數(shù)字電壓表課程設計.

1、湖南科技大學課程設計湖南科技大學單片機課程設計題目數(shù)字電壓表姓名劉崢嶸學院機電工程學院專業(yè)測控技術與儀器學號指導教師戴巨川成績二O二年六月二日制湖南科技大學課程設計湖南科技大學課程設計 i摘要本課題實驗主要采用AT89S52芯片和ADC0809芯片來完成一個簡易的數(shù)字電壓表，完成對輸入05V的模擬直流電壓的測量，并通過一個4位一體的8段LED數(shù)碼管進行顯示，測量誤差約為0.02V。由AT89S52和ADC0809組成的數(shù)字電壓表具有結構簡單，易于操作，靈敏度高的特點。該電壓表的測量電路方案由三個模塊組成：A/D轉換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊及顯示控制模塊。A/D轉換主要由芯片ADC0809來完成，它負

2、責把采集到的模擬量轉換為相應的數(shù)字量再傳送到數(shù)據(jù)處理模塊。數(shù)據(jù)處理則由芯片AT89S52來完成，其負責把ADC0809傳送來的數(shù)字量經(jīng)一定的數(shù)據(jù)處理，產生相應的顯示碼送到顯示模塊進行顯示；另外它還控制著ADC0809芯片的工作。顯示模塊主要由7段數(shù)碼管組成，顯示測量到的電壓值。以上方法能較準確的對電壓的測量。從而實現(xiàn)電壓表的功能。目錄第一章數(shù)字電壓表的功能要求說明及設計方案介紹TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 1.1課題設計實驗任務1 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document

3、1.2功能要求說明1 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 1.3數(shù)字電壓表設計方案1 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 數(shù)字電壓表工作原理2第二章硬件電路的設計 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 2.1數(shù)字電壓表各模塊功能簡要介紹3 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 電路原理圖5 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 元器件清單6第三章系統(tǒng)程序的設計 H

4、YPERLINK l bookmark44 o Current Document 3.1初始化程序7 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 主程序7 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document C程序清單8第四章調試及性能分析 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 4.1電壓表仿真結果及誤差分析10 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 4.2電壓表設計結論10 HYPERLINK l bookmark56 o Cur

5、rent Document 4.3設計體會11參考文獻湖南科技大學課程設計湖南科技大學課程設計- - -第一章數(shù)字電壓表的功能及設計方案介紹1.1課題設計實驗任務利用單片機AT89S52和ADC0809設計一個數(shù)字電壓表，能夠測量0-5V之間的直流電壓值，四位數(shù)碼管顯示，要求使用的元器件數(shù)目盡量少。1.2功能要求電路通電或按復位鍵時，通過改變電位器的阻值改變模擬輸入電壓，不斷的將模擬電壓轉換成數(shù)字量，通過LED顯示出所測得的模擬電壓。在測試中測試的電壓值必須和實際的電壓值不超過0.05V的電壓。在改變電壓時，能夠準確的側量出電壓的變化值。1.3數(shù)字電壓表設計方案要實現(xiàn)電壓的測試有多種方案，其中

6、兩種比較簡單的且精確度比較高的可以分別采用并行ADC0809芯片和TLC549芯片，其中各芯片都有可取之處。方案一：用TLC549串行芯片作模數(shù)采樣芯片，占用的單片機的I/O口線少，且占用電路面積小，只是編程復雜點。方案二：用ADC0809并行芯片作模數(shù)采樣芯片，需要占用一個I/O口，不過可以循環(huán)采樣8路模擬通道，占用板子的面積大，編程相對來說簡單點。本程序采用方案二，采用常用的51單片機作為控制芯片，ADC0809芯片的CLK時鐘信號腳接單片機的ALE腳；ADC0809的參考電壓接VCC，IN0接輸入電壓，ADC0809通過采樣進來的數(shù)據(jù)信號送給單片機，再通過V=DxV/255計算可以得到電

