數字電壓表課程設計（含程序、仿真圖）

1、單片機課程設計報告單片機課程設計報告 題目：簡易數字電壓表題目：簡易數字電壓表 姓 名： 學 號： 專業(yè)班級： 指導老師： 所在學院： 2008 年 6 月 10 日 河南理工大學本科課程設計報告 1 摘要摘要 本設計是簡易數字電壓表，隨著電子科學技術的發(fā)展，電子測量成為廣大 電子工作者必須掌握的手段，對測量的精度和功能的要求也越來越高，而電壓 的測量甚為突出，因為電壓的測量最為普遍。本設計在參閱了大量前人設計的 數字電壓表的基礎上介紹一種基于 89s52 單片機的一種電壓測量電路,該電路采 用 icl7135 高精度、雙積分 a/d 轉換電路，測量范圍直流 0-5 伏，使用 lcd 液晶模塊

2、顯示，可以與 pc 機進行串行通信。正文著重給出了軟硬件系統(tǒng)的各部 分電路，介紹了雙積分電路的原理，89s52 的特點，icl7135 的功能和應用，lc d1601 的功能和應用。該電路設計新穎、功能強大、可擴展性強。本文首先簡 要介紹了設計電壓表的主要方式以及單片機系統(tǒng)的優(yōu)勢；然后詳細介紹了直流 數字電壓表的設計流程，以及硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的設計，并給出了硬件電路 的設計細節(jié)，包括各部分電路的走向、芯片的選擇以及方案的可行性分析等。 通過這一個星期的努力，另外通過同學的幫助，我做成了這個簡易數字電壓表 ，將程序鍵入可以顯示 0-5 的不同電壓值。通過此次課程設計使我對我們所 學的知識有了更

3、深的認識和體會，對自我動手的能力也提高了很多。本論文重 點介紹單片機的數字電壓表的工作原理。 河南理工大學本科課程設計報告 2 目錄 1 1 概述概述3 1.1 課程設計的目的和意義 3 1.2 課程設計的任務 3 2 2 系統(tǒng)總體方案及硬件設計系統(tǒng)總體方案及硬件設計 4 2.1 課程設計系統(tǒng)環(huán)境 4 2.2 設計原 理 4 2.3 設計方框圖 4 2.4 硬件電路的設計 5 2.5 電壓顯示電路 7 3 3 軟件設計軟件設計 8 3.1 主程序設計 8 3.2 通訊模塊設計設計 9 4 4 proteusproteus 軟件仿真軟件仿真 11 4.1 系統(tǒng)初始狀態(tài) 11 4.2 系統(tǒng)隨機狀態(tài)

4、 11 5 課程設計體會課程設計體會 14 參考文獻參考文獻 14 附附 1 1：源程序代碼：源程序代碼 16 附附 2 2：系統(tǒng)原理圖：系統(tǒng)原理圖 20 河南理工大學本科課程設計報告 3 1 1 概述概述 1.1 課程設計的目的和意義： 本次課程設計，讓我學習和鞏固了使用單片機的定時中斷、基本的常用的 寄存器的使用方法，還有就是學習常用的外圍硬件使用、電路原理圖設計、pcb 設計等等。使我對已學過的基礎知識有了更深入的理解，獨立思考、獨立工作 以及應用所學基本理化分析和解決實際問題的能力有了很大的提高。 1.2 課程設計的任務： 數字電壓表（digital voltmeter）簡稱 dvm，

5、它是采用數字化測量技術， 把連續(xù)的模擬量（直流輸入電壓）轉換成不連續(xù)、離散的數字形式并加以顯示 的儀表。傳統(tǒng)的指針式電壓表功能單一、精度低，不能滿足數字化時代的需求， 采用單片機的數字電壓表，由精度高、抗干擾能力強，可擴展性強、集成方便， 還可與 pc 進行實時通信。目前，由各種單片 a/d 轉換器構成的數字電壓表， 已被廣泛用于電子及電工測量、工業(yè)自動化儀表、自動測試系統(tǒng)等智能化測量 領域，示出強大的生命力。與此同時，由 dvm 擴展而成的各種通用及專用數字 儀器儀表，也把電量及非電量測量技術提高到嶄新水平。本論文重點介紹單片 機的數字電壓表的工作原理。 河南理工大學本科課程設計報告 4 2

