基于51單片機(jī)的數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)

1、 數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)目錄緒論1第1章 系統(tǒng)總體方案選擇與說(shuō)明11.1 項(xiàng)目分析及其設(shè)計(jì)11.1.1 通道轉(zhuǎn)換方案設(shè)計(jì)11.1.2 顯示部分方案設(shè)計(jì)1第2章 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)功能22.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖22.2 系統(tǒng)功能2第3章 硬件設(shè)計(jì)說(shuō)明及計(jì)算方法23.1 單片機(jī)的選擇及時(shí)鐘電路23.2 驅(qū)動(dòng)模塊33.3 LED顯示電路設(shè)計(jì)與器件選擇43.4 A/D轉(zhuǎn)換模塊及轉(zhuǎn)化電路設(shè)計(jì)6第4章 軟件設(shè)計(jì)與說(shuō)明74.1 數(shù)字電壓表系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案確定74.2 數(shù)字電壓表應(yīng)用程序設(shè)計(jì)9第5章 調(diào)試結(jié)果及其說(shuō)明95.1 調(diào)試結(jié)果及其說(shuō)明9參考文獻(xiàn)10附錄A 系統(tǒng)原理圖11附錄B 系統(tǒng)源程序12緒論本設(shè)計(jì)采用了以單

2、片機(jī)為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，控制系采用AT89C52單片機(jī)，A/D轉(zhuǎn)換采用ADC0809。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 ADC0808 數(shù)據(jù)處理課程設(shè)計(jì)要求：利用八位A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)分辨率位八位二進(jìn)制數(shù)的電壓表，測(cè)量結(jié)果用四位數(shù)碼管顯示。第一章系統(tǒng)總體方案與選擇實(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。1.1 項(xiàng)目分析及其設(shè)計(jì)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。

3、1.1.1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(kāi)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)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(kāi)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(kāi)銷(xiāo)?？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、P2口分別接74LS248和ULN2003A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ADC0808的輸出端接P1口 ，因?yàn)镻1口能夠驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管。綜

4、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。第二章 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)2.1 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2-1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2-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.2系統(tǒng)功能在一切準(zhǔn)備就緒以后，滑動(dòng)變阻器RV1的阻值，A/D采樣數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)的處理，在4位一體的LED數(shù)碼管管上顯示當(dāng)前電壓值。每改變一次RV1的阻值，在數(shù)碼管上就會(huì)獲得一個(gè)新的數(shù)值。 第3章 硬件電路設(shè)計(jì)3.1 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)，

5、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(xiě)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)成了單片機(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)

6、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。圖3-1 單片機(jī)最小系統(tǒng)3.2驅(qū)動(dòng)模塊該設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路是由74LS245來(lái)驅(qū)動(dòng)的。74LS245是我們常用的芯片，用來(lái)驅(qū)動(dòng)LED或其他設(shè)備，它是8路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器，課雙向傳輸數(shù)據(jù)。74LS245還具有雙向三態(tài)功能，既可以輸出，也可以輸入數(shù)據(jù)。當(dāng)51單片機(jī)的P0口總線負(fù)載達(dá)到或超過(guò)P0最大負(fù)載能力時(shí)，必須接入74LS245等總線驅(qū)動(dòng)器。當(dāng)片選端CE低電平有效時(shí)，AB/BA=0；信號(hào)由B向A傳輸；AB/BA=1，信號(hào)由A向B傳輸；當(dāng)CE位高電平時(shí)，A，B均為高阻圖3-2 74LS245管腳圖3.3 LED 顯示電路設(shè)計(jì)與器件選擇單片

7、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(pán)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3-3 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3-2-1可知，顯示電路由LED顯示器、段驅(qū)動(dòng)電路和位驅(qū)動(dòng)電路組成。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P0，P2口驅(qū)動(dòng)，實(shí)驗(yàn)證明可行。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(hào)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3-4 LE

