基于單片機的簡易數(shù)字直流電壓表畢業(yè)設(shè)計

1、基于MCS-51單片機的簡易數(shù)字直流電壓表設(shè)計設(shè)計一個簡易數(shù)字直流電壓表.(量程0V-2V、測量速度為大于等于2次/秒、測量誤差在土0.05V以內(nèi),有超限報警、數(shù)碼管顯示.)1:系統(tǒng)設(shè)計(1)分析任務(wù)要求,寫出系統(tǒng)整體設(shè)計思路從試題的要求分析,主要包括的內(nèi)容為ADC轉(zhuǎn)換電路的限制、采用定時器定時讀取ADC轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)、將ADC轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)計算為對應(yīng)的電壓值,最后在數(shù)碼管上顯示出來.整體設(shè)計思路：硬件采用單片機的P0輸出數(shù)碼管的7段碼,P2口輸出數(shù)碼管的位控信號.用P1的三個I/O管腳連接ADC轉(zhuǎn)換器的接口,通過查詢定時器T0中斷標(biāo)志是否有效來啟動ADC轉(zhuǎn)換器的工作,并讀取ADC轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換結(jié)果

2、.然后,根據(jù)ADC轉(zhuǎn)換器的參考電壓將ADC轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換結(jié)果計算為對應(yīng)的電壓值,并在數(shù)碼管上顯示出來.(2)選擇單片機型號和所需外圍器件型號,設(shè)計單片機硬件電路原理圖采用MCS51系列單片機At89S51作為主限制器,外圍電路器件包括數(shù)碼管驅(qū)動、AD轉(zhuǎn)換器TLC549、基準(zhǔn)電壓TL431等.數(shù)碼管驅(qū)動采用2個四聯(lián)共陰極數(shù)碼管顯示,由于單片機驅(qū)動水平有限,采用74HC244作為數(shù)碼管的驅(qū)動.在74HC244的7段碼輸出線上串聯(lián)100歐姆電阻起限流作用.AD轉(zhuǎn)換器的參考電壓由精密基準(zhǔn)電源TL431提供,標(biāo)準(zhǔn)參考電壓Vref+為2.5伏,Vref-為0伏.由于0V-2V內(nèi)的測量誤差限制在土0.05V內(nèi)

3、,因此8位A/D轉(zhuǎn)換器即可滿足要求.AD轉(zhuǎn)換器TLC549是以8位開關(guān)電容逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換器為根底而構(gòu)造的CMOSA/D轉(zhuǎn)換器.它們設(shè)計成能通過3態(tài)數(shù)據(jù)輸出和模擬輸入與微處理器或外圍設(shè)備串行接口.TLC549僅用輸入/輸出時鐘(I/OCLOCK)和芯片選擇(CS)輸入作數(shù)據(jù)限制.TLC549的IOCLOCK輸入頻率最高可達(dá)1.1MHz.TLC549提供了片內(nèi)系統(tǒng)時鐘,它通常工作在4MHz且不需要外部元件.片內(nèi)系統(tǒng)時鐘使內(nèi)部器件的操作獨立于串行輸入/輸出的時序并允許TLC548和TLC549象許多軟件和硬件所要求的I/OCLOCK和內(nèi)部系統(tǒng)時鐘一起可以實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳送以及對于TLC549為每秒

4、40,000次轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換速度.TLC549的引腳排列分別如圖1.REF+1V(xANALOGIN2THI/OCLOCKRFF-卜6口心OUTGND451cs圖1TLC549的引腳排列TLC549的工作時序如圖2所示.圖2TLC549的工作時序轉(zhuǎn)換周期需要36個系統(tǒng)時鐘周期最大為17.,它開始于CS變?yōu)榈碗娖街驣/OCLOCK的第8個下降沿,這適用于該時刻其地址存在于存儲器中的通道.在CS變?yōu)榈碗娖胶?最高有效位A7自動被放置在DATAOUT總線上.其余的7位A6-A0在前7個I/OCLOCK下降沿由時鐘同步輸出.TLC549的工作原理TLC549是在單個芯片內(nèi)的完善的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng).每一個器件

