简易数字电压表的设计_Microsoft_Word_文档.doc

题题 目：目： 简易数字电压表的设计简易数字电压表的设计 姓姓 名：周光豆名：周光豆 曾玉曾玉 学学 号：号：201001330122 201001330121 指导老师：指导老师： 粟慧龙粟慧龙 设计时间：设计时间： 2001220012 年年 4 4 月月 2727 日日 班 级：铁道通讯 101 班 (电子信息工程系电子信息工程系) 单片机原理及应用 课程设计报告书 目录 1. 引 言1 1.1.设计意义1 1.2.系统功能要求1 1.3.本组成员所做的工作1 2方案设计.2 2.1 系统的设计任务2 2.2 设计方案2 2.3 软硬件开发环境3 3硬件设计.3 3.1 单片机主电路设计3 3.2 测量、转换电路设计5 3.3 显示电路设计7 4软件设计. 11 4.1 主程序设计.11 4.2 模块程序设计.12 5系统调试15 6设计总结15 7 附录16 附录 7.1 硬件原理图.16 附录 7.2 程序清单.17 8参考文献 20 简易数字电压表的设计 单片机原理及应用课程设计 1 简易数字电压表的设计简易数字电压表的设计 1. 引引 言言 1.1. 设计意义 本文介绍了基于 89c51 单片机的一种 8 路输入电压测量电路,该电路采用 ADC0809 作为 A/D 转换元件。 1.2 .系统功能要求 简易数字电压表可以测量范围 0 至 5 伏范围内的 8 路输入电压值，并在 4 位 LED 数码管上轮流显示或选择显示。其测量最小分辨率为 0.02V。本系统主 要包括四大模块：数据采集模块、控制模块、显示模块、A/D 转换模块。绘制 电路原理图与工作流程图，并进行调试，最终设计完成了该系统的硬件电路。 在软件编程上，采用了汇编语言进行编程，开发了显示模块程序、通道切换程 序、A/D 转换程序。 1.3 .本组成员所做的工作 周光豆： 程序编写及调试，帮助检测硬件电路 周光豆、曾玉： 硬件焊接，系统测试 曾玉： 焊接部分电路、帮助系统测试、论文撰写、心得总结。 2 方案设计 2.1 系统的设计任务 设计单片机主电路、数据采集接口电路、LED 显示电路、拨码控制电路， 能够实现对 8 路电压值进行测量，能够显示当前测量通道号及电压值，电压精 度小数点后 2 位，可以通过键盘选择循环显示 8 路的检测电压值和指定通道的 检测电压值。 2.2 设计方案 将数据采集接口电路输入电压传入 ADC0809 数模转换元件，经转换后通过 D0 至 D7 与单片机 P0 口连接，把转换完的模拟信号以数字信号的信号的形式传 给单片机，信号经过单片机处理从 LED 数码显示管显示。拨码开关连 P3 口，实 现通道选择。 简易数字电压表的设计 单片机原理及应用课程设计 2 P2 口接数码管位选，P1 接数码管，实现数据的动态显示，如下图所示: 89c51 P0 P1 P2 ALE P3 数码管 位选 拨码开关 ADC0809 D0D7 IN0 : IN7 CLOCK VREF+ VREF- 图 2.1 系统总体方案结构图 2.3 软硬件开发环境 硬件选择：选择 89c52 作为单片机芯片，选用 8 段共阴极 LED 数码管实现 电压显示，选用独立式按键作为程序的跳转与选择，利用 ADC0809 作为数模转 换芯片，利用 P0 至 P4 的各个串口来进行不同设备间的连接，计算机进行汇编， H51/L 仿真器，单片机多功能实验箱。 软件开发环境： 用 Protel99SE 软件画电路图 。 能够实现对 8 路电压值进行测量，能够显示当前测量通道号及电压值，电 压精度小数点后 1 位，可以通过键盘选择循环显示 8 路的检测电压值和指定通 道的检测电压值。 