基于AT89C52單片機(jī)的四檔數(shù)字電壓表課程設(shè)計(jì)

1、目 錄緒論1第1章 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)與工作原理21.1 系統(tǒng)總體方案選擇與說(shuō)明21.1.1 通道轉(zhuǎn)換方案設(shè)計(jì)21.1.2 顯示部分方案設(shè)計(jì)21.2系統(tǒng)總體方案總結(jié)31.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖31.4 工作原理4第2章 硬件設(shè)計(jì)及計(jì)算方法52.1 單片機(jī)的選擇及時(shí)鐘電路52.2 led顯示器件選擇62.3 a/d轉(zhuǎn)換模塊及轉(zhuǎn)化電路設(shè)計(jì)72.3.1 adc0804簡(jiǎn)介72.3.2a/d轉(zhuǎn)換以及量程選擇電路8第3章 軟件設(shè)計(jì)與說(shuō)明93.1 數(shù)字電壓表系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案確定9第4章 總結(jié)12參考文獻(xiàn)14附錄1 系統(tǒng)原理圖15附錄2 系統(tǒng)源程序16緒論傳統(tǒng)的模擬式（即指針式）電壓表已有100多年的發(fā)展史，雖然不斷改

2、進(jìn)與完善，仍無(wú)法滿足現(xiàn)代電子測(cè)量的需要，數(shù)字電壓表自1952年問(wèn)世以來(lái)，顯示強(qiáng)大的生命力，現(xiàn)已成為在電子測(cè)量領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的一種儀表。數(shù)字電壓表簡(jiǎn)稱dvm（digital voltmeter），它是采用數(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。智能化數(shù)字電壓表則是最大規(guī)模集成電路（lsi）、數(shù)顯技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)測(cè)試技術(shù)（ate）的結(jié)晶。一臺(tái)典型的直流數(shù)字電壓表主要由輸入電路、a/d轉(zhuǎn)換器、控制邏輯電路、計(jì)數(shù)器（或寄存器）、顯示器，以及電源電路等級(jí)部分組成。本設(shè)計(jì)采用了以單片機(jī)為開發(fā)平臺(tái)，控制系采用at89c52單片機(jī)，a/d轉(zhuǎn)換采用ad

3、c0804。系統(tǒng)除能確保實(shí)現(xiàn)要求的功能外，還可以方便進(jìn)行8路其它a/d轉(zhuǎn)換量的測(cè)量、遠(yuǎn)程測(cè)量結(jié)果傳送等擴(kuò)展功能。簡(jiǎn)易數(shù)字電壓測(cè)量電路由a/d轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、顯示控制等組成。關(guān)鍵詞: 單片機(jī) at89c52 a/d轉(zhuǎn)換 adc0804 數(shù)據(jù)處理第1章 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)與工作原理1.1 系統(tǒng)總體方案選擇與說(shuō)明實(shí)現(xiàn)數(shù)字電壓表的方案很多，目前廣泛采用的時(shí)基于74系列邏輯器件，本設(shè)計(jì)將介紹基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的方案。方案設(shè)計(jì)此設(shè)計(jì)包含兩個(gè)模塊，通道轉(zhuǎn)換和顯示部分方案。1.1.1 通道轉(zhuǎn)換方案設(shè)計(jì)方案一：考慮到adc0804的8路模擬量輸入本質(zhì)上也是模擬開關(guān)，因此可以利用其8個(gè)模擬通道中的3個(gè)作為通道轉(zhuǎn)換器，即根據(jù)

4、通道對(duì)應(yīng)的電壓測(cè)量范圍確定對(duì)應(yīng)的電壓方法倍數(shù)設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的放大電路。方案二：利用手動(dòng)開關(guān)實(shí)現(xiàn)通道轉(zhuǎn)換。該方案可簡(jiǎn)化控制程序，消減系統(tǒng)開銷?？s短反應(yīng)時(shí)間，不足之處在于操作麻煩。綜上所述：方案二所需元件少、成本低且易于實(shí)現(xiàn)，則選此方案。1.1.2 顯示部分方案設(shè)計(jì)方案一：?jiǎn)纹瑱C(jī)的p0口接74hc573芯片來(lái)驅(qū)動(dòng)四位數(shù)碼管方案二：直接用單片機(jī)的p1、p2口驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，此處把a(bǔ)dc0804的輸出端接p1口 ，因?yàn)閜1口能夠驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管。綜上所述，兩個(gè)方案都可行，但方案一所需方便快捷，則選擇此方案。1.2系統(tǒng)總體方案總結(jié)根據(jù)數(shù)字電壓表的功能實(shí)現(xiàn)要求，選用at89c51單片機(jī)作控制系統(tǒng) ，低電壓經(jīng)放大器選用op

