單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用實(shí)習(xí)報(bào)告基于A(yíng)T89S52單片機(jī)的數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)

1、單單片片機(jī)機(jī)系系統(tǒng)統(tǒng)開(kāi)開(kāi)發(fā)發(fā)與與應(yīng)應(yīng)用用工工程程實(shí)實(shí)習(xí)習(xí)報(bào)報(bào)告告選選題題名名稱(chēng)稱(chēng): 基于 at89s52 的數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì) 系系（院院）: 計(jì)算機(jī)工程學(xué)院專(zhuān)專(zhuān) 業(yè)業(yè): 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)班班 級(jí)級(jí): 姓姓 名名: 學(xué)學(xué) 號(hào)號(hào): 指指導(dǎo)導(dǎo)教教師師: 學(xué)學(xué)年年學(xué)學(xué)期期: 2009 2010 學(xué)年 第 2 學(xué)期2010年 5 月 30 日摘摘要要：在測(cè)量?jī)x器中，電壓表是必須的，而且電壓表的好壞直接影響到測(cè)量精度。具有一個(gè)精度高、轉(zhuǎn)換速度快、性能穩(wěn)定的電壓表才能符合測(cè)量的要求。 而且數(shù)字電壓表是采用數(shù)字化測(cè)量技術(shù)，把連續(xù)的模擬電壓量轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字化形式并加以顯示的儀器。為此本項(xiàng)目介紹了一種基于

2、 at89s52 單片機(jī)的數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì) ，目的是在使用盡量少的元器件的情況下，用單片機(jī) at89s52 和 adc0809 高精度 a/d 轉(zhuǎn)換芯片設(shè)計(jì)一個(gè) 4 位數(shù)碼管顯示的數(shù)字電壓表，并 能夠測(cè)量 05v 之間的直流電壓值， 其測(cè)量最小分辨率為 0.02v。本設(shè)計(jì)主要分為兩部分：硬件電路及軟件程序。而硬件電路又大體可分為a/d 轉(zhuǎn)換電路、led 顯示電路，各部分電路的設(shè)計(jì)及原理將會(huì)在硬件電路設(shè)計(jì)部分詳細(xì)介紹；程序的設(shè)計(jì)使用 c 語(yǔ)言編程，詳細(xì)的設(shè)計(jì)算法將會(huì)在程序設(shè)計(jì)部分詳細(xì)介紹。關(guān)關(guān)鍵鍵詞詞：at89s52；adc0809；a/d 轉(zhuǎn)換；led 數(shù)碼管顯示目錄1. 關(guān)于單片機(jī) at89

3、s52 與 adc0809 芯片.11.1關(guān)于 at89s52.11.2關(guān)于 adc0809.22 硬件電路.32.1 程序原理圖.32.2 焊接順序：.42.3a/d 轉(zhuǎn)換電路.42.4 led 顯示電路.53 軟件程序的設(shè)計(jì).63.1 主程序流程圖.63.2a/d 轉(zhuǎn)換模塊：.83.3 數(shù)碼管顯示模塊.104 實(shí)驗(yàn)結(jié)果.11單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用工程實(shí)習(xí) 計(jì)報(bào)告11 1. . 關(guān)關(guān)于于單單片片機(jī)機(jī) a at t8 89 9s s5 52 2 與與 a ad dc c0 08 80 09 9 芯芯片片 1.1 關(guān)關(guān)于于 at89s52at89s52 是一種低功耗、高性能 cmos8 位微控制器

4、，具有 8k 在系統(tǒng)可編程flash 存儲(chǔ)器。片上 flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于 常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 cpu 和在系統(tǒng) 可編程 flash，使得 at89s52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。 at89s52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) flash，256 字節(jié) ram，32 位 i/o 口線(xiàn)，看門(mén)狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，at89s52 可降至 0hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，cpu 停

5、止工作，允許 ram、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，ram 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。圖 1-1 at89s52 線(xiàn)路引腳圖（由于 at89s52 的引腳較多，介紹起來(lái)比較繁瑣，在此略過(guò) ）單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用工程實(shí)習(xí) 計(jì)報(bào)告21.2 關(guān)關(guān)于于 adc0809a/d 轉(zhuǎn)換器是模擬量輸入通道中的一個(gè)環(huán)節(jié)，單片機(jī)通過(guò)a/d 轉(zhuǎn)換器把輸入模擬量變成數(shù)字量再處理。adc0809 是采樣分辨率為 8 位的、以逐次逼近原理進(jìn)行模 數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個(gè) 8 通道多路開(kāi)關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8 路模擬輸入信號(hào)中

