數(shù)字電壓表的仿真設計測控劉萌萌

1、 單片機系統(tǒng)課程設計 單片機系統(tǒng)課程設計題目名稱： 數(shù)字電壓表的仿真設計 專業(yè)班級： 測控1201班 學生姓名： 劉萌萌 學 號： 201223030121 指導教師： 郭廣靈 成績：評語：指導老師簽名： 日期： 單片機系統(tǒng)課 程 設 計課程設計名稱： 數(shù)字電壓表的仿真設計 專 業(yè) 班 級 ： 測控1201班 學 生 姓 名 ： 劉萌萌 學 號 ： 201223030121 指 導 教 師 ： 郭廣靈 課程設計地點： 31 號樓 課程設計時間： 2014-12-92014-12-20 單片機系統(tǒng) 課程設計任務書學生姓名劉萌萌專業(yè)班級測控1201班學號201223030121題 目數(shù)字電壓表的仿

2、真設計課題性質工程設計課題來源自擬指導教師郭廣靈主要內容（參數(shù)）該數(shù)字電壓表是利用單片機C51與ADC0808設計一個數(shù)字電壓表,將模擬信號05V之間的電壓值轉換成數(shù)字量信號,以兩位數(shù)碼管顯示,并通過虛擬電壓表觀察ADC0808模擬量輸入信號的電壓值,LED數(shù)碼管實時顯示相應的數(shù)值量。任務要求（進度）第1-2天：熟悉課程設計任務及要求，查閱技術資料，確定設計方案。第3-4天：按照確定的方案設計單元電路。要求畫出單元電路圖，元件及元件參數(shù)選擇要有依據(jù)，各單元電路的設計要有詳細論述。第5-6天：軟件設計，編寫程序。第7-8天：程序調試。第9-12天：撰寫課程設計報告。要求內容完整、圖表清晰、文理流

3、暢、格式規(guī)范、方案合理、設計正確。主要參考資料【1】單片微型計算機原理及接口技術審查意見系（教研室）主任簽字： 年 月 日 目錄一 系統(tǒng)概述11.1 課題設計的目的.11.2 課程設計內容11.3 課程設計實現(xiàn)的目標1二 設計方案12.1總體設計思路12.2 數(shù)字電壓表的PROTEUS軟件仿真電路設計2三、 數(shù)字電壓表的程序設計33.1 程序流程圖33.2 程序編譯設計4四 數(shù)字電壓表的軟件設計54.1 數(shù)字電壓表的硬件電路54.2 C51單片機和數(shù)碼管顯示電路的接口設計74.3 A/D轉換電路的接口設計7五 數(shù)字電壓表的系統(tǒng)仿真調試7六 設計心得8參考文獻9附錄110附錄211一 系統(tǒng)概述1

4、.1 課題設計的目的.1、通過單片機課程設計，熟練掌握C語言的編程方法，將理論聯(lián)系到實踐中去，提高我們的動腦和動手的能力。2、通過定時鬧鐘控制系統(tǒng)的設計，掌握定時/計數(shù)器、中斷的使用方法，和簡單程序的編寫，最終提高我們的邏輯抽象能力。1.2 課程設計內容   1.  由于ADC0809在進行A/D轉換時需要有CLK信號，而此時的ADC0809的CLK是接在AT89S51單片機的P3.3端口上，也就是要求從P3.3輸出CLK信號供ADC0809使用。因此產生CLK信號的方法就得用軟件來產生了。2.由于ADC0809的參考電壓VREFVCC，所以轉

5、換之后的數(shù)據(jù)要經過數(shù)據(jù)處理，在數(shù)碼管上顯示出電壓值。實際顯示的電壓值(D/256*VREF)1.3 課程設計實現(xiàn)的目標利用單片機C51與ADC0808設計一個數(shù)字電壓表,將模擬信號05V之間的電壓值轉換成數(shù)字量信號,以兩位數(shù)碼管顯示,并通過虛擬電壓表觀察ADC0808模擬量輸入信號的電壓值,LED數(shù)碼管實時顯示相應的數(shù)值量。二 設計方案2.1總體設計思路 按系統(tǒng)功能要求，決定控制系統(tǒng)采用AT89C51單片機，A/D轉換采用ADC0808。系統(tǒng)除能確保實現(xiàn)要求的功能以外還可以方便的進行其功能的擴展。本文采用AT89C51作為核心元件，AT89C51是一個低功耗，高性能的CMOS 8位單片機。數(shù)字

