課程設(shè)計(jì)報(bào)告基于-單片機(jī)系統(tǒng)數(shù)字電壓表

1、-. z. . . . word . .基于單片機(jī)的電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制作實(shí)訓(xùn)報(bào)告書數(shù)字電壓表院 部: 專 業(yè)：姓 名：學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)教師：目 錄 概述. . . . . TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc2321540443一.設(shè)計(jì)目的與功能要求. . . . . . . .4HYPERLINK l _Toc2321540471.1設(shè)計(jì)目的4HYPERLINK l _Toc2321540481.2功能要求4HYPERLINK l _Toc232154051二.總體設(shè)計(jì)4HYPERLINK l _Toc2321540522.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì).4HYPERLINK l _To

2、c2321540532.2設(shè)計(jì)方案5HYPERLINK l _Toc2321540542.3總體設(shè)計(jì)框圖5HYPERLINK l _Toc232154056三.設(shè)計(jì)原理圖6HYPERLINK l _Toc232154058四.硬件電路設(shè)計(jì)6HYPERLINK l _Toc2321540594.1核心元器件介紹6HYPERLINK l _Toc2321540604.1.1芯片介紹64.1.2其它局部簡(jiǎn)介.121.四位八段共陰極數(shù)碼管.122.模擬電壓輸入局部.13HYPERLINK l _Toc232154061五.軟件設(shè)計(jì)135.1 匯編流程圖.145.2匯編程序清單.155.3 程序說明.1

3、5六.調(diào)試仿真.16七.設(shè)計(jì)總結(jié)與致.18.19概述在電量的測(cè)量中，電壓、電流和頻率是最根本的三個(gè)被測(cè)量，其中電壓量的測(cè)量最為經(jīng)常。而且隨著電子技術(shù)的開展，更是經(jīng)常需要測(cè)量高精度的電壓，所以數(shù)字電壓表就成為一種必不可少的測(cè)量?jī)x器。數(shù)字電壓表簡(jiǎn)稱DVM，它是采用數(shù)字化測(cè)量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。由于數(shù)字式儀器具有讀數(shù)準(zhǔn)確方便、精度高、誤差小、測(cè)量速度快等特而得到廣泛應(yīng)用1。 傳統(tǒng)的指針式刻度電壓表功能單一，進(jìn)度低，容易引起視差和視覺疲勞，因而不能滿足數(shù)字化時(shí)代的需要。采用單片機(jī)的數(shù)字電壓表，將連續(xù)的模擬量如直流電壓轉(zhuǎn)換成不連續(xù)的離散的數(shù)字形式并加以顯示，

4、從而精度高、抗干擾能力強(qiáng)，可擴(kuò)展性強(qiáng)、集成方便，還可與PC實(shí)時(shí)通信。數(shù)字電壓表是諸多數(shù)字化儀表的核心與根底2。以數(shù)字電壓表為核心，可以擴(kuò)展成各種通用數(shù)字儀表、專用數(shù)字儀表及各種非電量的數(shù)字化儀表。目前，由各種單片機(jī)和A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)字電壓表作全面深入的了解是很有必要的。最近的幾十年來，隨著半導(dǎo)體技術(shù)、集成電路IC和微處理器技術(shù)的開展，數(shù)字電路和數(shù)字化測(cè)量技術(shù)也有了巨大的進(jìn)步，從而促使了數(shù)字電壓表的快速開展，并不斷出現(xiàn)新的類型4。數(shù)字電壓表從1952年問世以來，經(jīng)歷了不斷改良的過程，從最早采用繼電器、電子管和形式開展到了現(xiàn)在的全固態(tài)化、集成化IC化，另一方面，精度也從0.01%-0.005%

5、。目前，數(shù)字電壓表的部核心部件是A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換的精度很大程度上影響著數(shù)字電壓表的準(zhǔn)確度，因而，以后數(shù)字電壓表的開展就著眼在高精度和低本錢這兩個(gè)方面3。本文是以簡(jiǎn)易數(shù)字直流電壓表的設(shè)計(jì)為研究容，本系統(tǒng)主要包括三大模塊：轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊及顯示模塊。其中，A/D轉(zhuǎn)換采用ADC0808對(duì)輸入的模擬信號(hào)進(jìn)展轉(zhuǎn)換，控制核心AT89C51再對(duì)轉(zhuǎn)換的結(jié)果進(jìn)展運(yùn)算處理，最后驅(qū)動(dòng)輸出裝置LED顯示數(shù)字電壓信號(hào)11。設(shè)計(jì)目的與功能要求1.1 設(shè)計(jì)目的利用單片機(jī)及ADC0809核心元件制作3位數(shù)字電壓表，更好地學(xué)習(xí)掌握ADC0809的工作原理及A/D的轉(zhuǎn)換編程方法。1.2功能要求利用ADC0809設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)數(shù)

