單片機(jī)課程設(shè)計(jì)數(shù)字電壓表

1、目錄目錄第第 1 1 章章 課題的設(shè)計(jì)要求、目的、意義課題的設(shè)計(jì)要求、目的、意義.11.1 課題的設(shè)計(jì)要求：.11.2 課題的設(shè)計(jì)目的與意義：.1第第 2 2 章章 系統(tǒng)總體方案選擇與說明系統(tǒng)總體方案選擇與說明.22.1 通道轉(zhuǎn)換方案設(shè)計(jì).22.2 顯示部分方案設(shè)計(jì).2第第 3 3 章章 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖與工作原理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖與工作原理.33.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖.33.2 工作原理.4第第 4 4 章章 各單元硬件設(shè)計(jì)說明及計(jì)算方法各單元硬件設(shè)計(jì)說明及計(jì)算方法.54.1 單片機(jī)的選擇.54.2 時(shí)鐘電路與復(fù)位電路的設(shè)計(jì).64.3led 顯示電路設(shè)計(jì)與器件選擇.74.4 a/d 轉(zhuǎn)換電路和測量電路的設(shè)

2、計(jì).9第第 5 5 章章 軟件設(shè)計(jì)與說明軟件設(shè)計(jì)與說明.115.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)（流程圖）.115.2 程序設(shè)計(jì).12第第 6 6 章章 使用說明與調(diào)試結(jié)果使用說明與調(diào)試結(jié)果.13總結(jié)總結(jié).14參考資料參考資料.15附錄附錄 1 1 系統(tǒng)原理圖系統(tǒng)原理圖.16附錄附錄 2 2 程程序序清單清單.171第第 1 1 章章 課題的設(shè)計(jì)要求、目的、意義課題的設(shè)計(jì)要求、目的、意義1.11.1 課題的設(shè)計(jì)要求：課題的設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)并制作用單片機(jī)控制一個(gè)數(shù)字式電壓表。本電壓表為多路模擬量輸入，范圍為 05v，將采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成工程量在 led數(shù)碼顯示器上顯示，測量最小分辨率為 0.0196v，測量誤差為0

3、.02v。1.21.2 課題的設(shè)計(jì)目的與意義：課題的設(shè)計(jì)目的與意義：課程設(shè)計(jì)是讓我熟練掌握了課本上的一些理論知識(shí)，課程設(shè)計(jì)也是一個(gè)學(xué)習(xí)新知識(shí)、鞏固加深所學(xué)課本理論知識(shí)的過程，它培養(yǎng)了我們綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，獨(dú)立思考和解決問題的能力。加深我們對單片機(jī)原理與應(yīng)用課程的理解。2第第 2 2 章章 系統(tǒng)總體方案選擇與說明系統(tǒng)總體方案選擇與說明 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。2.12.1 通道轉(zhuǎn)換方案設(shè)計(jì)通道轉(zhuǎn)換方案設(shè)計(jì)方案一：考慮到 adc0808 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)

4、作為通道轉(zhuǎn)換器，即根據(jù)通道對應(yīng)的電壓測量范圍確定對應(yīng)的電壓方法倍數(shù)設(shè)計(jì)對應(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。2.22.2 顯示部分方案設(shè)計(jì)顯示部分方案設(shè)計(jì)方案一：單片機(jī)的 p0、p2 口分別接 74ls248 和 uln2003a 芯片來驅(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)dc0808 的輸出端接 p1 口 ，因?yàn)?p1 口能夠驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管。綜上所述，兩個(gè)方案都可行，但方案二所需元件少、成本低，則選擇此方案。3第第 3

5、3 章章 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖與工作原理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖與工作原理3.13.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖系統(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 3-1 為該方案的硬件電路設(shè)計(jì)框圖。由 6 個(gè)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 轉(zhuǎn)換器和測量電壓輸入電路。時(shí)鐘電路復(fù)位電路單片機(jī)led 顯示電路a/d 轉(zhuǎn)換測量電壓輸入電路 圖 3-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖43.23.2 工作原理工作原理系統(tǒng)采用 12m 晶振產(chǎn)生脈沖做 at89c51 的內(nèi)部時(shí)鐘信號，通過軟件設(shè)置單片機(jī)的內(nèi)部定時(shí)器 t0 產(chǎn)生中斷信號。利用中斷設(shè)置單片機(jī)的 p2.4 口取反產(chǎn)生脈沖做 at89c51 的時(shí)鐘信號。通過按鍵

