單片機(jī)課程設(shè)計(jì)數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)

1、一、實(shí)驗(yàn)題目：數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?深入了解mcs51系列單片機(jī)的功能以及應(yīng)用，學(xué)會(huì)用單片機(jī)制作簡(jiǎn)單的儀表。三、設(shè)計(jì)要求模塊進(jìn)行組合，設(shè)計(jì)數(shù)字電壓表，將每一個(gè)部分工作原理介紹清楚，系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)時(shí)針，對(duì)每一個(gè)模塊的設(shè)計(jì)應(yīng)明確。主程序應(yīng)明確各部分的組成及采用的連接方式。通過(guò)調(diào)節(jié)輸入信號(hào)的大小，觀察自己設(shè)計(jì)的數(shù)字電壓表的輸出與另一塊數(shù)字電壓表測(cè)量的輸出比較，達(dá)到了解、理解數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)的步驟、方法的目的（0-5v，led輸出）。四、數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)的總體方案通過(guò)一個(gè)a/d（adc0809模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換）芯片采集后將外測(cè)電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再由單片機(jī)(at89s52)處理信號(hào)，輸出信號(hào)，由數(shù)碼

2、管顯示各路電壓。更改程序使能用按鍵進(jìn)行復(fù)位、通道選擇、單路循環(huán)選擇；并在超過(guò)設(shè)定報(bào)警電壓(4.7v)時(shí)以led燈發(fā)光報(bào)警。4.1單片機(jī)部分芯片介紹 單片機(jī)采用at89s52，它是一個(gè)低功耗,高性能cmos 8位單片機(jī),片內(nèi)含8k bytes isp(in-system programmable)的可反復(fù)擦寫(xiě)1000次的flash只讀程序存儲(chǔ)器,器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造,兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)及80c51引腳結(jié)構(gòu),芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和isp flash存儲(chǔ)單元,功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的at89s52可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。單片

3、機(jī)基礎(chǔ)電路如下：圖1 單片機(jī)部分功能特性概述：40個(gè)引腳，8k bytes flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（i/o）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，看門(mén)狗（wdt）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。此外，at89s52設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0hz并可通過(guò)軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，cpu暫停工作，而ram定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存ram的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有pdip、tqfp和plcc等三種封裝形

4、式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。引腳功能：vcc：電源電壓gnd：地p0口：p0口是一組8位漏極開(kāi)路型雙向i/o口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)ttl邏輯門(mén)電路，對(duì)斷口p0寫(xiě)“1”時(shí)，可作為高阻抗輸入端使用。在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組端口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時(shí)，p0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。p1口：p1口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)ttl邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部上拉電阻

5、把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（in）。與at89c51不同之處是，p1.0和p1.1還可分別作為定時(shí)/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（p1.0/t2）和輸入（p1.1/t2ex）。第二功能：p1.0：t2（定時(shí)/計(jì)數(shù)器2外部計(jì)數(shù)脈沖輸入），時(shí)鐘輸出p1.1：t2ex（定時(shí)/計(jì)數(shù)2捕獲/重新載觸發(fā)和方向控制）p2口：p2是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)ttl邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，

6、某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（iil）。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行movxdptr指令）時(shí)，p2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問(wèn)8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行movxri指令）時(shí)，p2口輸出p2鎖存器的內(nèi)容。p3口：p3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口。p3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)ttl邏輯門(mén)電路。對(duì)p3口寫(xiě)入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時(shí)，被外部拉低的p3口將用上拉電阻輸出電流。p3口除了作為一般的i/o口線外，更重要的用途是它的第二功能端口引腳 第二功能：p3.0 rxd（串行輸入口）p3.1 txd

7、（串行輸出口）p3.2 int0（外中斷0）p3.3 int1（外中斷1）p3.4 to（定時(shí)/計(jì)數(shù)器0）p3.5 t1（定時(shí)/計(jì)數(shù)器1）p3.6 wr（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通）p3.7 rd（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，rst引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ale/prog：當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ale（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ale仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ale脈沖。如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功

8、能寄存器（sfr）區(qū)中的8eh單元的d0位置位，可禁止ale操作。該位置位后，只有一條movx和movc指令才能將ale激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ale禁止位無(wú)效。psen：程序存儲(chǔ)允許psen輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)at89c52由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次psen有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過(guò)兩次psen信號(hào)。ea/vpp：外部訪問(wèn)允許。欲使cpu僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000h-ffffh），ea端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位lb1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存ea端狀態(tài)