3硬件设计硬件设计 3.1 单片机主电路设计 在本次课题设计中我们选择了 8951 芯片，其具有功能强、体积小、成本低、 功耗小等特点，它可单独地完成现代工业控制所要求的智能化控制功能，能在 软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。 3.1.1 复位电路 复位电路如图 3.1.1 所示，单片机系统常常有上电复位和操作复位两种。 上电复位是指单片机上点瞬间，要在 RST 引脚上出现宽度大于 10ms 的正脉冲， 才能使单片机进入复位状态。操作复位是指用户按下“复位”按钮使单片机进 简易数字电压表的设计 单片机原理及应用课程设计 3 入复位状态。 图 31 复位电路图 3.1.2 晶振电路 晶振电路用于产生单片机工作所需的时钟信号，使用晶体震荡器时，c2,c3 取值 2040PF，使用陶瓷震荡器时 c2,c3 取值 3050PF。在设计电路板时，晶振 和电容应尽量靠近芯片，以减小分布电容，保证震荡器的稳定性。18 引脚接 XTAL1，19 引脚接 XTAL2，20 引脚接地。 图 3.2 晶振电路图 简易数字电压表的设计 单片机原理及应用课程设计 4 3.2 测量、转换电路设计 使用 ADC0809 作为数模转换元件，其引脚图如 3.3 所示： 图 3.3 数模转换元件 ADC0809 是带有 8：1 多路模拟开关的 8 位 A/D 转换芯片，所以它可有 8 个 模拟量的输入端，由芯片的 A，B，C 三个引脚来选择模拟通道中的一个。 A，B，C 三端分别与 89C51 的 P0.0P0.2 相接。地址锁存信号(ALE)和启动转换 信号（START） ，由 P2.6 和/WR 或非得到。输出允许，由 P2.6 和/RD 或非得到。 时钟信号，可有 89C51 的 ALE 输出得到，不过当采用 12M 晶振时，应该先进行 二分频，以满足 ADC0809 的时钟信号必须小于 640K 的要求。 图 3.4 数据转换系统电路图 简易数字电压表的设计 单片机原理及应用课程设计 5 3.3 显示电路设计 3.3.1 LED 数码管构成 LED 数码管显示器是由发光二极管显示字段的显示器件，也称为数码管。 其外形结构如图所示。它由 8 个发光二极管构成，通过不同的组合可用来显示 0-9、A-F 及小数点“.”等字符。 数码管有共阴极和共阳极两种结构规格，如图 2.5 所示。图中电阻为外接。 共阴极数码管的发光二极管阴极共地，当某发光二极管的阳极为高电平时，二 极管点亮；共阳极数码管的发光二极管是阳极，并接高电平，对于需点亮的发 光二极管将其阴极接低电平即可。 7 段发光二极管,在加上 1 个小数点位,共计 8 段,因此提供给 LED 显示器的 字形码正好一字节。 数码管原理电路图： 图 35(a)共阴极 图 3.5(b)共阳极 图 3.5（C）字段显示 简易数字电压表的设计 单片机原理及应用课程设计 6 3.4.2 显示方式 （1） 静态显示方式直接利用并行口输出。LED 显示工作于静态显示方式时,各 位的共阴极连接在一起接地;每位的段选线分别于一个 8 位的锁存输出相连。一 般称之为静态显示,是由于显示器中的各位相互独立。而且各位的显示字符一经 确定,相应锁存器的输出将维持不变,直到显示另一个字符为止。利用通信号串 行输出。在实际应用中,多位 LED 显示时，为了简化电路，在系统不需要通信功 能时，经常采用串行通信口工作方式 0，外接移位寄存器 74LS164、CD4094 来 实现静态显示。 （2） 动态显示方式 对多位 LED 显示器的动态显示，通常都时采用动态扫描的方法进行显示， 即逐个循环点亮各位显示器。这样虽然在任一时刻只有一位显示器被点亮，但 是由于间隔时间较短，且人眼具有视觉残留效应，看起来与全部显示器持续点 亮一样。 为了实现 LED 显示器的动态扫描，除了要给显示器提供的输入之外，还要 对显示器加位选择控制，这就是通常所说的段控和位控。