6、字電壓表的測(cè)量值為05V，用電位器模擬ADC0809的輸入電壓，用3位數(shù)碼管顯示，實(shí)時(shí)模擬數(shù)字電壓表。二.總體設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要分為兩局部：硬件電路及軟件程序。硬件電路包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)及外圍電路，模擬信號(hào)采集電路，A/D轉(zhuǎn)換電路，數(shù)碼管顯示電路，各局部電路的銜接。軟件的程序可采用C語言或匯編，這里采用匯編語言，詳細(xì)的設(shè)計(jì)思路在后面介紹。2.2設(shè)計(jì)方案數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)方案很多，但采用集成電路來設(shè)計(jì)較流行。其設(shè)計(jì)主要是由模擬電路和數(shù)字電路兩大局部組成，模擬局部包括A/D轉(zhuǎn)換器，基準(zhǔn)電源等;數(shù)字局部包括振蕩器，數(shù)碼顯示，計(jì)數(shù)器等。其中，A/D轉(zhuǎn)換器將輸入的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，它是數(shù)字電壓表的一個(gè)核心

7、部件，對(duì)它的選擇一般有兩種選擇方案：1.采用雙積分A/D轉(zhuǎn)換器MC14433，它有多路調(diào)制的BCD碼輸出端和超量程輸出端，采用動(dòng)態(tài)掃描顯示，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。但芯片只能完成A/D轉(zhuǎn)換功能，要實(shí)現(xiàn)顯示功能還需配合其它驅(qū)動(dòng)芯片等，使得整局部硬件電路板布線復(fù)雜，加重了電路設(shè)計(jì)和實(shí)際焊接的工作。2.逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。它的轉(zhuǎn)換速度更快，而且精度更高，比方ADC0808、ADC0809等，它們通常具有8路模擬選通開關(guān)及地址譯碼、鎖存電路等，它們可以與單片機(jī)系統(tǒng)連接，將數(shù)字量送單片機(jī)進(jìn)展分析和顯示。這樣電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，電路板布線不復(fù)雜，便于焊接、調(diào)試。這里采用這種方案。顯示局部可以采用各類數(shù)碼管或用LC

8、D顯示器顯示。在此簡(jiǎn)化采用4位八段共陰極數(shù)碼管對(duì)A/D轉(zhuǎn)換變換后的結(jié)果加以顯示。2.3總體設(shè)計(jì)框圖四位八段共陰極數(shù)碼管單片機(jī)量程變換處理A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809數(shù)字信號(hào)采集外界模擬信號(hào)置 入顯示出模擬電壓的數(shù)值振蕩器、時(shí)序脈沖預(yù)先寫好的匯編程序三設(shè)計(jì)原理圖 四.硬件電路設(shè)計(jì)4.1核心元器件介紹4.1.1 芯片介紹1.單片機(jī)AT89C51介紹a.芯片引腳圖：b. 描述：AT89C51是一個(gè)低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)帶有4K字節(jié)的可反復(fù)擦寫的程序存儲(chǔ)器PENROM。和128字節(jié)的存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM，這種器件采用ATMEL公司的高密度、不容易喪失存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，并且能夠與MCS-51系列的單

9、片機(jī)兼容。片含有8位中央處理器和閃爍存儲(chǔ)單元，有較強(qiáng)的功能的AT89C51單片機(jī)能夠被應(yīng)用到控制領(lǐng)域中。C.主要特性：與MCS-51 兼容 4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命：1000寫/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保存時(shí)間：10年 全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 1288位部RAM 32可編程I/O線 兩個(gè)16位定時(shí)器計(jì)數(shù)器 5個(gè)中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片振蕩器和時(shí)鐘電路d. 引腳描述VCC：電源電壓 GND：地P0口：P0口是一組8位漏極開路雙向I/O口，即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口時(shí)，每一個(gè)管腳都能夠驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL電路。當(dāng)“1被寫入P0口時(shí)，每個(gè)管腳都能夠作

