单片机课程设计 数字电压表设计

1、 单片机原理及应用课程设计报告书课题名称 数字电压表设计 姓 名学 号 专 业指导教师机电与控制工程学院 年 月 日 任务书电压表是测量仪器中不可缺少的设备，目前广泛应用的是采用专用集成电路实现的数字电压表。本系统以8051单片机为核心，以逐次逼近式A/D转换器ADC0809、LED显示器为主体，设计了一款简易的数字电压表，能够测量05V的直流电压，最小分辨率为0.02V。该设计大体分为以下几个部分，同时，各部分选择使用的主要元器件确定如下：1、单片机部分。使用常见的8051单片机，同时根据需要设计单片机电路。2、测量部分。该部分是实验的重点，要求将外部采集的模拟信号转换成数字信号，通过单片机

2、的处理显示在显示器上，该部分决定了数字电压表的精度等主要技术指标。根据需要本设计采用逐次逼近型AD转换器ADC0809进行模数转换。3、键盘显示部分。利用46矩阵键盘的一个按键控制量程的转换，3或4位LED显示。其中一位为整数部分，其余位小数部分。关键词：8051 模数转换 LED显示 矩阵键盘 目 录1 绪论 12 方案设计与论证 23 单元电路设计与参数计算 3 4 总原理图及参考程序 85 结论 146 心得体会 157 参考文献 16 1.绪论 数字电压表的基本工作原理是利用A/D转换电路将待测的模拟信号转换成数字信号，通过相应换算后将测试结果以数字形式显示出来的一种电压表。较之于一般

3、的模拟电压表，数字电压表具有精度高、测量准确、读数直观、使用方便等优点。电压表的数字化测量，关键在于如何把随时连续变化的模拟量转化成数字量，完成这种转换的电路叫模数转换器（A/D）。数字电压表的核心部件就是A/D转换器，由于各种不同的A/D转换原理构成了各种不同类型的DVM。一般说来，A/D转换的方式可分为两类：积分式和逐次逼近式。积分式A/D转换器是先用积分器将输入的模拟电压转换成时间或频率，再将其数字化。根据转化的中间量不同，它又分为U-T（电压-时间）式和U-F（电压-频率）式两种。逐次逼近式A/D转换器分为比较式和斜坡电压式，根据不同的工作原理，比较式又分为逐次比较式及零平衡式等。斜坡

4、电压式又分为线性斜坡式和阶梯斜坡式两种。在高精度数字电压表中，常采用由积分式和比较式相结合起来的复合式A/D转换器。本设计以8051单片机为核心，以逐次比较型A/D转换器ADC0809、LED显示器为主体，构造了一款简易的数字电压表，能够测量1路05V直流电压，最小分辨率0.02V。2.方案设计与论证基于单片机的多路数字电压表电路的基本组成如图3.1所示。 图2.1 基于单片机的多路数字电压表电路的原理框图根据设计要求，采用的方案如下。部分实现数据的采集、编译，A/D转换以及显示的功能，包括单片机电路模块、A/D转换器模块、数码管显示电路模块、按键处理电路模块；软件部分实现控制芯片，使各部件能

5、够正常的运行，同时实现仿真的功能，主要设计思想是利用软件进行仿真，通过仿真得到实验的结果。 多路数字式电压表应用主要利用A/D转换器，先用A/D转换器对各路电压值进行采样，得到相应的数字量，按数字量与模拟量成正比关系运算得到对应的模拟电压值，然后把模拟值通过显示器显示出来。根据系统功能要求，控制系统采用AT89C52单片机，A/D转换器采用ADC0809。ADC0809是8位的A/D转换器。当输入电压为5.00v时，输出的数据值为255（0FFH），因此最大的分辨率为0.0196v（5/255）。ADC0809具有8路模拟输入端，通过3位地址输入端的地址，就能依次对8路中选择一路进行转换。如每

