基于STC89C52的數(shù)字電壓表設(shè)計報告

..荊楚理工學(xué)院單片機課程設(shè)計成果學(xué)院:電子信息工程學(xué)院班級:13電氣2班學(xué)生姓名:xxx學(xué)號:xxxxxxxxxxxxxxxx設(shè)計地點〔單位單片機實驗室D1302設(shè)計題目:數(shù)字電壓表完成日期：2015年7月3日指導(dǎo)教師評語:_________________________________成績<五級記分制>:教師簽名:摘要電壓表是測量儀器中不可缺少的設(shè)備,目前廣泛應(yīng)用的是采用專用集成電路實現(xiàn)的數(shù)字電壓表。本系統(tǒng)以STC89C52單片機為核心,以逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809、數(shù)碼管顯示器為主體,設(shè)計了一款簡易的數(shù)字電壓表,能夠測量0～5V的直流電壓。該設(shè)計大體分為以下幾個部分,同時,各部分選擇使用的主要元器件確定如下：1、單片機部分。使用常見的STC89C52單片機,同時根據(jù)需要設(shè)計單片機電路。2、測量部分。該部分是實驗的重點,要求將外部采集的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,通過單片機的處理顯示在顯示器上。根據(jù)需要本設(shè)計采用逐次逼近型A∕D轉(zhuǎn)換器ADC0809進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。3、數(shù)碼管顯示部分。其中一位為整數(shù)部分,其余位小數(shù)部分。關(guān)鍵詞：STC89C52模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)碼管顯示目錄1.方案設(shè)計與論證41.1方案設(shè)計41.2方案論證42.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計42.1系統(tǒng)原理框圖42.2A/D轉(zhuǎn)換電路52.3單片機主控電路52.4電壓顯示電路72.5總體電路設(shè)計83.系統(tǒng)測試103.1測試方法與結(jié)果103.2測試結(jié)論113.3誤差分析114.設(shè)計總結(jié)11參考文獻(xiàn)13附錄141.方案設(shè)計與論證數(shù)字電壓表〔DigitalVoltmeter簡稱DVM,目前采用單片機設(shè)計的數(shù)字電壓表,由于精度高、抗干擾能力強、可擴展性強、集成方便,還可以與PC進(jìn)行實時通信,所以以下方案均采用單片機設(shè)計。1.1方案設(shè)計方案一：使用AT89C51單片機作為核心控制芯片,并用TLC549串行芯片作模數(shù)采樣芯片。其占用的單片機的I/O口少且占用電路面積小。其缺點是編程比較復(fù)雜。方案二：使用STC89C52RC單片機作為核心控制芯片,并采用ADC0809數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片其需要占用一個I/O口,可以循環(huán)采樣8路模擬通道。編程相對更為簡單。1.2方案論證結(jié)合實際情況,采用TLC549串行芯片實現(xiàn)電路不具有可行性,所以本設(shè)計采用方案二。2.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計2.1系統(tǒng)原理框圖圖2-1系統(tǒng)原理框圖2.2A/D轉(zhuǎn)換電路本設(shè)計采用ADC0809芯片進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換,ADC0809是具有8通道、8位逐次逼近式A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個8通道多路開關(guān),它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號,只選通8路模擬輸入信號中的一個進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換工作原理：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A/D轉(zhuǎn)換,之后EOC輸出信號變低,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,這個信號可用作中斷申請。當(dāng)OE輸入高電平時,輸出三態(tài)門打開,轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。其結(jié)構(gòu)原理圖和外部引腳圖如圖1-2所示。圖2-2ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖及引腳圖本設(shè)計通過輸入電路將8路輸入電壓送入ADC0809。并通過單片機P3端口控制實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換,并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號送入單片機的P2口。ADC0809芯片的時鐘信號由單片機產(chǎn)生,送入芯片clock端口。芯片的基準(zhǔn)電壓和電源電壓均由單片機學(xué)習(xí)板提供。2.3單片機主控電路STC89C52性能STC89C52是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓,高性能CMOS8位單片機,片內(nèi)含有4KB的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器和128字節(jié)的隨機存儲器。