基于AT89C52單片機的簡易數(shù)字電壓表課程設(shè)計

1、目錄緒論1第1章 系統(tǒng)總體方案選擇與說明21.1 項目分析及其設(shè)計21.1.1 通道轉(zhuǎn)換方案設(shè)計21.1.2 顯示部分方案設(shè)計3第2章 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)與工作原理32.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖32.2 工作原理4第3章 硬件設(shè)計說明及計算方法43.1 單片機的選擇及時鐘電路43.2 led顯示電路設(shè)計與器件選擇53.3 a/d轉(zhuǎn)換模塊及轉(zhuǎn)化電路設(shè)計7第4章 軟件設(shè)計與說明84.1 數(shù)字電壓表系統(tǒng)軟件設(shè)計方案確定84.2 數(shù)字電壓表應(yīng)用程序設(shè)計11第5章 調(diào)試結(jié)果及其說明115.1 調(diào)試結(jié)果及其說明11總結(jié)12參考文獻14附錄a 系統(tǒng)原理圖15附錄b 系統(tǒng)源程序16緒論 數(shù)字電壓表的誕生打破了傳統(tǒng)電子測量儀

2、器的模式和格局。它顯示清晰直觀、讀數(shù)準(zhǔn)確，采用了先進的數(shù)顯技術(shù)，大大地減少了因人為因素所造成的測量誤差事件。數(shù)字電壓表是把連續(xù)的模擬量（直流輸入電壓）轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式，并加以顯示的儀表。數(shù)字電壓表把電子技術(shù)、計算技術(shù)、自動化技術(shù)的成果與精密電測量技術(shù)密切的結(jié)合在一起，成為儀器、儀表領(lǐng)域中獨立而完整的一個分支，數(shù)字電壓表標(biāo)志著電子儀器領(lǐng)域的一場革命，也開創(chuàng)了現(xiàn)代電子測量技術(shù)的先河。本設(shè)計采用了以單片機為開發(fā)平臺，控制系采用at89c52單片機，a/d轉(zhuǎn)換采用adc0809。系統(tǒng)除能確保實現(xiàn)要求的功能外，還可以方便進行8路其它a/d轉(zhuǎn)換量的測量、遠程測量結(jié)果傳送等擴展功能。簡易數(shù)字電壓

3、測量電路由a/d轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、顯示控制等組成。關(guān)鍵詞: 單片機 at89c52 a/d轉(zhuǎn)換 adc0809 數(shù)據(jù)處理模擬式電壓表具有電路簡單、成本低、測量方便等特點，但測量精度較差，特別是受表頭精度的限制，即使采用0.5級的高靈敏度表頭，讀測時的分辨力也只能達到半格。再者，模擬式電壓表的輸入阻抗不高，測高內(nèi)阻源時精度明顯下降。數(shù)字電壓表作為數(shù)字技術(shù)的成功應(yīng)用，發(fā)展相當(dāng)快。數(shù)字電壓表（digital voit me-ter，dvm），以其功能齊全、精度高、靈敏度高、顯示直觀等突出優(yōu)點深受用戶歡迎。特別是以a/d轉(zhuǎn)換器為代表的集成電路為支柱，使dvm向著多功能化、小型化、智能化方向發(fā)展。dvm應(yīng)

4、用單片機控制，組成智能儀表；與計算機接口，組成自動測試系統(tǒng)。目前，dvm多組成多功能式的，因此又稱數(shù)字多用表（digital multi meter，dmm）。dvm是將模擬電壓變換為數(shù)字顯示的測量儀器，這就要求將模擬量變成數(shù)字量。這實質(zhì)上是個量化過程，即將連續(xù)的無窮多個模擬量用有限個數(shù)字表示的過程，完成這種變換的核心部件是a/d轉(zhuǎn)換器，最后用電子計數(shù)器計數(shù)顯示，因此dvm的基本組成是a/d轉(zhuǎn)換器和電子計數(shù)器。dvm最基本功能是測直流電壓，考慮到儀器的多功能化，可將其他物理量，如電阻、電容、交流電壓、電流等，都變成直流電壓，因此，還應(yīng)有一個測量功能選擇變換器，它包含在輸入電路中。dvm對直流電