6、 2 系統(tǒng)原理及基本框圖系統(tǒng)原理及基本框圖 2.1 課程設計系統(tǒng)環(huán)境 (1)proteus 仿真軟件 (2)keil c51 軟件調試環(huán)境或 wave 調試程序 2.2 設計原理 單片機 at89c52 和 adc0832 設計一個數字電壓表，能夠測量 05v 之間的 直流電壓值，兩位數碼顯示。重點負責單片機 at89c52 硬件部分的功能及應用。 at89s52 是一個低功耗，高性能 cmos 8 位單片機，片內含 8k bytes isp(in- system programmable)的可反復擦寫 1000 次的 flash 只讀程序存儲器，器件采 用 atmel 公司的高密度、非易失性

7、存儲技術制造，兼容標準 mcs -51 指令系統(tǒng) 及 80c51 引腳結構，芯片內集成了通用 8 位中央處理器和 isp flash 存儲單元， 功能強大的微型計算機的 at89s52 可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比 的解決方案。 at89s52 具有如下特點：40 個引腳，8k bytes flash 片內程序存儲器，256 bytes 的隨機存取數據存儲器（ram） ，32 個外部雙向輸入/輸出（i/o）口，5 個中斷優(yōu)先級 2 層中斷嵌套中斷，2 個 16 位可編程定時計數器,2 個全雙工串行 通信口，看門狗（wdt）電路，片內時鐘振蕩器。 此外，at89s52 設計和配置了振蕩

8、頻率可為 0hz 并可通過軟件設置省電模 式。空閑模式下，cpu 暫停工作，而 ram 定時計數器，串行口，外中斷系統(tǒng)可 繼續(xù)工作，掉電模式凍結振蕩器而保存 ram 的數據，停止芯片其它功能直至外 中斷激活或硬件復位。同時該芯片還具有 pdip、tqfp 和 plcc 等三種封裝形式， 以適應不同產品的需求。 2.3 設計方框圖 河南理工大學本科課程設計報告 5 2.4 硬件電路的設計 單片機采用 mcs-51 系列單片機。由 atmel 公司生產的 at89s52 是一種低功 耗、高性能 cmos8 位微控制器，具有 8k 在系統(tǒng)可編程 flash 存儲器。使用 atmel 公司高密度非易失

9、性存儲器技術制造，與工業(yè) 80c51 產品指令和引腳完 全兼容。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 cpu 和在線系統(tǒng)可編程 flash，使得 at89s52 為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。at89s52 具 有以下標準功能： 8k 字節(jié) flash，256 字節(jié) ram，32 位 i/o 口線，看門狗定 時器，2 個數據指針，三個 16 位定時器/計數器，一個 6 向量 2 級中斷結構， 全雙工串行口，片內晶振及時鐘電路。空閑模式下，cpu 停止工作，允許 ram、 定時器/計數器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，ram 內容被保存，振 蕩器被凍結，單片機一切工作停止，

10、直到下一個中斷或硬件復位為止。 at89s52單片機 單片機選用的是atmel公司新推出的at89s52，如圖 3.2.1.1所示。該芯片 具有低功耗、高性能的特點，是采用cmos工藝的8位單片機，與at89c51完全兼 容。at89s52還有以下主要特點： 采用了atmel公司的高密度、非易失性存儲器（nv-sram）技術； 其片內具有256字節(jié)ram，8kb的可在線編程（isp）flash存儲器； 單片機 a/d 轉 換器 ad574a 電壓 顯示 器 模 擬 電 壓 輸 入 量程 控制 電路 系統(tǒng)總框圖 河南理工大學本科課程設計報告 6 有2種低功耗節(jié)電工作方式：空閑模式和掉電模式 at

11、89s52 有 40 個引腳，32 個外部雙向輸入/輸出（i/o）端口，同時內含 2 個外中斷口，2 個 16 位可編程定時計數器,2 個全雙工串行通信口，片上 flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。其將通用的微處理器和 flash 存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的 flash 存儲器可有效地降低開 發(fā)。 單片機管腳說明 vcc：供電電壓。 gnd：接地。 p0口：p0口為一個8位漏級開路雙向i/o口，每腳可吸收8ttl門流。當p1口 的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程序數據存儲器，它 可以被定義為數據/地址的第八位。在fiash編程時，p0 口作

12、為原碼輸入口，當 fiash進行校驗時，p0輸出原碼，此時p0外部必須被拉高。 p1口：p1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向i/o口，p1口緩沖器能接收 輸出4ttl門電流。p1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，p1口被外 部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在flash編程和校 驗時，p1口作為第八位地址接收。 p2口：p2口為一個內部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2口緩沖器可接收，輸 出4個ttl門電流，當p2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸 入。并因此作為輸入時，p2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部 上拉的緣故。p2口當用于外部