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(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和閃爍存儲器組合在單個芯片中,ATMEL的STC89C52是一種高效微控制器,它為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。STC89C52功能性能:與MCS-51成品指令系統(tǒng)完全兼容；4KB可編程閃速存儲器；壽命：1000次寫/擦循環(huán)；數(shù)據(jù)保留時間：10年；全靜態(tài)工作：0-24MHz；三級程序存儲器鎖定；128*8B內(nèi)部RAM；32個可編程I/O口線；2個16位定時/計數(shù)器；5個中斷源；可編程串行UART通道；片內(nèi)震蕩器和掉電模式。2.3.2STC89C52RC各引腳功能2-3-2引腳配置圖P0端口：P0口是一個漏極開路的8位雙向I/O口。作為輸出端口每個引腳能驅(qū)動8個TTL負(fù)載對端口P0寫入"1"時可以作為高阻抗輸入。在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時P0口也可以提供低8位地址和8位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線。此時P0口內(nèi)部上拉電阻有效。在FlashROM編程時P0端口接收指令字節(jié)而在校驗程序時則輸出指令字節(jié)。驗證時要求外接上拉電阻。P1端口：P1口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P1的輸出緩沖器可驅(qū)動吸收或者輸出電流方式4個TTL輸入。對端口寫入1時通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位這是可用作輸入口。P1口作輸入口使用時因為有內(nèi)部上拉電阻那些被外部拉低的引腳會輸出一個電流。P2端口：P2口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P2的輸出緩沖器可以驅(qū)動吸收或輸出電流方式4個TTL輸入。對端口寫入1時通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平這時可用作輸入口。P2作為輸入口使用時因為有內(nèi)部的上拉電阻那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。在訪問外部程序存儲器和16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器如執(zhí)行"MOVXDPTR"指令時P2送出高8位地址。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器如執(zhí)行"MOVXR1"指令時P2口引腳上的內(nèi)容就是專用寄存器SFR區(qū)中的P2寄存器的內(nèi)容在整個訪問期間不會改變。在對FlashROM編程和程序校驗期間P2也接收高位地址和一些控制信號。

P3端口：P3口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P3的輸出緩沖器可驅(qū)動吸收或輸出電流方式4個TTL輸入。對端口寫入1時通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位這時可用作輸入口。P3做輸入口使用時因為有內(nèi)部的上拉電阻那些被外部信號拉低的引腳會輸入一個電流。在對FlashROM編程或程序校驗時P3還接收一些控制信號。2.4電壓顯示電路在應(yīng)用系統(tǒng)中,設(shè)計要求不同,使用的LED顯示器的位數(shù)也不同,因此就生產(chǎn)了位數(shù),尺寸型號不同的LED顯示器供選擇。在本設(shè)計中,選擇四位一體的數(shù)碼型LED顯示器,即SMA420564：圖2-4SMA420564顯示器引腳圖它是一個共陰極接法的四位LED數(shù)碼顯示管,其中a,b,c,d,e,f,g為四位LED各段公共輸出端,1,2,3,4分別為每一位的位數(shù)選端,dp是小數(shù)點引出端2.5總體電路設(shè)計元器件清單品名規(guī)格型號數(shù)量單片機STC89C52RC18位模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器ADC08091四位共陰數(shù)碼管SMA42056413296W電位器10310k2IC座28P、40P1三極管9012、80501獨石電容100PF、0.01μF1排阻1K1電阻10K3彈性小按鍵2LED燈紅色2仿真圖經(jīng)過以上的設(shè)計過程可設(shè)計出在pruteus軟件中基于單片機的簡易數(shù)字直流電壓表硬件電路原理圖如圖2-5-2所示圖2-5-2數(shù)字直流電壓表硬件電路原理圖原理是采用中斷方式,對2路0～5V的模擬電壓進(jìn)行循環(huán)采集,采集的數(shù)據(jù)送LED顯示,并存入內(nèi)存。超過界限時指示燈閃爍。本質(zhì)上是以單片機為控制器,ADC器件采用ADC0809,要求的電壓顯示,是對ADC采集所得信號的進(jìn)一步處理。為得到可讀的電壓值,需根據(jù)ADC的原理,對采集所得的信號進(jìn)行計算,并顯示在LED上。本項目中ADC0809的參考電壓為+5V,根據(jù)定義,采集所得的二進(jìn)制信號addata所指代的電壓值為:而若將其顯示到小數(shù)點后兩位,不考慮小數(shù)點的存在〔將其乘以100,其計算的數(shù)值為：將小數(shù)點顯示在第二位數(shù)碼管上,即為實際的電壓。