单片机原理及应用课程设计-电阻测量(带程序版

1、课程设计报告 课程名称课程名称:单片机原理及应用课程设计 设计题目设计题目： 院院 系：系： 专专 业：业： 班班 级：级： 学生姓名学生姓名: 学学 号号: 指导教师评语指导教师评语： 指导教师签名： 年 月 日 成绩成绩 项项 目目 权权 重重 1、设计过程中出勤、学习态度等方面 0.2 2、课程设计质量与答辩0.5 3、设计报告书写及图纸规范程度0.3 成成 绩绩 评评 定定 总 成 绩 教研室审核意见： 教研室主任签字： 年 月 日 教学系审核意见： 主任签字： 年 月 日 摘 要 本设计电阻测量是利用A/D转换原理，将被测模拟量转换成数字量,并用数字方 式显示测量结果的电子测量仪表。

2、通常测量电阻都采用大规模的A/D转换集成电路， 测量精度高，读数方便，在体积、重量、耗电、稳定性及可靠性等方面性能指标均 明显优于指针式万用表。其中，A/D转换器将输入的模拟量转换成数字量，逻辑控 制电路产生控制信号，按规定的时序将A/D转换器中各组模拟开关接通或断开，保 证A/D转换正常进行。A/D转换结果通过计数译码电路变换成 BCD 码，最后驱动显 示器显示相应的数值。本系统以单片机AT89C52 为系统的控制核心,结合A/D转换芯 片ADC0809 设计一个电阻测量表，能够测量一定数值之间的电阻值，通过四位数码 显示。具有读数据准确，测量方便的特点。 关键词：关键词：单片机单片机( (

3、ATAT8989C C52)52)； 电压；电压；A/DA/D转换；转换；ADCADC08090809 目录 设设计计要求要求.1 1 1 1、方案论证与对比、方案论证与对比.2 2 1.1 方案一 .1 1.2 方案二 .3 1.3 方案对比与比较 .3 2 2、系统硬件电路的设计、系统硬件电路的设计.3 3 2.1 振荡电路模块 .3 2.2 A/D 转换电路模块.4 2.2.1 主要性能.4 2.2.2 ADC0809 芯片的组成原理.4 2.2.3 ADC0809 引脚功能.5 2.3 主控芯片 AT89C52 模块 .6 2.3.1 主要功能特性.6 2.3.2 主要引脚功能 .7

4、2.4 显示控制电路的设计及原理 .9 3 3、程序设计、程序设计.1111 3.1 初始化程序 .11 3.2 主程序 .11 3.3 显示子程序 .11 3.4 A/D 转换测量子程序.12 4 4、调试及性能分析、调试及性能分析.1313 4.1 调试与测试 .13 4.2 性能分析 .13 5 5、元件清单.1414 6 6、总结与思考及致谢、总结与思考及致谢.1414 参考文献参考文献.1515 附一：原理图附一：原理图.1616 附二：程序附二：程序.1717 设计要求 电阻测量（需要简单的外围检测电路，将电阻转换为电压） 测量 100,1k,4.7k,10k,20k 的电阻阻值，

5、由数码管显示。 测试：误差 10%。 1 1、方案论证与对比、方案论证与对比 1.11.1 方案一方案一 利用单稳或电容充放电规律等，可以把被测电阻量的大小转换成脉冲的宽窄， 即脉冲的宽度 Tx 与 Rx 成正比。只要把此脉冲和频率固定不变的方波（以下称为时 钟脉冲）相与，便可以得到计数脉冲，将它送给数字显示器。如果时钟脉冲的频率 等参数合适，便可实现测量电阻。计数控制电路输出的脉冲宽度 Tx 应与 Rx 成正比， 其电路原理图及具体 555 单稳态触发器的构成及仿真如图 1 所示。 用 555 构成的单稳态电路在正常工作条件下输出脉冲的宽度 Tx 与 Rx 的函数 关系是： 3ln XX C