5、壓直接測量時的測量精度最高，其他物理量在變換成直流電壓時，受功能選擇變換器精度的限制，測量精度有所下降。第1章 系統(tǒng)總體方案選擇與說明實現(xiàn)數(shù)字電壓表的方案很多，目前廣泛采用的時基于74系列邏輯器件，本設(shè)計將介紹基于單片機實現(xiàn)的方案。1.1 項目分析及其設(shè)計方案設(shè)計此設(shè)計包含兩個模塊，通道轉(zhuǎn)換和顯示部分方案。1.1.1 通道轉(zhuǎn)換方案設(shè)計方案一：考慮到adc0808的8路模擬量輸入本質(zhì)上也是模擬開關(guān)，因此可以利用其8個模擬通道中的3個作為通道轉(zhuǎn)換器，即根據(jù)通道對應(yīng)的電壓測量范圍確定對應(yīng)的電壓方法倍數(shù)設(shè)計對應(yīng)的放大電路。方案二：利用手動開關(guān)實現(xiàn)通道轉(zhuǎn)換。該方案可簡化控制程序，消減系統(tǒng)開銷?？s短反應(yīng)時

6、間，不足之處在于操作麻煩。綜上所述：方案二所需元件少、成本低且易于實現(xiàn)，則選此方案。1.1.2 顯示部分方案設(shè)計方案一：單片機的p0、p2口分別接74ls248和uln2003a芯片來驅(qū)動四位數(shù)碼管方案二：直接用單片機的p1、p2口驅(qū)動數(shù)碼管，此處把adc0808的輸出端接p1口 ，因為p1口能夠驅(qū)動數(shù)碼管。綜上所述，兩個方案都可行，但方案二所需元件少、成本低，則選擇此方案。第2章 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)與工作原理2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖根據(jù)項目要求，確定該系統(tǒng)的設(shè)計方案，圖3-1為該系統(tǒng)設(shè)計方案的結(jié)構(gòu)框圖。硬件電路由6各部分組成，即單片機、時鐘電路、復(fù)位電路、led顯示電路、a/d裝喚器和測量電壓輸入電路

7、。 圖2-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.2 工作原理 系統(tǒng)采用12m晶振產(chǎn)生脈沖做at89c51的內(nèi)部時鐘信號，通過軟件設(shè)置單片機的內(nèi)部定時器t0產(chǎn)生中斷信號。利用中斷設(shè)置單片機的p2.4口取反產(chǎn)生脈沖做at89c51的時鐘信號。通過鍵盤選擇八路通道中的一路，將該路電壓送入adc0808相應(yīng)通道，單片機軟件設(shè)置adc0808開始a/d轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束adc0808的eoc端口產(chǎn)生高電平，同時將adc0808的eo端口置為高電平，單片機將轉(zhuǎn)換后結(jié)果存到片內(nèi)ram。系統(tǒng)調(diào)出顯示子程序，將保存結(jié)果轉(zhuǎn)化為0.00-5.00v分別保存在片內(nèi)ram;系統(tǒng)調(diào)出顯示子程序，將轉(zhuǎn)化后數(shù)據(jù)查表，輸出到led顯示電路，將相應(yīng)電

8、壓顯示出來，程序進入下一個循環(huán)。第3章 硬件設(shè)計說明及計算方法 根據(jù)設(shè)計要求與思路，確定該系統(tǒng)的設(shè)計方案。硬件電路由5個部分組成，即單片機時鐘電路、復(fù)位電路、4位顯示器電路、a/d轉(zhuǎn)換電路和鍵盤及測量電路。3.1 單片機的選擇及時鐘電路 根據(jù)初步設(shè)計方案的分析，設(shè)計這樣一個簡單的應(yīng)用系統(tǒng)，可以選擇帶有eprom的單片機，應(yīng)用程序直接存儲在片內(nèi)，不用在外部擴展程序存儲器，電路可以簡化。此電路選擇atmel公司生產(chǎn)的at89c51。at89系列與mcs-51系列單片機相比有兩大優(yōu)勢：第一，片內(nèi)程序存儲器采用閃速存儲器，使程序的寫入更加方便;第二，提供了更小尺寸的芯片，使整個電路體積更小。它以較小的