5、a820實(shí)現(xiàn)放大10倍、高電壓經(jīng)大電阻分壓從而控制輸入adc0804的信號(hào)在2v左右實(shí)現(xiàn)ad轉(zhuǎn)換經(jīng)at89c51接74hc573送入led顯示。其精度和顯示可以精確控制，且電路相對(duì)簡(jiǎn)單成本低，穩(wěn)定性較高，故采用此設(shè)計(jì)。1.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖根據(jù)項(xiàng)目要求，確定該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，圖1-3-1為該系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的結(jié)構(gòu)框圖。硬件電路由6各部分組成，即單片機(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、led顯示電路、a/d裝喚器和測(cè)量電壓輸入電路。圖1-3-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖1.4 工作原理對(duì)待測(cè)模擬電壓值按不同的范圍，分為200mv、2v、20v、200v四個(gè)檔位，對(duì)于高于2v的檔位，采用高電阻分壓電路，等比例轉(zhuǎn)換為05v的電壓

6、值，對(duì)于200mv檔位，等比例放大10倍左右，再將電壓送入ad進(jìn)行轉(zhuǎn)換，再將處理的信號(hào)送入單片機(jī)進(jìn)行處理并顯示。 在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用at89c51單片機(jī)的端口p1.0 p 1.7作為 4位 led數(shù)碼管的顯示控制, p2.0 p 2.2鎖存器端口控制。p 2.3 p 2.6 作為檔位識(shí)別控制端口。p3作為ad輸入端口，p0作為ad轉(zhuǎn)換控制端口。at89c51單片機(jī)的晶體振蕩器振蕩頻率為11.0592mhz 。4位led數(shù)碼管的采用動(dòng)態(tài)顯示方式顯示。兩個(gè)74hc573控制4位led數(shù)碼管的段和位顯示。第2章 硬件設(shè)計(jì)及計(jì)算方法 根據(jù)設(shè)計(jì)要求與思路，確定該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。硬件電路由5個(gè)部分組成，即

7、單片機(jī)時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、4位顯示器電路、a/d轉(zhuǎn)換電路和鍵盤及測(cè)量電路。2.1 單片機(jī)的選擇及時(shí)鐘電路根據(jù)初步設(shè)計(jì)方案的分析，設(shè)計(jì)這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的應(yīng)用系統(tǒng)，可以選擇帶有eprom的單片機(jī)，應(yīng)用程序直接存儲(chǔ)在片內(nèi)，不用在外部擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，電路可以簡(jiǎn)化。此電路選擇atmel公司生產(chǎn)的at89c51。at89系列與mcs-51系列單片機(jī)相比有兩大優(yōu)勢(shì)：第一，片內(nèi)程序存儲(chǔ)器采用閃速存儲(chǔ)器，使程序的寫入更加方便;第二，提供了更小尺寸的芯片，使整個(gè)電路體積更小。它以較小的體積、良好的性價(jià)比倍受青睞。單片機(jī)工作的時(shí)間基準(zhǔn)是由時(shí)鐘電路提供的。在單片機(jī)的xtal1和xtal2兩個(gè)管腳，接一只晶振及兩只電容就構(gòu)