7、壓值，inREF再通過顯示電路，將所求得的電壓值顯示出來。通過調節(jié)連接IN0引腳的電位器及可以調節(jié)電壓是電壓在05V左右變化。其硬件流程圖如下所示：圖1.1硬件流程圖1.4數(shù)字電壓表工作原理數(shù)字電壓原理：這里主要是利用ADC0809模數(shù)串口芯片，ADC0809芯片的基準電壓腳外接電壓為5V,則最大可以測得的電壓為5V,ADC0809芯片的模擬輸入腳通過電位器接5V電壓,進行模擬采樣，通過調整電位器的值改變模擬量。輸入的模擬量經(jīng)過ADC0809芯片的內部8位開關電容逐次逼近A/D轉換器，轉換成8為二進制數(shù)，其最小的分辨率為0.0196(VRE=0.0196V)，D為轉化的數(shù)字量，再通過V二DxV

8、/255可以求得模REFINREF擬電壓，最后通過LED就可將所測得電壓顯示出來。第二章系統(tǒng)硬件電路的設計數(shù)字電壓表各模塊功能簡要介紹2.1.1時鐘電路ADC0809的時鐘取自AT89S52的ALE的信號，接在ADC0809的CLK端。2.1.2復位電路按鍵復位具有上電復位功能，若要復位，只要按圖中的RESET鍵，電源VCC經(jīng)電阻Rl、R2分壓，在RESET端產生一個復位高電平。上電復位電路要求接通電源后，通過外部電容充電來實現(xiàn)單片機自動復位操作。上電瞬間RESET引腳獲得高電平，隨著電容的充電，RERST引腳的高電平將逐漸下降。RERST引腳的高電平只要能保持足夠的時間（2個機器周期），單片

9、機就可以進行復位操作。2.1.3單片機系統(tǒng)電路單片機系統(tǒng)電路采用AT89S52芯片，40引腳的雙列直插封裝方式，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作；作為輸出口，每位能驅動8個TTL邏輯電平，能進行定時器/計數(shù)器、串口、中斷等系列實驗。LED顯示電路它的連接方式為8位LED顯示器的段控口a,b,c,d,e,f,g,dp分別接單片機的P1口；位控口1,2,3,4分別接單片機的P2口。AD轉換電路把“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的P3.6與“模數(shù)轉換模塊”區(qū)域中的ST和ALE端用導線相連接；把“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的P3.7與“模數(shù)轉換模塊”區(qū)域中的OE端用導線相連接；把“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的P3.

10、3與“模數(shù)轉換模塊”區(qū)域中的EOC端用導線相連接；把“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的ALE與“模數(shù)轉換模塊”區(qū)域中的CLK端用導線相連接；把“模數(shù)轉換模塊”區(qū)域中的A2A1A0端子連接到“電源模塊”區(qū)域中的GND端；把“模數(shù)轉換模塊”區(qū)域中的INO端子連接到“三路可調電壓模塊”區(qū)域中的VR1端；把“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的P0.0-P0.7用8芯排線連接到與“模數(shù)轉換模塊”區(qū)域中的D0D1D2D3D4D5D6D7端子。ADC0809的簡介ADC0809是帶有8位A/D轉換器、8路多路開關以及微處理機兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉換器，可以和單片機直接接口。湖南科技大學課程設計湖南科技大

11、學課程設計- - -IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7ABCALE(1)ADC0809的內部邏輯結構圖2.1ADC0809結構圖由上圖可知，ADC0809由一個8路模擬開關、一個地址鎖存與譯碼器、一個A/D轉換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用A/D轉換器進行轉換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉換完的數(shù)字量，當OE端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉換完的數(shù)據(jù)。(2)引腳結構IN0IN7：8條模擬量輸入通道ADC0809對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是05V,若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉換過程中應該保持不

12、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ALE線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線的地址信號進行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進轉換器進行轉換。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。丄234568衛(wèi)W1T17TT14m3IN2IN4IN1IN5IN0IN6AJN7BSTCEOCALED3D7OED6CLKD5VCCD4YREF十DOGNDVREF-D1D2圖2.2ADC0809引腳圖2827262524232221201918171615CBA選擇的

