智能數(shù)字電壓表設(shè)計實驗報告

PAGEPAGE9實驗一智能數(shù)字電壓表設(shè)計一、實驗?zāi)康模?、掌握ADC0809芯片的性能和典型應(yīng)用及對應(yīng)的硬件電路。2、掌握A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的過程與基本原理。3、掌握了解A/D轉(zhuǎn)換軟件的不同控制方式。4、掌握VB軟件的基本使用方法以及其使用的編程語言。二、實驗內(nèi)容：1、運用單片機編寫程序，實現(xiàn)ADC0809的時序控制。2、運用VB編寫一個上位機顯示界面。3、實現(xiàn)對ADC0809器件的通道0上外接的可調(diào)電阻的模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，通過所編寫的VB界面顯示出來。4、根據(jù)題目要求，設(shè)計電路，并進行實際硬件安裝與調(diào)試。三、實驗原理與設(shè)計（一）硬件部分1、ADC0809工作原理ADC0809是CMOS器件，不僅包括一個8位的逐次逼近型的ADC部分，而且還提供一個8通道的模擬多路開關(guān)和通道尋址邏輯，因而把它作為簡單的“數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”。利用它可直接輸入8個單端的模擬信號分時進行A/D轉(zhuǎn)換，常運用于多點巡回檢測和過程控制、運動控制中。1)主要技術(shù)指標和特性（1）分辨率：8位。（2）總的不可調(diào)誤差：ADC0808為±1/2LSB,ADC0809為±1LSB。（3）轉(zhuǎn)換時間取決于芯片時鐘頻率，如CLK=500kHz時，TCONV=128μs。（4）單一電源：+5V。（5）模擬輸入電壓范圍：單極性0～5V，雙極性±5V、±10V(需外加一定電路)。（6）具有可控三態(tài)輸出緩存器。（7）啟動轉(zhuǎn)換控制為脈沖式(正脈沖)，上升沿使所有內(nèi)部寄存器清零，下降沿使A/D轉(zhuǎn)換開始。（8）使用時不需進行零點和滿刻度調(diào)節(jié)。2)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部引腳介紹ADC0808/0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示以及各引腳定義分述如下：圖1ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖（1）IN0～IN7——8路模擬輸入，通過3根地址譯碼線ADDA、ADDB、ADDC來選通一路。通道選擇表如下：通道選擇IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7ADDAADDBADDC000001010011100101110111表1地址信號與選中通道關(guān)系表（2）D7～D0——A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)輸出端，為三態(tài)可控輸出，故可直接和微處理器數(shù)據(jù)線連接。8位排列順序是D7為最高位，D0為最低位。（3）ADDA、ADDB、ADDC——模擬通道選擇地址信號，ADDA為低位，ADDC為高位。地址信號與選中通道對應(yīng)關(guān)系如表11.3所示。（4）VR(+)、VR(-)——正、負參考電壓輸入端，用于提供片內(nèi)DAC電阻網(wǎng)絡(luò)的基準電壓。在單極性輸入時，VR(+)=5V，VR(-)=0V；雙極性輸入時，VR(+)、VR(-)分別接正、負極性的參考電壓。（5）ALE——地址鎖存允許信號，高電平有效。當此信號有效時，A、B、C三位地址信號被鎖存，譯碼選通對應(yīng)模擬通道。在使用時，該信號常和START信號連在一起，以便同時鎖存通道地址和啟動A/D轉(zhuǎn)換。（6）START——A/D轉(zhuǎn)換啟動信號，正脈沖有效。加于該端的脈沖的上升沿使逐次逼近寄存器清零，下降沿開始A/D轉(zhuǎn)換。如正在進行轉(zhuǎn)換時又接到新的啟動脈沖，則原來的轉(zhuǎn)換進程被中止，重新從頭開始轉(zhuǎn)換。（7）EOC——轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，高電平有效。該信號在A/D轉(zhuǎn)換過程中為低電平，其余時間為高電平。該信號可作為被CPU查詢的狀態(tài)信號，也可作為對CPU的中斷請求信號。在需要對某個模擬量不斷采樣、轉(zhuǎn)換的情況下，EOC也可作為啟動信號反饋接到START端，但在剛加電時需由外電路第一次啟動。（8）OE——輸出允許信號，高電平有效。