簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)

簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)資料僅供參考文件編號(hào)：2022年4月簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)版本號(hào)：A修改號(hào)：1頁(yè)次：1.0審核：批準(zhǔn):發(fā)布日期：摘要根據(jù)8051單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)本文提出以MCS-51單片機(jī)為核心的電壓測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)以8051和ADC0809核心內(nèi)件，能夠在單片機(jī)的控制下監(jiān)測(cè)八路的輸入電壓值，用8位串行A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行0-5V量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換，并且測(cè)量的電壓值可通過(guò)三位數(shù)碼管顯示同時(shí)用一位數(shù)碼管顯示選擇通道。整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中主要采用了模塊化的設(shè)計(jì)方法，完成了硬件電路的設(shè)計(jì)及軟件程序的編寫(xiě)，還詳細(xì)的給出了相關(guān)的硬件框圖和軟件流程圖，通過(guò)最終硬件電路的調(diào)試，使該系統(tǒng)能夠在要求的條件下達(dá)到正常的測(cè)量及顯示功能。單片機(jī)8051是整個(gè)系統(tǒng)的核心，實(shí)現(xiàn)輸入端的分路選擇，模數(shù)轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)的處理及在數(shù)碼管上數(shù)據(jù)的顯示等功能。正文著重給出了軟硬件系統(tǒng)的各部分電路，介紹了該系統(tǒng)的工作原理，MCS-51單片機(jī)特點(diǎn)，8051的功能和應(yīng)用，ADC0809的功能和應(yīng)用等。關(guān)鍵詞：MCS-51單片機(jī)；8051；ADC0809；數(shù)碼管目錄1總體設(shè)計(jì) 12硬件設(shè)計(jì)及其工作原理 1數(shù)字電壓表主要器件 1單片機(jī)AT89C51 1芯片ADC0808 3數(shù)字電壓表電路設(shè)計(jì) 4處理器電路 4A/D轉(zhuǎn)換電路 5控制電路 6顯示電路 6整體電路圖設(shè)計(jì) 73數(shù)字電壓表軟件設(shè)計(jì) 7程序總體設(shè)計(jì) 7程序各個(gè)模塊設(shè)計(jì) 9主程序 9外部中斷0服務(wù)程序 10外部中斷1服務(wù)程序 10顯示子程序和延時(shí)子程序 11制表程序 124PROTEUS仿真及數(shù)據(jù)測(cè)試 125 總結(jié) 14附錄1 程序清單 15

簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)1 總體設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)主要以ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S51為主控芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表的基本功能：1．可以測(cè)量0～5V范圍內(nèi)的8路直流電壓值。2．在4位LED數(shù)碼管上輪流顯示各路電壓值或單路選擇顯示，其中3位LED數(shù)碼管顯示電壓值，顯示范圍為～，1位LED數(shù)碼管顯示路數(shù),8路分別為0-8。3．測(cè)量最小分辨率為。設(shè)計(jì)中以8個(gè)滑動(dòng)變阻器來(lái)模擬輸入的電壓信號(hào)，經(jīng)ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片處理，通過(guò)三個(gè)路數(shù)選擇開(kāi)關(guān)來(lái)確定將哪路采集數(shù)據(jù)送入單片機(jī)中處理，進(jìn)而通過(guò)數(shù)碼管顯示出相應(yīng)的電壓測(cè)量值2 硬件設(shè)計(jì)及其工作原理數(shù)字電壓表主要器件本次課程設(shè)計(jì)是以AT89C51單片機(jī)為控制核心，以A/D轉(zhuǎn)換器ADC0808為數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)被測(cè)電壓的數(shù)據(jù)采樣；用共陰數(shù)碼管顯示結(jié)果的簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表，能夠?qū)崿F(xiàn)8路～的直流電壓，最小分辨率為。單片機(jī)AT89C51AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器。AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。外形及引腳排列如圖1所示:圖1 AT89C51單片機(jī)引腳圖AT89C51引腳介紹:4個(gè)8位的I/O引腳，P0,P1,P2,P3P0口（位雙向三態(tài)I/O口線，既可作普通I/O口，也可作數(shù)據(jù)/低8位地址總線。P1口（位準(zhǔn)雙向三態(tài)I/O口線，作普通I/O口。