8、成了單片機(jī)的時(shí)鐘電路，如圖2-1-1所示。圖2-1-1 單片機(jī)的時(shí)鐘電路電路中，電容c1和c2對(duì)震蕩電路有微調(diào)的作用，通常的取值范圍位（30+10）pf。石英晶體選擇6mhz或12mhz都可以，其結(jié)果只是機(jī)器周期時(shí)間不同，影響計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)初值，此設(shè)計(jì)取12mhz。本設(shè)計(jì)使用的是clock時(shí)鐘脈沖觸發(fā)。2.2 led顯示器件選擇單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，通常都需要進(jìn)行人機(jī)對(duì)話。這包括人對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的狀態(tài)干預(yù)與數(shù)據(jù)輸入，以及應(yīng)用系統(tǒng)向人們顯示運(yùn)行狀態(tài)與運(yùn)行結(jié)果。顯示器、鍵盤電路就是用來(lái)完成人機(jī)對(duì)話活動(dòng)的人機(jī)通道。 圖2-2-1 led顯示管腳led顯示器的驅(qū)動(dòng)是一個(gè)非常重要的問(wèn)題，由圖2-2-1可知，顯示電

9、路由led顯示器、段驅(qū)動(dòng)電路和位驅(qū)動(dòng)電路組成。用at89c51單片機(jī)的端口p1.0 p 1.7作為4位led數(shù)碼管的顯示控制。2.3 a/d轉(zhuǎn)換模塊及轉(zhuǎn)化電路設(shè)計(jì)a/d轉(zhuǎn)換器的功能是將模擬量轉(zhuǎn)換為與其大小成正比的數(shù)字量信號(hào)。能實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的原理和方法很多，此設(shè)計(jì)采用adc0804轉(zhuǎn)換器。adc0804是屬于連續(xù)漸進(jìn)式的a/d轉(zhuǎn)換器，這類型的a/d轉(zhuǎn)換器除了轉(zhuǎn)換速度快（幾十至幾百us）、分辨率高外，還有價(jià)錢便宜的優(yōu)點(diǎn)，普遍被應(yīng)用于微電腦的接口設(shè)計(jì)上。2.3.1 adc0804簡(jiǎn)介adc0804的管腳圖如圖2-3-1所示圖2-3-1 adc0804管腳圖它的主要電氣特性如下：工作電壓：5v，即vc

10、c5v。模擬輸入電壓范圍：05v，即0vin5v。分辨率：8位，即分辨率為1/28=1/256，轉(zhuǎn)換值介于0255之間。轉(zhuǎn)換時(shí)間：100us（fck640khz時(shí)）。轉(zhuǎn)換誤差：1lsb。參考電壓：2.5v，即vref2.5v。2.3.2a/d轉(zhuǎn)換以及量程選擇電路集成摸數(shù)轉(zhuǎn)換芯片adc0804實(shí)現(xiàn)的a/d轉(zhuǎn)換電路被測(cè)信號(hào)由adc0804模擬輸入端輸入，完成a/d轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)，經(jīng)相應(yīng)處理后送出顯示。系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)，對(duì)待測(cè)模擬電壓值按不同的范圍，分為200mv、2v、20v、200v四個(gè)檔位，對(duì)于高于2v的檔位，采用高電阻分壓電路，等比例轉(zhuǎn)換為05v的電壓值，對(duì)于200mv檔位，等比例放大10

11、倍左右，再將電壓送入ad進(jìn)行轉(zhuǎn)換，再將處理的信號(hào)送入單片機(jī)進(jìn)行處理并顯示，量程選擇方式：手動(dòng)。具體電路如圖2-3-2所示。圖2-3-2 a/d轉(zhuǎn)換以及量程選擇電路第3章 軟件設(shè)計(jì)與說(shuō)明進(jìn)行應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)時(shí)可以采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其優(yōu)點(diǎn)是：每個(gè)模塊的程序結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，任務(wù)明確，易于編寫、調(diào)試和修改；程序可讀性好，對(duì)程序的修改可局部進(jìn)行，其他部分可以保持不變，易于功能擴(kuò)充和版本升級(jí)；易于使用頻繁的子程序可以建立子程序，便于多個(gè)模塊調(diào)用；便于分工合作，多個(gè)程序員同時(shí)進(jìn)行程序的編寫和調(diào)試工作，加快軟件研制進(jìn)度。3.1 數(shù)字電壓表系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案確定（1）根據(jù)設(shè)計(jì)要求，根據(jù)系統(tǒng)所要完成的功能，設(shè)計(jì)如圖3-1-