當微處理器送出該信號時，ADC0808/0809的輸出三態(tài)門被打開，使轉(zhuǎn)換結(jié)果通過數(shù)據(jù)總線被讀走。在中斷工作方式下，該信號往往是CPU發(fā)出的中斷請求響應(yīng)信號。3)工作時序與使用說明ADC0809的工作時序如圖2所示。當通道選擇地址有效時，ALE信號一出現(xiàn)，地址便馬上被鎖存，這時轉(zhuǎn)換啟動信號緊隨ALE之后(或與ALE同時)出現(xiàn)。START的上升沿將逐次逼近寄存器SAR復位，在該上升沿之后的2μs加8個時鐘周期內(nèi)(不定)，EOC信號將變低電平，以指示轉(zhuǎn)換操作正在進行中，直到轉(zhuǎn)換完成后EOC再變高電平。微處理器收到變?yōu)楦唠娖降腅OC信號后，便立即送出OE信號，打開三態(tài)門，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。圖2ADC0809工作時序2、下位機電路設(shè)計1）設(shè)計思路（1）由于選用通道IN0，ADDA、ADDB、ADDC應(yīng)為000，所以ADDA、ADDB、ADDC三個引腳分別接地。（2）通道IN0外接一個1K的滑動變阻器，使其兩端電壓可在0~5V之間變動。（3）ADC0809輸出允許信號OE接單片機串行中斷引腳P3.3，當0809轉(zhuǎn)換結(jié)束，輸出允許，進入串行中斷，CPU讀取SBUF中內(nèi)容，開始內(nèi)部轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)以便顯示。（4）單片機引腳P3.7、P3.6分別接一個外部開關(guān)按鈕，當按鈕為“開”時，單片機接收轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)以及發(fā)送顯示，當按鈕為“關(guān)”時，單片機不進行轉(zhuǎn)換工作。（5）運用單片機定時器0，給ADC0809一個它工作轉(zhuǎn)換需要的一個時鐘，所以ADC0809clock引腳接單片機定時器0 P3.4腳。（6）VREF（＋），VREF（－）分別接電源與地，作為為參考電壓輸入。圖3下位機電路設(shè)計圖（二）軟件部分1、下位機程序編寫與分析下位機的程序主要作用是對AD0809進行時序控制，以及對0809轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)進行數(shù)值字符轉(zhuǎn)換，并且發(fā)送到上位機進行顯示。開始工作時，程序檢查上位機是否啟動開始按鈕，當按鍵為開始時，接著判斷是否有工作命令發(fā)出，有的話接受A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果，并把轉(zhuǎn)換好的數(shù)字信號，轉(zhuǎn)換為字符，當接收到上位機的命令，發(fā)送到上位機進行顯示。具體程序分析見附件。以下是下位機程序流程圖：檢查鍵盤輸入檢查鍵盤輸入初始化工作命令判斷A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字字符轉(zhuǎn)換發(fā)送命令判斷結(jié)束發(fā)送數(shù)據(jù)開始是是否圖4下位機程序流程圖2、上位機界面設(shè)置及程序編寫上位機界面包括：1、顯示窗口，用于顯示測量數(shù)據(jù)。2、串口選擇下拉菜單，用于串口選擇。3、按鈕，串口打開即串口連接按鈕、開始測量按鈕、停止測量按鈕，退出按鈕。4、上位機程序，以及程序說明：PrivateSubCommand1_Click()'開始OnErrorGoToerraMSComm1.Output="1"'發(fā)送工作指令Timer1.Enabled=True'開定時器ExitSuberra:IfErr.Number=8018Then'出錯處理MsgBox"請選擇發(fā)送串口"EndIfEndSubPrivateSubCommand3_Click()'打開串口OnErrorGoToerraIfMSComm1.PortOpen=TrueThenMSComm1.PortOpen=Falsep=Val(Combo1.ListIndex)MSComm1.CommPort=1+p'串口選擇MSComm1.PortOpen=TrueMsgBox"串口成功打開"ExitSuberra:IfErr.Number=8002Then'出錯處理MsgBox"沒有這個串口，重新選擇"EndIfIfErr.Number=8005ThenMsgBox"該串口已使用，重新選擇"EndIfEndSubPrivateSubCommand4_Click()'停止OnErrorGoToerraMSComm1.Output="0"'發(fā)送停止指令Timer1.Enabled=False'關(guān)定時器ExitSuberra:IfErr.Number=8018Then'