简易数字电压表的课程设计

1、贵州丈修课程设计设计题目：简易数字电压表系别:班级:学号:姓名:指导教师:20 年 月 口课程设计任务书系专业班姓名学号课程设计时间：2012年7月 2 h 至2012 年 7月13 r课程设计题目：简易数字电压表的设计课程设计任务与要求一、设计目的单片机原理及应用是一门实践性很强的课程，通过本次课程设计使学生在掌握基 础知识的同吋，熟悉单片机系统的设计方法。二、设计任务利用mcs-51单片机及相应元器件设计一台简易数字电压表。三、设计要求1、数字电压表应具有以下功能：(1) 、可以测量0伏5伏的3路输入电压值。(2) 、在四位led数码管(其屮3位显示电压，一位显示路)上轮流显示3路或单路选

2、择显示。(3) 、测量最小分辨率0.019伏。2、根据设计要求及参数在规定时间内完成设计任务。要求设计说明书以及电路原理 图必须用word和相关的制图软件完成。课程设计进度计划安排2012年7月2 口3 口：查阅文资料，确定设计方案2012年7月4日6日：硬件原理图设计2012年7月9日11日：软件编程及调试2012年1月12日13 0：编写设计说明书，绘制设计电路原理图口期:指导教师（签名）:摘要-1 -0.引言-1-1. 系统概述-1-2. 数字电压表硬件电路设计-2-2. 1实验所需元器件:-2-2.2原理框图-2-2.3主要芯片介绍-3-3. 显示设计3. 1led显示的原理-8-3.

3、 2led显示驱动一9一4. 设计接线图-10-5. 程序设计-10-5. 1主程序设计图_ 10 -5. 2 源程序12 -6. 心、得体会167. 参考文献-16-附图-17-随着单片机技术的，单片机广泛的应用于测量技术中。以往的测 量技术与之相比，只能将被测量通过指针仪表显示测量数据。但是指 针仪表读数不方便，且不易于实现计算机控制，本文利用了单片机在 测量技术中的应用，采用80c51单片机实现模拟电压信号的测量与显 示，构成数字式电压表。以便与其它设备进行数据交换，便于实现智 能化控制。0引言在广泛的自动控制领域中，需要有类似微型计算机功能的支持， 单常常有不能把计算机安装在设备里面，

4、因此，微型控制器的一个重 要分支（单片机）应运而生。随着单片机技术的发展，单片机以其稳 定可靠、体积小、功耗低、价格低廉的特点广泛应用于多重需要计算 机控制功能的现场控制领域和实时控单片机控制系统。为了更好的学 习和使用单片机，我们利用单片机制作了一数字电压表。1.系统概述数字电压表主要由模数转换电路、单片机控制电路、显示电路等 三部分组成。其中adc0809等器件组成的转换电路，将输入的模拟量 信号进行取样、转换、然后将转换后的数字信号送进单片机。单片机 控制电路主要对数据进行程序处理，显示电路主要用于将单片机的信号数据转换后显示测量结果。2.数字电压表硬件电路设计2.1实验所需元器件:18

5、0c51芯片1块2.adc0809 芯片1块3.4位一体数码1个4.按键开关3个5.2. 2kq电阻1个6.4.7kq电阻1个7.10kq电阻3个8.导线若干9.电容3个10.5v电源1块2.2原理框图图1.数字电压原理框图2.3主要芯片介纟a) adc0809的内部结构adc0809的内部逻辑结构图如图2所示。% j»+- istart cek0e图2 adc0809内部逻辑结构图中多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入， 共用一个a/d转换器进行转换，这是一种经济的多路数据采集方法。 地址锁存与译码电路完成对a、b、c 3个地址位进行锁存和译码，其 译码输出用于通道选

6、择，其转换结果通过三态输岀锁存器存放、输出, 因此可以直接与系统数据总线相连。adc0809对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是0 5v, 若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不 变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。ino in7： 8条模拟量输入通道地址输入和控制线：4条ale为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ale线为高电平时, 地址锁存与译码器将a, b, c三条地址线的地址信号进行锁存，经译 码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。a, b和c为地址输 入线，用于选通in0-in7±的一路模拟量输入adc0809的工作过程是：首

7、先输入3位地址，并使ale二1,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 ±升沿将逐次逼近寄存器复位。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。亡到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0e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。b） 80c51 芯片芯片的引脚描述hmos制造工艺的mcs-51单片机都采用40引脚的直插封装（dip 方式），制造工艺为chm0s的80c51/80c31芯片除采用dip封装方式 外，还采用方型封装

8、工艺，引脚排列如图。其中方型封装的chm0s芯 片有44只引脚，但其中4只引脚（标有nc的引脚1、12、23、34） 是不使用的。在以后的讨论中，除有特殊说明以外，所述内容皆适用 于chm0s芯片。如图3所示，是mcs-51的逻辑符号图。在单片机的40条引脚中有2条专用于主电源的引脚，2条外接晶体的引脚，4条控制或与其它电源复用的引脚，32条输入/输出（i/o）引脚。226829 莎 3?图3 80c51引脚图>xtal1xtal2rstpo.o/adopo.1/ad1p0.2/ad2p0.3/ad3po.4/ad4p0.5/ad5p0.6xad6p0.7/ad7p2.0/a8p2.1/