本程序?qū)?.25V和2.5V作為兩路輸入的報警值,反映在二進(jìn)制數(shù)字上,分別為0x40和0x80。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果超過這一數(shù)值時,將會出現(xiàn)二極管閃爍和蜂鳴器發(fā)聲軟件設(shè)計主程序包括初始化部分,A/D轉(zhuǎn)換控制部分和定時子程序。同時還設(shè)置了多路循環(huán)顯示和報警子程序。程序框圖如圖1-3-2所示。圖2-5-2主程序流程圖3.系統(tǒng)測試3.1測試方法與結(jié)果〔1測試方法實物電路的測試,首先根據(jù)仿真電路圖焊接實物電路,連接好后,將C語言程序下載到單片機內(nèi),進(jìn)行測試,將側(cè)的的數(shù)值記錄下來,然后再用已有的數(shù)字電壓表對可變電阻的電壓進(jìn)行測量,將兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,看結(jié)果是否一致,如果不一致,計算測量誤差。〔2測試結(jié)果R0R1R2R3R4R5R6R7第一次真實值〔v3.173.021.783.341.833.632.882.13測得值3.203.031.803.341.843.652.892.14第二次真實值3.274.981.680.924.152.153.151.33測得值3.284.981.680.924.172.173.171.34表3-1實物電路的測試結(jié)果3.2測試結(jié)論通過使用萬用表多次測量,并與實際值進(jìn)行對比。測試結(jié)果表明,本設(shè)計完成了基本要求。3.3誤差分析通過分析以上測試數(shù)據(jù),得出一下結(jié)論：〔1測量值與實際值有一定的誤差,其主要原因是因為A/D轉(zhuǎn)換芯片自身的轉(zhuǎn)換誤差和實際電路延時問題造成的?！?兩次測量值有一定的偏差,其主要原因是因為使用單片機學(xué)習(xí)班提供5V供電,由于單片機輸出電壓不穩(wěn)定,造成以上結(jié)果。4.設(shè)計總結(jié)經(jīng)過近二周的單片機課程設(shè)計,終于完成了我的數(shù)字電壓表的設(shè)計,基本達(dá)到設(shè)計要求。對于此次課程設(shè)計,有許多的感觸與體會,遇到的難題多,學(xué)習(xí)到的知識也就更多。第一,硬件電路遇到了ADC0809無內(nèi)部時鐘,需外接外部時鐘,如何解決這個問題,我們小組進(jìn)行了多次討論,最終確定了在程序中提供時鐘信號,大大降低了硬件電路的復(fù)雜度。第二,在一個課題中,要設(shè)計一個成功的電路,必須要有耐心,要有堅持的毅力。在整個電路的設(shè)計過程中,重要的是各個單元電路的連接及電路的細(xì)節(jié)設(shè)計上,如在多種方案的選擇中,我們仔細(xì)比較分析其原理以及可行的原因。這就要求我們對硬件系統(tǒng)中各組件部分有充分透徹的理解和研究,并能對之靈活應(yīng)用。完成這次設(shè)計后,我在書本理論知識的基礎(chǔ)上又有了更深層次的理解。第三,在本次設(shè)計的過程中,我還學(xué)會了高效率的查閱資料、運用工具書、利用網(wǎng)絡(luò)查找資料。我發(fā)現(xiàn),在我們所使用的書籍上有一些知識在實際應(yīng)用中其實并不是十分理想,各種參數(shù)都需要自己去調(diào)整,這就要求我們應(yīng)更加注重實踐環(huán)節(jié)。最后,還要在此感謝課程設(shè)計的指導(dǎo)老師們和我的組員們,他們在整個過程中都給予了我充分的幫助與支持。參考文獻(xiàn)[1].李建忠,《單片機原理及應(yīng)用》第二版,XX電子科技出版社,2008[2].李光飛樓然苗,《單片機課程設(shè)計指導(dǎo)》航空航天大學(xué)出版社,2007[3].周立功.《單片機實驗與實踐》.北京航空航天大學(xué)出版社,2011[4].吳國經(jīng).《單片機應(yīng)用技術(shù)》.中國電力出版社,2003.[5].徐惠民安德寧丁玉珍.《單片微型計算機原理、接口及應(yīng)用》.北京郵電大學(xué)出版社,20XX.[6].徐愛鈞.《智能化測量控制儀表原理與設(shè)計》第二版.北京航空航天大學(xué)出版社,2004.附錄#include<reg52.h>sbitled1=P1^0;sbitled2=P1^1;sbitled3=P1^2;sbitled4=P1^3;sbitled=P3^1;sbitbeep=P1^7;sbitADDA=P1^6;sbitADDB=P1^5;sbitADDC=P1^4; //地址選擇端sbitALE=P3^4; //高電平鎖存地址,低電平改變地址sbitOE=P3^5;//AD轉(zhuǎn)換結(jié)束,置1,讀數(shù)據(jù)sbitSTART=P3^7;//高電平啟動轉(zhuǎn)換sbitEOC=P3^2;//外部中斷0#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintucharchannel=0;ucharvoltage_temp;ucharaa,ab1,ab2,ab3;bitflag;ucharcodetable[]={0xd7,0x12,0x67,0x37,0xb2,0xb5,0xf5,0x13,0xf7,0xb7};voiddelay<uintz>{ uinti,j; for<i=z;i>0;i--> for<j=110;j>0;j-->;}voidmain<void>{ uchari; led=1; beep=1; OE=0;// START=0;//高電平啟動轉(zhuǎn)換 EA=1; EX0=1;//允許外部中斷 EX1=1; IT0=1;//跳變沿觸發(fā)中斷 IT1=1; TMOD=0x21; TH0=<65536-50000>/256;