6、電壓表電路組成框圖如圖2-1所示。 單 片 機 芯 片 模 擬 轉 換 譯 碼 器 數(shù) 碼 管 顯 示 模 擬 被 測 電 壓 程序處理 驅動數(shù)碼管 數(shù)字量 圖2-1 系統(tǒng)組成框圖 本設計中需要用到的電路有電源電路、模/數(shù)轉換電路、單片機控制電路、顯示電路等。設計中需要用到的芯片有AT89C51單片機、ADC0808、74LS74、LED數(shù)碼管等。2.2 數(shù)字電壓表的PROTEUS軟件仿真電路設計 待測電壓輸入信號在ADC0808芯片承受的最大工作電壓范圍內，經過模/數(shù)轉換電路實現(xiàn)A/D轉換,通過單片機控制電路進行程序數(shù)據(jù)處理,然后通過七段譯碼/驅動顯示電路實現(xiàn)數(shù)碼管顯示輸入電壓。硬件電路原理

7、圖如圖2-2所示。圖2-2 PROTEUS軟件仿真電路圖3、 數(shù)字電壓表的程序設計3.1 程序流程圖系統(tǒng)上電狀態(tài),初始化ADC0808的啟動地址,數(shù)碼管顯示關閉,開始啟動A/D轉換。等待啟動結束后,將ADC0808的0號通道模擬量輸入信號轉換輸出的數(shù)字量結果通過數(shù)碼管動態(tài)顯示的方式顯示到三位數(shù)碼管上。根據(jù)設計要求結合硬件電路,在輸入模擬信號時采用電阻分壓,最終的采樣輸入電壓只有實際輸入電壓的十分之一,所以在編寫程序中要編寫一段數(shù)據(jù)調整程序,其中還應注意硬件顯示電路采用了動態(tài)掃描顯示,在動態(tài)掃描顯示方式中,動態(tài)掃描的頻率有一定的要求,頻率太低,數(shù)碼管LED將會出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象,通常數(shù)碼管點亮時間間隔

8、一般均取5ms左右為宜,這就要求在編寫程序時,使其點亮并保持一定的時間。總結以上分析,程序流程圖如圖3-1,圖3-2所示。主程序 初始化，驅動A/D轉換 數(shù)碼管LED顯示 延時20ms 取 段 碼 結 束 圖3-1 主程序流程圖開 始 地 址 指 針 設 置 取 段 碼 段 碼 左 移 一 位 輸 出 一 位 段 碼 輸 出 一 個 移 位 脈 沖 取 段 碼 結束 Y 圖3-2 LED數(shù)碼顯示程序流程圖3.2 程序編譯設計 數(shù)字電壓表由主程序，定時器中斷子程序和顯示子程序等組成。在KEIL軟件中進行程序設計，如圖3-3所示 圖3-3 用KEIL軟件編譯和生成HEX文件 主程序主要包括初始化程

9、序，A/D轉換程序，數(shù)值轉換程序組成。初始化程序對顯示存儲區(qū)清零，同時設置定時器初值，工作方式和中斷允許。數(shù)值轉換程序的功能是將A/D轉換后的數(shù)字量轉換成可供顯示的十進制非壓縮BCD碼，存入30H33H中，用KEIL軟件編譯程序和生成HEX文件。四 數(shù)字電壓表的軟件設計4.1 數(shù)字電壓表的硬件電路數(shù)字電壓表的硬件電路圖由單片機最小系統(tǒng)，ADC0808數(shù)據(jù)采集電路和四位一體的共陽極顯示電路構成，如圖4-1所示。ADC0808數(shù)據(jù)采集電路的D0D7端與P1口相連，通道選擇端ADDA，ADDB，ADDC直接接地，因此該電路道固定為INO。時鐘信號CLOCK，啟動信號START，轉換結束信號EOC及輸