9、a9p2.2/a10psenp2.3/a11ale eap2.4/a12p2.5/a13p2.6/a14p2.7/a15p1.0p3.0/rxdp1.1p3.1/txdp1.2p3.2/int0p1.3p3.3/int1p1.4p3.4/top1.5p3.5/t1p1.6p3.6/wrp1.7p3.7/rdu11880c51下面按其引脚功能分为四部分叙述这40条引脚的功能。1、主电源引脚vcc和vssvcc（40脚）接+5v电压；vss（20脚）接地。2、外接晶体引脚xtal1和xtal2xtal1 （19脚）接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是一 个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片

10、内振荡器。当采用外部 振荡器时，对hm0s单片机，此引脚应接地；对chmos单片机，此引 脚作为驱动端。xtal2 （18脚）接外晶体的另一端。在单片机内部，接至上述振 荡器的反相放大器的输出端。采用外部振荡器时，对hm0s单片机， 该引脚接外部振荡器的信号，即把外部振荡器的信号直接接到内部吋 钟发生器的输入端；对x1im0s,此引脚应悬浮。3、控制或与其它电源复用引脚rst/vpd、ale/prog、psen和ea/vpp。 rst/vpd （9脚）当振荡器运行吋，在此脚上出现两个机器周 期的高电平将使单片机复位。推荐在此引脚与vss引脚之间连接一个 约8. 2k的下拉电阻，与vcc引脚之间

11、连接一个约10 11 f的电容，以 保证可靠地复位。vcc掉电期间，此引脚可接上备用电源，以保证内部ram的数据 不丢失。当vcc主电源下掉到低于规定的电平，而vpd在其规定的电 压范围（5±0. 5v）内，vpd就向内部ram提供备用电源。 ale/pr0g （30脚）：当访问外部存贮器时，ale （允许地址锁 存）的输出用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器，ale 端仍以不变的频率周期性地出现正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 l/6o因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。然而要注 意的是，每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ale脉冲。ale端 可以驱动（吸收或输

12、出电流）8个ls型的ttl输入电路。对于eprom单片机（如8751）,在eprom编程期间,此引脚用于 输入编程脉冲（pr0g）o psen （29脚）：此脚的输出是外部程序存储器的读选通信号。 在从外部程序存储器取指令（或常数）期间，每个机器周期两次psen 有效。但在此期间，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的pse7 信号将不出现。psen同样可以驱动（吸收或输岀）8个ls型的ttl 输入。 ea/vpp （引脚）：当ea端保持高电平时，访问内部程序存储器, 但在pc （程序计数器）值超过offfh （对851/8751/80c51）或1fffh （对8052）吋，将自动转向执行外部

13、程序存储器内的程序。当ea保 持低电平时，则只访问外部程序存储器，不管是否有内部程序存储器。 对于常用的80c51来说，无内部程序存储器，所以ea脚必须常接地, 这样才能只选择外部程序存储器。对于eprom型的单片机（如8751）,在eprom编程期间,此引脚 也用于施加21v的编程电源（vpp）o4、输入/输出（i/o）引脚p0、pl、p2、p3 （共32根） p0 口（39脚至32脚）：是双向8位三态i/o 口，在外接存储 器时，与地址总线的低8位及数据总线复用，能以吸收电流的方式驱 动8个ls型的ttl负载。 p1 口（1脚至8脚）：是准双向8位i/o 口。由于这种接口输 出没有高阻状态

14、，输入也不能锁存，故不是真正的双向i/o 口。p1 口能驱动（吸收或输出电流）4个ls型的ttl负载。对8052、8032, p1. 0引脚的第二功能为t2定时7计数器的外部输入，pl. 1引脚的第 二功能为t2ex捕捉、重装触发，即t2的外部控制端。对eprom编程 和程序验证时，它接收低8位地址。 p2 口（21脚至28脚）：是准双向8位i/o 口。在访问外部存 储器时，它可以作为扩展电路高8位地址总线送出高8位地址。在对 eprom编程和程序验证期间，它接收高8位地址。p2可以驱动（吸收 或输出电流）4个ls型的ttl负载。 p3 口（10脚至17脚）：是准双向8位1/0口，在mcs-5

15、1中， 这8个引脚还用于专门功能，是复用双功能口。p3能驱动（吸收或 输出电流）4个ls型的ttl负载。作为第一功能使用时，就作为普通i/o 口用，功能和操作方法与 p1 口相同。作为第二功能使用时，各引脚的定义如表所示。值得强调的是，p3 口的每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入输出或笫二功能。如表1所示为p3 口的笫二功能。表1 p3 口第二功能引脚列表口线引脚第二功能p3.010rxd （串行输入口）p3.111txd （串行输出口）p3.212into （外部中断0）p3.313int1 （外部中断1）p3.414t0 （定时器0外部输入）p3.515t1 （定吋器1外部输入）p3.