13、通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7表2.1數(shù)字量輸出及控制線：11條。ST為轉換啟動信號。當ST上跳沿時，所有內部寄存器清零；下跳沿時，開始進行A/D轉換；在轉換期間，ST應保持低電平。EOC為轉換結束信號。當EOC為高電平時，表明轉換結束；否則，表明正在進行A/D轉換。0E為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉換得到的數(shù)據(jù)。OE=1,輸出轉換得到的數(shù)據(jù)；OE=O,輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7-D0為數(shù)字量輸出線。CLK為時鐘輸入信號線。因ADC0809的內部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為5

14、00KHZ，VREF(+)，VREF()為參考電壓輸入。2.2電路原理圖RP10uF-Q030pF|C2R1010XTAL1P0.0/AD0XTAL2P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3RSTP0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9PSENP2.2/A10P2.3/A11ALEP2.4/A12EAP2.5/A13P1.0/T2P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP1.1/T2EXP3.14XDP1.2P3.2/INT0P1.3P3.3/INT1P1.4P3.4T0P1.5P3.5/T1P1.6P3.6/WR18_929

15、303139373433322+1346P1.7AT89C52+-3-4-5-46P3.7/RD17D0D1D2567DDD4.7KR1；U1dIN0CLOCKIN1STARTIN2IN3EOCIN4IN5OUT1IN6OUT2IN7OUT3OUT4ADDAOUT5ADDBOUT6ADDCOUT7ALEOUT8VREF(+)VREF(-)Oe1216-24292240672120-19188-44179ADC0808D7D6D5D4D3D2D1D0fi&ZDEFGOF1S34湖南科技大學課程設計湖南科技大學課程設計- - -2.3元器件清單名稱規(guī)格數(shù)量備注電阻47016個4.7K4個10K1個

16、1K2個電容30pF2個10口F1個極性電容發(fā)光二極管1個按鍵1個晶振12MHz1個排阻102若干單排針若干電位器W5031個芯片AT89S521塊ADC08091塊LED數(shù)碼管4位1塊腳座401個81個表2.2元器件清單第三章系統(tǒng)程序的設計初始化程序系統(tǒng)上電時，將A/D轉換芯片初始化，并將A,B,C三條地址線的地址信號進行鎖存。主程序結束開始A/D轉換結束并輸出數(shù)據(jù)A/D芯片讀入數(shù)據(jù)數(shù)碼管顯示電壓值數(shù)據(jù)轉換并輸出單片機讀入數(shù)據(jù)初始化調節(jié)電位器圖3.1主程序流程圖當進行一次測量后，將顯示出每一通道的A/D轉換值。每一個位的數(shù)據(jù)延時時間在40us左右。其流程圖如上所示：而輸出數(shù)據(jù)采用動態(tài)掃描法實

17、現(xiàn)4位數(shù)碼管的數(shù)值顯示。測量所得的A/D轉換數(shù)據(jù)傳送到P0口，測量數(shù)據(jù)在顯示時需經(jīng)內部轉換為十進制電壓值由P1口輸出中，其中P2口控制段選。C程序清單#includeunsignedcharcodedispbitcode=0 xfb,0 xfd,0 xe,0 xf7,0 xef,0 xdf,0 xbf,0 x7f;unsignedcharcodedispcode=0 xc0,0 xf9,0 xa4,0 xb0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xf8,0 x80,0 x90,0 x00;unsignedchardispbuf8=10,10,10,10,10,0,0,0;unsignedc

18、hari;sbitST=P3人6;sbitOE=P3A7;sbitEOC=P3A2;unsignedcharchannel=0 x8c;/IN0unsignedchargetdata;voidmain(void)TMOD=0 x01;TH0=(65536-4000/12)/256;TL0=(65536-4000/12)%256;TR0=1;ET0=1;EA=1;P3=channel;while(1)ST=0;ST=1;ST=0;while(EOC=0);OE=1;getdata=P0;OE=0;getdata=getdata*500/256;dispbuf2=getdata/100;getda

