數(shù)字電壓表單片機課程設計

1、本文格式為Word版，下載可任意編輯 數(shù)字電壓表單片機課程設計 單片機技術及其應用 課程設計報告 題目：數(shù)字電壓表的設計 班級：11通信本2班 學號：1011028432 姓名：段苓苓 同組人員：鐘夢為梅韶田趙赫宇周洋 指導教師：劉少敏薛蓮 2022年06月26日 目錄 1 引言 (1) 1.1 設計意義 (1) 1.2 系統(tǒng)功能要求 (1) 2 設計內容 (1) 2.1 設計思路 (1) 2.2 主要功能 (2) 3 方案論證 (2) 3.1 程序設計 (2) 3.2 電路設計原理 (3) 3.3 軟件設計方案 (4) 3.4 硬件設計方案 (4) 4 單元電路設計 (5) 4.1 數(shù)碼管顯

2、示器 (5) 4.2 單片機的晶振電路 (6) 4.3 顯示模塊 (7) 4.4 ADC0808模數(shù)轉換芯片 (7) 8 復位電路4.5 4.6 AT89C52單片機的引腳介紹 (9) 4.7 模擬輸入電路 (10) 4.8 總電路設計 (10) 5 系統(tǒng)軟件程序的設計 (11) 5.1 主程序 (11) 11 5.2 A/D轉換子程序11 顯示子程序 5.3 11 調試及性能分析6 11 6.1 調試方法及步驟 12 實物調試數(shù)據(jù) 6.2 13 6.3 誤差分析 14 7 心得體會15 指導老師看法 . (8) 16 附錄： 數(shù)字電壓表的設計 1 引言 1.1 設計意義 我們學習的是單片機這

3、門課程，這門課程最顯著的特點就是它是一門實用技術課程，它要求我們不僅僅要把握扎實的理論基礎，更重要的是要學會如何去真真利用它為我們的電路設計服務，也只有通過課程設計這樣的動手實踐才是我們把握這門技術的最正確途徑，因此，我們開設這樣的實踐是很重要的，也是我們努力去 學習鉆研的動力。 數(shù)字電壓表是采用數(shù)字化檢測技術，把連續(xù)的模擬量（直流輸入電壓）換成不連續(xù)的、離散的數(shù)字形式并加以現(xiàn)實的儀表，戰(zhàn)勝了傳統(tǒng)模擬電壓表的讀書不便利和不準確等問題。不能滿足數(shù)字化時代的需求，采用單片機的數(shù)字電壓表，由精度高、抗干擾能力強，可擴展性強集成便利，還可以與PC進行實時通信。目前，由各種單片A/D轉換器構成的數(shù)字電壓

4、表，已廣泛應用于電子電工測量、工業(yè)自動化儀表、自動測試系統(tǒng)等智能化測量領域，呈現(xiàn)了強大的生命力。與此同時，由數(shù)字電壓表擴展而成的各種通用及專用數(shù)字化儀器，也把電量及非電量測量技術提高到了嶄新的水平，因此，通過這次課程設計能讓我們了解這些知識，為以后研究相關技術打下堅實的基礎。 1.2 系統(tǒng)功能要求 采用51系列單片機和ADC設計一個數(shù)字電壓表，測量05V范圍內的8路輸入電壓值，并在4位LED數(shù)碼管上輪番顯示或單路選擇顯示，要求顯示兩位小數(shù)。 2 設計內容 2.1 設計思路 （1）根據(jù)設計要求，選擇AT89C51單片機為核心操縱器件。 （2）A/D轉換采用ADC0808實現(xiàn)，與單片機的接口為P1

5、口和P2口的高四位引腳。 （3）電壓顯示采用4位一體的LED數(shù)碼管。 （4）LED數(shù)碼的段碼輸入,由并行端口P0產(chǎn)生：位碼輸入，用并行端口P2低四位產(chǎn)生。 1 2.2 主要功能 （1）以MCS-51系列單片機為核心器件，組成一個簡單的直流數(shù)字電壓表 （2）1路模擬量輸入，能夠測量0-5V之間的直流電壓值。 （3）電壓顯示用4位一體的LED數(shù)碼管顯示，至少能夠顯示兩位小數(shù)。 3 方案論證 3.1 程序設計 為了在C語言源程序中直接編寫中斷服務函數(shù)的需要，KeilCx51編譯器對函數(shù)的定義進行了擴展，增加了一個擴展關鍵字interrupt，它是函數(shù)定義是的一個選項，加上這個選項即可以將一個函數(shù)定義

6、成中斷服務函數(shù)。定義中斷服務函數(shù)的一般形式為： 函數(shù)類型函數(shù)名（形式參數(shù)表） interrupt n using n 由于ADC0809的CLOCK的時鐘頻率不高于640KHZ，在這利用定時器T0的中斷產(chǎn)生時鐘頻率，則可設置為： void t0(void) interrupt 1 using 0 ADC0809的時序圖如下： 圖3-1 ADC0808的時序圖 由時序圖可知，只有在轉換期間，EOC處于低電平，因此在AD轉換開始前EOC 置為低電平，START在上升沿期間將芯片內的所有寄放器清零，在下降沿降臨時 開始轉換，由于所用的時鐘為100KHz，對比的緩慢不需要再延時，在此等待轉換終止，終止