13、程序存儲器或16位地址外部數據存儲器進行存取 時，p2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對 外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，p2口輸出其特殊功能寄存器的內容。p2 口在flash編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 p3口：p3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個ttl門 電流。當p3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入， 由于外部下拉為低電平，p3口將輸出電流（ill）這是由于上拉的緣故。 p3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 rst：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持rst腳兩個機器周期的高電 平

14、時間。 ale/prog：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址 河南理工大學本科課程設計報告 7 的地位字節(jié)。在flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ale端以 不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對 外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器 時，將跳過一個ale脈沖。如想禁止ale的輸出可在sfr8eh地址上置0。此時， ale只有在執(zhí)行movx，movc指令是ale才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如 果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ale禁止，置位無效。 /psen：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程

15、序存儲器取指期間，每個 機器周期兩次/psen有效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的/psen信 號將不出現。 /ea/vpp：當/ea保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000h- ffffh） ，不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，/ea將內部鎖定為 reset；當/ea端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在flash編程期間，此引 腳也用于施加12v編程電源（vpp） 。 xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。 xtal2：來自反向振蕩器的輸出。 25 電壓顯示電路 設計中采用的是 8 段 led 數碼管來顯示電壓值。led 具有耗電低、亮度高、

16、視角大、線路簡單、耐震及壽命長等優(yōu)點，它由 8 個發(fā)光二極管組成，其中 7 個按8字型排列，另一個發(fā)光二極管為圓點形狀，位于右下角，常用于顯示 小數點。把 8 個發(fā)光二極管連在一起，公共端接高電平，叫共陽極接法，相反， 公共端接低電平的叫共陰極接法，我們采用共陽極接法。當發(fā)光二極管導通時， 相應的一段筆畫或點就發(fā)亮，從而形成不同的發(fā)光字符。其 8 段分別命名為 dp g f e d c b a。例如，要顯示“0” ，則 dp g f e d c b a 分別為：1100 0000b；要顯示“a” ，則 dp g f e d c b a 分別為：0001 0001b（共陽極） 。若 要顯示多個數

17、字，只要讓若干個數碼管的位碼循環(huán)為低電平就可以了。 根據設計要求，顯示電路需要至少 4 位 led 數碼管來顯示電壓值，我們再多加 一位用來顯示電壓單位“v” ，則有 7 位 led 循環(huán)顯示。利用單片機的 i/o 口驅 動 led 數碼管的亮滅，設計中由 p0 口驅動 led 的段碼顯示，即顯示字符，由 p2 口選擇 led 位碼，即選擇點亮哪位 led 來顯示。 河南理工大學本科課程設計報告 8 3 3 系統(tǒng)的軟件設計系統(tǒng)的軟件設計 3.1 主程序設計 icl7135a/d 與單片機連接電路的軟件設 計系統(tǒng)的程序流程圖如圖所示。主程序一開始 運行則設置堆棧起始地址為 70h，設置中斷寄 存

18、器，用來對 icl7135 的中斷進行計數，每 5 次后清零，完成一次數據采集工 作，然后設置 icl7135的 stb 端的中斷的優(yōu)先級。緊接著 lcdm1601b 進行一次 清屏，使其各個指令、數據寄存器的值進行清空，屏幕不顯示任何字符。以前 面對 1601b 的介紹，只要將 01h 送到數據總線，使 rs=0，r/w=0，e 有個下降沿 的脈沖就可以完成清屏工作。用以下指令實現 mov p2,#01h ;送到數據 db7-db0，調用子程序 enable，由于下降沿時，內部數據要送到 ram 區(qū)，所 以要有一個延時子程序，使這個下降沿持續(xù) 2.5 毫秒。內部 ram 有指令代碼后 就開始

19、對 ram 進行清零，所以屏幕原有的字符將被清除。接著對 1601 進行功能 的設定。mov p2,#01111000b，按表 3.4.5 來看是設定 顯示器按 2 行顯示，每行 8 位，57 點陣。 調用一次子程序 enable 程序，寫入 cpu 的指令寄存器中。每次向 lcdm 中寫入 一個指令，就調用一次 enable，然后再對顯示器進行閃爍、光標等功能進行設 定。顯示器的 ram 地址按加方法進行讀寫。再設定第一行字符，也就是 voltage的顯示地址 80h。字符voltage的 table 表地址送到 dptr 中， 然后調用遠程查表命令，依次把數據送到 p2 口，這時再調用子程