10、為高阻抗輸入端。P0口還能夠在外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，轉(zhuǎn)換地址和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，并在這時(shí)激活部的上拉電阻。P0口在閃爍編程時(shí)，P0口接收指令，在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令，需要接電阻。P1口：P1口一個(gè)帶部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL電路。對(duì)端口寫“1，通過部的電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作為輸入口。因?yàn)椴坑须娮瑁?個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)輸出一個(gè)電流。閃爍編程時(shí)和程序校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址。P2口：P2口是一個(gè)部帶有上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL電路。對(duì)端口寫“1，通過部的電阻把端口拉到高電平，此時(shí)，可作為輸入口。因?yàn)椴坑须娮瑁?/p>

11、*個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。在外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口線上的容在整個(gè)運(yùn)行期間不變。閃爍編程或校驗(yàn)時(shí)，P2口接收高位地址和其它控制信號(hào)。P3口：P3口是一組帶有部電阻的8位雙向I/O口，P3口輸出緩沖故可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL電路。對(duì)P3口寫如“1時(shí)，它們被部電阻拉到高電平并可作為輸入端時(shí)，被外部拉低的P3口將用電阻輸出電流。P3口除了作為一般的I/O口外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：端口引腳第二功能P3.0R*DP3.1T*DP3.2INT0P3.3INT1P3.4T0P3.5T1P3.6WRP

12、3.7RDP3口還接收一些用于閃爍存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)震蕩器工作時(shí)，RET引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/：當(dāng)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不外部存儲(chǔ)器，ALE以時(shí)鐘震蕩頻率的1/16輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè)ALE脈沖時(shí)，閃爍存儲(chǔ)器編程時(shí)，這個(gè)引腳還用于輸入編程脈沖。如果必要，可對(duì)特殊存放器區(qū)中的8EH單元的D0位置制止ALE操作。這個(gè)位置后只有一條MOV*和MOVC指令A(yù)LE才會(huì)被應(yīng)用。此外，這個(gè)引腳會(huì)微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)

13、行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE無效。PSEN：程序儲(chǔ)存允許輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89C51由外部程序存儲(chǔ)器讀取指令時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN 有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的PSEN 信號(hào)不出現(xiàn)。EA/VPP：外部允許。欲使中央處理器僅外部程序存儲(chǔ)器，EA端必須保持低電平。需要注意的是：如果加密位LBI被編程，復(fù)位時(shí)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平，CPU則執(zhí)行部程序存儲(chǔ)器中的指令。閃爍存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程允許電壓VPP，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓VPP。*TAL1：震蕩器反相放大器及部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。*TA

14、L2：震蕩器反相放大器的輸出端。時(shí)鐘震蕩器:AT89C51中有一個(gè)用于構(gòu)成部震蕩器的高增益反相放大器，引腳*TAL1和*TAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反應(yīng)元件的片外石英晶體或瓷諧振器一起構(gòu)成自然震蕩器。 外接石英晶體及電容C1，C2接在放大器的反應(yīng)回路中構(gòu)成并聯(lián)震蕩電路。對(duì)外接電容C1，C2雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響震蕩頻率的上下、震蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性。如果使用石英晶體，我們推薦電容使用30PF10PF，而如果使用瓷振蕩器建議選擇40PF10PF。用戶也可以采用外部時(shí)鐘。采用外部時(shí)鐘的電路如圖示。這種情況下，外部時(shí)鐘脈

15、沖接到*TAL1端，即部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端，*TAL2則懸空。由于外部時(shí)鐘信號(hào)是通過一個(gè)2分頻觸發(fā)器后作為部時(shí)鐘信號(hào)的，所以對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時(shí)間和最大的低電平持續(xù)時(shí)間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。電路部振蕩外部振蕩電路2.ADC0809芯片a.引腳圖：b.主要特性18路輸入通道，8位AD轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位。 2具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?。 3轉(zhuǎn)換時(shí)間為100s(時(shí)鐘為640kHz時(shí))，130s時(shí)鐘為500kHz 4單個(gè)5V電源供電 5模擬輸入電壓圍05V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。 6工作溫度圍為-4085攝氏度 7低功耗，約15mW。C.外部特性引腳功能IN0IN7：

16、8路模擬量輸入端。DB0-DB7：8位數(shù)字量輸出端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路 ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。 START： AD轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖輸入端，輸入一個(gè)正脈沖至少100ns寬使其啟動(dòng)脈沖上升沿使0809復(fù)位，下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。 EOC：AD轉(zhuǎn)換完畢信號(hào)，輸出，當(dāng)AD轉(zhuǎn)換完畢時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平轉(zhuǎn)換期間一直為低電平。OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng)AD轉(zhuǎn)換完畢時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能翻開輸出三態(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。 REF+、REF-：基準(zhǔn)電壓。 Vcc