因此多位 LED 显示器 接口电路需要有两个输出口，其中一个用于输出 8 位控信号；另一个用于输出 段控信号，其连接图如下。 图 3.6LED 显示电路 简易数字电压表的设计 单片机原理及应用课程设计 7 七段 LED 段选码表 3.1： 显示字符共阴极段显示字符共阴极段 03FHC39H 106HD5EH 25BHE79H 34FHF71H 466HP73H 56DHU3EH 67DH31H 707Hy6EH 87FH8.FFH 96FH “灭” 00H A77H/ B7CH/ 4 软件设计 4.1 主程序设计 4.1.1 工作流程 首先拨动拨码开关 k1，如果是低电平，程序转向选择通道程序，拨动 k2 的次数即是选择的通道号，拨动 k3 表示确认。转向数据读取程序，再到显示程 序，显示出通道号和电压值。如果 k1 是高电平，则转向循环显示程序，即先显 示第 0 路最后显示第 7 路电压值和相应通道号。 4.1.2 存储空间定义安排 60H 用于存放 A/D 转换结果，30H、31H、32H 分别存储显示用的三位数据 表 4.1 存储空间定义表： 70-77H用于存放 A/D 转换结果 7AH电压值整数部分 79H电压值十分位 78H电压值百分位 7BH选择的通道号 简易数字电压表的设计 单片机原理及应用课程设计 8 4.2 模块程序设计 4.2.1 A/D 转换测量程序 A/D 转换的常用方法有：计数式 A/D 转换，逐次逼近型 A/D 转换， 双积分式 A/D 转换， V/F 变换型 A/D 转换。在这些转换方式中，记数式 A/D 转换线路比较简单，但转换速度较慢，所以现在很少应用。双积分式 A/D 转换精度高，多用于数据采集及精度要求比较高的场合，如 5G14433（31/2 位） ， AD7555（41/2 位或 51/2 位）等，但速度更慢。逐次逼近型 A/D 转换既照顾了 转换速度，有具有一定的精度，这里选用的是逐次逼近型的 A/D 转换芯片 ADC0809。采用中断控制的方式实现，不浪费时间，效率较高。 ALE 地址锁存， 所有内部寄存器清 零 读取数据 调用拆字函数 转换结束？ 调用显示函数 启动转换 N Y 图 4.2 A/D 转换测量程序流程图 开始 简易数字电压表的设计 单片机原理及应用课程设计 9 4.2.2 显示程序 对多位 LED 显示器的动态显示，通常都是采用动态扫描的方法进行显示， 即逐个循环点亮各位显示器。这样虽然在任一时刻只有一位显示器被点亮，但 是由于间隔时间较短，且人眼具有视觉残留效应，看起来与全部显示器持续点 亮一样。 为了实现 LED 显示器的动态扫描，除了要给显示器提供的输入之外，还要 对显示器加位选择控制，这就是通常所说的段控和位控。因此多位 LED 显示器 接口电路需要有两个输出口，其中一个用于输出 8 位为控信号；另一个用于输 出段控信号。 读取判断单元 显示通道 号 显示电压整 数部分 显示电压十 分位 返回 开始程序 7AH79H78H 显示电压百 分位 7BH 图 4.3 多位 LED 显示器的动态显示流程图 4.2.3 元件清单 表 4.4 简易电压表的元件清单 元器件名称参数数量元器件名称参数数量 IC 插座DIP401电阻 10K 1 IC 插座DIP141可调电阻 5K 1 晶体振荡器12MHz1模数转换器ADC08091 瓷片电容30pF2双 D 触发器74LS741 共阳极数码管2或非门74LS021 单片机89C511电解电容22Uf1 弹性按键1IC 插座DIP281 简易数字电压表的设计 单片机原理及应用课程设计 10 电阻 510 2IC 插座DIP161 电阻 300 16 5 系统调试系统调试 按照电原理图连接好硬件电路,并通过编译器进行源程序编译及仿真调试， 烧录好程序后进行软硬件联调。程序可分为数据采集系统、数据转换系统、显 示系统和按键控制系统，这四部分先独立测试，然后整体调试。