20、序 write3， 使 lcd1601 的 rs=1，r/w=0 使使能端 e 產生一個下降沿脈沖，將數據送入到數 圖 4.1.1 主程序流程圖 河南理工大學本科課程設計報告 9 據寄存器中，接下來執(zhí)行子程序 display1，它的主要功能是將 table 表中的字 符輸出到 lcd 中去。調定好顯示字符數即遠程查表的次數，就開始查表了。 例如第一個字符“v”的 ascii 碼是 56h，就將這個碼送到 p2 口，再調用 使能數據子程序，使 rs=1（數據區(qū)使能）寫 入顯示數據區(qū)，r/w=0 表示寫，e=來個下降 沿延時 2.5 毫秒，使數據寫入 ram 內。完成 table 表輸出以后，向指

21、令 ram 中寫入第 2 行的起始地址為 och，再調用顯示采樣數據 的子程序。采樣數據存放的數據地址安排如下圖所示,首先將 60h 中的數顯示在 正負號的位置上，按照 ascii 碼表，正號不顯示（#20h） ，負號顯示“” （#2dh） 。 3.2 通訊模塊設計設計 89s52 單片機內部有一個全雙工的串行通信口，即串行接收和發(fā)送緩沖器 （sbuf） ，這兩個在物理上獨立的接收發(fā)送器，既可以接收數據也可以發(fā)送數據。 但接收緩沖器只能讀出不能寫入，而發(fā)送緩沖器則只能寫入不能讀出，它們的 地址為 99h。這個通信口既可以用于網絡通信，亦可實現串行異步通信，還可 以構成同步移位寄存器使用。如果在

22、傳行口的輸入輸出引腳上加上電平轉換器， 就可方便地構成標準的 rs-232 接口。89s52 的串行口有 4 種工作方式，1 種同 步方式，3 種異步方式。本方式選方式 1，一幀數據有 10 位，包括起始位 0、8 位數據位和 1 位停止位 1。串行口電路在發(fā)送時能自動加入起始位和停止位。 在接收時，停止位進入 scon 中的 rb8 位。方式 1 的波特率是可變的，由定時器 1 的溢出率決定。由定時器 1 最好工作在方式 2 上（自動重裝載模式） ，這樣只 需對 th1 設置一次即可。數據通過 txd 輸出，在 8 個位輸出完畢后，scon 寄存 器的 ti 位被設為 1，cpu 只要判斷

23、ti 是 1，接著發(fā)送下一個字節(jié)。 波特率的設定：定時器 t1 工作在方式 2 的初值為： 為了減小誤差，時鐘振蕩頻率采用 11.0592mhz,選用定時器 t1 工作在方式 2 作波特率發(fā)生器，波特率為 300，設 smod 為 0，依公式（1.1）得初值為： 圖 4.1.2 數據地址 (1.1) 河南理工大學本科課程設計報告 10 所以 th1 = tl1 = a0h mov scon ，#50h ；urat 工作在方式 1 上 mov tmod ，#20h ；time1 工作在方式 2 上 mov th1 , #0a0h ；設置波特率為 300 本設計的中斷十分重要，為了減少相互間的干擾

24、，保證可靠性，采用查詢 方式判斷是否發(fā)送完畢。 a6: jbc ti , a5 ；如果發(fā)送完畢跳，清標志位，跳到 a5。 ajmp a6 ；否則跳到 a6，等待 a5: inc r0 河南理工大學本科課程設計報告 11 4 4 proteusproteus 軟件仿真軟件仿真 用偉福軟件編輯程序，在仿真設置中選擇 lab2000p 仿真實驗仿真器，選擇 8088/86 實驗仿真頭，選擇 8088/86cpu 進行匯編程序編輯，然后進行 proteus 進行仿真，其仿真圖如下： 4.1 系統(tǒng)初始狀態(tài)如圖： 河南理工大學本科課程設計報告 12 4.2 系統(tǒng)的隨機狀態(tài)： 電壓為 0.50v 時顯示如圖

25、： 電壓為 1.50v 時顯示如圖： 河南理工大學本科課程設計報告 13 電壓為 4.00v 時顯示如圖： 河南理工大學本科課程設計報告 14 5 5 課程設計體會課程設計體會 通過一周的課程能夠設計，使我深刻的認識到單片機的應用已經在工業(yè)、 電子等方方面面展示出了它的優(yōu)越性，利用單片機在設計電路逐漸成了趨勢， 它與外圍的簡單電路再加上優(yōu)化程序就可以構建任意的產品，使得本設計成為 現實。隨著單片機的日益發(fā)展，它必將在未來顯示出更大的活力，為電子設計 增加更多精彩。 同時我也學到了很多書本上學習不到的東西，不僅使我加深了對單片機理 論的理解，將理論很好地應用到實際當中去，而且我還學會了如何去培養(yǎng)

