單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

摘要設(shè)計(jì)任務(wù)數(shù)字電壓表的總體方案設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)3.2芯片選擇3.3ADC0809的主要性能指標(biāo)硬件電路設(shè)計(jì)AT89S52單片機(jī)最小系統(tǒng)ADC0809與AT89S52單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì)4.3顯示電路與AT89S52單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)5.1主程序流程圖ADC0809電壓采集程序框圖5.3顯示程序框圖調(diào)試與測試結(jié)果分析6.1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)連線圖6.2程序調(diào)試6.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析實(shí)驗(yàn)心得摘要數(shù)字電壓表的基本工作原理是利用A/D轉(zhuǎn)換電路將待測的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過相應(yīng)換算后將測試結(jié)果以數(shù)字形式顯示出來的一種電壓表。較之于一般的模擬電壓表，數(shù)字電壓表具有精度高、測量準(zhǔn)確、讀數(shù)直觀、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。電壓表的數(shù)字化測量，關(guān)鍵在于如何把隨時(shí)連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，完成這種轉(zhuǎn)換的電路叫模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）。數(shù)字電壓表的核心部件就是A/D轉(zhuǎn)換器，由于各種不同的A/D轉(zhuǎn)換原理構(gòu)成了各種不同類型的DVM。一般說來，A/D轉(zhuǎn)換的方式可分為兩類：積分式和逐次逼近式。積分式A/D轉(zhuǎn)換器是先用積分器將輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換成時(shí)間或頻率，再將其數(shù)字化。根據(jù)轉(zhuǎn)化的中間量不同，它又分為U-T（電壓-時(shí)間）式和U-F（電壓-頻率）式兩種。逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器分為比較式和斜坡電壓式，根據(jù)不同的工作原理，比較式又分為逐次比較式及零平衡式等。斜坡電壓式又分為線性斜坡式和階梯斜坡式兩種。在高精度數(shù)字電壓表中，常采用由積分式和比較式相結(jié)合起來的復(fù)合式A/D轉(zhuǎn)換器。本設(shè)計(jì)以AT89S52單片機(jī)為核心，以逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809、7段數(shù)碼管為主體，構(gòu)造了一款簡易的數(shù)字電壓表，能夠測量1路0?5V直流電壓，最小分辨率0.019V。設(shè)計(jì)任務(wù)采用ADC0809和AT89S52單片機(jī)及顯示電路完成0?5V直流電壓的檢測和實(shí)時(shí)顯示。數(shù)字電壓表的總體方案設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)3.2芯片選擇本設(shè)計(jì)以AT89S52為核心，ADC0809和七段數(shù)碼管為主體構(gòu)造的一款簡易數(shù)字電壓表，芯片選擇如下：AT89S52單片機(jī) 一片ADC08098位并行A/D轉(zhuǎn)換器一片LM016數(shù)碼顯示管 一個(gè)74LS2458路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器 三片74LS240數(shù)據(jù)鎖存器 一片74LS373D鎖存器 一片393分頻器 一個(gè)3.3ADC0809的主要性能指標(biāo)(見課本第246頁)1.分辨率分辨率是指A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)數(shù)字輸入量變化的敏感程度的度量，它是A/D轉(zhuǎn)換器所能分辨的最小的輸入量，通常用數(shù)字量的位數(shù)來表示，如8位、12位等。假設(shè)輸入信號(hào)的滿量程電壓為VFS，那么分辨率為N位的A/D轉(zhuǎn)換器，它可以分辨出最小電壓量是VFS/(2"n—1).這表明低于此值對(duì)應(yīng)的數(shù)字量，轉(zhuǎn)換器將不能進(jìn)行分辨，這個(gè)值又稱為最低有效位LSB。