6、的一個(gè)進(jìn)行 a/d 轉(zhuǎn)換。 圖 1-2 adc0809 引腳圖引腳功能如下：adc0809 芯片有 28 條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖1323 所示。下面說(shuō)明各引腳功能。 in0in7：8 路模擬量輸入端。 2-12-8：8 位數(shù)字量輸出端。 adda、addb、addc：3 位地址輸入線(xiàn)，用于選通 8 路模擬輸入中的一路 ale：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。 start： ad 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖輸入端，輸入一個(gè)正脈沖（至少100ns 寬）使其啟動(dòng)（脈沖上升沿使 0809 復(fù)位，下降沿啟動(dòng) a/d 轉(zhuǎn)換）。 單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用工程實(shí)習(xí) 計(jì)報(bào)告3eoc： ad 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng)

7、ad 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)ad 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。 vcc：電源，單一 5v。 gnd：地。2 2 硬硬件件電電路路2.1 程程序序原原理理圖圖圖 2-1 關(guān)于 at89s52 的數(shù)字電壓表原理圖原理圖說(shuō)明：原理圖主要由 at89s52 芯片，adc0809 芯片，led 數(shù)碼管組成。at89s52芯片的 rst 與復(fù)位電路相連， xtal1 與 xtal2 連接著晶振電

8、路。 p0 口與 adc0809 直接相連接受來(lái)自 adc0809 傳輸而來(lái)的數(shù)據(jù)， p2 口作為 4 位動(dòng)態(tài)數(shù)碼顯示管的位顯示控制， p1 口則是動(dòng)態(tài)數(shù)碼顯示管的段顯示控制并連接著 74ls07 作為驅(qū)動(dòng)，p3 則是提供給 adc0809 芯片的 clk 信號(hào)并控制其開(kāi)始。相對(duì)的 adc0809 芯片的 in0 接了滑動(dòng)電阻器以為實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生不等的電壓。add ac 接地，并確?；鶞?zhǔn)電壓。單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用工程實(shí)習(xí) 計(jì)報(bào)告42.2 焊焊接接順順序序：a)把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的 p1.0p1.7 與“動(dòng)態(tài)數(shù)碼顯示”區(qū)域中的 abcdefgh 端口用 8 芯排線(xiàn)連接。b)把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的

9、 p2.0p2.7 與“動(dòng)態(tài)數(shù)碼顯示”區(qū)域中的s1s2s3s4s5s6s7s8 端口用 8 芯排線(xiàn)連接。c)把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的 p3.0 與“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)域中的 st 端子用導(dǎo)線(xiàn)相連接。d 把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的 p3.1 與“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)域中的 oe 端子用導(dǎo)線(xiàn)相連接。e)把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的 p3.2 與“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)域中的 eoc 端子用導(dǎo)線(xiàn)相連接。f)把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的 p3.3 與“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)域中的 clk 端子用導(dǎo)線(xiàn)相連接。g)把“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)域中的 a2a1a0 端子用導(dǎo)線(xiàn)連接到 “電源模塊”區(qū)域中的gnd 端子上。h)把“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)

10、域中的 in0 端子用導(dǎo)線(xiàn)連接到 “三路可調(diào)電壓模塊 ”區(qū)域中的 vr1 端子上。i)把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的 p0.0p0.7 用 8 芯排線(xiàn)連接到“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)域中的 d0d1d2d3d4d5d6d7 端2.3a/d 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換電電路路a/d 轉(zhuǎn)換器是模擬量輸入通道中的一個(gè)環(huán)節(jié)，單片機(jī)通過(guò)a/d 轉(zhuǎn)換器把輸入模擬量變成數(shù)字量再處理。 具體電路圖如下：?jiǎn)纹瑱C(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用工程實(shí)習(xí) 計(jì)報(bào)告5圖 2-2 實(shí)現(xiàn) a/d 轉(zhuǎn)換電路圖adc0809 實(shí)現(xiàn) a/d 轉(zhuǎn)換的原理如下：其工作原理如下： 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

11、較器。 start 上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng) ad 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ad 轉(zhuǎn)換完成，eoc 變?yōu)楦唠娖剑甘?ad 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(xiàn)上。2.4 led 顯顯示示電電路路設(shè)計(jì)中采用的是 4 段 led 數(shù)碼管來(lái)顯示電壓值。 led 具有耗電低、亮度高、視角大、線(xiàn)路簡(jiǎn)單、耐震及壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，它由 4 個(gè)發(fā)光二極管組成，其中 3 個(gè)按8字型排列，另一個(gè)發(fā)光二極管為圓點(diǎn)形狀，位于右下角，常用于顯示小數(shù)點(diǎn)。把4 個(gè)發(fā)光二極管連在一起，公共端