17、：電源，單一5V。 GND：接地。4.1.2其它局部簡(jiǎn)介1.四位八段共陰極數(shù)碼管這種數(shù)碼管可顯示4位值，每位由8個(gè)發(fā)光二極管以下簡(jiǎn)稱字段即a、b、c、d、e、f、g、dp字段構(gòu)成，通過控制不同的LED的亮滅的不同組合可用來顯示數(shù)字09及小數(shù)點(diǎn)“。數(shù)碼管又分為共陰極和共陽極兩種構(gòu)造。構(gòu)造和接法分別如下列圖2.模擬電壓輸入局部這里設(shè)計(jì)將實(shí)際的模擬信號(hào)采集電路簡(jiǎn)化成一個(gè)分壓電路模型如右圖所示五.軟件設(shè)計(jì)5.1 匯編流程圖開場(chǎng)系統(tǒng)初始化啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換采集A/D轉(zhuǎn)換值數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換Y調(diào)用顯示三位是否顯示完.完.讀電壓值YNEND程序流程圖轉(zhuǎn)換完畢.YN5.2匯編程序清單;初始化定義LED1 EQU 30HLE

18、D2 EQU 31HLED3 EQU 32H;存放三個(gè)數(shù)碼管的段碼ADC EQU 35H;存放轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)ST BIT P3.2OE BIT P3.0EOC BIT P3.1;定義ADC0809的功能控制引腳ORG 0000HLJMP MAIN;跳轉(zhuǎn)到主程序執(zhí)行ORG 0030H;主程序，各存放器初始化，ADC0809采集數(shù)據(jù)和調(diào)用顯示主程序；MAIN: MOV LED1,*00H MOV LED2,*00H MOV LED3,*00H;存放器初始化 CLR P3.4 SETB P3.5 CLR P3.6;選擇ADC0809的通道2WAIT: CLR ST SETB ST CLR ST;在脈沖

19、下降沿啟動(dòng)轉(zhuǎn)換 JNB EOC,$;等待轉(zhuǎn)換完畢 SETB OE;允許輸出信號(hào) MOV ADC,P1;暫存A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果 CLR OE;關(guān)閉輸出 MOV A,ADC;將轉(zhuǎn)換結(jié)果放入A中，準(zhǔn)備個(gè)位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 MOV B,*50;變換個(gè)位調(diào)整值50送B DIV AB MOV LED1,A;將變換后的個(gè)位值送顯示緩沖區(qū)LED1 MOV A,B;將變換結(jié)果的余數(shù)放入A中，準(zhǔn)備十分位變換 MOV B,*5;變換十分位調(diào)整值5送B DIV AB MOV LED2,A;將變換后的十分位值送LED2 MOV LED3,B;最后的余數(shù)作百分位值送LED3 LCALL DISP;調(diào)用顯示程序 AJMP WAIT;顯

20、示子程序： DISP:MOV R1,*LED1 CJNE R1,*5,GO;R1=5V?是往下執(zhí)行，否，則到GO MOV LED2,*0H;是5V，即最高值，將小數(shù)的十分位清零 MOV LED3,*0H;將小數(shù)的百分位清零 GO:MOV R2,*3;顯示位數(shù)賦初值，用到3位數(shù)碼管 MOV R3,*0FDH;掃描初值送R3DISP1:MOV P2,*0FFH;關(guān)閉顯示,目的防止亂碼 MOV A,R1;顯示值送A MOV DPTR,*TAB;送表首地址給DPTR MOVC A,A+DPTR;查表取段碼 CJNE R2,*3,GO1;判斷是否個(gè)位數(shù)碼管.否則跳到GO1 ORL A,*80H;將整數(shù)的

21、數(shù)碼管顯示小數(shù)點(diǎn) GO1:MOV P0,A;送段碼給P0口 MOV A,R3 MOV P2,A;送位碼給P2口 LCALL DELAY;調(diào)用延時(shí) MOV R3,A RL A;改變位碼 MOV R3,A INC R1;改變段碼 DJNZ R2,DISP1;三位是否顯示完.否則調(diào)到DISP1 RET;延時(shí)5S程序：DELAY:MOV R6,*10 D1:MOV R7,*250 DJNZ R7,$ DJNZ R6,D1 RET ;顯示數(shù)據(jù)表：TAB: DB 3FH, 06H,5BH,4FH,66H;共陰極數(shù)碼管顯示0-4 DB 6DH,7DH,07H,7FH,6FH;顯示5-9 END5.3 程序說明程序先定義了ADC0809的控制線，對(duì)其控制端口要