P2口（位準(zhǔn)雙向三態(tài)I/O口線，既可作普通I/O口，也可作數(shù)據(jù)/高8位地址。表1P3口引腳第二個(gè)功能P3口（位準(zhǔn)雙向三態(tài)I/O口線，表1P3口引腳第二個(gè)功能端口引腳第二功能RXDTXDINT0INT1T0T1WRRDP3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/PROG：當(dāng)訪問(wèn)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)。即使不訪問(wèn)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)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)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)特殊寄存器區(qū)中的8EH單元的D0位置禁止ALE操作。這個(gè)位置后只有一條MOVX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)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE無(wú)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)訪問(wèn)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：外部訪問(wèn)允許。欲使中央處理器僅訪問(wèn)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)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平，CPU則執(zhí)行內(nèi)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。XTAL1：震蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：震蕩器反相放大器的輸出端。VCC:電源電壓GND:地芯片ADC0808本電路采用芯片ADC0808來(lái)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。其引腳圖如圖2所示。圖2ADC0808引腳圖利用ADC0808作為AD數(shù)據(jù)采樣器件,ADC0808是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器它由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。ADC0808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。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(mén)打開(kāi)，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。ADC0808各個(gè)管腳功能：IN0～I(xiàn)N7：8路模擬量輸入端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路D0～D7：8位數(shù)字量輸出端。ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。START：A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，輸入，高電平有效。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）。OE：數(shù)據(jù)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(mén)，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。數(shù)字電壓表電路設(shè)計(jì)處理器電路主處理器采用AT89C51單片機(jī)，外接A/D轉(zhuǎn)換電路，控制電路和顯示電路。其工作原理是從ADC0808中采集電壓的數(shù)字量并把它轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制量，將其在LED上顯示出來(lái)。單片機(jī)還接受控制電路的控制，以改變顯示模式和切換測(cè)試通道。圖3單片機(jī)系統(tǒng)電路A/D轉(zhuǎn)換電路本次設(shè)計(jì)共采集八路模擬電壓值，占用IN0、IN1、IN2、IN3、IN4、IN5、IN6、IN7單個(gè)通道。時(shí)鐘為500kHz的矩形波。正負(fù)基準(zhǔn)電壓分別為+5V和0V。EOC通過(guò)一非門(mén)與相連，以中斷的方式通知單片機(jī)轉(zhuǎn)換完成。以控制START和ALE，控制其開(kāi)始轉(zhuǎn)換和地址鎖存。以控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出。電路圖如圖4所示。圖4A/D轉(zhuǎn)換電路控制電路控制電路主要的作用是控制顯示模式和切換測(cè)試通道。按鍵式開(kāi)關(guān)接單片機(jī)外部中斷1，主要功能是切換通道；開(kāi)關(guān)SW1接口，通過(guò)查詢的方式來(lái)間接控制LED是按通道循環(huán)顯示電壓還是只顯示某一通道的值。其電路圖如圖5所示。圖5控制電路顯示電路圖4控制電路本顯示電路采用共陰極4位8段數(shù)碼管。段碼由單片機(jī)的P0口控制，位碼由、、、四個(gè)端口控制。