6、RT 所产生的时间误差可能达到百分之十五，再加上其他原因产生的误差，测量是 的时间延迟太大。 555 单稳态 电 路 A/D 转换 电路 译码-驱动-显示 电路 图 1 方案一原理图 1.2方案二 用 ADC0809电阻测量，以一个 1K 的电阻作为基准电阻。和被测电阻进行分 压，分压比例得出电阻比例。 = 2 1 R R 2 1 V V 用 ACD0809 测量电阻时间误差为%10 以下，分辨率高，输出能与 TTL 电平兼容。 其原理图如图 2 所示。 简易外围电路 A/D 转换电路 译码-驱动-显示 电路 图 2 方案二原理图 1.3方案对比与比较 由于课程设计的要求是电阻测量需要简单的外

7、围检测电路，将电阻转换为电压， 测量 100,1k,4.7k,10k,20k 的电阻阻值，由数码管显示。测试：误差 10%。通过比 较以上两个方案，可知方案二相对来说比较适合。所以选用方案二作为实验方案。 2 2、系统硬件电路的设计、系统硬件电路的设计 2.12.1 振荡电路模块振荡电路模块 振荡电路通过这两个引脚外并接石英晶体振荡器和两只电容（电容和一般取 33pF） ，这样就构成一个稳定的自激振荡器。为单片机提供时钟信号。如图 3 所示。 8051 XTAL1 XTAL2 C2 C1 图 3. 振荡电路 2.22.2 A/DA/D 转换电路转换电路模块模块 ADC0809 是采用逐次逼近式

8、原理的A/D转换器。 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。下降沿启动 AD转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。 直到AD转换完成，EOC变为高电平，指示AD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，9 电路图如图 4 所示。 图 4 A/D 转换电路原理图 2.2.12.2.1 主要性能主要性能 1 分辨率为 8 位二进制数。 2 模拟输入电压范围 0V

9、5V，对应A/D转换值为 00HFFH。 3 每路A/D转换完成时间为 100s。 4 允许输入 4 路模拟电压，通过具有锁存功能的 4 路模拟开关，可以分时进行 4 路A/D转换。 5 工作频率为 500kHz,输出与 TTL 电平兼容。 2.2.22.2.2 ADC0809ADC0809 芯片的组成原理芯片的组成原理 具体设计要求如图 5 所示，它是由地址锁存器、4 路模拟开关、8 位逐次 A/D 转换器和三态锁存输出缓冲器构成。由 3 位地址输入线 ADDRA、ADDRB、ADDRC 决定 4 路模拟输入中的 1 路进 8 位 A/D 转换器，A/D 转换值进入三态锁存输出缓冲 器暂存，

10、在 CPU 发来输出允许控制信号 OE 后，三态门打开，经 DB7DB0 进入 CPU 总线，完成一次 A/D 转换全过程。 图 5A/D 转换电路原路图 2.2.32.2.3 ADC0809ADC0809 引脚功能引脚功能 ADC0809 采用 28 引脚的封装，双列直插式。A/D 转换由集成电路 ADC0809 完 成。ADC0809 具有 8 路模拟输入端口，地址线（23 25 脚即 C,B,A,）可决定对 哪一路模拟输入作 A/D 转换。22 脚为地址锁存控制（ALE） ，当输入为高电平时， 对地址信号进行锁存。6 脚为测试控制（START） ，当输入一个 2us 宽高电平脉冲时， 就

11、开始 A/D 转换。7 脚为 A/D 转换结束标志（EOC） ，当 A/D 转换结束时，7 脚输出 高电平。9 脚为 A/D 转换数据输出允许控制（OE） ，当 OE 脚为高电平时，A/D 转换 数据从该端口输出。10 脚为 ADC0809 的时钟输入端（CLOCK） ，利用单片机 30 脚 的六分频晶振频率再通过 14024 二分频得到 1MHz 时钟。单片机的 P1、P3.0P3.3 端口作为四位 LED 数码管显示控制。P3.5 端口用作单路显示/循环显示转换按钮， P3.6 端口用作单路显示时选择通道。P0 端口作 A/D 转换数据读入用，P2 端口用作 ADC0809 的 A/D 转