由此可見，位數(shù)越多，分辨率越高。2.轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度反映了D/A轉(zhuǎn)換器的精確程度。它與A/D轉(zhuǎn)換器芯片結(jié)構(gòu)、外部電路配置、電源等因素有關(guān)。若誤差過大，則A/D轉(zhuǎn)換就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。轉(zhuǎn)換精度又分為絕對(duì)轉(zhuǎn)換精度和相對(duì)轉(zhuǎn)換精度。絕對(duì)轉(zhuǎn)換精度是以理想狀態(tài)為參照，即A/D轉(zhuǎn)換器的實(shí)際輸出值與理論的理想值之間的差值，一般應(yīng)低于1/2LSB。相對(duì)轉(zhuǎn)換精度是對(duì)實(shí)際輸出電壓接近理想狀態(tài)程度的描述,是指在滿量程已校準(zhǔn)的情況下,絕對(duì)轉(zhuǎn)換精度相對(duì)于滿刻度(FS)的百分比，或者用最低有效位的幾分之幾的形式來表示。建立時(shí)間A/D轉(zhuǎn)換器的建立時(shí)間，也稱轉(zhuǎn)換時(shí)間，是對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度快慢的敏感性能描述指標(biāo)，即當(dāng)輸入數(shù)據(jù)發(fā)生變化后，輸出模擬量達(dá)到穩(wěn)定數(shù)值，也即進(jìn)入規(guī)定的精度范圍內(nèi)所需要的時(shí)間。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間必須不大于數(shù)字量的輸入信號(hào)發(fā)生變化的周期。電流型的A/D轉(zhuǎn)換較快，電壓型的A/D轉(zhuǎn)換器響應(yīng)時(shí)間較慢。溫度系數(shù)溫度系數(shù)是D/A轉(zhuǎn)換器受環(huán)境溫度影響的特征。通常情況下，A/D轉(zhuǎn)換器的各項(xiàng)性能指標(biāo)一般在環(huán)境溫度為25C下測定，當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，會(huì)對(duì)A/D轉(zhuǎn)換精度產(chǎn)生影響。

非線性誤差非線性誤差也稱為線性度，它是指實(shí)際轉(zhuǎn)換特性曲線與理想轉(zhuǎn)換特性曲線之間的最大偏差。一般要求非線性誤差的絕對(duì)值不大于1/2LSB。非線性誤差越小，說明線性度越好，硬件電路設(shè)計(jì)4.1AT89S52單片機(jī)最小系統(tǒng)YCC匚二，片內(nèi)[、片:外~11.11.532REEET棉EliU274E52452蟲6gPl.0Pl.7P3.5P3.41514RSTVTFLFLO929-1918EHIEoYCC匚二，片內(nèi)[、片:外~11.11.532REEET棉EliU274E52452蟲6gPl.0Pl.7P3.5P3.41514RSTVTFLFLO929-1918EHIEo124567-I1:11:11:11:11:11:1I-口PPPPPPPPo12456722222222PPPPPPPPT-TO.1^-245671A1x1x1A1A1A1A1APPPPPPPPP12VIrrlrr1oA..12IITTE1rJL1rJL123z5E.78TKDATVirDAO B0Al B1A2 B2A3 B3A4 B4A5 B5Ab B6A7 B7noQOinQIH2Q2n3Q3H4Q4nsQ5ne.Q6H7Q7LEOE1817IE.151413乓ITADC0809與AT89S52單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì)MjnIHO.2C—IN3*IN4*IN5*IWE*hit*IJ[-Omsb2-12-2IN-12-32-4a_eMjnIHO.2C—IN3*IN4*IN5*IWE*hit*IJ[-Omsb2-12-2IN-12-32-4a_eIIT-2￡J26IH-32-7IN-4Isb2-8EOCIN-5AID-AIH-6AUD-0AID-CIN7ALEEffABLESTARTCLOCKU16ADC0809mj8MHZ?393T221JK6JK1TD7FF80H4.3顯示電路與AT89S52單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì)V^74LS245外樓JKV^p74LS245瓠牌口74LS^02**4PAOn1長日口1T—1**1AO-O-AO-O-O-CV^74LS245外樓JKV^p74LS245瓠牌口74LS^02**4PAOn1長日口1T—1**1AO-O-AO-O-O-C軟件設(shè)計(jì)5.1主程序流程圖ADC0809電壓采集程序框圖5.3顯示程序框圖調(diào)試與測試結(jié)果分析6.1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)連線圖6.2程序調(diào)試6.