很明顯采用的是動(dòng)態(tài)顯示方式。其中第一位顯示通道數(shù)，后三位顯示電壓值，有兩位小數(shù)。電路圖如圖6所示。圖4控制電路 圖6顯示電路整體電路圖設(shè)計(jì)整體電路如下圖所示，左上角的八組變化電壓分時(shí)輸入ADC0808經(jīng)AT89C51控制進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換將轉(zhuǎn)換的數(shù)值用數(shù)碼管顯示出來(lái)?？刂齐娐房刂剖欠褡詣?dòng)循環(huán)顯示及手動(dòng)循環(huán)顯示。電路圖如圖6所示。圖7 系統(tǒng)總電路圖3 數(shù)字電壓表軟件設(shè)計(jì)程序總體設(shè)計(jì)依據(jù)電路原理圖，數(shù)據(jù)的采集和通道的切換是通過(guò)外部中斷的方式處理的。外部中斷0處理對(duì)ADC08080轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)采集以及存儲(chǔ)，外部中斷1處理顯示的通道的切換。而顯示模式是通過(guò)對(duì)查詢來(lái)確定。故程序流程圖如圖8所示。圖9和圖10是外部中斷0和外部中斷1的的流程圖。開(kāi)始開(kāi)始中斷及其他數(shù)據(jù)初始化中斷及其他數(shù)據(jù)初始化置位置位否=0否=0是是下一通道下一通道啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換調(diào)用顯示子程序調(diào)用顯示子程序外部中斷1入口外部中斷0入口圖8程序流程圖外部中斷1入口外部中斷0入口保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)切換通道將通道數(shù)放入30H將通道數(shù)放入30H切換通道將通道數(shù)放入30H將通道數(shù)放入30H將轉(zhuǎn)換后的電壓放入31H、32H、33H將轉(zhuǎn)換后的電壓放入31H、32H、33H啟動(dòng)A/D啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換還原現(xiàn)場(chǎng)還原現(xiàn)場(chǎng)還原現(xiàn)場(chǎng)還原現(xiàn)場(chǎng)還原現(xiàn)場(chǎng)中斷返回還原現(xiàn)場(chǎng)中斷返回中斷返回圖9外部中斷0流程圖中斷返回圖10外部中斷1流程圖程序各個(gè)模塊設(shè)計(jì)主程序程序執(zhí)行的起點(diǎn)，包括對(duì)兩個(gè)外部中斷源的初始化，初始測(cè)試通道，設(shè)置每個(gè)通道每次顯示的時(shí)間的長(zhǎng)短。然后讓程序處于循環(huán)顯示中，并在每個(gè)通道顯示結(jié)束之后檢查以決定顯示模式。為低電平時(shí)循環(huán)顯示。主要程序如下所示： ORG0000H LJMPMAIN ORG0003H LJMPZD0 ;外部中斷0地址 ORG0013H LJMPZD1 ;外部中斷1地址MAIN: SETBIT0 SETBEA SETBEX0 SETBIT1SETBEX1 ;中斷設(shè)置 MOVR1,#00H;初始測(cè)試端口地址XH: MOVR4,#50H SETB ;允許輸入 JB,TAD ;檢測(cè)顯示模式（循環(huán)與否） INCR1 CJNER1,#08H,TAD MOVR1,#00HTAD: MOVA,#00H MOVX@R1,A;啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換 LCALLSHOW ;調(diào)用顯示程序 DJNZR4,TAD LJMPXH外部中斷0服務(wù)程序外部中斷0主要完成從ADC0808中取轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制數(shù)，然后再將該數(shù)字轉(zhuǎn)為對(duì)應(yīng)的電壓數(shù)值，分別存入到RAM的31H、32H、33H單元中，通道數(shù)放在30H單元。PINT0: PUSHACC ;外部中斷0 MOVXA,@R1;主要功能是存入轉(zhuǎn)換值，存在RAM30,31,32,33單元 MOV30H,R1;通道存在30H MOVB,#51 DIVAB MOV31H,A MOVA,B MOVB,#2 MULAB MOVB,#10 DIVAB MOV32H,A MOVA,B MOV33H,A POPACC RETI外部中斷1服務(wù)程序外部中斷1的功能是將通道的值加1，并且保證其值小于8然后啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，以此完成對(duì)顯示通道的切換。PINT1: PUSHACC ;外部中斷1 INCR1 ;完成通道數(shù)加1功能 CJNER1,#08H,OUT MOVR1,#00HOUT: MOVX@R1,A POPACC RETI顯示子程序和延時(shí)子程序數(shù)碼管的顯示為動(dòng)態(tài)顯示方式。即對(duì)P1口分時(shí)復(fù)用。每位顯示后都調(diào)用延時(shí)子程序，保證延時(shí)一定的時(shí)間以讓人眼產(chǎn)生視覺(jué)暫留。顯示時(shí)分別取出RAM中30H到33H中數(shù)據(jù)取表，再送出顯示。SHOW: MOVDPTR,#TAB1 ;顯示子程序MOVA,30HMOVCA,@A+DPTRMOVP1,ACLRLCALLDELAYSETBMOVDPTR,#TAB2MOVA,31HMOVCA,@A+DPTRMOVP1,ACLRLCALLDELAYSETBMOVDPTR,#TAB1MOVA,32HMOVCA,@A+DPTRMOVP1,ACLRLCALLDELAYSETBMOVDPTR,#TAB1MOVA,33HMOVCA,@A+DPTRMOVP1,ACLRLCALLDELAYSETBRETDELAY:MOVR6,#5;延時(shí)子程序D1:MOVR7,#250DJNZR7,$ DJNZ R6,D1 RET制表程序本程序定義了2段數(shù)據(jù)TAB1和TAB2。