9、。如ea端為高電平（接vcc端），cpu則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。xtal1:振蕩器反相放大器的內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。xtal2:振蕩器反相放大器的輸出端。4.2、ad采樣方案 采用8位ad轉(zhuǎn)換器adc0809，編程簡(jiǎn)單方便，價(jià)格便宜。采樣電路如圖2。圖2 adc0809采樣電路adc0809是帶有8位a/d轉(zhuǎn)換器、8路多路開(kāi)關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的cmos組件。它是逐次逼近式a/d轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。 adc0809由一個(gè)8路模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)a/d轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開(kāi)關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用a/d轉(zhuǎn)換器進(jìn)行

10、轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存a/d轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)oe端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。1 產(chǎn)生ad 變換器的控制信號(hào):adc0809 是cmos 的8 位a/d 轉(zhuǎn)換器，片內(nèi)有8 路模擬開(kāi)關(guān)，可控制8 個(gè)模擬量中的一個(gè)進(jìn)入轉(zhuǎn)換器中。adc0809 的分辨率為8 位，轉(zhuǎn)換時(shí)間約100us，含鎖存控制的8 路多路開(kāi)關(guān)，輸出有三態(tài)緩沖器控制，單5v 電源供電。主要控制信號(hào)說(shuō)明：start 是轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，高電平有效；ale 是3 位通道選擇地址（addc、addb、adda）信號(hào)的鎖存信號(hào)。當(dāng)模擬量送至某一輸入端（如in1 或in2 等），由3 位地址信號(hào)選擇，而地址信號(hào)由al

11、e 鎖存；eoc是轉(zhuǎn)換情況狀態(tài)信號(hào)，當(dāng)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換約100us 后，eoc 產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖，以示轉(zhuǎn)換結(jié)束；在eoc 的上升沿后，若使輸出使能信號(hào)oe 為高電平，則控制打開(kāi)三態(tài)緩沖器，把轉(zhuǎn)換好的8 位數(shù)據(jù)結(jié)果輸出至數(shù)據(jù)總線。至此adc0809 的一次轉(zhuǎn)換結(jié)束了。對(duì)于adc0809 芯片的其他介紹請(qǐng)參閱其數(shù)據(jù)手冊(cè)。芯片adc0809的控制時(shí)序圖。在實(shí)驗(yàn)儀器中cs 與wr 相與后接在了ale 和start 端，cs 與rd 相與后接在了oe 端，通過(guò)對(duì)時(shí)序和電路的綜合考慮，建議使用如下的ad 控制時(shí)序。由圖可知，當(dāng)cs 和wr 同時(shí)為高電平時(shí)，adc0809 開(kāi)始轉(zhuǎn)換，當(dāng)轉(zhuǎn)換 完成后，在int 腳輸出高

12、電平，等待讀數(shù)據(jù)；當(dāng)cs 和rd 同時(shí)為高電平時(shí)，通過(guò)數(shù)據(jù)總d70從adc0809 讀出數(shù)據(jù)。從圖我們可將整個(gè)控制氣分成4 個(gè)步驟狀態(tài)：s0、s1、s2、s3，各狀態(tài)的動(dòng)作方式如下：狀態(tài)s0：cs=1、wr=1、rd=0（由控制器發(fā)出信號(hào)要求adc0809 開(kāi)始進(jìn)行模/數(shù)信號(hào)的轉(zhuǎn)換）。狀態(tài)s1：cs=0、wr=0、rd=0 (adc0809 進(jìn)行轉(zhuǎn)換動(dòng)作，轉(zhuǎn)換完畢后int將低電位升至高電位)。狀態(tài)s2： cs=1、wr=0、rd=1(由控制器發(fā)出信號(hào)以讀取adc0809 的轉(zhuǎn)換資料)。狀態(tài)s3： cs=0、wr=0、rd=0（由控制器讀取數(shù)據(jù)總線上的數(shù)字轉(zhuǎn)換資料）。由上述的四個(gè)狀態(tài)可以歸納出整