12、换控制。 2.32.3 主控芯片主控芯片 AT89C52AT89C52 模块模块 AT89C52 是一个低电压，高性能CMOS 8 位单片机，片内含 8k bytes的可反 复擦写的Flash只读程序存储器和 256 bytes的随机存取数据存储器（RAM）， 器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS51 指令 系统，片内置通用 8 位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52 单片 机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。 AT89C52 有 40 个引脚，32 个外部双向输入 /输出（I/O）端口，同时内含 2 个外中断口。 3 个 16 位可编程

13、定时计数器 ,2 个全双工串行通信口， 2 个读写口 线，AT89C52 可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理 器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低 开发成本。 如图 6 所示为AT89C52 管脚图。 图 6 AT89C52 管脚图 2.3.12.3.1 主要功能特性主要功能特性 与MCS51 产品指令和引脚完全兼容 8k字节可重擦写Flash闪速存储器 1000 次擦写周期 全静态操作： 0Hz24MHz 三级加密程序存储器 32 个可编程I/O口线 低功耗空闲和掉电模式 3 个 16 位定时/计数器 可编程串行UART通道

14、2.3.22.3.2 主要引脚功能主要引脚功能 VCC : 电源 GND: 地 P0 口：P0 口是一组 8 位漏极开路型双向I/O 口，也即地址 /数据总线复用 口。 P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向I/O口，P1 输出缓冲器能驱 动 4 个TTL逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以 作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输 出电流（IIL） 。此外，P1.0 和P1.2 分别作定时器/计数器 2 的外部计数输入 （P1.0/T2）和时器/计数器 2 的触发输入（P1.1/T2EX） 。 P2 口：P2 口是

15、一个具有内部上拉电阻的 8 位双向I/O口，P2 输出缓冲器能驱 动 4 个TTL逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以 作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输 出电流（IIL） 。在访问外部程序存储器或用 16 位地址读取外部数据存储器（例如执 行MOVX DPTR）时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部 上拉发送 1。在使用 8 位地址（如MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2 口输出 P2 锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2 口也接收高 8 位地址字节和一些控制 信号。 P1 口和P2

16、口的第二功能如下表 1 所示。 表 1 P0 和P1 口的第二功能 引脚号功能特性 P1.0 T2(定时/计数器 2 外部计数脉冲输入)，时钟输 出 P1.1 T2EX（定时/计数 2 捕获/重载触发和方向控制） P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向I/O口，P3 口输出缓冲器能驱动 4 个TTL逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作 为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出 电流（IIL） 。P3 口亦作为AT89C52 特殊功能（第二功能）使用，在flash编程和校 验时，P3 口也接收一些控制信号。具体功能如

17、表 2 所示： 表 2P3 口的第二功能 端口引脚第二功能 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD(串行输出口) P3.2 外中断 0 P3.3 外中断 1 P3.4 T0(定时/计数器 0) P3.5 T1（定时/计数器 1） P3.6 外部数据存储器写选通 P3.7 外部数据存储器读选通 RST: 复位输入。晶振工作时，RST脚持续 2 个机器周期高电平将使单片机复位。 看门狗计时完成后，RST脚输出 96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地址 8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。 ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE

18、）是访问外部程序存储器时，锁存低 8 位地 址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。在一般情 况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使 用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需 要，通过将地址为 8EH的SFR的第 0 位置 “1” ，ALE操作将无效。这一位置 “1” ， ALE仅在执行MOVX或MOVC指令时有效。否则，ALE将被微弱拉高。这个ALE使能标 志位（地址为 8EH的SFR的第 0 位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。 PSEN:外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程