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析仿真測試表明，系統(tǒng)性能良好。實(shí)際調(diào)試時(shí)，測量讀數(shù)穩(wěn)定易讀、更新速度合理，隨著調(diào)節(jié)電位器數(shù)字電壓表能隨時(shí)顯示測量電壓。直流電壓測量范圍為0?4.980V,最小分辨率為0.0196V(5/255),滿足任務(wù)書指標(biāo)要求。但是，該系統(tǒng)也存在一定程度的不足，相關(guān)分析如下:⑴輸入電壓易發(fā)生干擾不穩(wěn)定，且驅(qū)動(dòng)能力可能存在不足，需在被測信號(hào)的輸入端加上一部分驅(qū)動(dòng)電路，比如將量程轉(zhuǎn)換電路改成帶放大能力的自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換電路，將幅值較小的信號(hào)經(jīng)適當(dāng)放大后再測量，可顯著提高精度；輸出量可用平均值算法來改善，使測量準(zhǔn)確度更高。若能將測量的電壓值實(shí)時(shí)保存，使用時(shí)將更方便。ADC0809可實(shí)現(xiàn)對(duì)8個(gè)通道的輸入信號(hào)輪流轉(zhuǎn)換，本設(shè)計(jì)僅僅使用了其中一個(gè)通道，造成了較大的資源浪費(fèi)。若能對(duì)電路稍加改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多路信號(hào)的輪流測量并自動(dòng)保存相應(yīng)結(jié)果，其應(yīng)用價(jià)值將會(huì)更大。由于ADC0809為8位處理器，當(dāng)輸入電壓為5.00V時(shí)，輸出數(shù)據(jù)值為255(FFH)，因此單片機(jī)最大的數(shù)值分辨率為0.0196V(5/255)0這就決定了該電壓表的最大分辨率(精度)只能達(dá)到0.0196Vo測試時(shí)電壓數(shù)值的變化一般以0.02的電壓幅度變化，如要獲得更高的精度要求，應(yīng)采用12位、13位的A/D轉(zhuǎn)換器。簡易電壓表測得的值基本上均比標(biāo)準(zhǔn)值偏大0.01?0.02V。這可以通過校正0809的基準(zhǔn)電壓來解決，因?yàn)樵撾妷罕碓O(shè)計(jì)時(shí)直接用7805的供電電源作為基準(zhǔn)電壓，電壓可能有偏差。另外可以用軟件編程來校正測量值。//ADC0809的IN0接電壓輸出，CLOCK端口接8MHz的時(shí)鐘信號(hào)，//I/O接口FF80H通過或非門單元74LS02控制ADC0809的啟動(dòng)// //#include<reg52.h>#include<intrins.h>#include<absacc.h>#include<math.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintuinta,b;ucharge,shifen,baifen,qianfen;doublesum;ucharzhengshu; 〃定義整數(shù)變量uintxiaoshu;ucharxdatawei_at_0xff20;//Paporton8255ucharxdataduan_at_0xff21;//Pbporton8255ucharxdatactrl_at_0xff23;//controlporton8255ucharxdataabc_at_0xff80;unsignedchardata1;ucharcodetable[]=(0xc0,/*0*/0xf9,/*1*/0xa4,/*2*/0xb0,/*3*/0x99,/*4*/0x92,/*5*/0x82,/*6*/0xf8,/*7*/0x80,/*8*/0x90,/*9*/0x7f, };//定義數(shù)碼管顯示數(shù)值voiddelayms(unsignedcharms)//延時(shí)毫秒@12M,ms最大值255精確度高(uchari;while(--ms!=0)for(i=0;i<50;i++); }voidchangs(){sum=data1*(5.00/256);zhengshu=(unsignedint)sum;//3xiaoshu=(sum-zhengshu)*1000;ge=zhengshu;shifen=xiaoshu/100;//十分位baifen=xiaoshu/10%10;//百分位qianfen=xiaoshu%10;//千分位wei=0xdf;//11111110duan=table[ge];delayms(10);wei=0xef;duan=table[10];delayms(10);wei=0xf7;//11111101duan=table[shifen];delayms(10);wei=0xfb;//11111011duan=table[baifen];delayms(10);//11