12、1所示的功能模塊。 圖3-1-1 數(shù)字電壓表軟件設(shè)計(jì)的模塊（2）程序的設(shè)計(jì)主程序的設(shè)計(jì) 主程序的內(nèi)容一般包括：主程序的起始地址、中斷服務(wù)額程序的起始地址、有關(guān)內(nèi)存單元及相關(guān)部件的初始化和一些子程序調(diào)用等。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)出如圖3-1-2所示的主程序流程圖。圖3-1-2 主程序流程圖 a/d轉(zhuǎn)換子程序的設(shè)計(jì) a/d轉(zhuǎn)換程序的功能是采集數(shù)據(jù)，再整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中占有很高的地位。當(dāng)系統(tǒng)置好后，單片機(jī)掃描轉(zhuǎn)換結(jié)束管腳p2.6的輸入電平狀態(tài)，當(dāng)輸入為高電平則轉(zhuǎn)換完成，將轉(zhuǎn)換的數(shù)值轉(zhuǎn)換并顯示輸出。若輸入為低電平，則繼續(xù)掃描。程序流程圖如圖3-1-3所示。圖3-1-3 a/d轉(zhuǎn)換子程序流程圖數(shù)碼轉(zhuǎn)換及顯示子程

13、序的設(shè)計(jì) 由于人們?nèi)粘Ａ?xí)慣使用十進(jìn)制數(shù)，而計(jì)算機(jī)的鍵盤輸入、輸出以及顯示常采用二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)（即bcd碼）或ascii碼。因此，在程序設(shè)計(jì)中經(jīng)常要進(jìn)行數(shù)碼轉(zhuǎn)換。 第4章 總結(jié)這一次的課程設(shè)計(jì)是大學(xué)生活最后一次課程設(shè)計(jì)，我覺(jué)得是十分有意義的，首先它可以檢驗(yàn)我們?cè)诖髮W(xué)中學(xué)到的理論知識(shí)是否可以化為實(shí)踐，其次這次課程設(shè)計(jì)為之后的畢業(yè)設(shè)計(jì)打下了基礎(chǔ)。 此次智能儀器儀表課程設(shè)計(jì)，我做的是數(shù)字電壓表這個(gè)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)，雖然該設(shè)計(jì)十分簡(jiǎn)單，但是上課所學(xué)的很多知識(shí)都能應(yīng)用在這個(gè)電壓表設(shè)計(jì)中。確定課設(shè)內(nèi)容后，我查找大量相關(guān)材料，然后知識(shí)匯總，把有關(guān)課題的內(nèi)容經(jīng)過(guò)對(duì)比與分析，最后來(lái)完成課程設(shè)計(jì)。電壓測(cè)量在很多參考

14、書上都有介紹，但運(yùn)用到軟件中時(shí)，出現(xiàn)各種不同的錯(cuò)誤，在參考別人的程序時(shí)，在老師的指導(dǎo)下，根據(jù)書本上所講的有關(guān)知識(shí)點(diǎn)加以改進(jìn)，編了一個(gè)新的程序，來(lái)實(shí)現(xiàn)功能。編程我運(yùn)用的是c語(yǔ)言來(lái)說(shuō)，c語(yǔ)言在很多領(lǐng)域的功能都很強(qiáng)大使用c語(yǔ)言，感覺(jué)比較簡(jiǎn)潔清晰，函數(shù)關(guān)系較為清晰，并可以減少程序的冗長(zhǎng)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)我也發(fā)現(xiàn)了自身存在的不足之處，雖然感覺(jué)理論上已經(jīng)掌握，但在運(yùn)用到實(shí)踐的過(guò)程中仍有意想不到的困惑，經(jīng)過(guò)一番努力才得以解決。這也激發(fā)了我今后努力學(xué)習(xí)的興趣，我想這將對(duì)我以后的學(xué)習(xí)產(chǎn)生積極的影響?？傮w來(lái)說(shuō)，這次實(shí)習(xí)使我受益匪淺。在摸索該如何設(shè)計(jì)電路使之實(shí)現(xiàn)所需功能的過(guò)程中，特別有趣，培養(yǎng)了我的設(shè)計(jì)思維，增加了

