基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)

1、word基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表設(shè)計(jì) 摘要 本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)，電路中主要使用AT89C51、ADC0809及共陽(yáng)極數(shù)碼管組成，AT89C51是主控電路，ADC0809起著A/D轉(zhuǎn)換的功能，能將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，而共陽(yáng)數(shù)碼管那么是顯示電壓。該電壓表測(cè)量范圍0-5V的直流電壓，其測(cè)量誤差為0.04%，結(jié)構(gòu)和原理都比擬簡(jiǎn)單，易于操作。關(guān)鍵字 單片機(jī)；A/D轉(zhuǎn)換；數(shù)碼管Abstract The voltmeter measuring range of 0-5V DC voltage, The design is based on single-chip digital voltm

2、eter design, circuit mainly on AT89C51 and ADC0809 and common anode digital tubes, AT89C1 is a master circuit，ADC0809 plays the function of the A / D converter, Common an5ode digital tube display voltage is low, strobe digital tube.the measurement error is 0.04%, and the structure and principle are

3、relatively simple.Keyword SCM, A / D converter, Digital tube1 引言 本設(shè)計(jì)目的是為能把輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)，從而使人們能直觀的看到。要求能利用上學(xué)期學(xué)過的單片機(jī)知識(shí)來實(shí)現(xiàn)數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)，其輸入模擬電壓是從0V到5V，能顯示出電壓，可以顯示到小數(shù)點(diǎn)后三位數(shù)字。方法上采用數(shù)字化測(cè)量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量直流輸入電壓轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表，利用ADC0809把輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，從而在利用單片機(jī)的程序來實(shí)現(xiàn)在數(shù)碼管上的顯示。2 設(shè)計(jì)方案及原理 該電路可以分為單片機(jī)主控模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、LED顯示

4、模塊、電源電路、模擬信號(hào)電路等幾局部，其系統(tǒng)框圖如1所示。主控模塊采用AT89C51單片機(jī)，他和晶振電路構(gòu)成單片機(jī)最小系統(tǒng),晶振給的是12MHZ，電容是30pF。A/D轉(zhuǎn)換模塊采用ADC0809(由于proteus仿真元件庫(kù)里沒有ADC0809，故使用ADC0808芯片)，用于A/D轉(zhuǎn)換，它的脈沖是1MHZ,可以把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，通過單片機(jī)的處理來顯示電壓。顯示模塊采用4位七段共陽(yáng)數(shù)碼管，當(dāng)給低電平時(shí)，就選通這個(gè)數(shù)碼管，其就會(huì)發(fā)光，表示數(shù)碼管的某一段給了低電平導(dǎo)通發(fā)光二極管了。模擬電壓用仿真電路。 電源電路模擬電壓數(shù)碼管顯示模塊ADC0809主控模塊 AT89C51主控模塊 AT89C

5、51主控模塊 AT89C51 圖1 設(shè)計(jì)的系統(tǒng)框圖3 硬件設(shè)計(jì) 3.1 AT89C51的功能介紹RST復(fù)位輸入，高電平有效，是單片機(jī)恢復(fù)到初始狀態(tài)。/PSEN外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)，低電平有效。ALE是地址鎖存信號(hào)，高電平有效。在不訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，89C51自動(dòng)在ALE線上輸出頻率為1/6震蕩器頻率的脈沖序列。/EA訪問程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)，低電平時(shí)，訪問外部存儲(chǔ)器。XTAL1和XATAL2可以構(gòu)成晶振電路。AT89C51的引腳圖如圖2所示。 圖2單片機(jī)的引腳圖 3.2 ADC0809的引腳及功能介紹 ADC0809的引腳圖如下列圖3所示。由于proteus仿真元件庫(kù)里沒有ADC0809，且

6、芯片ADC0808與芯片ADC0809不但引腳相同且功能根本相同，故使用ADC0808芯片 圖3 ADC0809的引腳圖EOC引腳為轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志，OE引腳為輸出允許控制，ALE引腳是地址鎖存信號(hào)，它們都是高電平有效。CLK是時(shí)鐘信號(hào)輸入端，START是啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換的引腳，IN0IN7 是8路模擬量輸入端。 D0D7是8位數(shù)字量輸出端口。ADDA、ADDB、ADDC都接地時(shí)，其選擇IN0通道。本設(shè)計(jì)中ADC809的最小分辨率為5/255，其中引腳CLK是接上1MHZ的脈沖，以使ADC809正常工作。 3.3 LED數(shù)碼管的選擇 共陽(yáng)和共陰數(shù)碼管對(duì)設(shè)計(jì)都可，由于個(gè)人習(xí)慣，應(yīng)選用了4個(gè)七位共陽(yáng)數(shù)碼管

