基于PCF8591数字电压表设计

1、 成绩 课程设计报告 题 目： 学生姓名： 学生学号： 别：系 业：专 指导教师： 电气信息工程学院制 月2013年6 课程设计的总体方案1章 第 课程设计的目的1.1 转换性能及其编程方法。PCF8591A/D1.了解芯片 转换器与单片机的接口方法A/D2.掌握 转换器进行电压信号采集3.学会使用A/D 课程设计的要求1.2 液晶显示屏组成。及1602PCF8591A/D1.利用芯片 路模拟量输入。4采用2 3.尽量使用较少的元器件。 课程设计的思路1.3 单片机为核心控制器件。根据设计要求，选择AT89C511. 将模拟电压转换为数字量。实现，利用PCF85912.A/D转换采用PCF85

2、91 数码管。位一体的LED3.经单片机将数字量转换成对应电压值，电压显示采用4 课程设计的方案1.4 硬件电路设计由6个部分组成。 A/D转换电路，AT89C51单片机系统，LCD显示系统、时钟电路、 所示。复位电路以及测量电压输入电路。硬件电路设计框图如图1 时钟电路 复位电路AT89C51 P1 P2 P2 P0 结束A/D转换电路 结束 显示系统模拟量输入 数字电压表系统硬件设计框图1 图 系统方案硬件设计章第2 系统方案的提出2.1 转换器提供以下设计方案。路模拟量输入设计的需要，为单片机和A/D根据 4 单片机方案2.1.1 ）。PEROM可擦写存储器（4k字节Flash位单片机，

3、片内含 AT89C51是一个低功耗，高性能CMOS 880C51指令系统及公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51器件采用AT89C51ATMEL位8的片内AT89C51Flash允许程序存储器通过传统编程器反复编程。由于芯片内集成了通用引脚结构，可为许多嵌入式控制应用系统提供ATMEL AT89C51Flash中央处理器和存储单元，功能强大的微处理器 高度灵活、高性价比的解决方案。 AT89C51具有如下特点：4k Bytes Flash存储器、128 bytes的RAM以及32个I/O口、2个16位定时/计 1个全双工串行通信口、片内时钟振荡器。,5个中断优先级2层中断嵌套

4、中断、数器 GND：接地。芯片，如图所示，各引脚功能如下：VCC：供电电压。AT89C51 门电流。口，每脚可吸收8TTL8位漏级开路双向I/OP0口：为一个 门电流。4TTL口，P1口缓冲器能接收输出P1口：是个内部提供上拉电阻的8位双向I/O 设计3-1 AT89C51 图 P2口：为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被 时，其管脚被内部上拉电阻拉高。写“1” P3口：管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。P3口也可作为 的一些特殊功能口，如所示：AT89C51 （串行输出口） P3.0 RXD（串行输入口）

5、 P3.1 TXD 1） P3.3 /INT1（外部中断0）（外部中断 P3.2 /INT0 外部输入） P3.5 T1（记时器1（记时器 P3.4 T00外部输入） （外部数据存储器读选通） P3.7 /RD P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 P3 脚两个机器周期的高电平时间。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RSTALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储 有效。器取指期间，每个机器周

6、期两次/PSEN/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程 序存储器。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 ：来自反向振荡器的输出。XTAL2 转换器方案2.1.2 A/D PCF8591的功能包括多路模拟输入、内置跟踪保持、8-bit模数转换和8-bit数模转换。PCF8591的最大 总线的最大速率决定。C转化速率由I2 、主要技术指标和特性1 。低待机电流 PCF8591的操作电压范围2.5V-6V 单独供电。 个硬件地址引脚寻址通过3I2C总线串行输入/输出。PCF8591通过 总线速率决定。的采样率

7、由I2CPCF8591 个模拟输入可编程为单端型或差分输入频道选择自动增量。4 VDD。PCF8591的模拟电压范围从Vss到 转换器；逐次逼近A/DPCF8591内置跟踪保持电路。8-bit 引脚图 PCF8591路模拟输出实现DAC增益通过1 时钟电路2.1.3 AT89S51的时钟电路如图所示，在单片机的XTAL1和XTAL2两个管脚接一个晶振及两个电容构成了时钟电路电路中电容C1和C2对振荡频率有微调作用，在设计时取30uF。晶振为11.0592MHz，故选择 即可。12MHz 复位电路图 2-3 时钟电路图 2-2 复位电路2.1.4的复位电路如图所示。当单片机一上电，立即复位；另外