5、包含內(nèi)部系統(tǒng)時鐘,采樣和保持,8位A/D轉(zhuǎn)換器,數(shù)據(jù)存放器以及限制邏輯電路.為了提升靈活性和訪問速度,器件有兩個限制輸入：I/OCLOCK和芯片選擇CS.這些限制輸入和與TTL兼容的3態(tài)輸出易于與微處理器或小型計算機的串行通信.器件可在17ds或更短時間內(nèi)完成轉(zhuǎn)換.TLC549每251s重復(fù)一次完整的輸入-轉(zhuǎn)換-輸出input-conversion-output周期.內(nèi)部系統(tǒng)時鐘和I/OCLOCK獨立使用且不需要任何特定的速度或二者之間的相位關(guān)系.這種獨立性簡化了器件的硬件和軟件限制任務(wù).由于這種獨立性和系統(tǒng)時鐘的內(nèi)部產(chǎn)生,限制硬件和軟件只需關(guān)心利用I/O時鐘讀出先前轉(zhuǎn)換結(jié)果和啟動轉(zhuǎn)換.內(nèi)部系

6、統(tǒng)時鐘以這種方式驅(qū)動轉(zhuǎn)換電路以便限制硬件和軟件不需要涉及此項任務(wù).當(dāng)CS為高電平時,DATAOUTM于高阻狀態(tài)且I/OCLOCKI/O時鐘被禁止.正常限制時序為：1 .CS被拉至低電平.當(dāng)CS變?yōu)榈碗娖綍r,前次轉(zhuǎn)換結(jié)果的最高有效位MSB開始出現(xiàn)在DATAOUT.2 .前4個I/OCLOCK周期的下降沿輸出前次轉(zhuǎn)換結(jié)果的第2、第3、第4和第5個最高有效位.在I/OCLOCK第4個高電平至低電平的跳變之后,片內(nèi)采樣和保持電路開始對模擬輸入采樣.采樣操作主要包括內(nèi)部電容器充電到模擬輸入電壓的電平.3 .其后再把三個I/OCLOCK周期加至I/OCLOCK端,在這些時鐘周期的下降沿,第6、第7和第8個

7、轉(zhuǎn)換位被移出.4 .最后第8個時鐘周期被加至I/OCLOCK此時鐘周期高電平至低電平的跳變使片內(nèi)采樣和保持電路開始保持功能.保持功能在接著四個內(nèi)部系統(tǒng)時鐘周期內(nèi)繼續(xù)進(jìn)行,在此之后保持功能結(jié)束且在下面32個系統(tǒng)時鐘周期內(nèi)完成轉(zhuǎn)換,總共為36個周期.在第8個I/OCLOCK周期之后,C%、須變?yōu)楦唠娖?否那么I/OCLOCK必須保持低電平達(dá)至少36個系統(tǒng)時鐘周期以供保持和轉(zhuǎn)換功能的完成.在多個轉(zhuǎn)換周期內(nèi)CS可保持低電平.在多個轉(zhuǎn)換周期內(nèi)使CS保持低電平時必須特別注意預(yù)防I/OCLOCK線上的噪聲閃變.如果在I/OCLOCK上發(fā)生閃變,那么在微處理器/限制器和器件之間的I/O時序?qū)⑹ネ?此外,如

8、果CS變?yōu)楦唠娖?那么它必須保持高電平直至轉(zhuǎn)換結(jié)束為止.否那么,CS的有效高電平至低電平跳變將引起復(fù)位,它使正在進(jìn)行的轉(zhuǎn)換失敗.在36個系統(tǒng)時鐘周期發(fā)生之前,通過完成步驟1至4可以啟動新的轉(zhuǎn)換,同時正在進(jìn)行的轉(zhuǎn)換中止.此操作產(chǎn)生先前的轉(zhuǎn)換結(jié)果而不是正在進(jìn)行的轉(zhuǎn)換結(jié)果.3分析軟件任務(wù)要求,寫出程序設(shè)計思路,分配單片機內(nèi)部資源,畫出程序流程圖軟件的任務(wù)包括定時器的定時功能、AD轉(zhuǎn)換器TLC549的限制與數(shù)據(jù)的讀取,數(shù)碼管的動態(tài)掃描.程序設(shè)計思路,采用查詢定時器中斷標(biāo)志的方式來啟動AD轉(zhuǎn)換器TLC549的工作,在讀取AD專換器的數(shù)據(jù)之后,再對數(shù)據(jù)進(jìn)行計算換算為對應(yīng)的電壓值.需要分配的單片機存儲資源包