出錯處理MsgBox"請選擇發(fā)送串口"EndIfEndSubPrivateSubCommand5_Click()'退出程序OnErrorGoToerraMSComm1.Output="0"'發(fā)送停止測量指令Timer1.Enabled=False'關(guān)定時器EndExitSuberra:IfErr.Number=8018Then'出錯處理EndEndIfEndSubPrivateSubForm_Load()Timer1.Interval=150'定時器初始值--150msTimer1.Enabled=False'關(guān)定時器EndSubPrivateSubTimer1_Timer()'定時工作MSComm1.Output="2"'向下位機發(fā)送數(shù)據(jù)指指令Text2.Text=Trim(MSComm1.Input)'刷新上位機顯示EndSub總結(jié)：通過這次智能數(shù)字電壓表的設(shè)計，使我們得到了一次專業(yè)知識、專業(yè)技能分析和解決現(xiàn)實問題的能力提升。本次實驗不管是硬件還是軟件的設(shè)計，都讓我們進一步理解了模數(shù)轉(zhuǎn)換的工作原理以及單片機的編程，使我們在實驗的應(yīng)用學習中，以及在用單片機編程設(shè)計思路技巧的掌握方面都能向前邁了一大步，課程設(shè)計讓我們把以前學習到的知識得到鞏固和進一步的提高認識，對這些上課所學的知識通過實驗，使我們鞏固并深化的認識和理解，使理論得以升華。在設(shè)計實驗的時候我們參考了很多資料，通過此次實驗，我們都有了很大的收獲，同時也使我們獲得了許多經(jīng)驗和教訓：（1）這次的硬件電路圖雖不是很復雜，但是選擇哪個設(shè)計方案比較合適，我們小組也做了討論。通過查找資料以及小組討論，最終確定了這個方案。通過討論使得我們對過去不太明白的知識點得到鞏固。（2）在軟件用C言語實現(xiàn)時，因為有很多種實現(xiàn)方案，我們都試著去如何使設(shè)計編程具有更好的簡潔性、可行性，最后在小組討論和嘗試下最后完成了的設(shè)計并且功能得到了較好的實現(xiàn)效果。（3）在做上位機界面時，在使用VC，還是VB進行編寫，有過考慮，由于以前VB軟件之前有學習過，所以小組討論使用熟悉的VB軟件進行編寫，盡量簡化界面程序也可達到預先要求。本次實驗是小組完成，不但加強了專業(yè)知識的學習，還提高了同學之間團結(jié)協(xié)作精神。附件：下位機程序#include<reg51.h>//****ADC0809定義**********************************sbitstart=P3^2;sbitk=P3^4;voidclock();//提供ADC0809脈沖--69個unsignedcharADC0809();//****全局定義************************************sbitStop=P3^6; //手動操作--“停止”sbitBegin=P3^7; //手動操作--“開始”unsignedcharInstruct=0;//指令接收bitSendData=0; //發(fā)送標志unsignedchari=0;V[5]={48,46,48,48,86};//"0.00V"unsignedintVOL=0; //電壓數(shù)值//**************************************************voidmain(void){ SCON=0x50;//REN=1允許串行接受狀態(tài)，串口工作模式1 TMOD=0x20;//定時器工作方式2 PCON|=0x80;//波特率9600、數(shù)據(jù)位8、停止位1。效驗位無(11.0592) TH1=-6; TL1=-6; TR1=1; ES=1; //開串口中斷 EA=1; //開總中斷 while(1) { if(Stop==0)Instruct=48; //停止測量及發(fā)送 if(Begin==0)Instruct=49; //測量及發(fā)送數(shù)據(jù) if(Instruct==49) //9-10ms { i=10; //采樣10次均值 while(i--) VOL+=ADC0809(); VOL=VOL/10; P1=VOL; VOL=(VOL*49)/25; V[0]=(VOL/100)+48; //發(fā)送處理--數(shù)值字符轉(zhuǎn)換 V[2]=(VOL%100/10)+48; V[3]=(VOL%10)+48; if(SendData==1) //6-7ms { SBUF=32; //SUBF接受發(fā)送緩沖器--空格 while(TI==0); TI=0; for(i=0;i<5;i++) { SBUF=V[i]; while(TI==0); TI=0; } SendData=0; } VOL=0; } }}void