10、出允許信號OE分別接至P2.4P2.7端。共陽極顯示電路的位選線接至P2.0P2.3，段落接至P0口，AT89C51單片機的輸出端口不足以驅動共陽極動態(tài)顯示電路，可加三極管放大電路或74LS224，74LS373等集成芯片進行驅動。圖4-1 數(shù)字電壓表仿真圖在軟件中找到所需要的元件即可制作硬件電路圖，數(shù)字電壓表仿真電路元件清單如表4-1所示。表4-1 數(shù)字電壓表元件清單序號元件名稱規(guī)格數(shù)量151單片機AT89C51個2晶振12個3起振電容陶瓷電容個4復位電容，電解電容個5復位電容電阻個6轉換器個7電阻,若干8可調電阻個9數(shù)碼管共陽極四位一體數(shù)碼管個4.2 C51單片機和數(shù)碼管顯示電路的接口設計

11、利用單片機C51與ADC0808設計一個數(shù)字電壓表,將模擬信號05V之間的直流電壓值轉換成數(shù)字量信號0FF,以兩位數(shù)碼管顯示。Proteus軟件啟動仿真,當前輸入電壓為2.5V,轉換成數(shù)字值為7FH,用鼠標指針調節(jié)電位器RV1,可改變輸入模/數(shù)轉換器ADC0808的電壓,并通過虛擬電壓表觀察ADC0808模擬量輸入信號的電壓值,LED數(shù)碼管實時顯示相應的數(shù)值量。在Proteus軟件中設置AT89C51單片機的晶振頻率為12MHz。本電路EA接高電平,沒有擴展片外ROM。4.3 A/D轉換電路的接口設計 A/D轉換器采用集成電路ADC0808。ADC0808具有8路模擬量輸入信號IN0IN7(1

12、5腳、2628腳),地址線C、B、A(2325腳)決定哪一路模擬輸入信號進行A/D轉換,本電路將地址線C、B、A均接地,即選擇0號通道輸入模擬量電壓信號。22腳ALE為地址鎖存允許控制信號,當輸入為高電平時,對地址信號進行鎖存。6腳START為啟動控制信號,當輸入為高電平時,A/D轉換開始。本電路將ALE腳與START腳接到一起,共同由單片機的P2.0腳和WR腳通過或非門控制。7腳EOC為A/D轉換結束信號,當A/D轉換結束時,7腳輸出一個正脈沖,此信號可作為A/D轉換是否結束的檢測信號或向CPU申請中斷的信號,本電路通過一個非門連接到單片機的P3.2腳。9腳OE為A/D轉換數(shù)據(jù)輸出允許控制信

13、號,當OE腳為高電平時,允許讀取A/D轉換的數(shù)字量。該OE腳由單片機的P2.0腳和RD腳通過或非門控制。l0腳CLOCK為ADC0808的實時時鐘輸入端,利用單片機30引腳ALE的六分頻晶振頻率得到時鐘信號。數(shù)字量輸出端8個接到單片機的P0口。 量 五 數(shù)字電壓表的系統(tǒng)仿真調試畫出硬件接線圖，可省略動態(tài)掃描顯示驅動電路，但必須對源程序位選線狀態(tài)做適當調試。PROTEUS仿真電路圖如圖5-1所示，晶振電路和復位電路可省略。將KEIL軟件編譯并生成的HEX文件加載到AT89C51單片機中，運行結果如圖2.2-3所示。將“數(shù)字電壓表.HEX”文件加入PROTEUS中，進行虛擬仿真，然后雙擊AT89C