接通电源后用 万用表测试调理电路的输入端电压是否为+5V,若为+5V 则电源连接正确，LED 是 否进行轮流显示或单路选择显示，显示精度控制在 0.02 伏内。 显示系统的调试： （1） 接通电源后数码管无显示。经过认真检查电路板结果发现，与数码管 相连的两个电阻没焊上。 （2） 焊好电阻后，接通电源后，发现数码管只有一路电压值。再次检查电 路板无误后，确定是实验程序出现问题。经过修改程序后，将新程序烧到单片 机中，数码管稳定显示。 6 设计总结 在做本次课程设计的过程中，我感触最深的当属查阅大量的设计资料了。 为了让自己的设计更加完善，查阅这方面的设计资料是十分必要的，同时也是 必不可少的。 其次，在这次课程设计中，我们运用到了以前所学的专业课知识，如： protel 制图、汇编语言、模拟和数字电路知识等。虽然过去从未独立应用过它 们，但在学习的过程中带着问题去学我发现效率很高，这是我做这次课程设计 的又一收获。 最后，要做好一个课程设计，就必须做到：在设计程序之前，对所用单片 机的内部结构有一个系统的了解，知道该单片机内有哪些资源；要有一个清晰 的思路和一个完整的的软件流程图；在设计程序时，不能妄想一次就将整个程 序设计好，反复修改、不断改进是程序设计的必经之路；要养成注释程序的好 习惯，一个程序的完美与否不仅仅是实现功能，而应该让人一看就能明白你的 思路，这样也为资料的保存和交流提供了方便；在设计课程过程中遇到问题是 很正常德，但我们应该将每次遇到的问题记录下来，并分析清楚，以免下次再 碰到同样的问题。 另外，这次课程设计让我感到了团队合作的重要性。在团队中，我们互帮 互助，对整个课程设计来说，这是至关重要的，缺少每一个人都会对我们的设 计产生影响。还有要感谢指导老师在我们遇到困难时，给予我们的建议与鼓励。 简易数字电压表的设计 单片机原理及应用课程设计 11 7 附附 录录 7.1 硬件原理图： 简易数字电压表的设计 单片机原理及应用课程设计 12 7.2 简易数字电压表程序如下 /程序：ex6_1.c /功能：简易数字电压表程序 #include #define uchar unsigned char /无符号字符型数据定义为 uchar uchar code led=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83, 0xc6,0xa1,0x86,0x8e; /定义 0-F 显示码 sbit P0_2=P02; /可寻址位定义 sbit P0_3=P03; sbit P0_6=P06; sbit P0_7=P07; void sepr(unsigned char i); /把形式参数 i 的高低位分开，分别存放 在全局变量 /chh,chl 中 void disp(); /显示 chh,chl 中的数据（两位） uchar chh,chl; /全局变量定义 void main() /主函数 uchar a; unsigned char i; while(1) 简易数字电压表的设计 单片机原理及应用课程设计 13 P0_2=1; for(a=0;a50;a+); /延时 P0_2=0; /在 P0.2 引脚产生下降沿，START 和 ALE 引脚产生 上升沿 /锁存通道地址，所有内部寄存器清零 for(a=0;a50;a+); /延时 P0_2=1; /在 P0.2 上产生上升沿，START 上产生下降沿， A/D 转换开始 while(P0_3=0); /等待转换完成，EOC=1 表示转换完成 P0_2=0; / P0_2=0，则 OE=1，允许读数 P1=0xff; /作为输入口，P1 口先置全 1 i=P1; /读入 A/D 转换数据 sepr(i); /数据高地位分开 disp(); /显示数据 /函数名：sepr /函数