6、選擇八路通道中的一路，將該路電壓送入 adc0808 相應(yīng)通道，單片機(jī)軟件設(shè)置 adc0808 開始 a/d 轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束 adc0808 的eoc 端口產(chǎn)生高電平，同時(shí)將 adc0808 的 eo 端口置為高電平，單片機(jī)將轉(zhuǎn)換后結(jié)果存到片內(nèi) ram。系統(tǒng)調(diào)出顯示子程序，將保存結(jié)果轉(zhuǎn)化為 0.00-5.00v 分別保存在片內(nèi) ram;系統(tǒng)調(diào)出顯示子程序，將轉(zhuǎn)化后數(shù)據(jù)查表，輸出到 led 顯示電路，將相應(yīng)電壓顯示出來，程序進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。5第第 4 4 章章 各單元硬件設(shè)計(jì)說明及計(jì)算方法各單元硬件設(shè)計(jì)說明及計(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，即單片機(jī)時(shí)鐘

7、電路、復(fù)位電路、4 位顯示器電路、a/d 轉(zhuǎn)換電路和鍵盤及測量電路。4.14.1 單片機(jī)的選擇單片機(jī)的選擇 系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用 mcs-51 單片機(jī) 8051 芯片。8051 芯片由以下部分組成：中央處理器、256 單元的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、4kb 的程序存儲(chǔ)器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、四個(gè)八位的 i/o 口，中斷控制系統(tǒng)及時(shí)鐘電路。圖 4.1 所示為采用雙列直插式封裝的 8051ah 芯片管腳圖。xtal218xtal119ale30ea31psen29rst9p0.0/ad039p0.1/ad138p0.2/ad237p0.3/ad336p0.4/ad435p0.5/ad534p0.6/ad633p0.7/

8、ad732p1.01p1.12p1.23p1.34p1.45p1.56p1.67p1.78p3.0/rxd10p3.1/txd11p3.2/int012p3.3/int113p3.4/t014p3.7/rd17p3.6/wr16p3.5/t115p2.7/a1528p2.0/a821p2.1/a922p2.2/a1023p2.3/a1124p2.4/a1225p2.5/a1326p2.6/a1427u1at89c516圖 4.1 80c51 芯片管腳圖4.24.2 時(shí)鐘電路與復(fù)位電路的設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路與復(fù)位電路的設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路是計(jì)算機(jī)最核心的部分，它控制著計(jì)算機(jī)的工作mcs-51 單片機(jī)允許的時(shí)鐘頻

9、率典型值為 12mhz。80c51 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。反相放大器的輸入端為 xtal1，輸出端為 xtal2，分別是 80c51 的 19 腳和 18 腳。在 xtal1 和 xtal2 兩端跨接石英晶體及兩個(gè)電容就可以構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。石英晶振起振后要能在 xtal2 線上輸出一個(gè) 3v左右的正弦波，使 mcs-51 片內(nèi)的 ocs 電路按石英晶振相同頻率自激震蕩。通常，ocs 的輸出時(shí)鐘頻率 fosc 為 0.5mhz16mhz，典型值為 12mhz 電容器 c1 和 c2 通常取 30pf 左右，對震蕩頻率有微調(diào)作用。調(diào)節(jié)它們可以達(dá)到微調(diào)震蕩周期 fo

10、sc 的目的。單片機(jī)的 rst 管腳為主機(jī)提供一個(gè)外部復(fù)位信號輸入端口。復(fù)位信號是高電平有效，高電平有效的持續(xù)時(shí)間應(yīng)為 2 個(gè)機(jī)器周期以上。單片機(jī)的復(fù)位方式有上電自動(dòng)復(fù)位和手工復(fù)位兩種。圖4-2 所示是 51 系列單片機(jī)常用的上電復(fù)位電路，只要 vcc 上升時(shí)間不超過 1ms，它們都能很好地工作。復(fù)位以后，單片機(jī)內(nèi)各部件恢復(fù)到初始狀態(tài)。電阻電容器件的參考值:r1=200,r2=1k,c3=22f。ret 按鍵可以選擇專門的復(fù)位按鍵，也可以選擇輕觸開關(guān)。電路圖如圖 4-2 所示。7圖 4-2 時(shí)鐘電路與復(fù)位電路4.3led4.3led 顯示電路設(shè)計(jì)與器件選擇顯示電路設(shè)計(jì)與器件選擇單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中