8、，如果在运行中，外界干扰等因素使 AT89S51单片机的程序陷入死循环状态，就可以通过按键手动使其复位。复位也是使单片机退出低功耗工作方式而进入正常状态的一种操作。电容C3和电阻R10实现上电自动复位。增加按键开关S1和电阻R9又可实 的触点。放电电流过大烧坏开关C3S1R9的作用是在S1按下的时候，防止电容现按键手动复位功能。 LED硬件设计2.1.5 显示电路LED数码管由8个发光二极管组成，其中7个按“8”型排列，另一个发光二极管为圆点形状，位于右 下角，常用于显示小数点。 共阳极LED电路连接如图2-4所示,8支发光二极管的阳极共同接到电源上，所以叫共阳极LED，在每个发光二极管的阳极

9、接的电阻将起到保护作用。在输入管脚接低电平时，对应的发光二极管将会发光。和共阴极LED一样，适当编码后，8支发光二极管组合起来就可以 显示数据了。 2-4共阳极接法原理图 动态显示来完成该显示电路的硬件设计。 显示电路设计 图2-5 图2.1.6总体设计电路图：见Protel 系统软件设计章 第3 程序设计总方案3.1.1 根据模块的划分原则，将该程序划分初始化模块，A/D转换子程序和显示子程序，这三个程序模块构 所示。12成了整个系统软件的主程序，如图 开始 初始化 调用A/D转换子程序 调用显示子程序 数字式直流电压表主程序框图图3-1 系统子程序设计3.1.2 初始化程序 所谓初始化，是

10、对将要用到的MCS_51系列单片机内部部件或扩展芯片进行初始工作状态设定，初始化 子程序的主要工作是设置定时器的工作模式，初值预置，开中断和打开定时器等 转换子程序3.1.3 A/DA/D转换子程序用来控制对输入的模块电压信号的采集测量，并将对应的数值存入相应的内存单 所示。3-2元，其转换流程图如图 开始 启动转换 A/D转换结束？ 输出转换结果 数值转换 显示 转换流程图图3-2 A/D 显示子程序3.1.4 显LED显示子程序采用动态扫描实现四位数码管的数值显示，在采用动态扫描显示方式时，要使得左右时，能够产生比较示的比较均匀，又有足够的亮度，需要设置适当的扫描频率，当扫描频率在70HZ

11、的显示时间为LED进行动态扫描一次，每一位10ms对LED好的显示效果，一般可以采用间隔 。1ms1011s溢出中断功能实现在本设计中，为了简化硬件设计，主要采用软件定时的方式，即用定时器0 的延时。5ms定时，通过软件延时程序来实现 板的设计第四章电路原理图和PCB 实习总结章 5第 经过两周的单片机课程设计，我有了很多的体会和感想。通过本次对简易电压表的设计，我们对单片机 这门课程有了更进一步的了解。无论是在其硬件连接方面还是在软件编程方面，都取得了新的收获。本次课程设计采用了AT89C51单片机芯片，与以往我们我们所熟悉的C51芯片有许多不同之处，通过本次实验及查阅相关资料，我们对其之间

12、的区别有了一定的认识，在本课题设计报告的硬件介绍部分也对其作了详细的论述。S51在C51的基础上增加了许多新的功能，使其功能更为完善，应用领域也更为广泛。另外，在对单片机编程方面，我们又掌握了一些新的编程思想，使得程序更为简练、易懂，而且更为严谨，程序执行的稳定性得到了提高。 设计中我们还用到了模/数转换芯片PCF8591，以前在学单片机这门课程时只是对其理论知识有了初步的了解。通过本次实验，我们对它的工作原理彻底理解了，对其启动设置、转换结束判断以及输出控制等都基本掌握。电路连接方面，我们对其与单片机的连接也有了更为直观的认识，通过实验的摸索以及必要的理论知识，我们准确的实现了它于单片机的互

13、连。设计过程中，我遇到过许多次失败的考验，比如，自己对单片机编程时遇到了很多阻碍，想要放弃，然而，就在要放弃的那一刻，我明白了，原来结果并不那么重要，我们更应该注重的是这一整个过程。于是，我坚持了下来。我非常感激实习老师对我的的指导和帮助，没有老师的指导，我只能晕头转向的瞎忙。 通过这次设计，这也对我们今后的工作敲响了警钟：要认真的看待每个需要处理的问题，不要认为事情过于简单，不能急于求成，但不要放弃。要保持头脑清醒。单片机是很重要的一门课程，老师和一些工作的朋友都曾说过，如果学好一门单片机，就凭这个技术这门手艺找一个好工作也不成问题。尽管我们在课堂学到的内容很有限，但在以后的学习中单片机还需

14、要好好的深入研究和学习。最后感谢老师对我 的精心指导和帮助，感谢同学们对我的帮助。 参考文献 2006 .北京：北京大学出版社，.单片机原理及应用技术. 1. 魏立峰王宝兴 2003 .哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，单片机应用与设计.2. 张毅刚. MCS-51 2003 .北京：北京航空航天大学出版社 单片机的C语言应用程序设计3. 马忠梅 使用说明书4.PCF8591 程序: ORG 0000H LJMP START ORG 0003H RETI ORG 000BH RETI ORG 0013H RETI ORG 001BH RETI ORG 0023H RETI ORG 002BH RE