TAB1為不帶小數(shù)點(diǎn)0到9的數(shù)碼管顯示的字節(jié)，TAB2定義的是帶小數(shù)點(diǎn)的0到5的顯示字節(jié)，以保證在數(shù)碼管第二位顯示出小數(shù)點(diǎn)，因此只有31H單元的數(shù)據(jù)在TAB2取值。其程序段如下：TAB1:DB3FH,06H,5BH,4FH,66H ;TAB1不帶小數(shù)點(diǎn)，TAB2帶小數(shù)點(diǎn) DB6DH,7DH,07H,7FH,6FHTAB2: DB0BFH,86H,0DBH,0CFH,0E6H,0EDH4 PROTEUS仿真及數(shù)據(jù)測(cè)試將匯編程序經(jīng)Keil編譯后生成的.HEX文件裝入到AT89C51中對(duì)其仿真，將Switch開(kāi)關(guān)閉合，數(shù)碼管將循環(huán)顯示八個(gè)通道的電壓值；將Switch開(kāi)關(guān)打開(kāi)，Button按鈕控制通道切換。分別將滑動(dòng)變阻器位于不同位置得到不同阻值分別在數(shù)碼上顯示出來(lái)?，F(xiàn)按動(dòng)button兩次，斷開(kāi)switch開(kāi)關(guān)，即始終選擇顯示一號(hào)通道電壓值，并將該路電壓調(diào)到最大值5V，得到如下仿真圖：圖11仿真圖由圖11中可看出，最左端1號(hào)數(shù)碼管顯示第1號(hào)通路，當(dāng)前通路電壓值為5V，符合預(yù)期要求；現(xiàn)閉合switch開(kāi)關(guān)，應(yīng)該是有八路電壓值循環(huán)顯示，結(jié)果如下圖：圖12 八路電壓值循環(huán)顯示仿真圖在不改變電阻值的情況下，上述數(shù)值循環(huán)顯示，本數(shù)字電壓表測(cè)量的誤差都在以內(nèi)，精度高，反應(yīng)快，可以完成對(duì)多路電壓的測(cè)試。5 總結(jié)本次課程設(shè)計(jì)我對(duì)AT89C51單片機(jī)、ADC0808芯片、數(shù)碼管顯示電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路及相關(guān)程序的編寫(xiě)進(jìn)行了認(rèn)真的學(xué)習(xí)，也對(duì)單片機(jī)技術(shù)有了更進(jìn)一步的熟悉，實(shí)際操作和課本上的知識(shí)有很大聯(lián)系，但又高于課本，一個(gè)看似很簡(jiǎn)單的功能，要?jiǎng)邮职阉O(shè)計(jì)出來(lái)就比較困難了，但是我們學(xué)習(xí)的理論知識(shí)很多但由于平時(shí)練習(xí)很少，所以將它們用于實(shí)際的應(yīng)用比較困難。因此平時(shí)我們要把課本上所學(xué)到的知識(shí)和實(shí)際聯(lián)系起來(lái)。通過(guò)本次單片機(jī)的設(shè)計(jì)，不但鞏固了所學(xué)知識(shí)，也是我們把理論與實(shí)踐從真正意義上結(jié)合起來(lái)，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的綜合能力還還鍛煉了我們的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，提高了創(chuàng)新能力。在此過(guò)程中，我查找了大量的資料，在不懈的努力下，培養(yǎng)了獨(dú)立思考、動(dòng)手操作的能力。同時(shí)學(xué)到了很多在書(shū)本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。我對(duì)單片機(jī)編程也有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)和了解。比如在程序設(shè)計(jì)思想上。以前沒(méi)有一個(gè)整體的概念。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)中的自我摸索，掌握了模塊化編程的思想，將大的程序分化為小的模塊，最后把各小的模塊串接起來(lái)，組成大的程序，實(shí)現(xiàn)整體的設(shè)計(jì)功能。此次課設(shè)我對(duì)ProtuesISIS的豐富的電子器件和網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)的畫(huà)圖方式也有了進(jìn)一步的了解和學(xué)習(xí)。同時(shí)，我真正的意識(shí)到，在以后的學(xué)習(xí)中，要理論聯(lián)系實(shí)際，把我們所學(xué)的理論知識(shí)用到實(shí)際當(dāng)中，學(xué)習(xí)單片機(jī)更是如此，程序只有在經(jīng)常寫(xiě)與讀的過(guò)程中才能提高，這就是這次課程設(shè)計(jì)的最大收獲。附錄1 程序清單ORG0000H LJMPMAIN ORG0003H LJMPPINT0 ;外部中斷0地址 ORG0013H LJMPPINT1 ;外部中斷0地址 MAIN: SETBIT0 SETBEA SETBEX0 SETBIT1SETBEX1 ;中斷設(shè)置 MOVR1,#00H ;初始測(cè)試端口地址AA:MOVR4,#50H SETB ;允許輸入 JB,AAA ;檢測(cè)顯示模式（循環(huán)與否） INCR1 CJNER1,#08H,AAA MOVR1,#00HAAA: MOVA,#00H MOVX@R1,A;啟動(dòng)a/