單片機(jī)課程設(shè)計(jì)數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)(共20頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 單片機(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)課題名稱 數(shù)字電壓表設(shè)計(jì) 姓 名學(xué) 號(hào) 專 業(yè)指導(dǎo)教師機(jī)電與控制工程學(xué)院 年 月 日 任務(wù)書(shū)電壓表是測(cè)量?jī)x器中不可缺少的設(shè)備，目前廣泛應(yīng)用的是采用專用集成電路實(shí)現(xiàn)的數(shù)字電壓表。本系統(tǒng)以8051單片機(jī)為核心，以逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809、LED顯示器為主體，設(shè)計(jì)了一款簡(jiǎn)易的數(shù)字電壓表，能夠測(cè)量05V的直流電壓，最小分辨率為0.02V。該設(shè)計(jì)大體分為以下幾個(gè)部分，同時(shí)，各部分選擇使用的主要元器件確定如下：1、單片機(jī)部分。使用常見(jiàn)的8051單片機(jī)，同時(shí)根據(jù)需要設(shè)計(jì)單片機(jī)電路。2、測(cè)量部分。該部分是實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)，要求將外部采集的模擬信號(hào)

2、轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過(guò)單片機(jī)的處理顯示在顯示器上，該部分決定了數(shù)字電壓表的精度等主要技術(shù)指標(biāo)。根據(jù)需要本設(shè)計(jì)采用逐次逼近型AD轉(zhuǎn)換器ADC0809進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。3、鍵盤顯示部分。利用4×6矩陣鍵盤的一個(gè)按鍵控制量程的轉(zhuǎn)換，3或4位LED顯示。其中一位為整數(shù)部分，其余位小數(shù)部分。關(guān)鍵詞：8051 模數(shù)轉(zhuǎn)換 LED顯示 矩陣鍵盤 目 錄1 緒論 12 方案設(shè)計(jì)與論證 23 單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算 3 4 總原理圖及參考程序 85 結(jié)論 146 心得體會(huì) 157 參考文獻(xiàn) 16 1.緒論 數(shù)字電壓表的基本工作原理是利用A/D轉(zhuǎn)換電路將待測(cè)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過(guò)相應(yīng)換算后將測(cè)試結(jié)果以數(shù)

3、字形式顯示出來(lái)的一種電壓表。較之于一般的模擬電壓表，數(shù)字電壓表具有精度高、測(cè)量準(zhǔn)確、讀數(shù)直觀、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。電壓表的數(shù)字化測(cè)量，關(guān)鍵在于如何把隨時(shí)連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，完成這種轉(zhuǎn)換的電路叫模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）。數(shù)字電壓表的核心部件就是A/D轉(zhuǎn)換器，由于各種不同的A/D轉(zhuǎn)換原理構(gòu)成了各種不同類型的DVM。一般說(shuō)來(lái)，A/D轉(zhuǎn)換的方式可分為兩類：積分式和逐次逼近式。積分式A/D轉(zhuǎn)換器是先用積分器將輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換成時(shí)間或頻率，再將其數(shù)字化。根據(jù)轉(zhuǎn)化的中間量不同，它又分為U-T（電壓-時(shí)間）式和U-F（電壓-頻率）式兩種。逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器分為比較式和斜坡電壓式，根據(jù)不同的工作原理，比

4、較式又分為逐次比較式及零平衡式等。斜坡電壓式又分為線性斜坡式和階梯斜坡式兩種。在高精度數(shù)字電壓表中，常采用由積分式和比較式相結(jié)合起來(lái)的復(fù)合式A/D轉(zhuǎn)換器。本設(shè)計(jì)以8051單片機(jī)為核心，以逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809、LED顯示器為主體，構(gòu)造了一款簡(jiǎn)易的數(shù)字電壓表，能夠測(cè)量1路05V直流電壓，最小分辨率0.02V。2.方案設(shè)計(jì)與論證基于單片機(jī)的多路數(shù)字電壓表電路的基本組成如圖3.1所示。 圖2.1 基于單片機(jī)的多路數(shù)字電壓表電路的原理框圖根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用的方案如下。部分實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、編譯，A/D轉(zhuǎn)換以及顯示的功能，包括單片機(jī)電路模塊、A/D轉(zhuǎn)換器模塊、數(shù)碼管顯示電路模塊、按鍵處理電路

5、模塊；軟件部分實(shí)現(xiàn)控制芯片，使各部件能夠正常的運(yùn)行，同時(shí)實(shí)現(xiàn)仿真的功能，主要設(shè)計(jì)思想是利用軟件進(jìn)行仿真，通過(guò)仿真得到實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。 多路數(shù)字式電壓表應(yīng)用主要利用A/D轉(zhuǎn)換器，先用A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)各路電壓值進(jìn)行采樣，得到相應(yīng)的數(shù)字量，按數(shù)字量與模擬量成正比關(guān)系運(yùn)算得到對(duì)應(yīng)的模擬電壓值，然后把模擬值通過(guò)顯示器顯示出來(lái)。根據(jù)系統(tǒng)功能要求，控制系統(tǒng)采用AT89C52單片機(jī)，A/D轉(zhuǎn)換器采用ADC0809。ADC0809是8位的A/D轉(zhuǎn)換器。當(dāng)輸入電壓為5.00v時(shí)，輸出的數(shù)據(jù)值為255（0FFH），因此最大的分辨率為0.0196v（5/255）。ADC0809具有8路模擬輸入端，通過(guò)3位地址輸入端的地址，