12、接高電平，叫共陽(yáng)極接法，相反，公共端接低電平的叫共陰極接法，我們采用共陰極接法。當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一段筆畫(huà)或點(diǎn)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：00111111b；若要顯示多個(gè)數(shù)字，只要讓若干個(gè)數(shù)碼管的位碼循環(huán)為高電平就可以了。單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用工程實(shí)習(xí) 計(jì)報(bào)告6圖 2-3 led 數(shù)碼管顯示電路圖根據(jù)設(shè)計(jì)要求，顯示電路需要至少 4 位 led 數(shù)碼管來(lái)顯示電壓值，我們?cè)俣嗉右晃挥脕?lái)顯示電壓?jiǎn)挝弧皏”，則有 7 位 led 循環(huán)顯示。利用單片機(jī)的 i/o 口驅(qū)動(dòng) l

13、ed 數(shù)碼管的亮滅，設(shè)計(jì)中由 p0 口驅(qū)動(dòng) led 的段碼顯示，即顯示字符，由 p2 口選擇 led 位碼，即選擇點(diǎn)亮哪位 led 來(lái)顯示。3 軟軟件件程程序序的的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)3.1 主主程程序序流流程程圖圖單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用工程實(shí)習(xí) 計(jì)報(bào)告7圖 3-1 主程序流程圖程序初始化：#include unsigned char code dispbitcode=0 xfe,0 xfd,0 xfb,0 xf7, 0 xef,0 xdf,0 xbf,0 x7f;unsigned char code dispcode=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66, 0 x6d,0 x7d,0

14、 x07,0 x7f,0 x6f,0 x00;unsigned char dispbuf8=10,10,10,10,0,0,0,0;unsigned char dispcount;unsigned char getdata;unsigned int temp;unsigned char i;sbit st=p30;sbit oe=p31;sbit eoc=p32;sbit clk=p33; void main(void) st=0; oe=0; et0=1;/允許定時(shí)器 0 et1=1;/允許定時(shí)器 1 ea=1;/中斷允許總控制位，中斷總允許 tmod=0 x12; th0=216; tl0

15、=216; th1=(65536-4000)/256; /定時(shí)時(shí)間計(jì)算公式： tl1=(65536-4000)%256;/一共 4 個(gè) 8 位定時(shí)器 tr1=1;/啟動(dòng)定時(shí)器 1單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用工程實(shí)習(xí) 計(jì)報(bào)告8 tr0=1;/啟動(dòng)寄存器 0程序的初始化工作有以下功能：生成數(shù)碼管等代碼表；表示部分引腳聯(lián)通；設(shè)置部分變量的初值；定義定時(shí)器 0,1；設(shè)置定時(shí)器方式選擇寄存器 并確定寄存器 0 使用工作方式1，寄存器 1 使用工作方式 2，具體設(shè)定了寄存器 1，并啟用 0,1 寄存器。3.2a/d 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換模模塊塊：圖 3-2 a/d 轉(zhuǎn)換測(cè)量子程序流程圖 st=1; st=0; /產(chǎn)生下跳沿

16、開(kāi)始 a/d 轉(zhuǎn)換 while(1) if(eoc=1)/eoc 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，eoc=1 時(shí)轉(zhuǎn)換結(jié)束 oe=1;/輸出允許信號(hào) oe=1 時(shí)輸出轉(zhuǎn)化得到的數(shù)據(jù) getdata=p0;/將轉(zhuǎn)化所得數(shù)據(jù)傳輸?shù)?p0單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用工程實(shí)習(xí) 計(jì)報(bào)告9 oe=0;/oe=0 時(shí)輸出數(shù)據(jù)線(xiàn)呈高阻態(tài) temp=getdata*235; temp=temp/128;/將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)碼量 i=5; dispbuf0=10; dispbuf1=10; dispbuf2=10; dispbuf3=10; dispbuf4=10; dispbuf5=0; dispbuf6=0; dispbuf7=0;/寄存