9、體積、良好的性價比倍受青睞。單片機工作的時間基準(zhǔn)是由時鐘電路提供的。在單片機的xtal1和xtal2兩個管腳，接一只晶振及兩只電容就構(gòu)成了單片機的時鐘電路。電路中，電容c1和c2對震蕩電路有微調(diào)的作用，通常的取值范圍位（30+10）pf。石英晶體選擇6mhz或12mhz都可以，其結(jié)果只是機器周期時間不同，影響計數(shù)器的計數(shù)初值，此設(shè)計取12mhz。本設(shè)計使用的是clock時鐘脈沖觸發(fā)。3.2 led顯示電路設(shè)計與器件選擇單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，通常都需要進行人機對話。這包括人對應(yīng)用系統(tǒng)的狀態(tài)干預(yù)與數(shù)據(jù)輸入，以及應(yīng)用系統(tǒng)向人們顯示運行狀態(tài)與運行結(jié)果。顯示器、鍵盤電路就是用來完成人機對話活動的人機通道。

10、圖3-2-1 led顯示管腳led顯示器的驅(qū)動是一個非常重要的問題，由圖3-2-1可知，顯示電路由led顯示器、段驅(qū)動電路和位驅(qū)動電路組成。此設(shè)計不采用段驅(qū)動芯片和位驅(qū)動芯片，直接由單片機的p0，p2口驅(qū)動，實驗證明可行。在應(yīng)用系統(tǒng)中，設(shè)計要求不同，使用的led顯示器的位數(shù)也不同，因此生產(chǎn)廠家就生產(chǎn)了多種位數(shù)、尺寸、型號不同的led顯示器。在我們的設(shè)計中，選擇4位一體的共陰極時鐘型led顯示器，采用動態(tài)顯示方式。圖3-2-2 led顯示器接口電路原理采用p0口作為led的段碼輸出信號，p2口的低四位作為led位碼的輸出控制信號。硬件電路的連接如圖3-2-2所示。該電路的工作原理：當(dāng)p0口輸出段

11、碼信號的bcd碼后，輸出具有一定驅(qū)動能力的七段字形碼，由于4-led的段碼輸入管腳是并聯(lián)在一起的，所以每一位led的段碼輸入管腳都能獲得這個段碼信號。若要控制在每一時刻只有一位led被點亮，必須靠位碼信號控制。p2口低四位輸出位碼信號后接到led的位碼控制端，因此p2口的低四位的位碼信號在每一時刻只有一位是“1”，其他位全為“0”，然后按時間順序改變輸出“1”的位置，控制在每一時刻只有一位led被點亮，達到動態(tài)顯示的目的。說明：1位顯示轉(zhuǎn)換通道，2、3和4位顯示電壓表數(shù)值。3.3 a/d轉(zhuǎn)換模塊及轉(zhuǎn)化電路設(shè)計a/d轉(zhuǎn)換器的功能是將模擬量轉(zhuǎn)換為與其大小成正比的數(shù)字量信號。能實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的原理和方

12、法很多，此設(shè)計采用adc0808轉(zhuǎn)換器。adc0808是一種逐次逼近型的8位a/d轉(zhuǎn)換器件，片內(nèi)有8路模擬開關(guān)，可輸入8個模擬量，單極性，量程為0+5v。3.3.1 adc0808簡介1. adc0808引腳功能圖3-3-1adc0808引腳圖（1） in0in7:8路模擬量輸入。（2） adda、addb、addc:模擬量輸入通道地址選擇，其8位編碼分別對應(yīng)in0in7.（3） ale:地址鎖存允許，上升沿將通道選擇信號存入地址鎖存器。（4） start:adc轉(zhuǎn)換啟動信號，正脈沖有效，引腳信號要求保持在200ns以上，其上升沿將內(nèi)部逐次逼近寄存器清零。（5） eoc:轉(zhuǎn)換解釋信號，可做為中

