单片机课设：数字电压表设计

1、目 录1 摘要22设计方案32.1设计要求32.2设计思路32.3设计方案 .33硬件电路设计43.1控制器单片机43.2电源设计53.3 LED显示电路63.4键盘电路设计.83.5晶振电路83.6复位电路93.7报警电路104系统软件程序的设计114.1主流序程图114.2显示电路流程图124.3报警电路流程图125总结136参考文献14附录1 源程序15附录2 电气原理图251 摘要随着微电子技术的不断发展，微处理器芯片的集成程度越来越高，单片机已可以在一块芯片上同时集成CPU、存储器、定时器计数电路，这就很容易将计算机技术与测量控制技术结合，组成智能化测量控制系统。 数字电压表（Dig

2、ital Voltmeter）简称DVM，它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量（直流输入电压）转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。与此同时，由DVM扩展而成的各种通用及专用数字仪器仪表，也把电量及非电量测量技术提高到崭新水平。由各种单片A/D 转换器构成的数字电压表，已被广泛用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域，示出强大的生命力理。本文是以数字电压表的设计为研究内容，本系统主要包括三大模块：转换模块、数据处理模块及显示模块。其中，采用STC12C5A32AD对输入的模拟信号进行转换和转换的结果进行运算处理9，最后驱动输出装置LED显示数字电压信号。关键词

3、： 电压测量, STC12C5A32AD , AD转换, 模拟信号, HD72792设计方案2.1设计要求1.对2路05v的模拟电压进行循环采集，每路连续采集三次，取平均值，采集的数存入内存并显示。2测量的范围为05v，小数点后保留两位，误差0.02v以内。3LCD液晶显示或用4位LED数码管进行循环显示，其中最高位显示通道提示符AB,低3位显示实际电压值，每秒切换一个通道轮流显示。4.键盘控制，可查询指定通道的电压值 。 5.将1.25v和2.5v作为两路输入的报警值，当AD转换结果超过报警值时，指示灯闪烁和蜂鸣器发声，以示警告。2.2设计思路采用内置AD转换器单片机（如STC12C5A32

4、AD, C8051F310）为核心控制器件。采用LED专用显示驱动芯片（如:MAX7219,HD7279A,CH451等）实现LED的驱动。2.3设计方案硬件电路设计由6个部分组成：内置A/D转换的STC12C5A32AD单片机系统，LED显示系统、晶振电路、复位电路，键盘电路以及测量电压输入电路10。硬件电路设计框图如图1所示。 晶振电路 复位电路测量电压输入显示系统STC12C5A32AD键盘电路报警电路图1 数字电压表系统硬件设计框图3硬件电路设计3.1控制器单片机STC12C5A32AD单片机是单时钟/ 机器周期(1T)的单片机，是高速/ 低功耗/超强抗干扰的新一代8051 单片机，指

5、令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成MAX810 专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换(240K/S)。图2 STC12C5A32AD单片机引脚图STC12C5A32AD引脚及功能1VCC:电源52. Gnd:地3.P0 口：P0口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O 口。P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。4. P1 口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O 口，同时也是模拟量输入口，可以对8路模拟量进行模数转换。5. P2 口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O 口。

6、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。6. P3 口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O 口。P3口亦作为特殊功能（第二功能）使用。表1 STC12C5A32AD P3口第二功能定义引脚第二功能说明P3.0RXD串行输入P3.1TXD串行输出P3.2INT0外部中断0P3.3INT1外部中断1P3.4T0/CLKOUT0定时器0外部计数输入/定时器0时钟频率输出P3.5T1/CLKOUT0定时器1外部计数输入/定时器1时钟频率输出P3.6WR外部数据存储器写选通输出P3.7RD外部数据存储器读选通输出7. RST

7、: 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。8ALE：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。9. PSEN:外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。10. NA/P4.4: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，NA必须接GND。为了执行内部程序指令，NA应该接VCC。11. XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。12. XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。3.2电源设计该电路通过整流桥整流，各级的电容滤波（滤去交流高频信号），再通过采用CW7

8、805三端稳压片即可满足要求，该电源提供的电能可靠，可以满足实验要求。图3 +5V电源3.3 LED显示电路采用LED专用显示驱动芯片HD7279实现LED的驱动4。图4 HD7279引脚图表2 HD7279引脚及功能引脚名称说明1，2VDD正电源（+5V）3,5NC悬空4VSS地6CS片选信号，低电平有效7CLK同步时钟输入端8DATA串行数据写入/读出端9KEY按键信号输出端10-16SG-SALED的g-a段驱动输出17DP小数点输出端18-25DIG0-DIG7LED位驱动输出端26CLKO振荡输出端27RCRC振荡器连接端28RESET复位端，低电平有效图5 LED显示电路3.4键盘