11、，通常都需要進(jìn)行人機(jī)對話。這包括人對應(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、鍵盤電路就是用來完成人機(jī)對話活動(dòng)的人機(jī)通道。led 顯示器的驅(qū)動(dòng)是一個(gè)非常重要的問題，此設(shè)計(jì)不采用段驅(qū)動(dòng)芯片和位驅(qū)動(dòng)芯片，直接由單片機(jī)的 p1，p2 口驅(qū)動(dòng)，實(shí)驗(yàn)證明可行。8在應(yīng)用系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)要求不同，使用的 led 顯示器的位數(shù)也不同，因此生產(chǎn)廠家就生產(chǎn)了多種位數(shù)、尺寸、型號不同的 led顯示器。在我們的設(shè)計(jì)中，選擇 4 位一體的共陰極時(shí)鐘型 led 顯示器，采用動(dòng)態(tài)顯示方式。圖 4-2 為本系統(tǒng) led 顯示電路，采用p1 口作為 led 的段碼輸出信號，p2 口的低四位作為

12、 led 位碼的輸出控制信號。圖 4-3 led 顯示原理圖說明：1 位顯示轉(zhuǎn)換通道，2、3 和 4 位顯示電壓表數(shù)值。94.44.4 a/da/d 轉(zhuǎn)換電路和測量電路的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換電路和測量電路的設(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。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 adc0808轉(zhuǎn)換器。adc0808 是一種逐次逼近型的 8 位 a/d 轉(zhuǎn)換器件，片內(nèi)有 8 路模擬開關(guān)，可輸入 8 個(gè)模擬量，單極性，量程為 0+5v。 74ls373: 是帶有清除端的 8d 觸發(fā)器，只有在清除端保持高電平時(shí)，才具有鎖存功能，鎖存控制端為 11 腳 clk，采用上升沿鎖存

13、。1d8d 為數(shù)據(jù)輸入端，1q8q 為數(shù)據(jù)輸出端，正脈沖觸發(fā)，低電平清除，常用做 8 位地址鎖存器。用單片機(jī)的 p2.4 對應(yīng) adc0808 的 ale 端，p2.5 對應(yīng) eoc 端，p2.6 對應(yīng) oe 端,p3.3 對應(yīng) clk 端，用軟件設(shè)定給定的值。adda、addb 和 addc 連接 74ls373 的輸出端，由 74ls373 輸出值選擇通道。in0in7 分別 8 個(gè)被測電位器，根據(jù)選擇的通道，adc0808 選擇測量相應(yīng)通道的電位。電路圖如圖 4-4 所示。10圖 4-4 a/d 轉(zhuǎn)換測量電路說明：0808 芯片的 in0-in7 分別接 8 個(gè)電位器，out1-out8

14、接單片機(jī) p0 口并與 74373 的 d0-d7 連接。74373 的 oe 接地，le接單片機(jī) p3.2 管腳，用程序控制其鎖存地址。0808 芯片的 clk接 p3.3 用程序給其初始化脈沖。st 和 ale 接 p2.4,oe、eoc 分別接 p2.6、p2.5，編程控制以控制 0808 芯片。11第第 5 5 章章 軟件設(shè)計(jì)與說明軟件設(shè)計(jì)與說明5.15.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)（流程圖）系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)（流程圖）圖 5.1 為程序軟件設(shè)計(jì)流程圖 其中(a)為主程序流程圖，（b）為 a/d 轉(zhuǎn)換子程序流程圖。 開始初始化調(diào)用 a/d 轉(zhuǎn)換子程序調(diào)用顯示子程序開始開始模數(shù)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換是否完成取得模數(shù)轉(zhuǎn)換

15、結(jié)果并轉(zhuǎn)化為工程量顯示轉(zhuǎn)化結(jié)果結(jié)束（a）主程序流程圖（b）a/d 轉(zhuǎn)換子程序流程圖調(diào)用延時(shí)程序 其中 a/d 轉(zhuǎn)換子程序是將 0808 轉(zhuǎn)化后的數(shù)字量，需通過轉(zhuǎn)化子程序轉(zhuǎn)化成工程量并通過查表送到 p1 口送給 led 顯示。125.25.2 程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)（1）初始化程序 給 adc0808 時(shí)鐘脈沖信號，并指向 0808 的 0通道啟動(dòng) a/d 轉(zhuǎn)換，通過延時(shí)等待 8 路采集完畢。（2）數(shù)據(jù)讀入 控制 0808 芯片的 ale、start、eoc 和oe，strt 為正脈沖時(shí)轉(zhuǎn)換開始， eoc 為低電平時(shí) a/d 轉(zhuǎn)化結(jié)束，oe 為高電平時(shí)轉(zhuǎn)換結(jié)果送到數(shù)據(jù)線并被單片機(jī)讀入，ale 為上升沿