17、要輸出的數(shù)據(jù) while(temp/10) dispbufi=temp%10; temp=temp/10; i+; dispbufi=temp; /從寄存中提取數(shù)據(jù)st=1; st=0; /產(chǎn)生下跳沿 a/d 轉(zhuǎn)換程序由開(kāi)始設(shè)定的 st 的變化開(kāi)始（產(chǎn)生下跳沿 使 adc0809 的 start 開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)）然后當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束（ eoc=1）時(shí)，開(kāi)始傳輸數(shù)據(jù)到 p0（oe=1 輸出允許信號(hào)置 1）至傳輸結(jié)束時(shí) oe 置 0，將獲得的電壓量轉(zhuǎn)換成所對(duì)應(yīng)的 16 進(jìn)制數(shù)據(jù)并寄存 ，再通過(guò)取模的方式把各位數(shù)字逐個(gè)提取， 最后結(jié)束。單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用工程實(shí)習(xí) 計(jì)報(bào)告103.3 數(shù)數(shù)碼碼管管顯顯示示模模塊塊

18、void t0(void) interrupt 1 using 0 clk=clk; /時(shí)鐘信號(hào)取反 void t1(void) interrupt 3 using 0 /外部中斷 0th1=(65536-4000)/256; tl1=(65536-4000)%256; /定時(shí)器初始化，定時(shí) 4 微秒循環(huán)p1=dispcodedispbufdispcount; p2=dispbitcodedispcount; /經(jīng)查代碼表得出數(shù)據(jù)if(dispcount=3) p1=p1 | 0 x80; /在 led 上顯示出數(shù)字 dispcount+; if(dispcount=4) dispcount=

19、0; led 數(shù)碼管的現(xiàn)實(shí)首先由外部寄存器 0 中斷使時(shí)鐘信號(hào)取反，在有外部寄存器 1 中斷使定時(shí)器初始化，通過(guò)之前 adc0809 輸出的 16 位數(shù)據(jù)經(jīng)查詢(xún)代碼表得到相應(yīng)的 bcd 碼，最后顯示即可。單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用工程實(shí)習(xí) 計(jì)報(bào)告114 4 實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)結(jié)結(jié)果果經(jīng)過(guò) protel 的制作與實(shí)物的焊接 和燒制程序后 我所得的結(jié)果還是不盡如人意： 由于部分元器件的缺失，雖然電源燈和 led 數(shù)碼管能夠使用，但很不穩(wěn)定 。經(jīng)過(guò)萬(wàn)用表的測(cè)試也不能解決，導(dǎo)致最后實(shí)驗(yàn)沒(méi)有達(dá)到預(yù)期效果。單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用工程實(shí)習(xí) 計(jì)報(bào)告12總結(jié)單片機(jī)是一門(mén)理論和技術(shù)發(fā)展十分迅速、應(yīng)用非常廣泛的前沿性學(xué)科， 它的理論

20、性和實(shí)踐性都很強(qiáng)。通過(guò)這次漫長(zhǎng)的程序設(shè)計(jì)中，首先我們通過(guò)用 rrotel 軟件繪制電路圖設(shè)計(jì) pcb 板，再經(jīng)過(guò)自己動(dòng)手焊制電路板并實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的過(guò)程 ,加深了對(duì)課堂抽象概念的理解,鞏固了課堂上所學(xué)的理論知識(shí) ,并很好地理解與掌握 單片機(jī) at89s52 和 a/d 轉(zhuǎn)換芯片 adc0809 的基本原理、使用方法。而對(duì)于這次課程設(shè)計(jì)的題目 “數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì) ”，在收集資料以及編程過(guò)程中，不光讓我鞏固所學(xué)的知識(shí) ,加強(qiáng)理論和實(shí)際結(jié)合的能力，細(xì)致的了解了單片機(jī)的工作原理 ,還培養(yǎng)了我們的綜合設(shè)計(jì)能力與實(shí)際工作能力。真可謂獲益匪淺啊。雖然最后離我的實(shí)驗(yàn)結(jié)果還有少許偏差讓我有點(diǎn)不甘心，但這次獨(dú)立制作芯片的過(guò)程還是讓我感觸良多的。而且在這次課程設(shè)計(jì)的撰寫(xiě)過(guò)程中，我得到了許多人的幫助。本論文從立題到論文撰寫(xiě)整個(gè)過(guò)程都是在 和悉心指導(dǎo)下完成的。老師們?cè)趥魇谖抑R(shí)的同時(shí)，更注重培養(yǎng)我解決問(wèn)題的思路和 法及創(chuàng)新能力，為我今后學(xué)習(xí)和工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)并開(kāi)闊了我的視野，淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)