9、电路设计由于采用两路进行采集，并且要进行查看指定通道的电压值。所以采用独立式键盘。用两个按键进行查看其电压值，一键一线，各键相互独立，每个键各连一条I/O口线，通过检测输入线的电平状态就可以判断那个键被按下8。图6 键盘电路3.5晶振电路单片机中CPU每执行一条指令，都必须在统一的时钟脉冲的控制下严格按时间节拍进行，而这个时钟脉冲是单片机控制中的时序电路发出的。CPU执行一条指令的各个微操作所对应时间顺序称为单片机的时序。本设计系统采用内部时钟方式，利用单片机内部的高增益反相放大器，外部电路简，只需要一个12MHZ晶振和 2个30PF电容即可。晶振电路的两端分别接于单片机的XTAL1、XTAL

10、2两个端口11。图7 晶振电路3.6复位电路单片机在启动运行时都需要复位，使CPU和系统中的其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。图8 复位电路按键手动电平复位是通过RST端经电阻与电源VCC接通来实现的，当按键没有按下时，C3起到隔断直流电源的作用，使RST处于低电平状态。当S3按下，将C3短路，使电路导通，RST端为高电平，当时间长到单片机的两个机器周期后，单片机就会复位。复位后，只影响SFR中的内容，内部RAM中的数据不受影响。外部复位有上电复位和按键电平复位。由于单片机运行过程中，其本身的干扰或外界干扰会导致出错，此时我们可按复位键重新开始运行。为了便于本设计运行调试

11、，复位电路采用按键复位方式。3.7报警电路利用三极管进行放大驱动LED或蜂鸣器进行工作，将1.25V和2.5V作为两路输入的报警值，当结果超过报警值时，指示灯闪烁和蜂鸣器发声，以示警告。在数字电路中，是以脉冲信号驱动蜂鸣器以产生声音，若要以C51产生声音，可利用程序产生频率，送到IO口，再从该点连接到蜂鸣器的驱动电路，即可驱动蜂鸣器，这里采用的是以PNP晶体管放大电路。数字微处理电路输出高电位时，由Ic内部流出的电流很小。虽然我们可以利用高增益晶体管，在连接上拉电阻，以提供较大的驱动电流，以驱动蜂鸣器或其他负载。而数字微处理电路输出低电位时，Ic可吸入较大电路，连接PNP晶体管构成的简单放大电

12、路，即可提供足够的驱动能力。图9 报警电路4.系统软件设计4.1主流序程图 1对两路05V模拟电压进行循环采集，每路采集3次，取平均值，采集的数存入内存并显示。对其扫描的过程进行了概括和分析。4.2显示电路流程图键盘控制，可查看制定通道的电压值。显示中，其中最高位显示通道提示符A-B，低三位显示实际的电压。4.3 报警电路流程图将1.25V和2.5V作为两路输入的报警值，当结果超过报警值时，指示灯闪烁和蜂鸣器发声，以示警告。5总结经过两周的努力终于设计完成。通过本次设计，我对单片机这门课有了进一步的了解。无论是在硬件连接方面还是在软件编程方面。以前在学单片机课程时只是对其理论知识有了初步的理解

13、。通过这次设计，对它的工作原理有了更深的理解。本设计参考了教材上有关A/D转换，LED显示，键盘电路等部分，实验指导书上关于A/D转换，键盘电路部分。通过查询大量资料文献，对STC12C5A32AD工作方式有了初步了解。并通过网上查询，初步掌握PROTEL 99SE应用。在这两周的实验中，在收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟，在此过程中，我们通过查找大量资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高，而且在与老师和同学的交流过程中，互动学习，将知识融会贯通。更重要的是我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会

14、的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。不管怎样，这些都是一种锻炼，一种知识的积完全可以把这个当作基础东西，只有掌握了这些最基础的，才可以更进一步，取得更好的成绩。总之这次电路的设计和仿真，基本上达到了设计的功能要求。在以后的实践中，我将继续努力学习电路设计方面的理论知识，并理论联系实际，争取在电路设计方面能有所提升。参考文献1 刘伟，赵俊逸，黄勇.一种基予C8051F单片机的SOC型数据采录器的设计与实现A.天津市计算机学会单片机分会编. 2003年全国单片机及嵌如入式系统学术年会论文集（下册）C .北京：北京航空航天大学出版社,2003 .790-794.2吴鹏，夏田Linux操作系

15、统实时化改造的分析J现代计算机，2006，(7)：6971.3赵春红等基于PC的开放式数控系统研究J机械科学与技术，2005，(9)：11081112.4 徐爱钧.智能化测量控制仪表原理与设计（第二版）M.北京：北京航空航天大学出版社，2004:145-178.5应明仁，壬化成单片机原理及应用M广州：华南理工大学出版 ,2005.(7)： 200-240. 6 高峰，单片微型计算机与接口技术M.北京：科学出版社，2003:202-232.7李齐雄，郑颜雄，蔡盂吕11012IEK Iri'48系列单片机原理及应用实例M.北京：北京航空航天大学出版社，2005，(5)：309-333.8解