19、序存储器选通信号。当 AT89C52 从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，而 在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。 EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。为使能从 0000H到FFFFH的外部程序存 储器读取指令，EA必须接GND。为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。在flash 编程期间，EA也接收 12 伏VPP 电压。 XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。 2.42.4 显示控制电路的设计及原理显示控制电路的设计及原理 显示子程序采用动态扫描法实现 4 位数码管的数值显示。测量所得的

20、A/D转 换数据放 70H77H内存单元中，测量数据在显示时须经过转换成为十进制BCD码放 在 78H7BH单元中，其中 7B存放通道标志数。寄存器R3 用作 8 路循环控制，R0 用作显示数据地址指针。 本系统显示部分采用 4 位数码管动态扫描显示。 动态扫描显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一。其接口电路 是把所有显示器的 8 个笔划段a-h同名端连在一起，而每一个显示器的公共极COM 是各自独立地受I/O线控制。CPU向字段输出口送出字形码时，所有显示器接收到 相同的字形码，但究竟是那个显示器亮，则取决于COM端，而这一端是由 I/O控制 的，所以我们就可以自行决定何时显示哪

21、一位了。而所谓动态扫描就是指我们采用 分时的方法，轮流控制各个显示器的COM端，使各个数码管轮流点亮。本系统采用 4 位共阴极数码管，COM端接接P20P23 端，8 个笔划段a-h分别按顺序接P07 P00，轮流给P20P23 口低电平，使各个数码管轮流点亮。 在轮流点亮扫描过程中，每位显示器的点亮时间是极为短暂的（约 1ms） ，但由 于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位显示器并非同时点 亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁 感。 显示控制电路由图 7 的 8255 芯片和图 8 的数码管显示电路两部分组成 图 78255 芯片 图

22、8 数码管显示电路 3 3、程序设计、程序设计 3.13.1 初始化程序初始化程序 void Init() ST = 0; OE = 0; a8255_CON=0 x81; PB=0 xff; PA=0 xff; 3.23.2 主程序主程序 void main() uchar I=0,J=0; uint RRR=0; Init(); while (1) Get_Resistance(); If(RRR=0)RRR=R_T; ; /计算平均值 else if(J=30)R=RRR;RRR=0;J=0; /J 为 30 个平均值 可改 else J+; Display(); 3.33.3 显示子程

23、序显示子程序 void Display() uchar A; uint B=10000; for(A=0 x02;A=0X40;A=1) if(R/B) if(A!=0X02)Delay(150); PB=0XFF; PA=0XFF; PB=LED_CODE(R%(B*10)/(B); PA=A; B/=10; 3.4 A/D 转换测量子程序 uchar Ad_Cover() uchar AD_DATA; ST = 0; ST = 1; /启动 AD 转换 ST = 0; while (EOC=0)CLK = CLK; OE = 1; AD_DATA = P0; OE = 0; return

24、AD_DATA; 4 4、系统调试与分析系统调试与分析 4.14.1 硬件调试硬件调试 硬件调试时可以检查印制板和外围电路是否有断路或短路问题，在检查无误的 情况下，通过外围电路接入一个被测电阻，检查数码管显示是否正常，若不正常， 用万用表检查出电路的问题所在，并纠正电路的焊接问题。 为了测量的精准度，用万用表选择的基准电阻，尽量使基准电阻接近1 ,减少测量的误差。1 4.2 软件调试软件调试 将用 keil 编译产生的 HEX 文件下载到单片机开发板中，通过外围电路接入一个 已知的被测电阻，看数码管上的显示数值是否接近已知的电阻值，若不对，则反复 调试程序，直到正确为止。 4.34.3 性能