9、括AD轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)的暫存變量re_data、定時器溢出次數(shù)的計數(shù)變量T_cnt、數(shù)據(jù)換算白系數(shù)xishu以及電壓值volt等.主程序的流程圖如圖3所示.由于采用查詢中斷標(biāo)志的方式來響應(yīng)的中斷,所以主程序要循環(huán)完成如下任務(wù)：中斷標(biāo)志的查詢、AD轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)的讀取、電壓值的換算以及數(shù)碼管的動態(tài)掃描顯示.圖3數(shù)字電壓表的主程序流程圖4設(shè)計系統(tǒng)軟件調(diào)試方案、硬件調(diào)試方案及軟硬件聯(lián)合調(diào)試方案軟件調(diào)試方案：偉福軟件中,在“文件新建文件中,新建C語言源程序文件,編寫相應(yīng)的程序.在“文件新建工程的菜單中,新建工程并將C語言源程序文件包括在工程文件中.在“工程編譯菜單中將C源文件編譯,檢查語法錯誤及邏輯錯誤.在編譯

10、成功后,產(chǎn)生以“*.hex和“*.bin后綴的目標(biāo)文件.硬件調(diào)試方案：在設(shè)計平臺中,將單片機的P1.0接TLC549的CLK管腳,P1.1接TLC549的DOUT管腳,P1.2接TLC549的CS管腳.在偉福中將程序文件編譯成目標(biāo)文件后,將下載線安裝在實驗平臺上,運行“MCU下載程序,選擇相應(yīng)的flash數(shù)據(jù)文件,點擊“編程按鈕,將程序文件下載到單片機的Flash中.然后,上電重新啟動單片機,檢查所編寫的程序是否到達(dá)題目的要求,是否全面完整地完成試題的內(nèi)容.2程序設(shè)計/晶振：11.0592MHz,定日器T0每50ms中斷一次,每隔0.1秒讀ADC一次/*AD轉(zhuǎn)換器使用TLC549p1.0-Cl

11、ockp1.1-Dataoutp1.2-CS*/#include"reg51.h"#include"intrins.h"#include"math.h"sbitad_clk=P1A0;sbitad_dout=P1A1；sbitad_cs=P1A2;unsignedchardatare_data;unsignedintdataT_cnt;doublevolt,xishu;charcodeled_seg_code10=0x3f,0x06,0x05b,0x04f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;/led_seg_

12、code0-9代表0-9的7段碼/voiddelay(unsignedinti)/延時while(-i);/voidled_show(doublef)unsignedchari,s;unsignedintk,*j;if(f<2)k=f;/取整數(shù)局部i=k;P0=led_seg_codei|0x80;P2=0xfb;delay(50);i=f*10;i=i%10;P0=led_seg_codei;P2=0xfd;delay(50);i=f*100;/取小數(shù)后1位i=i%10;P0=led_seg_codei;P2=0xfe;delay(50);else/超限報警,顯示“-P0=0x40;P

13、2=0xfb;delay(50);/P2=0xfd;delay(50);/P2=0xfe;delay(50);/-讀取ADC轉(zhuǎn)換器TLC549的數(shù)據(jù)-unsignedcharreceive_data()unsignedchari,d;d=0;ad_cs=1;/CS置高,片選無效ad_clk=0;ad_cs=0;_nop_();for(i<0;i<8;i+)ad_clk=1;d=d<<1;if(ad_dout)d+;ad_clk=0;)ad_cs=1;for(i=0;i<10;i+)/適當(dāng)延日超過17us_nop_()；returnd;)/main()T_cnt=0;TMOD=0x01;/定時器設(shè)置T0TH0=0x4c;50000us=(65536-0x4c00)*12/11.0592TL0=00;EA=0;TR0=1;re_data=0x00;volt=0;xishu=2.5/255.0;/while(1)if(T