16、永勃电压量程自动转换电路J电子世界，2003 (7)：52539程宇红基于EPROM的高精度数字电压表设计J自动化与仪器仪表，2001(5)：525410苗红霞单片机实现数字电压表的软硬件设计J河海大学常州分校学报，2002(3)：7479.11 吴金戌，沈庆阳，郭庭吉.8051单片机实践与应用M.北京：清华大学出版社，2002：67-88.附录1 源程序*系统初始化* ORG 0000H AJMP START ORG 0003H AJMP SAMPLE ORG 0013H AJMP EOCSTART： MOV TMOD，#01H MOV TH0, #3CH MOV TL0, #0B0H MO

17、V 30H, #00H SETB IT0 SETR IT1 SETB EX0 SETB ET0 SETB EA SETB TR0 HERE： AJMP HERE*工作内存定义*BITST DATA 20HTIMEISOK BIT BITST.1TEMPONEOK BIT BITST.2TEMPL DATA 26HTEMPH DATA 27HTEMPHC DATA 28HTEMPLC DATA 29H*常数定义*TMEL EQU 0E0H ；20ms，定时器0时间常数TMEH EQU 0B1HTMEPHEAD EQU 36H*中断向量区*ORG 000HLJMP START ORG 00BH L

18、JMP T0IT*定时器0中断服务程序*T0IT: PUSH PSW MOV PSW,#10H MOV TH0,#TIMEH MOV TL0,#TIMEL INC R7 CJNE R7,#32H，T0ITI MOV R7,#00H SETB TIMEISOKTOIT1: POP PSW RETI* 主程序*MAIN: LCALL CLK ;初始化MOV R4,#8MOV LED_3,R4START1:MOV DPTR,#7FF0H ;指向0通道 MOVX DPTR,A ;读取转换数值 JB P3.4,AAA1 LCALL DELAY ;调用延时程序 JB P3.4,AAA1 ;判断是否按下按钮

19、并开始转换数值 SETB P3.2 ;P3.2给高电平锁存地址 INC R4 CJNE R4,#9,AAA2 MOV R4,#1 AAA2: MOV LED_3,R4 ;显示所选通道 INC R5 INC DPTR ;指向下一通道 MOV B,R5 ;显示通道并重新锁存地址 MOV P0,B CLR P3.2 JNB P3.4,$ AAA1: CLR P2.4 SETB P2.4 CLR P2.4 JNB P2.5,$ SETB P2.6 MOVX A,DPTR ;读取转换数据开始转化为工程量 MOV ADC,A CLR P2.6 LCALL CONV ;调用转换子程序 LCALL DISP

20、;调用显示子程序 LCALL DELAY ;调用延时程序 LJMP START1 *子程序区*数据采样子程序* SAMPLE： SETB 00H MOV DPTR, #0F00H MOV R6, #08H MOV R7, #05H MOV R0, #40H TRANS： MOVX DPTR,A WAIT： JB 00H,WAIT SETB 00H INC DPTR INC R0 DINZ R6,#TRAN_S MOV DPTR,#0F00H INC R0 DJNZ R7,TRAN_S RETI* 数模转换子程序 *CONV: MOV A,ADC ;数模转换子程序 MOV B,#51 DIV A

21、B MOV LED_2,A MOV A,B CLR F0 SUBB A,#1AH MOV F0,C MOV A,#10 MUL AB MOV B,#51 DIV AB JB F0,LOOP1 ADD A,#5LOOP1:MOV LED_1,A MOV A,B CLR F0 SUBB A,#1AH MOV F0,C MOV A,#10 MUL AB MOV B,#51 DIV AB JB F0,LOOP2 ADD A,#5LOOP2:MOV LED_0,A RETI* 处理电压BCD码子程序*CONVTEAMP: MOV A,TEMPHANL A,#80HJZ TEMPC1CLR CMOV A,

22、TEMPLCPL AADD A,#01HMOV TEMPL,AMOV A,TEMPHCPL AADDC A,#00HMOV TEMPH,AMOV TEMPHC,#0BHSJMP TEMPCHTEMPC1: MOV TEMPHC,#0AHTEMPC11: MOV A,TEMPHCSWAP AMOV TEMPHC,AMOV A,TEMPLANL A,#0FHMOV DPTR,#TEMPDOTTABMOVC A,A+DPTRMOV TEMPLC,AMOV A,TEMPLANL A,#0F0HSWAP AMOV TEMPL,AMOV A,TEMPHANL A,#0FHSWAP AORL A,TEMPL

23、LCALL HEX2BCD1MOV TEMPL,AANL A,#0F0HSWAP AORL A,TEMPHCMOV TEMPHC,AMOV A,TEMPLANL A,#0FHSWAP AORL A,TEMPLCMOV TEMPLC,AMOV A,R7JZ TEMPC12ANL A,#0FHSWAP AMOV R7,AMOV A,TEMPHCANL A,#0FHORL A,R7MOV TEMPHC,ATEMPC12: RET*小数部分码表*TEMPDOTTAB: DB 00H, 01H, 01H, 02H, 03H, 03H, 04H,04H,05H,06HDB 06H,07H,08H,09H,09H*显示区BCD码电压值刷新子程序*DISPBCD: MOV A,TEMPLCANL A,#0FHMOV 70H,AMOV A,TEMPLCSWAP AANL A,#0FHMOV 71H,AMOV A,TEMPHCANL