8、D動(dòng)態(tài)顯示采用P0口作為L(zhǎng)ED的段碼輸出信號(hào)，P2口的低四位作為L(zhǎng)ED位碼的輸出控制信號(hào)。硬件電路的連接如圖3-2-2所示。該電路的工作原理：當(dāng)P0口輸出段碼信號(hào)的BCD碼后，輸出具有一定驅(qū)動(dòng)能力的七段字形碼，由于4-LED的段碼輸入管腳是并聯(lián)在一起的，所以每一位LED的段碼輸入管腳都能獲得這個(gè)段碼信號(hào)。若要控制在每一時(shí)刻只有一位LED被點(diǎn)亮，必須靠位碼信號(hào)控制。P2口低四位輸出位碼信號(hào)后接到LED的位碼控制端，因此P2口的低四位的位碼信號(hào)在每一時(shí)刻只有一位是“0”，其他位全為“1”，然后按時(shí)間順序改變輸出“0”的位置，控制在每一時(shí)刻只有一位LED被點(diǎn)亮，達(dá)到動(dòng)態(tài)顯示的目的。3.4 A/D轉(zhuǎn)換

9、模塊及轉(zhuǎn)換電路設(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(kāi)關(guān)，可輸入8個(gè)模擬量，單極性，量程為0+5V。3.4.1 ADC0808 簡(jiǎn)介1. ADC0808引腳功能圖3-5ADC0808引腳圖（1） IN0IN7:8路模擬量輸入。（2） ADDA、ADDB、ADDC:模擬量輸入通道地址選擇，其8位編碼分別對(duì)應(yīng)IN0IN7.（3） ALE:地址鎖存允許，上升沿將通道選擇信號(hào)存入地址鎖存器。（4） START:ADC轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，正脈沖有效，引腳

10、信號(hào)要求保持在200ns以上，其上升沿將內(nèi)部逐次逼近寄存器清零。（5） EOC:轉(zhuǎn)換解釋信號(hào)，可做為中斷請(qǐng)求信號(hào)或供CPU查詢。（6） CLK：時(shí)鐘輸入端，要求頻率范圍在10kHz1.2MHz.（7） OE：允許輸出信號(hào)。（8） Vcc:芯片工作電壓。（9） VREF(+)、VREF(-)：基準(zhǔn)參考電壓的正、負(fù)值。（10） OUT1OUT8:8路數(shù)字量輸出端。3.4.2 A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)集成摸數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0808實(shí)現(xiàn)的A/D轉(zhuǎn)換電路被測(cè)信號(hào)由ADC0808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。 第四章 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

11、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(xiě)、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(xiě)和調(diào)試工作，加快軟件研制進(jìn)度。4.1 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)出圖4-1所示的功能模塊。 圖4-1 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4-2所

12、示的主程序流程圖。 圖4-2 主程序流程圖 圖4-3 A/D轉(zhuǎn)換子程序流程圖 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4-3所示。數(shù)碼轉(zhuǎn)換及顯示子程序的設(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(pán)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。4.2 數(shù)字電壓表應(yīng)程序設(shè)計(jì)（1）程序起始地址 MCS-51系列單片機(jī)復(fù)位后，（P

13、C）=0000H，而0003H002BH分別為各中斷源的入口地址。所以，編程序時(shí)應(yīng)在0000H處寫(xiě)一條跳轉(zhuǎn)指令。當(dāng)CPU接到中斷請(qǐng)求信號(hào)并予以響應(yīng)后，CPU把當(dāng)前的PC內(nèi)容壓入棧中進(jìn)行保護(hù)，然后轉(zhuǎn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序入口處執(zhí)行。（2）LED動(dòng)態(tài)顯示延時(shí) LED顯示器每一位的顯示時(shí)間是5ms,延時(shí)5ms子程序是典型的軟件定時(shí)程序。說(shuō)明：LED采用7段字形代碼，第1位采用把dp置1的方式顯示小數(shù)點(diǎn)。第五章調(diào)試結(jié)果及其說(shuō)明5.1 調(diào)試結(jié)果及其說(shuō)明采用Keil Vision編譯器進(jìn)行源程序編譯，調(diào)試好程序后將.Hex文件導(dǎo)入Proteus進(jìn)行軟件調(diào)試。在Proteus ISIS編輯窗口中單擊開(kāi)始仿真按