25、分析性能分析 1.误差 W=100%,如表 3 所示。 0 |21| R RR 2.误差分析 AD 的分辨率只有八位，分辨率小，所以测量小电阻的时候误差小，随着测量电阻的 变大误差变大。 表 3 误差分析 电阻理想阻值 R(K)万用表测量值 R0(K) 模拟测量值 R1(K)误差 w 10.990.9950.5% 4.74.614.5650.98% 0.470.4610.4620.22% 5 5、元件清单、元件清单 元件名称类型或量程数量 芯片 AT89C52 1 片 芯片 8255 1 片 芯片 ADC0809 1 片 杜邦线2 根 万用表1 个 电阻1K、4.7K、0.47K各一个 电源线

26、供电电源线1 根 数码管 HSK 2 个 6 6、总结与思考及致谢总结与思考及致谢 这次单片机课程设计意义非同一般，把我从单深入的理论编程到硬件软件 综合实现一个使用的电路。通过这学期的单片机的学习，知道了单片机在实际应用 中占据很重要的作用，也了解单片机本身的功能，用编程控制；也了解了单片机的 一些扩展功能。通过这次设计，我更深入地了解到单片机的使用原理和功能。 为期两周的设计中，我看到很多同学都很努力，很认真，我也不敢懈怠。虽说 两周的时间有点仓促，但老师和同学们夜以继日在解决问题，我做电阻测量的设计 中也遇到些许问题，但通过他人的指点，并查阅很多有价值的书籍，我从中认识了 不少。也增强了

27、自己发现问题解决问题的能力。还有在编程的时候要仔细，要实现 一个完整的功能就要考虑全面，在测试程序的时候要善于发现错误，而且可能是一 些小问题，比如说把立即数和地址混用，这是很常见的。 两周的设计完满结束了，经过自己的努力和同学的帮忙终于有了成果，特别离 不开指导老师方智文的悉心教导，我受益匪浅，相信他的工作作风和知识筑成都是 我们学习榜样，给我很大的启迪。感谢这些老师不畏辛劳，热心精心的指导。在这 里向他们说声谢谢，你们辛苦了。 参考文献 1 张鑫. 单片微机原理与应用.M 北京.电子工业出版社. 2008 2 楼然苗.李光飞. 单片机课程设计指导. M北京.航空航天大学出版社. 2007

28、3 长洪润.刘秀英. 单片机应用设计 200 例（上、下） . M 北京.航空航 天大学出版社.2006 4 张毅刚. 新编MCS51 单片机应用设计（第3版） .M哈尔滨工业大学 出版社.2008 5 马静.单片机原理与应用. M 实践教学指导书中国计量出版社. 2003 附一：原理图 附二：程序 #include#include #define#define ucharuchar unsignedunsigned charchar #define#define uintuint unsignedunsigned intint sbitsbit STST = = P2P2 7;7; sbit

29、sbit EOCEOC = = P3P3 4;4; sbitsbit OEOE = = P2P2 3;3; sbitsbit CLKCLK = = P2P2 0;0; xdataxdata ucharuchar PAPA _at_at_ 0 xD1FF,0 xD1FF, PBPB _at_at_ 0 xD2FF,0 xD2FF, PCPC _at_at_ 0 xD5FF,0 xD5FF, a8255_CONa8255_CON _at_at_ 0 xD7FF;0 xD7FF; uintuint R=0,R_T;R=0,R_T; ucharuchar codecode LED_CODE=LED_C

30、ODE=0 xA0,0 xA0, 0 xBB,0 xBB, 0 x62,0 x62, 0 x2A,0 x2A, 0 x39,0 x39, 0 x2C,0 x2C, 0 x24,0 x24, 0 xBA,0 xBA, 0 x20,0 x20, 0 x28;0 x28; voidvoid Init()Init() STST = = 0;0; OEOE = = 0;0; a8255_CON=0 x81;a8255_CON=0 x81; PB=0 xff;PB=0 xff; PA=0 xff;PA=0 xff; ucharuchar Ad_Cover()Ad_Cover() ucharuchar AD_DATA;AD_DATA; STST = = 0;0; STST = = 1;1; STST = = 0