19、ta=getdata%100;dispbuf1=getdata/10;dispbuf0=getdata%10;voidt0(void)interrupt1using0TH0=(65536-4000/12)/256;TL0=(65536-4000/12)%256;P1=dispcodedispbufi;if(i=3)P2=dispbitcodei;i+;if(i=8)i=0;第四章調試及性能分析4.1電壓表仿真結果及誤差分析次數(shù)123456789理論值/V0.501.001.351.852.003.504.124.505.00實際測量值/V0.480.981.331.831.973.474.09

20、4.475.00仿真值0.501.001.351.852.003.504.114.495.00表4.1電壓表測試結果仿真圖如下圖。仿真結論，通過多次的反復測試，發(fā)現(xiàn)當電壓比較小時電壓的實際測量值和ADC0809芯片的測量顯示值誤差幾乎為零，當電壓不斷增大時兩者的電壓值相差慢慢增大，但誤差不大，大約在0.010.06V左右，實際電壓值比測得的電壓值小。在實物中通過改變電位器的輸入電壓可以，ADC0809轉換芯片測得的電壓值和萬用表測得的電壓值相差0.02V,而ADC0809芯片的精確度為0.019左右，誤差大小為2%。在制作的數(shù)字電壓表中，所測得的數(shù)字電壓值和實際電壓值相差0.02V,這個誤差可

21、能由于單片機能夠精確的小數(shù)為小數(shù)點后的6位，及小數(shù)點后的7位之后的全部去掉，會引起一定誤差。在本次設計中重要的是如何將ADC0809芯片所采集的數(shù)據(jù)送給單片機，同時在將數(shù)據(jù)送給單片機后如何將ADC0809芯片讀得的數(shù)據(jù)進行計算，然后進行顯示。在按鍵時如何控制進入電壓測試，如何停止電壓測試，在電壓測試時必須可以不斷的調節(jié)電壓可以測量出電壓值的大小。4.2電壓表設計結論通過本次設計課程設計，我更加的熟悉了單片機匯編的程序編寫，在這次當中遇到了一些問題，當時定義數(shù)據(jù)時，將整型數(shù)據(jù)定義成了無符號字符型，去測電壓電壓值不變，最后通過調試發(fā)現(xiàn)是變量類型定義錯了，在使用串行芯片ADC0809時要注意A/D轉

22、化芯片的時序，只有在正確的時序時才能讀得準確的數(shù)據(jù)，在寫程序時先將顯示程序寫好，將顯示程序調好后，在去寫其他程序，當要用到顯示程序時在去調用它，這樣顯示程序不用管，在調試程序中采用分步調試可以減少程序的復雜性。設計體會本次設計中采用串行芯片做數(shù)字電壓表，其中串行芯片可節(jié)省單片機的I/O口，單片機總共有32個I/O口其中LDE顯示就占用了P1和P2口，P3口作為ADC0809芯片的三根控制線，雖然采用串行芯片在編程方面變得有點復雜，但它占用的地方比較小。在串行芯片使用時，我們必須重點了解串行芯片的時序圖，懂得串行芯片的數(shù)據(jù)傳送方式。當時我認為該芯片也就只有三個編程腳，其中分別為CS、DATAOU

23、T、CLK三個腳編程并不是那么簡單，串行芯片需要采集的數(shù)據(jù)需要按照時序，一個一個得發(fā)送到單片機，經(jīng)過計算在在LED上顯示出來，當時我采用的時序和芯片的時序不同，調試了好久都沒調試出來，后來參照芯片資料，后改過來單還是發(fā)現(xiàn)問題，雖然采集到數(shù)據(jù)但是LED顯示的數(shù)字和實際的測量值很大區(qū)別，我通過調試程序后發(fā)現(xiàn)我將變量的類型定義錯了，導致了數(shù)據(jù)發(fā)生錯誤，我將無符號整型變量定義為無符號字符型變量，而變量的實際值遠遠超過了那個值使得單片機計算錯誤，調整電壓的大小LED總是顯示同一個數(shù)，在定義變量時要考慮變量的范圍否則程序會出錯?？傊ㄟ^這次的課程設計，我們自己可以通過編程更加了解到了單片機的內部資源，懂得