14、51單片機芯片，可以打開元件編輯對話框，選取目標代碼文件“數(shù)字電壓表.HEX”。全速啟動仿真，用鼠標單擊可調電阻兩端“+”“-”控制點，觀察LED數(shù)碼管的顯示數(shù)值。調節(jié)可調電阻的大小，數(shù)碼管的顯示值會隨之發(fā)生變化，如圖5-1a和5-1b所示。 圖5-1a圖5-1b 圖5-1 數(shù)字電壓表的仿真圖六 設計心得首先，我想說的是，在做成這個數(shù)字電壓表之后，瞬間感覺真的好有成就感。在為期兩個星期的單片機課程設計，我不僅加深了對單片機理論的理解，將理論很好地應用到實際當中去，而且我還學會了如何去培養(yǎng)我們的創(chuàng)新精神，從而不斷地戰(zhàn)勝自己，超越自己。創(chuàng)新，是要我們學會將理論很好地聯(lián)系實際，并不斷地去開動自己的大

15、腦，從為人類造福的意愿出發(fā)，做自己力所能及的，別人卻沒想到的事。使之不斷地戰(zhàn)勝別人，超越前人。同時，更重要的是，我在這一設計過程中，學會了堅持不懈，不輕易言棄。設計過程，也好比是我們人類成長的歷程，常有一些不如意，也許這就是在對我們提出了挑戰(zhàn)，勇敢過，也戰(zhàn)勝了，勝利的鐘聲也就一定會為我們而敲響。這個設計過程中，我經歷了無數(shù)次失敗，但我知道人就是要在失敗中成長，否則怎么能成才。就比如，自己對實際生活中的交通秩序的不了解給整個設計帶來的困擾，真想要就此罷休，然而，就在想要放棄的那一刻，我明白了，原來結果并不那么重要，我們更應該注重的是這一整個過程。于是，我堅持了下來。當然最終，這個設計很成功，主要

16、體現(xiàn)在，這一整個系統(tǒng)，參考多了多本資料書，程序由自己獨立完成，與用匯編語言制作定時鬧鐘控制系統(tǒng)程序相比，簡單易讀，結構清楚，層次分明。但我深知單片機還有更深奧的知識，我將繼續(xù)學習單片機及其編程語言，盡量去學習匯編語言鍛煉思維能力。還有，我感覺我們的這個專業(yè)對社會真的是太有用了，無形之中給自己打了一針安心劑，我一定會努力學習單片機的。參考文獻1 張俊謨. 單片機中級教程原理與應用M.北京:北京航天航空大學出版社，2006:67.2 何立民. 單片機高級教程應用與設計M.2版. 北京:北京航天航空大學出版社,2007:2.3 劉振忠. 數(shù)字電壓表發(fā)展概況和原理:電壓-頻率(VF)變換式積分型數(shù)字電

17、壓表J.電訊工程,1998(2):39-42.4 王幸之. 單片機應用系統(tǒng)抗干擾技術M.北京:北京航空航天大學出版社,2000.5 吳金戌,沈慶陽,郭庭吉. 單片機實踐與應用M.北京:清華大學出版社,2002.6 張志良,馬彪. 單片機原理與控制技術M.北京:機械工業(yè)出版社,2001.7 沈任元,吳勇. 常用電子元器件簡明手冊M.北京:機械工業(yè)出版社,2004.8 沙占友. 新型數(shù)字電壓表原理與應用M.北京:機械工業(yè)出版社,2006.9 謝自美. 電子線路設計實驗測試M.武漢:華中科技大學出版社,2000.10 曲娜,程鳳琴,周鵬. 基于51單片機的舵機控制信號的設計J.中國科技信息,2010

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19、x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00; unsigned char dispbuf8=10,10,10,10,10,0,0,0; unsigned char dispcount; unsigned char getdata; unsigned int temp; long int i; 代替原來的unsigned char i; sbit ST=P30; sbit OE=P31; sbit EOC=P32; sbit CLK=P33;   void main(void) ST=0; OE=0; ET0=1; ET1=1; EA=1; TMOD=0x12; TH0=216; TL0=216; TH1=(65536-5000)/256; TL1=(65536-5000)%256; TR1=1; TR0=1; ST=1; ST=0; while(