13、斷請求信號或供cpu查詢。（6） clk：時鐘輸入端，要求頻率范圍在10khz1.2mhz.（7） oe：允許輸出信號。（8） vcc:芯片工作電壓。（9） vref(+)、vref(-)：基準(zhǔn)參考電壓的正、負值。（10） out1out8:8路數(shù)字量輸出端。3.3.2a/d轉(zhuǎn)換電路設(shè)計集成摸數(shù)轉(zhuǎn)換芯片adc0808實現(xiàn)的a/d轉(zhuǎn)換電路被測信號由adc0808模擬輸入端輸入，完成a/d轉(zhuǎn)換后送入單片機，經(jīng)相應(yīng)處理后送出顯示。第4章 軟件設(shè)計與說明進行應(yīng)用軟件設(shè)計時可以采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，其優(yōu)點是：每個模塊的程序結(jié)構(gòu)簡單，任務(wù)明確，易于編寫、調(diào)試和修改；程序可讀性好，對程序的修改可局部進行，其他

14、部分可以保持不變，易于功能擴充和版本升級；易于使用頻繁的子程序可以建立子程序，便于多個模塊調(diào)用；便于分工合作，多個程序員同時進行程序的編寫和調(diào)試工作，加快軟件研制進度。4.1 數(shù)字電壓表系統(tǒng)軟件設(shè)計方案確定（1）根據(jù)設(shè)計要求，根據(jù)系統(tǒng)所要完成的功能，設(shè)計出圖4-1所示的功能模塊。 圖4-1 數(shù)字電壓表軟件設(shè)計的模塊（2）程序的設(shè)計主程序的設(shè)計 主程序的內(nèi)容一般包括：主程序的起始地址、中斷服務(wù)額程序的起始地址、有關(guān)內(nèi)存單元及相關(guān)部件的初始化和一些子程序調(diào)用等。根據(jù)設(shè)計要求，設(shè)計出如圖4-2所示的主程序流程圖。 圖4-2 主程序流程圖 圖4-3 a/d轉(zhuǎn)換子程序流程圖 a/d轉(zhuǎn)換子程序的設(shè)計 a/

15、d轉(zhuǎn)換程序的功能是采集數(shù)據(jù)，再整個系統(tǒng)設(shè)計中占有很高的地位。當(dāng)系統(tǒng)置好后，單片機掃描轉(zhuǎn)換結(jié)束管腳p2.6的輸入電平狀態(tài)，當(dāng)輸入為高電平則轉(zhuǎn)換完成，將轉(zhuǎn)換的數(shù)值轉(zhuǎn)換并顯示輸出。若輸入為低電平，則繼續(xù)掃描。程序流程圖如圖4-3所示。數(shù)碼轉(zhuǎn)換及顯示子程序的設(shè)計 由于人們?nèi)粘Ａ?xí)慣使用十進制數(shù)，而計算機的鍵盤輸入、輸出以及顯示常采用二進制編碼的十進制數(shù)（即bcd碼）或ascii碼。因此，在程序設(shè)計中經(jīng)常要進行數(shù)碼轉(zhuǎn)換。 4.2 數(shù)字電壓表應(yīng)用程序設(shè)計（1）程序起始地址 mcs-51系列單片機復(fù)位后，（pc）=0000h，而0003h002bh分別為各中斷源的入口地址。所以，編程序時應(yīng)在0000h處寫一條

16、跳轉(zhuǎn)指令。當(dāng)cpu接到中斷請求信號并予以響應(yīng)后，cpu把當(dāng)前的pc內(nèi)容壓入棧中進行保護，然后轉(zhuǎn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序入口處執(zhí)行。（2）led動態(tài)顯示延時 led顯示器每一位的顯示時間是5ms,延時5ms子程序是典型的軟件定時程序。說明：led采用7段字形代碼，第2位采用把dp置1的方式顯示小數(shù)點。第5章 調(diào)試結(jié)果及其說明5.1 調(diào)試結(jié)果及其說明首先采用keil vision編譯器進行源程序編譯及仿真調(diào)試，調(diào)試好程序后將目標(biāo)文件導(dǎo)入proteus進行軟件調(diào)試。在proteus isis編輯窗口中單擊開始仿真按鈕，4位led數(shù)碼管顯示相應(yīng)的電壓值。當(dāng)通道打到通道0時，滑動變阻器rv1的阻值調(diào)至最小位

