言教程 郭天祥 主編 電子工業(yè)大學 4單片機典型系統(tǒng)設計實例精講 為等 電子工業(yè)5單片機原理與應用設計 毅剛等電子工業(yè)附錄A 系統(tǒng)原理圖. z-附錄A 系統(tǒng)原理圖附錄

15、B 系統(tǒng)源程序LED_0EQU 30HLED_1 EQU 31HLED_2 EQU 32HLED_3 EQU33H/存放四個數(shù)碼管的段碼ADCEQU35H/存放轉換后的數(shù)據(jù)ST BIT P3.2OE BIT P3.0EOC BIT P3.1ORG 0000HSTART: MOVLED_0,*00HMOVLED_1,*00HMOVLED_2,*00HMOV LED_3,*00HMOVDPTR,*TABLE/送段碼表首地址SETBP3.4SETBP3.5CLRP3.6 /選擇ADC0808的通道3WAIT: CLR STSETB STCLR ST/啟動轉換 JNB EOC,$ /等待轉換完畢SET

16、B OE /允許輸出MOV ADC,P1/暫存轉換結果CLR OE /關閉輸出LCALL INTOVLCALLDISP /顯示AD轉換結果SJMP WAITINTOV:MOV DPTR,*TAB/因為所用的滑動變阻器為0.01的精度,所以MOVA,ADC/最小的讀數(shù)為0.05，其余均為0.05的倍數(shù)MOVCA,A+DPTR/因此，第三位小數(shù)，要么是5，要么是0MOV B,*2 DIV AB MOV R0,B/A/2的余數(shù)付給R0，通過判斷R0的值，MOV B,*100DIV ABMOV R1,A /將A 除以100，并將商賦給R1MOV A,*10*CH A,B /交換數(shù)據(jù)DIV AB / 得

17、到得商為整數(shù)位，余數(shù)為第一個小數(shù)位MOV LED_3,A /整數(shù)位MOV LED_2,B /第一位小數(shù)MOV LED_0,R1 /第三位小數(shù)CJNER0,*01,KK1 /假設R0=1，則執(zhí)行下條語句，否則轉移到KK1MOV LED_1,*05 /第二位小數(shù)BACK: RETKK1: MOV LED_1,*00AJMPBACKDISP: / 采用4位共陰數(shù)碼管，應選通開關低有效，MOVDPTR,*TABLE/整數(shù)位MOVA,LED_3MOVCA,A+DPTRSETB ACC.7CLRP2.0MOVP0,ALCALLDELAYSETBP2.0MOVDPTR,*TABLE /十分位MOVA,LED

18、_2MOVCA,A+DPTRCLRP2.1MOVP0,ALCALLDELAYSETBP2.1MOVDPTR,*TABLE/百分位MOVA,LED_1MOVCA,A+DPTRCLRP2.2MOVP0,ALCALLDELAYSETBP2.2MOV DPTR,*TABLE/千分位 MOVA,LED_0MOVCA,A+DPTRCLRP2.3MOVP0,ALCALLDELAYSETBP2.3RETDELAY:MOVR6,*10/延時5毫秒D1:MOVR7,*250DJNZR7,$DJNZR6,D1RETTABLE: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H /數(shù)碼管0-9的碼表DB 6DH,7DH,07H,7FH,6FHTAB:DB 0,0 , 0 ,1,0,2,0,0,3,0/存放AD轉換后的數(shù)DB4,0,0,5,0,6,0