26、我們 的創(chuàng)新精神，從而不斷地戰(zhàn)勝自己，超越自己。創(chuàng)新，是要我們學會將理論很 好地聯系實際，并不斷地去開動自己的大腦，從為人類造福的意愿出發(fā)，做自 己力所能及的，別人卻沒想到的事。使之不斷地戰(zhàn)勝別人，超越前人。同時， 更重要的是，我在這一設計過程中，學會了堅持不懈，不輕易言棄。設計過程， 也好比是我們人類成長的歷程，常有一些不如意，也許這就是在對我們提出了 挑戰(zhàn)，勇敢過，也戰(zhàn)勝了，勝利的鐘聲也就一定會為我們而敲響。 河南理工大學本科課程設計報告 15 這個設計過程中，我遇到過許多次失敗的考驗，就比如，自己對實際生活 中的交通秩序的不了解給整個設計帶來的困擾，真想要就此罷休，然而，就在 想要放棄的

27、那一刻，我明白了，原來結果并不那么重要，我們更應該注重的是 這一整個過程。于是，我堅持了下來。 最后，終于按要求把作品做出來了，雖然看似很簡單，但是對我們的實際 動手能力卻是很考驗的，這也對我們今后的工作敲響了警鐘：要認真的看待每 個需要處理的問題，不要認為事情過于簡單，不能急于求成，更不要輕易說放 棄，要保持你的頭腦清醒。 這次單片機課程設計給我的最大的印象就是努力的動手去做，困難在你的 勇氣和毅力下是抬不了頭的。從做這個設計開始無論遇到什么困難，我都沒有 一絲的放棄的念頭。出于對知識的渴望，出于對新技術的好奇，出于對一切未 知的求知。 希望以后有更多的機會多多參與這樣的設計和實習，鍛煉我們

28、的動手能力， 為今后的工作和學習奠定基礎。 河南理工大學本科課程設計報告 16 參考文獻參考文獻 1 余發(fā)山.單片機原理及應用.徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2003 2 譚浩強.c 語言設計（第二版）.北京：清華大學出版社，2006 3 吳金戌，沈慶陽，郭庭吉.8051 單片機實踐與應用m.北京：清華大 學出版社，2002. 4 劉偉，趙俊逸，黃勇， 一種基予 c8051f 單片機的 soc 型數據采錄器的設 計與實現 a.天津市計算機學會單片機分會編. 2003 年全國單片機及嵌 如入式系統(tǒng)學術年會論文集（下冊） c .北京：北京航空航天大學出版社, 2003 .790-794 5 何立民.單

29、片機應用技術大全.北京：北京航空航天大學出版社， 1994 附 1 源程序代碼 org 0000h ajmp main org 000bh ;定時器 t0 的入口 ajmp disp ;顯示程序 org 0030h main: mov sp,#5fh ;設置堆棧 mov p1,#0ffh mov p0,#0ffh mov p2,#0ffh ;初始化,所顯示器,led 滅 mov tmod,#00000001b ;定時器 t0 工作于模式 1（16 位定時/計數模式） mov th0,#high(65536-2000) mov tl0,#low(65536-2000) setb tr0 ;開定時

30、器 0 setb ea ;開總中斷 setb et0 ;開定時器 0 中斷 河南理工大學本科課程設計報告 17 mov counter,#0 ;計數器初始化 loop: lcall adc_demo ;調用 ad 子程序 ajmp loop ;/= ;/ 啟動 ad 轉換 ;/= adc_start: clr ad_cs nop clr ad_wr nop setb ad_wr nop setb ad_cs nop ret ;/= ;/ 讀 ad 轉換 ;/= adc_read: mov ad_input_port,#0ffh clr ad_cs nop clr ad_rd nop nop mov a,ad_input_port nop setb ad_rd nop setb ad_cs ret ;/= ;/ ad 轉換讀取延時程序，顯示讀到的數值 ;/= adc_demo: 河南理工大學本科課程設計報告 18 lcall adc_start lcall delay1ms lcall adc_read mov b,#100 ;ad 轉換出的值除 100 商為百位數 div ab ; 取百位數 余數在 b 寄存器 mov dispbuf,a ;把百位存入百位寄存器 dispbuf mo