6、就能依次對(duì)8路中選擇一路進(jìn)行轉(zhuǎn)換。如每隔一段時(shí)間依次輪流改變3位地址輸入端的地址，就能依次對(duì)8路輸入電壓進(jìn)行測(cè)量。LED數(shù)碼管顯示采用軟件譯碼動(dòng)態(tài)顯示。通過(guò)按鍵選擇可8路顯示，也可單路顯示，單路顯示可通過(guò)按鍵選擇顯示通道 3.單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算3.1ADC08093.1.1主要特性1）8路8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位。 2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫恕?3）轉(zhuǎn)換時(shí)間約為128s4）單個(gè)5V電源供電 5）模擬輸入電壓范圍05V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。 6）工作溫度范圍為-4085攝氏度 7）低功耗，約15mW。 3.1.2內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3.1 ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 ADC0809是CMOS單片型

7、逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4.1所示，它由8路模擬開(kāi)關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開(kāi)關(guān)樹(shù)型D/A轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、三態(tài)輸出鎖存器等其它一些電路組成。因此，ADC0809可處理8路模擬量輸入，且有三態(tài)輸出能力，既可與各種微處理器相連，也可單獨(dú)工作。輸入輸出與TTL兼容。3.1.3外部特性（引腳功能） 圖3.2 ADC0809引腳ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如上圖所示。下面說(shuō)明各引腳功能。 IN0IN7：8路模擬量輸入端。D0D7：8位數(shù)字量輸出端。START： A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，輸入，高電平有效。ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。OE：數(shù)據(jù)

8、輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸 入一個(gè)高電平，才能打開(kāi)輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ。 ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。如表1所示。 EOC： A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電 平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 VREF（+）、VREF（-）：基準(zhǔn)電壓。 VCC：電源，接5V。 GND：地。 表3.1 地址與通道對(duì)應(yīng)關(guān)系 ADC0809的工作過(guò)程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。

9、START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號(hào)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?，指示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(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng)OE輸入高電平時(shí)，輸出三態(tài)門打開(kāi)，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。3.2 LED數(shù)碼顯示3.2.1 LED顯示器LED是由若干個(gè)發(fā)光二極管組成的。當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)筆劃發(fā)亮。控制不同組合的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符。這種筆劃式的七段顯示器，能顯示的字符數(shù)量少，但控制簡(jiǎn)單、使用方便。發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起的稱為共陽(yáng)極顯示器，陰極連在一起的稱為共陰極顯示器3.2.

10、2LED結(jié)構(gòu)及顯示原理通常的七段LED顯示塊中有八個(gè)發(fā)光二極管，故也有人叫做八段顯示塊。其中七個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成七筆字形“8”。一個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成小數(shù)點(diǎn)。七段顯示塊與單片機(jī)接口非常容易。只要將一個(gè)8位并行輸出口與顯示塊的發(fā)光二極管引腳相連即可。8位并行輸出口輸出不同的字節(jié)數(shù)據(jù)即可獲得不同的數(shù)字或字符。通常將控制發(fā)光二極管的8位字節(jié)數(shù)據(jù)稱為段選碼或段數(shù)據(jù)。一些字形的段選碼如下表：3.2.3LED的結(jié)構(gòu)及其工作原理點(diǎn)亮顯示器有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種方法。 1）靜態(tài)顯示：當(dāng)顯示某一個(gè)字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定地導(dǎo)通或截止。例如七段顯示器的a、b、c、d、e、f導(dǎo)通，g、dp截止，顯示0。靜態(tài)顯示的特點(diǎn)是：每

11、一位都需要一個(gè)8位輸出口控制，用于顯示位數(shù)較少（僅一、二位）的場(chǎng)合。較小的電流能得到較高的亮度，可以由8255的輸出口直接驅(qū)動(dòng)。圖示為三位顯示器的接口邏輯。圖3.3 三位顯示器的接口邏輯（2）動(dòng)態(tài)顯示：一位一位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器(掃描)。對(duì)于每一位顯示器來(lái)說(shuō)，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也和點(diǎn)亮?xí)r間與間隔時(shí)間的比例有關(guān)。 若顯示器的位數(shù)不大于8位，則控制顯示器公共極電位只需一個(gè)8位并行口(稱為掃描口或位選口)。控制各位顯示器所顯示的字形也需一個(gè)共用的8位口(稱為段數(shù)據(jù)口)，用于顯示位數(shù)稍多的場(chǎng)合，需編寫(xiě)掃描程序。 4.總原理圖及參考程序4.1總原理圖4.2程序流程圖及

