AT89C52的簡易數(shù)字電壓表

1、www.yoryu-出品目錄緒論1第1章 系統(tǒng)總體方案選擇與說明21.1 項目分析及其設計21.1.1 通道轉換方案設計21.1.2 顯示部分方案設計3第2章 系統(tǒng)總體結構與工作原理32.1 系統(tǒng)結構框圖32.2 工作原理4第3章 硬件設計說明及計算方法43.1 單片機的選擇及時鐘電路43.2 LED顯示電路設計與器件選擇53.3 A/D轉換模塊及轉化電路設計7第4章 軟件設計與說明84.1 數(shù)字電壓表系統(tǒng)軟件設計方案確定84.2 數(shù)字電壓表應用程序設計11第5章 調試結果及其說明115.1 調試結果及其說明11總結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

2、誕生打破了傳統(tǒng)電子測量儀器的模式和格局。它顯示清晰直觀、讀數(shù)準確，采用了先進的數(shù)顯技術，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、計算技術、自動化技術的成果與精密電測量技術密切的結合在一起，成為儀器、儀表領域中獨立而完整的一個分支，數(shù)字電壓表標志著電子儀器領域的一場革命，也開創(chuàng)了現(xiàn)代電子測量技術的先河。本設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轉換量的測量、遠程測量結果傳送

3、等擴展功能。簡易數(shù)字電壓測量電路由A/D轉換、數(shù)據(jù)處理、顯示控制等組成。關鍵詞: 單片機 AT89C52 A/D轉換 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，測高內阻源時精度明顯下降。數(shù)字電壓表作為數(shù)字技術的成功應用，發(fā)展相當快。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轉換器為代表的集成電路為支柱，使DVM向著多功能化、小型化、

4、智能化方向發(fā)展。DVM應用單片機控制，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，還應有一個測量功能選擇變換器，它包含在輸

5、入電路中。DVM對直流電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，本設計將介紹基于單片機實現(xiàn)的方案。1.1 項目分析及其設計方案設計此設計包含兩個模塊，通道轉換和顯示部分方案。1.1.1 通道轉換方案設計方案一：考慮到ADC0808的8路模擬量輸入本質上也是模擬開關，因此可以利用其8個模擬通道中的3個作為通道轉換器，即根據(jù)通道對應的電壓測量范圍確定對應的電壓方法倍數(shù)設計對應的放大電路。方案二：利用手動開關實現(xiàn)通道轉換。該方案可簡化控制程序，

6、消減系統(tǒng)開銷?？s短反應時間，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 顯示部分方案設計方案一：單片機的P0、P2口分別接74LS248和ULN2003A芯片來驅動四位數(shù)碼管方案二：直接用單片機的P1、P2口驅動數(shù)碼管，此處把ADC0808的輸出端接P1口 ，因為P1口能夠驅動數(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)總體結構與工作原理2.1 系統(tǒng)結構框圖根據(jù)項目要求，確定該系統(tǒng)的設計方案，圖3-1為該系統(tǒng)設計方案的結構框圖。硬件電路由6各部分組成，即單片機、時鐘電路、復位電路、LED顯示電路、A/D

7、裝喚器和測量電壓輸入電路。 圖2-1 系統(tǒng)結構框圖2.2 工作原理 系統(tǒng)采用12M晶振產生脈沖做AT89C51的內部時鐘信號，通過軟件設置單片機的內部定時器T0產生中斷信號。利用中斷設置單片機的P2.4口取反產生脈沖做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相應通道，單片機軟件設置ADC0808開始A/D轉換，轉換結束ADC0808的EOC端口產生高電平，同時將ADC0808的EO端口置為高電平，單片機將轉換后結果存到片內RAM。系統(tǒng)調出顯示子程序，將保存結果轉化為0.00-5.00V分別保存在片內RAM;系統(tǒng)調出顯示子程序，將轉化后數(shù)據(jù)查表，輸出到

8、LED顯示電路，將相應電壓顯示出來，程序進入下一個循環(huán)。第3章 硬件設計說明及計算方法 根據(jù)設計要求與思路，確定該系統(tǒng)的設計方案。硬件電路由5個部分組成，即單片機時鐘電路、復位電路、4位顯示器電路、A/D轉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)初步設計方案的分析，設計這樣一個簡單的應用系統(tǒng)，可以選擇帶有EPROM的單片機，應用程序直接存儲在片內，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

9、電路體積更小。它以較小的體積、良好的性價比倍受青睞。單片機工作的時間基準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，此設計取12MHz。本設計使用的是CLOCK時鐘脈沖觸發(fā)。3.2 LED顯示電路設計與器件選擇單片機應用系統(tǒng)中，通常都需要進行人機對話。這包括人對應用系統(tǒng)的狀態(tài)干預與數(shù)據(jù)輸入，以及應用系統(tǒng)向人們顯示運行狀態(tài)與運行結果。顯示器、鍵盤電路就是用來完成人

10、機對話活動的人機通道。 圖3-2-1 LED顯示管腳LED顯示器的驅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、段驅動電路和位驅動電路組成。此設計不采用段驅動芯片和位驅動芯片，直接由單片機的P0，P2口驅動，實驗證明可行。在應用系統(tǒng)中，設計要求不同，使用的LED顯示器的位數(shù)也不同，因此生產廠家就生產了多種位數(shù)、尺寸、型號不同的LED顯示器。在我們的設計中，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