17、置時，led顯示00.00，正確顯示數(shù)值；把rv1調(diào)至中間位置時，led顯示03.56，同樣正確讀出數(shù)據(jù)；當(dāng)把rv1的阻值調(diào)至最大位置時，led顯示05.00，正確讀出數(shù)據(jù)。同理調(diào)試其他通道時，能正確顯示通道數(shù)和電壓值，證明該8路電壓表合格。調(diào)試結(jié)果如圖 5-1圖 5-1 調(diào)試結(jié)果圖總結(jié)此次學(xué)期的單片機課設(shè)，我覺得是十分有意義的，而且是十分必要的。在已度過的大學(xué)時間里，我們大多數(shù)接觸的是專業(yè)課。我們在課堂上掌握的僅僅是專業(yè)課的理論知識，如何去鍛煉我們的實踐能力？如何把我們所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)課理論知識運用到實踐中去呢？我想做類似的課程設(shè)計就為我們提供了良好的實踐平臺。 此次單片機課程設(shè)計，我做的是電

18、壓測量這個基本的設(shè)計，雖然設(shè)計簡單，但是所有的知識點都應(yīng)用在設(shè)計中。確定課設(shè)內(nèi)容后，我查找大量相關(guān)材料，然后知識匯總，把有關(guān)課題的內(nèi)容經(jīng)過對比與分析，最后來完成課設(shè)。電壓測量在很多參考書上都有介紹，但運用到軟件中時，出現(xiàn)各種不同的錯如，我參考別人的程序，在老師的指導(dǎo)下，根據(jù)書本上所講的有關(guān)知識點加以改進，編了一個新的程序，來實現(xiàn)功能。在編程過程中我運用的是匯編語言，比較c語言來說，感覺比較簡潔清晰，函數(shù)關(guān)系較為清晰，并可以減少程序的冗長。通過這次課程設(shè)計我也發(fā)現(xiàn)了自身存在的不足之處，雖然感覺理論上已經(jīng)掌握，但在運用到實踐的過程中仍有意想不到的困惑，經(jīng)過一番努力才得以解決。這也激發(fā)了我今后努力學(xué)

19、習(xí)的興趣，我想這將對我以后的學(xué)習(xí)產(chǎn)生積極的影響。總體來說，這次實習(xí)使我受益匪淺。在摸索該如何設(shè)計電路使之實現(xiàn)所需功能的過程中，特別有趣，培養(yǎng)了我的設(shè)計思維，增加了實際操作能力。在讓我體會到了設(shè)計電路的艱辛的同時，更讓我體會到成功的喜悅和快樂。通過這兩個星期的學(xué)習(xí)讓我把書本上的知識轉(zhuǎn)換成實際可操作的東西，雖然也做過實驗，但課程設(shè)計這種系統(tǒng)和具有一定規(guī)模收獲是更多的。兩周的設(shè)計完滿結(jié)束了，經(jīng)過自己的努力和同學(xué)的幫忙終于有了成果，特別離不開指導(dǎo)老師李老師悉心教導(dǎo)，李老師的精心指導(dǎo)和解說使我受益匪淺，相信他的工作作風(fēng)和知識筑成都是我們學(xué)習(xí)榜樣，給我很大的啟迪。感謝這些老師不畏辛勞，熱心精心的指導(dǎo)。在這

20、里向他們說聲謝謝，你辛苦了。參考文獻1 彭為等.單片機典型系統(tǒng)設(shè)計實例精講m.北京：電子工業(yè)出版社，20062 張毅剛等。單片機原理與應(yīng)用設(shè)計m.北京：電子工業(yè)出版社，2008 3 王迎旭.單片機原理與應(yīng)用.北京：機械工業(yè)出版社，2004.74 周向紅.51系列單片機應(yīng)用與實踐教程.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008.55 劉國榮.單片機微型計算機技術(shù).北京：機械工業(yè)出版社，19966 周堅.單片機輕松入門（第2版）.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2009.1附錄a 系統(tǒng)原理圖附錄b 系統(tǒng)源程序org 0000hsjmpstartstart:movdptr,#tab;段碼表首地址mov r4,#00hmov r5,#30wait: mov p3,#0ffhmov a,p3anl a,#08hmov 30h,acjne a,#08h,danluxunhuan:mov a,r4ljmp loopdanlu: mov p3,#0ffhmo