14、鈕，4位LED數(shù)碼管顯示相應(yīng)的電壓值。當(dāng)通道打到通道0時(shí)，滑動(dòng)變阻器RV1的阻值調(diào)至最小位置時(shí)，LED顯示0.000，正確顯示數(shù)值；把RV1調(diào)至中間位置時(shí)，LED顯示2.650，同樣正確讀出數(shù)據(jù)；當(dāng)把RV1的阻值調(diào)至最大位置時(shí)，LED顯示5.000，正確讀出數(shù)據(jù)。同理調(diào)試其他通道時(shí)，能正確顯示通道數(shù)和電壓值，證明該8路電壓表合格。調(diào)試結(jié)果如圖5-1 圖5-1 調(diào)試結(jié)果 參考文獻(xiàn)1 單片微機(jī)原理及應(yīng)用 徐春暉 主編 電子工業(yè)出版社2 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)（C語(yǔ)言版） 王靜霞 主編 電子工業(yè)出版社3 新概念51單片機(jī)C語(yǔ)言教程 郭天祥 主編 電子工業(yè)大學(xué) 4 單片機(jī)典型系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例精講 彭為等 電子工業(yè)

15、出版社5 單片機(jī)原理與應(yīng)用設(shè)計(jì) 張毅剛等電子工業(yè)出版社附錄A 系統(tǒng)原理圖第 10 頁(yè)附錄A 系統(tǒng)原理圖附錄B 系統(tǒng)源程序LED_0EQU 30HLED_1 EQU 31HLED_2 EQU 32HLED_3 EQU33H/存放四個(gè)數(shù)碼管的段碼ADCEQU35H/存放轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)ST BIT P3.2OE BIT P3.0EOC BIT P3.1ORG 0000HSTART: MOVLED_0,#00HMOVLED_1,#00HMOVLED_2,#00HMOV LED_3,#00HMOVDPTR,#TABLE/送段碼表首地址SETBP3.4SETBP3.5CLRP3.6 /選擇ADC0808的通

16、道3WAIT: CLR STSETB STCLR ST/啟動(dòng)轉(zhuǎn)換 JNB EOC,$ /等待轉(zhuǎn)換結(jié)束SETB OE /允許輸出MOV ADC,P1/暫存轉(zhuǎn)換結(jié)果CLR OE /關(guān)閉輸出LCALL INTOVLCALLDISP /顯示AD轉(zhuǎn)換結(jié)果SJMP WAITINTOV:MOV DPTR,#TAB/因?yàn)樗玫幕瑒?dòng)變阻器為0.01的精度,所以MOVA,ADC/最小的讀數(shù)為0.05，其余均為0.05的倍數(shù)MOVCA,A+DPTR/因此，第三位小數(shù)，要么是5，要么是0MOV B,#2 DIV AB MOV R0,B/A/2的余數(shù)付給R0，通過(guò)判斷R0的值，MOV B,#100DIV ABMOV R

17、1,A /將A 除以100，并將商賦給R1MOV A,#10XCH A,B /交換數(shù)據(jù)DIV AB / 得到得商為整數(shù)位，余數(shù)為第一個(gè)小數(shù)位MOV LED_3,A /整數(shù)位MOV LED_2,B /第一位小數(shù)MOV LED_0,R1 /第三位小數(shù)CJNER0,#01,KK1 /若R0=1，則執(zhí)行下條語(yǔ)句，否則轉(zhuǎn)移到KK1MOV LED_1,#05 /第二位小數(shù)BACK: RETKK1: MOV LED_1,#00AJMPBACKDISP: / 采用4位共陰數(shù)碼管，故選通開(kāi)關(guān)低有效，MOVDPTR,#TABLE/整數(shù)位MOVA,LED_3MOVCA,A+DPTRSETB ACC.7CLRP2.0

18、MOVP0,ALCALLDELAYSETBP2.0MOVDPTR,#TABLE /十分位MOVA,LED_2MOVCA,A+DPTRCLRP2.1MOVP0,ALCALLDELAYSETBP2.1MOVDPTR,#TABLE/百分位MOVA,LED_1MOVCA,A+DPTRCLRP2.2MOVP0,ALCALLDELAYSETBP2.2MOV DPTR,#TABLE/千分位 MOVA,LED_0MOVCA,A+DPTRCLRP2.3MOVP0,ALCALLDELAYSETBP2.3RETDELAY:MOVR6,#10/延時(shí)5毫秒D1:MOVR7,#250DJNZR7,$DJNZR6,D1RETTABLE: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H /數(shù)碼管0-9的碼表DB 6DH,7DH,07H,7FH,6FHTAB:DB 0,0 , 0 ,1,0,2,0,0,3,0/存放AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)DB4,0,0,5,0,