13、個(gè)控制器的動(dòng)作功能有：負(fù)責(zé)在每個(gè)步驟送出所需的cs、wr、rd 控制信號(hào)。在狀態(tài)s1 時(shí),監(jiān)控int 信號(hào)是否由低變高,如此以便了解轉(zhuǎn)換動(dòng)作結(jié)束與否。在狀態(tài)s3,讀取轉(zhuǎn)換的數(shù)字資料。2編碼轉(zhuǎn)換電路：計(jì)算轉(zhuǎn)換后的數(shù)字電壓信號(hào)與bcd 碼的對(duì)應(yīng)關(guān)系：對(duì)8 位的adc0809 而言，它的輸出準(zhǔn)位共有28 =256 種，即它的分辨率是1/256，假設(shè)輸入信號(hào)為05v 電壓范圍，參考電壓（vref/2）為2.56v 時(shí)，則它最小輸出電壓是5v/256=0.01953v，這代表adc0809 所能轉(zhuǎn)換的最小電壓值，我們?cè)谠搶?shí)驗(yàn)中取最小電壓準(zhǔn)位為0.02v。當(dāng)adc0809 收到的信號(hào)是01110110（7

14、6h），則其對(duì)應(yīng)的電壓值為：76h0.02v = 2.36v要實(shí)現(xiàn)電壓值與bcd 碼的對(duì)應(yīng)關(guān)系用多種方法（如查表法、比較法等）。查表法需要寫(xiě)大量的數(shù)據(jù)，比較麻煩，在示例程序中作者使用了比較法。3輸出7 段數(shù)碼管顯示電路：該電路的功能是將轉(zhuǎn)換好的bcd 碼顯示在3 位數(shù)碼管上，在最高為的數(shù)碼管上要顯示小數(shù)點(diǎn)。這個(gè)電路在前面的實(shí)驗(yàn)中多次用到，此處不再敘述。 4 用并行adc0809 實(shí)現(xiàn)電壓表。 nintr，nrd，ncs，nwr，din7.0分別接并行adc0809 模塊中的相應(yīng)接口。sel1.0和seg6.0分別接7 段數(shù)碼管的掃描端sel1.0和ga，dp 接小數(shù)點(diǎn)輸入端dp，adc0809

15、 的時(shí)鐘輸入端接625khz，建議clkg 接8khz 左右時(shí)鐘，clk 接高于16hz 時(shí)鐘。vref-接地；vref+接+5v；a0，a1，a2 接撥碼開(kāi)關(guān)；a0，a1，a2 八種狀態(tài)分別對(duì)應(yīng)in0.7，手動(dòng)dctuner 控制 dcout 輸出，dcout 接a0，a1，a2 八種狀態(tài)中的一種。(2) 控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)（顯示采用四位數(shù)碼管）； (3) 軟件流程圖設(shè)計(jì)，匯編程序編寫(xiě)；4.4顯示方案顯示部分（采用共陰4位八段數(shù)碼管顯示。如圖3所示：）圖3 數(shù)碼管電路圖顯示部分與單片機(jī)連接圖如圖4：圖4 顯示與單片機(jī)連接圖4.5程序描述1 主程序流程圖:a) 把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的p1.

16、0p1.7與“動(dòng)態(tài)數(shù)碼顯示”區(qū)域中的abcdefgh端口用8芯排線連接。 b) 把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的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)線相連接。 g) 把“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)域中的a2a1a0

17、端子用導(dǎo)線連接到“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)域中的in0端子用導(dǎo)線連接到“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芯排線連接到“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)域中的d0d1d2d3d4d5d6d7端子上。 4.6、軟件設(shè)計(jì)程序采用匯編編程，程序如下：table:db 0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h,92h,82h,0f8h,80h,90htable1:db 040h,79 h,024h,030h,19h,12h,02h,78h,00h,10h org 0000hajmp startorg 0003hljmp

18、 cint0org 0100hw1: mov r1, a inc r1 djnz r2, w1 retstart: mov r1, #78h mov r2, #02h mov a, #00h call w1 mov a, #80h mov dptr, #0efffh movx dptr, a clr a mov r2, #0f0h call dispmain: mov psw, #00h setb ea setb ex0 setb it0mov a, #00h mov dptr, #0cff8h movx dptr, al2: jnb f0, l2acall tunbcd lcall disi

19、nt0 sjmp maintunbcd: mov a,r0 mov b, #51 div abmov 79h, a mov a, b clr f0 subb a,#1ah mov f0, c mov a, #10 mul ab mov b, #51 div ab jb f0, loop2 add a, #5loop2: mov 78h, a ret disp: mov dptr, #table movc a,a+dptr mov dptr, #0effch movx dptr, a mov a, r2 inc dptr movx dptr, a call delay retdisp1:mov dptr,#table1 movc a,a+dptr mov dptr, #0effch movx dptr, a mov a, r2 inc dptr movx dptr, a call delay retdisint0:mo