12、參考程序4.2.1程序流程圖NYSTART選擇ADC0809的轉(zhuǎn)換軌道設(shè)置定時(shí)器，提供時(shí)鐘信號(hào)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)值轉(zhuǎn)換顯示轉(zhuǎn)換是否結(jié)束？ 4.2.2參考程序OUTBIT EQU 09002HOUTSEG EQU 09004H IN EQU 09001HLEDBUF EQU 60H LJMP MAINLEDMAP: DB 3FH, 06H, 5BH, 4FH, 66H, 6DB, 7DB, 07H DB 7FH, 6FH, 77H, 7CH, 39H, 5EH, 79H, 71HDELAY: MOV R7,#0DELAYLOOP: DJNZ R7,DELAYLOOP DJNZ R6,

13、DELAYLOOP RETDISPLAYLED: MOV R0,#LEDBUF MOV R1,#4 MOV R2,#BLOOP: MOV A，R0 MOV DPTR，#OUTSEG MOVX DPTR，A MOV DPTR，#OUTBIT MOV A，R2 MOVX DPTR，A MOV R6，#01 CALL DELAY MOV A，R2 R1 A MOV R2，A INC R0 DJNZ R1，LOOPTESRKEY: MOV DPTR, #OUTBIT MOV A,#0 MOV A,#0 MOVX DPTR,A MOV DPTR,#IN MOVX A,DPTR CPL A ANL A,#

14、0FH RETKEYTABLE: DB 16H, 15H, 14H, 0FFH DB 13H, 12H, 11H, 10H DB 0dH, 0cH, 0bH, 0aH DB 0eH, 03H, 06H, 09H DB 0FH, 02H, 05H, 08H DB 00H, 01H, 04H, 07HGETKEY: MOV DPTR,#OUTBIT MOV P2,DPH MOV R0,#IN MOV R1,#B MOV R2,#6KLOOP: MOV A,R1 CPL A MOVX DPTR,A MOVX A,R0 CPL A ANL A,#0FH JNZ GOON1GOON1: MOV R1,A

15、 MOV A,R2 DEC A RL A RL A MOV R2,A MOV A,R1 MOV R1,#2LOOPC: RRC A JC EXIT INC R2 DJNZ R1,LOOPCEXIT: MOV A,R2 MOV DPTR,#KEYTABLE MOVC A,A+DPTR MOV R2,AWAITRELEASE: MOV DPTR,#OUTBIT CLR A MOVX DPTR,A MOV R6,#10 CALL DELAY CALL TESTKEY JNZ WAITRELEASE MOV A,R2 RETMAIN: MOV DPTR,#8000H MOVX DPTR,AHERE:

16、JNB P3.3,HERE MOVX A,DPTR MOV P1,A MOV R5,A CALL DISPLAYLED CALL TESTKEY JZ L5 CALL GETKEY MOV 40H,AL5: MOV 63H,#00H MOV A,R5 MOV B,#51 MOV AB MOV 62H,A MOV A,B JZ LOOP1 RL A SUBB A,#2 MOV B,#10 DIV AB MOV 61H,A MOV 60H,B AJMP MLOOPLOOP1:MOV 61H,#00 MOV 60H,#00 AJMP MLOOPMLOOP: MOV R0, #LEDBUFFILLBU

17、F: MOV A,R0 MOV DPTR,#LEDMAP MOVC A,A+DPTR MOV 50H,A CLR C MOV A,40H ADD A,41H ANL A,#01H MOV 41H,A RRC A MOV 40H,#00H JC WEI2WEI1: CJNE R0,#62H,XS01 MOV A,50H ADD A,#80H SJMP XS1XS01: MOV A,50HXS1: MOV R0,A INC R0 CJNE R0,#LEDBUF+3, FILLBUF LJMP STARTWEI2: CJNE R0,#63H,XS0 MOV A,50H ADD A,#80H SJMP

18、 XS XS0: MOV A,50H XS: MOV R0,A INC R0 CJNE R0,#LEDBUF+4, FILLBUF LJMP START END5.結(jié)論本設(shè)計(jì)以8051單片機(jī)為控制核心，通過(guò)集成摸數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0809將被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)單片機(jī)內(nèi)部程序處理后，由LED八段數(shù)碼管顯示測(cè)量結(jié)果。仿真測(cè)試表明，系統(tǒng)性能良好，測(cè)量讀數(shù)穩(wěn)定易讀、更新速度合理，直流電壓測(cè)量范圍為05V，最小分辨率為0.02V，滿足任務(wù)書(shū)指標(biāo)要求。但是，該系統(tǒng)也存在一定程度的不足，例如：1、若能將測(cè)量的電壓值實(shí)時(shí)保存，使用時(shí)將更方便。2、ADC0809可實(shí)現(xiàn)對(duì)8個(gè)通道的輸入信號(hào)輪流轉(zhuǎn)換，本設(shè)計(jì)僅僅使用了其中一個(gè)通道，造成了較大的資源浪費(fèi)。若能對(duì)電路稍加改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多路信號(hào)的輪流測(cè)量并自動(dòng)保存相 6.心得體會(huì)在這次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)里，通過(guò)對(duì)單片機(jī)的學(xué)習(xí)