7、后將其數(shù)字量輸出。 2 根據(jù)上述分析及原理，可設計程序流程圖如下： 圖3-2 程序流程圖 3.2 電路設計原理 模擬電壓經(jīng)過檔位切換到不同的分壓電路篩減后，經(jīng)隔離干擾送到A/D轉換器進行A/D轉換。然后送到單片機中進行數(shù)據(jù)處理。處理后的數(shù)據(jù)送到LED中顯示。同時通過串行通訊與上位通信。硬件電路及軟件程序。而硬件電路又大體可分為A/D轉換電路、LED顯示電路，各部分電路的設計及原理將會在硬件電路設計部分細致介紹；程序的設計使用匯編語言編程，利用Keil和PROTEUS 軟件對其編譯和仿真。 一般I/O接口芯片的驅動能力是很有限的，在LED顯示器接口電路中，輸出口所能提供的驅動電流一般是不夠的特別

8、是設計中需要用到多位LED，此時就需要增加LED驅動電路。驅動電路有多種，常用的是TTL或MOS集成電路驅動器，在本設計中采用了74LS244驅動電路。 本試驗采用AT89C51單片機芯片協(xié)同ADC0809模/數(shù)轉換芯片構成一個簡易的數(shù)字電壓表，原理電路如圖1所示。該電路通過ADC0809芯片采樣輸入口IN0輸入的05 V的模擬量電壓，經(jīng)過模/數(shù)轉換后，產(chǎn)生相應的數(shù)字量經(jīng)過其輸出通道D0D7傳送給AT89C51芯片的P0口。AT89C51負責把接收到的數(shù)字量經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，產(chǎn)生正確的7段數(shù)碼管的顯示段碼，并通過其P1口傳送給數(shù)碼管。同時它還通過其三位I/O口P1.0、P1.1、P1.2、P1.3

9、產(chǎn)生位選信號，操縱數(shù)碼3 管的亮滅。另外，AT89C51還操縱著ADC0809的工作。其ALE管腳為ADC0809提供了1MHz工作的時鐘脈沖；P2.4操縱ADC0809的地址鎖存端(ALE)；P2.1操縱ADC0809的啟動端(START)；P2.3操縱ADC0809的輸出允許端(OE)；P2.0操縱ADC0808的轉換終止信號(EOC)。 3.3 軟件設計方案 系統(tǒng)剛上電時，初始化程序主要執(zhí)行70H-77H內存單元清0和P2口置0等準備工作。在剛上電時，系統(tǒng)默認為循環(huán)顯示8個通道的電壓值狀態(tài)。當進行一次測量后，將顯示每一通道的A/D轉換值，每個通道的數(shù)據(jù)顯示時間在1S左右。主程序在調用顯示

10、子程序與測試子程序之間循環(huán)。 圖3-3 A/D 轉換測試子程序流程圖 A/D轉換測量子程序用來操縱對ADC0809的8路模擬輸入電壓的A/D轉換，并將對應的數(shù)值移入70H77H內存單元。 3.4 硬件設計方案 3.4.1 主控芯片 選用單片機AT89C52和A/D轉換芯片ADC0809實現(xiàn)電壓的轉換和操縱，用四位數(shù)碼管顯示出結果的轉換電壓結果。缺點是價格稍貴；優(yōu)點是轉換京都高，且轉換的過程和操縱、顯示部分可以操縱。 4 3.4.2 顯示部分 基于課程設計的要求和試驗室所能提供的儀器，選用一個四聯(lián)的共陰極數(shù)碼管，外加四個三極管驅動。這個電路幾乎沒有缺點；優(yōu)點是便于操縱，價格低廉，焊接簡單。 圖3

11、-4 數(shù)字電壓表系統(tǒng)設計方框圖 4 單元電路設計 4.1 數(shù)碼管顯示器 數(shù)碼管的驅動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。 數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃慜戩挬搬攬昬本搬屰的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通操縱電路，位選通由各自獨立的I/O線操縱，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到一致的字形碼，但到底是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的操縱，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通操縱開啟，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。在輪番顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間為12

12、ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。 5 圖4-1 共陰極數(shù)碼管及其接口電路 4.2 單片機的晶振電路 晶振是晶體振蕩器的簡稱，在電氣上它可以等效成一個電容和一個電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個電容的二端網(wǎng)絡，電工學上這個網(wǎng)絡有兩個諧振點，以頻率的高低分其中較低的頻率是串聯(lián)諧振，較高的頻率是并聯(lián)諧振。由于晶體自身的特性致使這兩個頻率的距離相當?shù)慕咏?，在這個極窄的頻率范圍內，晶振等效為一個電感，所以只要晶振的兩端并聯(lián)上

13、適合的電容它就會組成并聯(lián)諧振電路。這個并聯(lián)諧振電路加到一個負反饋電路中就可以構成正弦波振蕩電路，由于晶振等效為電感的頻率范圍很窄，所以即使其他元件的參數(shù)變化很大，這個振蕩器的頻率也不會有很 大的變化。晶振有一個重要的參數(shù)，那就是負載電容值，選擇與負載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以得到晶振標稱的諧振頻率。一般的晶振振蕩電路都是在一個反相放大器（注意是放大器不是反相器）的兩端接入晶振，再有兩個電容分別接到晶振的兩端，每個電容的另一端再接到地，這兩個電容串聯(lián)的容量值就應當?shù)扔谪撦d電容，請注意一般IC的引腳都有等效輸入電容，這個不能忽視。本設計采用12MHz晶振，并聯(lián)兩個30pF電容構成晶振電路。 圖4-2 單片機晶振電路 6 4.3 顯示模塊 該模塊為數(shù)字電壓表的顯示模塊，主要由4位7端共陽LED數(shù)碼管和PNP三極管構成的選通電路構成。其中，我們需注意共陽數(shù)碼管的數(shù)字0-9的編碼，另外，每個位選管要與程序對應。位選是通過單片機P3.0-P3.3口操縱三極管的基極從 而操縱每位數(shù)碼管的選通。