15、實(shí)際操作能力。在讓我體會(huì)到了設(shè)計(jì)電路的艱辛的同時(shí)，更讓我體會(huì)到成功的喜悅和快樂(lè)。通過(guò)這兩個(gè)星期的學(xué)習(xí)讓我把書本上的知識(shí)轉(zhuǎn)換成實(shí)際可操作的東西，雖然也做過(guò)實(shí)驗(yàn)，但課程設(shè)計(jì)這種系統(tǒng)和具有一定規(guī)模收獲是更多的。三周的設(shè)計(jì)完滿結(jié)束了，經(jīng)過(guò)自己的努力和同學(xué)的幫忙終于有了成果，特別離不開指導(dǎo)老師李老師悉心教導(dǎo)，相信他的工作作風(fēng)和知識(shí)筑成都是我們學(xué)習(xí)榜樣，給我很大的啟迪。感謝這些老師不畏辛勞，熱心精心的指導(dǎo)。在這里向他們說(shuō)聲謝謝，你辛苦了。參考文獻(xiàn)1 彭為等.單片機(jī)典型系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例精講m.北京：電子工業(yè)出版社，20062 張毅剛等。單片機(jī)原理與應(yīng)用設(shè)計(jì)m.北京：電子工業(yè)出版社，2008 3 王迎旭.單片機(jī)原

16、理與應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.74 周向紅.51系列單片機(jī)應(yīng)用與實(shí)踐教程.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008.55 劉國(guó)榮.單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19966 周堅(jiān).單片機(jī)輕松入門（第2版）.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2009.1附錄1 系統(tǒng)原理圖附錄2 系統(tǒng)源程序#include#includesbit adcs=p20;sbit adrd=p21;sbit adwr=p22;sbit duanla=p26;sbit weila=p27;sbit v1=p30;sbit v2=p31;sbit v3=p32;sbit v4=p33;unsigned l

17、ong int adval;unsigned char qian,bai,shi,ge,a;/段低電平有效，位高電平有效unsigned char table=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90, /不帶小數(shù)點(diǎn) 0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10, ;/帶小數(shù)點(diǎn)編碼void delay(unsigned int z) /延時(shí)函數(shù)unsigned char x,y;for(x=z;x0;x-);for(y=110;y0;y-);main()for(;)adcs=0;ad

18、wr=1;_nop_();adwr=0;_nop_();adwr=1;for(a=10;a0;a-)p1=0xff;adrd=1;_nop_();adrd=0;_nop_();adval=p1;adrd=1;if(v1=0)/2v檔位adval=500*adval/256;qian=adval/1000;bai=adval/100%10;shi=adval%100/10;ge=adval%10;weila=1;p0=0x01;weila=0;p0=0xff;duanla=1;p0=0xff;duanla=0;delay(65535);delay(65535);weila=1;p0=0x02;w

19、eila=0;p0=0xff;duanla=1;p0=tablebai+10;duanla=0;delay(65535);delay(65535);weila=1;p0=0x04;weila=0;p0=0xff;duanla=1;p0=tableshi;duanla=0;delay(65535);delay(65535);weila=1;p0=0x08;weila=0;p0=0xff;duanla=1;p0=tablege;duanla=0;delay(65535);delay(65535);else if(v2=0)/20v檔位adval=500*adval/256;qian=adval/1

20、000;bai=adval/100%10;shi=adval%100/10;ge=adval%10;weila=1;p0=0x02;weila=0;p0=0xff;duanla=1;p0=tablebai;duanla=0;delay(65535);delay(65535);weila=1;p0=0x04;weila=0;p0=0xff;duanla=1;p0=tableshi+10;duanla=0;delay(65535);delay(65535);weila=1;p0=0x08;weila=0;p0=0xff;duanla=1;p0=tablege;duanla=0;delay(6553

21、5);delay(65535); else if(v3=0)/200v檔位adval=500*adval/256;qian=adval/1000;bai=adval/100%10;shi=adval%100/10;ge=adval%10;weila=1;p0=0x02;weila=0;p0=0xff;duanla=1;p0=tablebai;duanla=0;delay(65535);delay(65535);weila=1;p0=0x04;weila=0;p0=0xff;duanla=1;p0=tableshi;duanla=0;delay(65535);delay(65535);weila=1;p0=0x08;weila