16、信號地址鎖存允許 clr p2.4 setb p2.4 clr p2.4 jnb p2.5,$ setb p2.6 movx a,dptr mov adc,a clr p2.6（3）消抖 防抖動(dòng)的時(shí)間是 10ms。（4）通道轉(zhuǎn)換 當(dāng)判斷有按鍵按下后 p3.2 口置位即允許74373 地址鎖存，dptr 加 1 指向下一通道 。13第 6 章 使用說明與調(diào)試結(jié)果該數(shù)字電壓表可以同時(shí)測量 8 路直流數(shù)據(jù)，電壓表測量范圍為 0.005.00v，測量最小分辨率為 19.5mv。 整個(gè)系統(tǒng)由一個(gè)按鈕控制，最左邊個(gè) led 顯示器是指向當(dāng)前通道，即電位器編號。用 proteus 仿真中點(diǎn) play 電壓表

17、默認(rèn)顯示第 8 通道即第 8 個(gè)電位器 rv8 的測量值。第一次按下按鈕后，改變測量通道即第 1 通道 rv1 的值，第2 下為第 2 通道，依次循環(huán)測量 8 個(gè)電位器的電壓值。選擇其中任意電位器并撥動(dòng)其位置能改變其值，最大值為5v，最小值為 0v，在中間時(shí)為 2.49v，單片機(jī)能讀出并正確顯示。經(jīng)調(diào)試后該系統(tǒng)能達(dá)到目標(biāo)要求。14總結(jié)這次課程設(shè)計(jì)對我來說學(xué)到的不僅是那些知識(shí)，更多的是團(tuán)隊(duì)和合作。現(xiàn)在想來，也許學(xué)校安排的課程設(shè)計(jì)有著它更深層的意義吧，它不僅僅讓我們綜合那些理論知識(shí)來運(yùn)用到設(shè)計(jì)和創(chuàng)新，還讓我們知道了一個(gè)團(tuán)隊(duì)凝聚在一起時(shí)所能發(fā)揮出的巨大潛能!在團(tuán)隊(duì)中，我們互幫互助，對整個(gè)課程設(shè)計(jì)來說

18、，這是至關(guān)重要的，缺少每一個(gè)人都會(huì)對我們的設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響。還有要感謝指導(dǎo)老師在我們遇到困難時(shí)，給予我們的建議與鼓勵(lì)。 在一個(gè)星期后的今天我已明白課程設(shè)計(jì)對我來說的意義，它不僅僅是讓我們把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力，更重要的是同學(xué)間的團(tuán)結(jié)，雖然我們這次花去的時(shí)間比別人多，但我相信我們得到的也會(huì)更多! 發(fā)現(xiàn)、提出、分析、解決問題和實(shí)踐能力的提高都會(huì)受益于我在以后的學(xué)習(xí)、工作和生活中。15參考資料1 51 周向紅.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 2 王迎旭.單片機(jī)原理與應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2004 3 公茂法.單片

19、機(jī)人機(jī)接口實(shí)例. 北京:北京航空航天大學(xué)出版社,200616附錄 1 系統(tǒng)原理圖17附錄 2 程序清單adc equ 50hled_0 equ 30hled_1 equ 31hled_2 equ 32hled_3 equ 33horg 0000hajmp mainorg 000bhajmp int0org 0030hmain: lcall clk ;初始化mov r4,#8mov led_3,r4start1:mov dptr,#7ff0h ;指向 0 通道 movx dptr,a ;讀取轉(zhuǎn)換數(shù)值 jb p3.4,aaa1 lcall delay ;調(diào)用延時(shí)程序 lcall delay lca

20、ll delay lcall delay lcall delay lcall delay lcall delay18 lcall delay lcall delay lcall delay lcall delay jb p3.4,aaa1 ;判斷是否按下按鈕并開始轉(zhuǎn)換數(shù)值 setb p3.2 ;p3.2 給高電平鎖存地址 inc r4 cjne r4,#9,aaa2 mov r4,#1 aaa2: mov led_3,r4 ;顯示所選通道 inc r5 inc dptr ;指向下一通道 mov b,r5 ;顯示通道并重新鎖存地址 mov p0,b clr p3.2 jnb p3.4,$ aaa1: clr p2.4 setb p2.4 clr p2.4 jnb p2.5,$ setb p2.6 movx a,dptr ;讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)開始轉(zhuǎn)化為工程量 mov adc,a clr p2.6 lcall conv ;調(diào)用轉(zhuǎn)換子程序 lcall disp ;調(diào)用顯示子程序 lcall delay ;調(diào)用延時(shí)程序 ljmp start1 19conv: mov a,adc ;數(shù)值轉(zhuǎn)換子程序 mov b,#51 div ab mov led_2,a mov a,b clr f0 subb a,#1ah mov f0,c mov a,#10 mul ab