7、，共陽(yáng)極接法是將發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起構(gòu)成公共陽(yáng)極，這樣把陰極端輸入相應(yīng)的低電平，那么發(fā)光二極管就會(huì)發(fā)亮。LED數(shù)碼的段碼輸入,由并行端口P0產(chǎn)生；位碼輸入，用并行端口P2低四位產(chǎn)生。在proteus中，CA表示共陽(yáng)數(shù)碼管，而CC那么表示共陰數(shù)碼管。3.4 模擬信號(hào)的輸入由于電壓信號(hào)本身就是一個(gè)電氣量，不需要傳感器之類的元件，proteus中有滑動(dòng)變阻器和電源等元器件，故直接用它們給個(gè)模擬信號(hào)，其模擬電壓給0到5V。另又加了個(gè)電壓表，可以用來計(jì)算誤差，直觀地看到該電壓表的精度。4 軟件設(shè)計(jì) AT89C51與晶振電路構(gòu)成單片機(jī)最小系統(tǒng)，先采集模擬信號(hào)，可以通過滑動(dòng)變阻器來改變模擬信號(hào)的大小，把

8、模擬信號(hào)再給到ADC0809的IN0口，后ADC0809把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，后傳輸?shù)紸T89C51的P3口，然后在經(jīng)過放大，通過程序是數(shù)碼管點(diǎn)亮，P1口控制數(shù)碼管的位碼，P2口控制數(shù)碼管的段碼。4.1 流程圖如下 主程序流程圖如圖4所示。 開始選擇ADC0809轉(zhuǎn)換通道啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換 轉(zhuǎn)換是否結(jié)束 N Y 處理轉(zhuǎn)換結(jié)果 Y 顯示電壓 圖4 設(shè)計(jì)的主程序流程圖該程序有延時(shí)模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、電壓放大模塊、數(shù)碼管顯示模塊，主程序按照該流程圖執(zhí)行，后根據(jù)EOC的狀態(tài)來判斷AD轉(zhuǎn)換是否結(jié)束，最后到達(dá)顯示電壓的目的。 5 系統(tǒng)仿真及其調(diào)試在proteus中，找到各個(gè)元件，并模擬仿真，并用軟件生成he

9、x文件，后把該程序?qū)?1單片機(jī)中，其仿真圖如下列圖5所示。轉(zhuǎn)換是否結(jié)束 圖5 仿真圖6 總結(jié)該設(shè)計(jì)方法比擬簡(jiǎn)單，容易操作，利用元器件也比擬少，當(dāng)我們遇到一個(gè)問題時(shí)，要抓住問題的關(guān)鍵，這樣才能找到根源，設(shè)計(jì)出較簡(jiǎn)單的電路。該程序是我在課本上找的，但是在proteus上仿真時(shí)就是沒方法正常顯示，我就開始改程序，但是一改就會(huì)出現(xiàn)好多錯(cuò)誤，后來老師讓我一個(gè)模塊一個(gè)模塊改程序，終于有所突破了。當(dāng)我們遇到一件較復(fù)雜的事，要想把復(fù)雜的事分成多個(gè)簡(jiǎn)單的事來做，這樣就一定會(huì)有收獲的。另外，有時(shí)候電路圖忘保存了，就會(huì)使自己長(zhǎng)時(shí)間的努力白費(fèi)，我們就要心細(xì)，有耐心，才能很好地做好一件事情。參考文獻(xiàn)1 王思明.單片機(jī)

10、原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)M.北京:科學(xué)出版社，2012.52 王毓銀.數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)M.北京:高等教育出版社，2005.123 于殿泓 王新年.單片機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教程M.西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2007.5附 錄 源程序#include<reg51.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define AD_data P3 #define LED_port P0 #define LED_pos P1 sbit START=P25;sbit OE=P26;sbit EOC=P27; sbit ALE=P24

11、;uint DCtemp=0; uchar code LED_seg10=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90; uchar code pos4=0x01,0x02,0x04,0x08;void Delay(uchar t) /延時(shí)函數(shù) uchar i,j,k; for(i=0;i<t;i+) for(j=0;j<20;j+) for(k=0;k<20;k+) ;uchar AD_get()/AD0808控制，實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，采集到的數(shù)值 uchar DCdata; START=0; ALE=1; START=1;

12、START=0; ALE=0; while(EOC=0) ; OE=1; DCdata=AD_data; OE=0; Delay(10); return DCdata;void AD_shift(uchar DCdata) /將ADC0808讀取數(shù)值轉(zhuǎn)化為電壓值 uchar i; float DC=0; for(i=0;i<8;i+) if(DCdata&1<<i) DC+=(1<<i)*19.6; DCtemp=(int)DC; void value_shift(uchar value) /將電壓值的每一位放到數(shù)組中 value0=DCtemp/1000; value1=DCtemp/100%10; value2=DCtemp/10%10; value3=DCtemp%10;void Display(uchar value) /數(shù)碼管顯示 uchar i; for(i=0;i