6、隔一段时间依次轮流改变3位地址输入端的地址，就能依次对8路输入电压进行测量。LED数码管显示采用软件译码动态显示。通过按键选择可8路显示，也可单路显示，单路显示可通过按键选择显示通道 3.单元电路设计与参数计算3.1ADC08093.1.1主要特性1）8路8位A/D转换器，即分辨率8位。 2）具有转换起停控制端。 3）转换时间约为128s4）单个5V电源供电 5）模拟输入电压范围05V，不需零点和满刻度校准。 6）工作温度范围为-4085摄氏度 7）低功耗，约15mW。 3.1.2内部结构图3.1 ADC0809内部结构框图 ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，内部结构如图4

7、.1所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型D/A转换器、逐次逼近寄存器、三态输出锁存器等其它一些电路组成。因此，ADC0809可处理8路模拟量输入，且有三态输出能力，既可与各种微处理器相连，也可单独工作。输入输出与TTL兼容。3.1.3外部特性（引脚功能） 图3.2 ADC0809引脚ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如上图所示。下面说明各引脚功能。 IN0IN7：8路模拟量输入端。D0D7：8位数字量输出端。START： A/D转换启动信号，输入，高电平有效。ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A/

8、D转换结束时，此端输 入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。 CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。 ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路。如表1所示。 EOC： A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电 平（转换期间一直为低电平）。 VREF（+）、VREF（-）：基准电压。 VCC：电源，接5V。 GND：地。 表3.1 地址与通道对应关系 ADC0809的工作过程是：首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。

9、下降沿启动 A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。3.2 LED数码显示3.2.1 LED显示器LED是由若干个发光二极管组成的。当发光二极管导通时，相应的一个点或一个笔划发亮。控制不同组合的二极管导通，就能显示出各种字符。这种笔划式的七段显示器，能显示的字符数量少，但控制简单、使用方便。发光二极管的阳极连在一起的称为共阳极显示器，阴极连在一起的称为共阴极显示器3.2.2LED结构及显示原理通常的七段LED

10、显示块中有八个发光二极管，故也有人叫做八段显示块。其中七个发光二极管构成七笔字形“8”。一个发光二极管构成小数点。七段显示块与单片机接口非常容易。只要将一个8位并行输出口与显示块的发光二极管引脚相连即可。8位并行输出口输出不同的字节数据即可获得不同的数字或字符。通常将控制发光二极管的8位字节数据称为段选码或段数据。一些字形的段选码如下表：3.2.3LED的结构及其工作原理点亮显示器有静态和动态两种方法。 1）静态显示：当显示某一个字符时，相应的发光二极管恒定地导通或截止。例如七段显示器的a、b、c、d、e、f导通，g、dp截止，显示0。静态显示的特点是：每一位都需要一个8位输出口控制，用于显示

11、位数较少（仅一、二位）的场合。较小的电流能得到较高的亮度，可以由8255的输出口直接驱动。图示为三位显示器的接口逻辑。图3.3 三位显示器的接口逻辑（2）动态显示：一位一位地轮流点亮各位显示器(扫描)。对于每一位显示器来说，每隔一段时间点亮一次。显示器的亮度既与导通电流有关，也和点亮时间与间隔时间的比例有关。 若显示器的位数不大于8位，则控制显示器公共极电位只需一个8位并行口(称为扫描口或位选口)。控制各位显示器所显示的字形也需一个共用的8位口(称为段数据口)，用于显示位数稍多的场合，需编写扫描程序。 4.总原理图及参考程序4.1总原理图4.2程序流程图及参考程序4.2.1程序流程图NYSTA

12、RT选择ADC0809的转换轨道设置定时器，提供时钟信号启动A/D转换器输出转换结果数值转换显示转换是否结束？ 4.2.2参考程序OUTBIT EQU 09002HOUTSEG EQU 09004H IN EQU 09001HLEDBUF EQU 60H LJMP MAINLEDMAP: DB 3FH, 06H, 5BH, 4FH, 66H, 6DB, 7DB, 07H DB 7FH, 6FH, 77H, 7CH, 39H, 5EH, 79H, 71HDELAY: MOV R7,#0DELAYLOOP: DJNZ R7,DELAYLOOP DJNZ R6,DELAYLOOP RETDISPLA