15、TI *初始化程序中的各变量* CLEARMEMIO: CLR A MOV P2,A MOV R0,#70H MOV R2,#0DH LOOPMEM: MOV R0,A INC R0 DJNZ R2,LOOPMEM MOV 20H,#00H MOV A,#0FFH MOV P0,A MOV P1,A MOV P3,A RET * 序主 程* 。初始化START: LCALL CLEARMEMIO 。测量一次MAIN: LCALL TEST 。显示数据一次 LCALL DISPLAY MAIN AJMP 值出错处理PC 。 NOP NOP NOP START LJMP * 序制 程控* 显 示

16、。DISPLAY: JB 00H,DISP11 路信号循环显示控制8 MOV R3,#08H 。 70H77H。显示数据初址 MOV R0,#70H 。显示通道路数初值 MOV 7BH,#00H 78H 79H、BCD码存入7AH、DISLOOP1: LCALL TUNBCD 。显示数据转为三位 4MS*255。每路显示时间控制 MOV R2,#0FFH 。调四位显示程序DISLOOP2: LCALL DISP 。 LCALL KEYWORK1 。 DJNZ R2,DISLOOP2 。显示下一路 INC R0 。通道显示数加一 INC 7BH DJNZ R3,DISLOOP1 RET 。单路显

17、示控制子程序DISP11: MOV A,7BH 。 SUBB A,#01H 。 MOV 7BH,A 。 ADD A,#70H 。 MOV R0,A 5.00v)最大、78H(BCD码存入7AH、79HDISLOOP11: LCALL TUNBCD 。显示数据转为三位 4MS*25。每路显示时间控制 MOV R2,#0FFH 。调四位显示程序DISLOOP22: LCALL DISP 。按键检测 LCALL KEYWORK2 DJNZ R2,DISLOOP22 。通道显示数加一 INC 7BH RET *BCD码程序* 显示数据转为三位 ；最大值5.00v)、79H、78H(显示数据转为三位BC

18、D码存入7AH 运算。255/51=5.00VTUNBCD: MOV A,R0 。 MOV B,#51 。 DIV AB 7AH MOV 7AH,A 。个位数放入 5结果加1,乘法溢出, MOV A,B 。余数大于19H,F0为 CLR F0 SUBB A,#1AH MOV F0,C 。 MOV A,#10 。 MUL AB 。 MOV B,#51 DIV AB 。 JB F0,LOOP2 ADD A,#5 79HLOOP2: MOV 79H,A 。小数后第一位放入 MOV A,B CLR F0 SUBB A,#1AH MOV F0,C 。 MOV A,#10 。 MUL AB 。 MOV B

19、,#51 DIV AB 。 JB F0,LOOP3 ADD A,#5 78H。小数后第二位放入LOOP3: MOV 78H,A RET *序 程 示* 显 子 ；共阳显示子程序，显示内容在78H-7BH 78H-7BH。共阳显示子程序，显示内容在DISP: MOV R1,#78H P3.0-P3.3输出，列扫描在。数据在 MOV R5,#0FEH P1 PLAY: MOV P1,#0FFH MOV A,R5 ANL P3,A MOV A,R1 MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV P1,A 。小数点处理 JB P3.2,PLAY1 ）。小数点显示（显示格式为XX.XX

20、 CLR P1.7 PLAY1: LCALL DL1MS INC R1 MOV A,P3 JNB ACC.3,ENDOUT RL A MOV R5,A MOV P3,#0FFH AJMP PLAY ENDOUT: MOV P3,#0FFH MOV P1,#0FFH RET 。断码表TAB: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH *延时程序* 延时子程序10MSDL10MS: MOV R6,#0D0H 。 DL1: MOV R7,#19H DL2: DJNZ R7,DL2 DJNZ R6,DL1 RET (513+513)ms=

21、1MSDL1MS: MOV R4,#0FFH 。 LOOP11: DJNZ R4,LOOP11 MOV R4,#0FFH LOOP22: DJNZ R4,LOOP22 RET *）子程序* 电压测量（A/D 单元中；70H-77H一次测量数据8个，依次放入 。模数转换子程序TEST: CLR A MOV P2,A 。转换值存放首址 MOV R0,#70H 次控制。转换8 MOV R7,#08H 。启动测试 LCALL TESTART 转换结束信号A/DWAIT: JB P3.7,MOVD 。等 AJMP WAIT 。测试启动TESTART: SETB P2.3 NOP NOP CLR P2.3 SETB P2.4