16、616wr （外部数据存储器写脉冲）p3.717rd （外部数据存储器读脉冲）3显示设计3.1 led显示的原理本设计中采用的是四个七段led数码管来显示电压值，其中最高 位显示通道号，其他三位显示电压值。led具有耗电低、亮度高、视 角大、线路简单、耐震及寿命长等优点，数码管是由8个发光二极 管构成的显示器件，其外形如图4所示。a-g和h为8个发光二极 管。在数码管中，若将二极管的阳极连在一起，称为共阳极数码管；若将二极管的阴极接在一起，就称为共阴极数码管，女口（图5）所示。 当发光二极管导通时，它就会发光。每个二极管就是一个笔画，若干 个二极管发光时，就构成了一个显示字符。将单片机的i/o

17、 口与数码管的a-g及h相连，高电平的位对应 的发光二极管亮，这样，由i/o 口输出不同的代码，就可以控制数码 管显示不同的字符。例如：当i/o 口输出的代码为0011 1111时，数 码管显示的字符为0o这样形成的显示字符的代码称为显示代码或段 选码。3.2 led显示驱动在微型计算机控制系统中，常用的显示方法有动态显示和静态 显示两种。在动态显示的方式下，各数码管的8个引脚（a-h）并联 在一起。与单片机的一个i/o相连，每个数码管的共阴端（位选信 号端）与单片机的另一 i/o相连，控制数码管轮流被选中，轮流显/j oled的驱动问题是一个非常重要的问题，因为一般i/o接口芯 片的驱动能力

18、是有限的，在led显示器接口电路中，输出口所能提 供驱动电流是够的，尤其在设计中需要用到多位led,此时就需要增 加驱动电路，驱动电路有多种，常用的是ttl或mos集成电路驱动器，动态显示的一位数据的显示是由段和位选信号共同配合完成， 因此必须考虑段和位的驱动能力，而且段的驱动能力决定位的驱动 能力。本设计中对于led的驱动，本设计中使用了单片机的p2 口和 数码管相连。p2 口与数码管的a-g及dp相连，高电平的位对应的 发光二极管亮，ag高电平为显示字符，dp高电平吋代表有小数点, 这样，由p2 口输出不同的代码，就可以控制数码管显示不同的电压 值。4设计接线图见附图5.程序设计5.1主程

19、序设计图整个主程序就是在a/d转换，数据处理及显示程序循环执行。整 个程序流程框图如图6所示。启动adc0809对模拟量输入信号进行转 换，通过查询pl6引脚来确定转换是否完成，若完成则把数据通过 p3端口读入，经过数据处理后在数码管上显示。图6程序流程图5.2源程序本设计主程序编写如下:org 0000hljmp mainorg0003hretiorg 000bhretiorg 0013hretiorg 001bhretiorg 002bretimain:mova, #ffh；初始化movp0,amovpl,amovp3,aclramovp2,amovro,#70hmovr2,#06hlop

20、:movr0, aincrodjnzr2,lopjnbp1.0,tdo;选择通道jnbpl.l,td1jnbpl.2,td2tdo：clra；a/d转换子程序通道0movp2,amovro,#70h；转换值放到70h单元中setbp2.7setbpl.5clrp2.4clrp2.5clrp2.6jnbpl.6,$；检查是否转换完毕mova,p3movr0,alcall bcdolcall dispjnbp1.0,td1jnbpl.l,tdojnbpl.2,td2td1：clramovp2,amovro,#70hsetbp2.7setbpl.5setbp2.4clrp2.5clrp2.6jnbp

21、l.6,$mova,p3movr0,alcallbcd1lcalldispjnbp1.0,td2jnbpl.l,tdojnbpl.2,td1td2：clramovp2,amovro,#70hsetbp2.7setbpl.5clrp2.4setbp2.5clrp2.6jnbpl.6,$mova,p3movr0,alcallbcd2lcalldispljmpmainbcdo: mov a, #01hmov74h,aljmpbcdbcd1：mova, #02hmov74h,aljmpbcdbcd2：mova, #03hmov74h,a；a/d转换子程序通道1；转换值放到70h单元中；检查是否转换完毕

22、；a/d转换子程序通道2；转换值放到70h单元中；检查是否转换完毕；把通道0存入74h单元;把通道1存入74h单元;把通道2存入74h单元ljmp bcdbcd:movr a, r0；bcd码转换子程序movb,#51;255/51=5.000vdivabmov73h, a;个位数放入73h单元mova,b;余数大于19h, f0为1,乘法溢出，结果加5clrfosubba,#1ahmovfo,cmova,#10mulabmovb,#51divabjbfo,l00p2adda,#5loop2: mov 72h, a；小数点后第一位放入72h单元mova,bclrfosubba,#1ahmovfo,cmova,#1()mulabmovb,#51divabjbfo,loop3adda,#5loop3: mov 71h, a；小数点后的第二位放入71h单元mova,bclrfosubba,#1ahmovfo,cmova,#10mulabmovb,#51divabjbfo,loop4adda,#5loop4: mov 6fh,