13、YLED: MOV R0,#LEDBUF MOV R1,#4 MOV R2,#BLOOP: MOV A，R0 MOV DPTR，#OUTSEG MOVX DPTR，A MOV DPTR，#OUTBIT MOV A，R2 MOVX DPTR，A MOV R6，#01 CALL DELAY MOV A，R2 R1 A MOV R2，A INC R0 DJNZ R1，LOOPTESRKEY: MOV DPTR, #OUTBIT MOV A,#0 MOV A,#0 MOVX DPTR,A MOV DPTR,#IN MOVX A,DPTR CPL A ANL A,#0FH RETKEYTABLE: DB

14、 16H, 15H, 14H, 0FFH DB 13H, 12H, 11H, 10H DB 0dH, 0cH, 0bH, 0aH DB 0eH, 03H, 06H, 09H DB 0FH, 02H, 05H, 08H DB 00H, 01H, 04H, 07HGETKEY: MOV DPTR,#OUTBIT MOV P2,DPH MOV R0,#IN MOV R1,#B MOV R2,#6KLOOP: MOV A,R1 CPL A MOVX DPTR,A MOVX A,R0 CPL A ANL A,#0FH JNZ GOON1GOON1: MOV R1,A MOV A,R2 DEC A RL

15、A RL A MOV R2,A MOV A,R1 MOV R1,#2LOOPC: RRC A JC EXIT INC R2 DJNZ R1,LOOPCEXIT: MOV A,R2 MOV DPTR,#KEYTABLE MOVC A,A+DPTR MOV R2,AWAITRELEASE: MOV DPTR,#OUTBIT CLR A MOVX DPTR,A MOV R6,#10 CALL DELAY CALL TESTKEY JNZ WAITRELEASE MOV A,R2 RETMAIN: MOV DPTR,#8000H MOVX DPTR,AHERE: JNB P3.3,HERE MOVX

16、A,DPTR MOV P1,A MOV R5,A CALL DISPLAYLED CALL TESTKEY JZ L5 CALL GETKEY MOV 40H,AL5: MOV 63H,#00H MOV A,R5 MOV B,#51 MOV AB MOV 62H,A MOV A,B JZ LOOP1 RL A SUBB A,#2 MOV B,#10 DIV AB MOV 61H,A MOV 60H,B AJMP MLOOPLOOP1:MOV 61H,#00 MOV 60H,#00 AJMP MLOOPMLOOP: MOV R0, #LEDBUFFILLBUF: MOV A,R0 MOV DPT

17、R,#LEDMAP MOVC A,A+DPTR MOV 50H,A CLR C MOV A,40H ADD A,41H ANL A,#01H MOV 41H,A RRC A MOV 40H,#00H JC WEI2WEI1: CJNE R0,#62H,XS01 MOV A,50H ADD A,#80H SJMP XS1XS01: MOV A,50HXS1: MOV R0,A INC R0 CJNE R0,#LEDBUF+3, FILLBUF LJMP STARTWEI2: CJNE R0,#63H,XS0 MOV A,50H ADD A,#80H SJMP XS XS0: MOV A,50H

18、XS: MOV R0,A INC R0 CJNE R0,#LEDBUF+4, FILLBUF LJMP START END5.结论本设计以8051单片机为控制核心，通过集成摸数转换芯片ADC0809将被测信号转换成数字信号，经单片机内部程序处理后，由LED八段数码管显示测量结果。仿真测试表明，系统性能良好，测量读数稳定易读、更新速度合理，直流电压测量范围为05V，最小分辨率为0.02V，满足任务书指标要求。但是，该系统也存在一定程度的不足，例如：1、若能将测量的电压值实时保存，使用时将更方便。2、ADC0809可实现对8个通道的输入信号轮流转换，本设计仅仅使用了其中一个通道，造成了较大的资源浪费。若能对电路稍加改进，实现对多路信号的轮流测量并自动保存相 6.心得体会在这次单片机课程设计里，通过对