11、工作原理：當P0口輸出段碼信號的BCD碼后，輸出具有一定驅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位顯示轉換通道，2、3和4位顯示電壓表數(shù)值。3.3 A/D轉換模塊及轉化電路設計A/D轉換器的功能是將模擬量轉換為與其大小成正比的數(shù)字量信號。

12、能實現(xiàn)這種轉換的原理和方法很多，此設計采用ADC0808轉換器。ADC0808是一種逐次逼近型的8位A/D轉換器件，片內有8路模擬開關，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，其上升沿將內部逐次逼近寄存器清零。（5） EOC

13、:轉換解釋信號，可做為中斷請求信號或供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(-)：基準參考電壓的正、負值。（10） OUT1OUT8:8路數(shù)字量輸出端。3.3.2A/D轉換電路設計集成摸數(shù)轉換芯片ADC0808實現(xiàn)的A/D轉換電路被測信號由ADC0808模擬輸入端輸入，完成A/D轉換后送入單片機，經相應處理后送出顯示。第4章 軟件設計與說明進行應用軟件設計時可以采用模塊化結構設計，其優(yōu)點是：每個模塊的程序結構簡單，任務明確，易于編寫、調試和修改；程序可讀性好，對程

14、序的修改可局部進行，其他部分可以保持不變，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，便于多個模塊調用；便于分工合作，多個程序員同時進行程序的編寫和調試工作，加快軟件研制進度。4.1 數(shù)字電壓表系統(tǒng)軟件設計方案確定（1）根據(jù)設計要求，根據(jù)系統(tǒng)所要完成的功能，設計出圖4-1所示的功能模塊。 圖4-1 數(shù)字電壓表軟件設計的模塊（2）程序的設計主程序的設計 主程序的內容一般包括：主程序的起始地址、中斷服務額程序的起始地址、有關內存單元及相關部件的初始化和一些子程序調用等。根據(jù)設計要求，設計出如圖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轉換子程序流程圖 A/

15、D轉換子程序的設計 A/D轉換程序的功能是采集數(shù)據(jù)，再整個系統(tǒng)設計中占有很高的地位。當系統(tǒng)置好后，單片機掃描轉換結束管腳P2.6的輸入電平狀態(tài)，當輸入為高電平則轉換完成，將轉換的數(shù)值轉換并顯示輸出。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)碼轉換及顯示子程序的設計 由于人們日常習慣使用十進制數(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，在程序設計中經常要進行數(shù)碼轉換。 4.2 數(shù)字電壓表應用程序設計（1）程序起始地址 MCS-51系列單片機復位后，（PC）=0000H，而0003H002BH分別為各中斷源的入口地址。所以，編程序

16、時應在0000H處寫一條跳轉指令。當CPU接到中斷請求信號并予以響應后，CPU把當前的PC內容壓入棧中進行保護，然后轉入相應的中斷服務程序入口處執(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 調試結果及其說明5.1 調試結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試，調試好程序后將目標文件導入Proteus進行軟件調試。在Proteus ISIS編輯窗口中單擊開始仿真按鈕，4位LED數(shù)碼管顯示相應的電壓值。當通道打到通道0時，滑動變阻

17、器RV1的阻值調至最小位置時，LED顯示00.00，正確顯示數(shù)值；把RV1調至中間位置時，LED顯示03.56，同樣正確讀出數(shù)據(jù)；當把RV1的阻值調至最大位置時，LED顯示05.00，正確讀出數(shù)據(jù)。同理調試其他通道時，能正確顯示通道數(shù)和電壓值，證明該8路電壓表合格。調試結果如圖 5-1圖 5-1 調試結果圖總結此次學期的單片機課設，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？如何把我們所學的專業(yè)基礎課理論知識運用到實踐中去呢？我想做類似的課程設計就為我們提供了良好的實踐平臺。 此次單

18、片機課程設計，我做的是電壓測量這個基本的設計，雖然設計簡單，但是所有的知識點都應用在設計中。確定課設內容后，我查找大量相關材料，然后知識匯總，把有關課題的內容經過對比與分析，最后來完成課設。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，在老師的指導下，根據(jù)書本上所講的有關知識點加以改進，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)關系較為清晰，并可以減少程序的冗長。通過這次課程設計我也發(fā)現(xiàn)了自身存在的不足之處，雖然感覺理論上已經掌握，但在運用到實踐的過程中仍有意想不到的困惑，經過一番努力才得以解決

19、。這也激發(fā)了我今后努力學習的興趣，我想這將對我以后的學習產生積極的影響?？傮w來說，這次實習使我受益匪淺。在摸索該如何設計電路使之實現(xiàn)所需功能的過程中，特別有趣，培養(yǎng)了我的設計思維，增加了實際操作能力。在讓我體會到了設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習讓我把書本上的知識轉換成實際可操作的東西，雖然也做過實驗，但課程設計這種系統(tǒng)和具有一定規(guī)模收獲是更多的。兩周的設計完滿結束了，經過自己的努力和同學的幫忙終于有了成果，特別離不開指導老師李老師悉心教導，李老師的精心指導和解說使我受益匪淺，相信他的工作作風和知識筑成都是我們學習榜樣，給我很大的啟迪。感謝這些老師不畏辛

20、勞，熱心精心的指導。在這里向他們說聲謝謝，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。單片機原理與應用設計M.北京：電子工業(yè)出版社，2008 3 王迎旭.單片機原理與應用.北京：機械工業(yè)出版社，2004.74 周向紅.51系列單片機應用與實踐教程.北京：北京航空航天大學出版社，2008.55 劉國榮.單片機微型計算機技術.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,#0FFHM