ADC0809电压检测

1、单片机综合设计实训 (论文)说明书题 目： ADC0809电压检测 院 （系）： 专 业： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 2011 年 12月 30日摘 要本文介绍一种基于 89S51 单片机的一种电压测量电路双积分 A/D 转换电路，测量范围直流 0-5 伏，使用 LCD 模块显示电压值。正文着重给出了软硬件系统的各部分电路，介绍了双积分电路的原理，89S51 的特点及应用。该电路设计新颖、功能强大、可扩展性强。关键词: 单片机、双积分电路、89S51、ADC0809AbstractThis paper introduces A based on the 89 S51 A voltage

2、 measurement circuit of the double integral A/D conversion circuit, measurement range dc 0-5 v, use LCD module display voltage values. The text mainly gives all the parts of the circuit hardware and software system, this paper introduces the principle of the double integral circuit, 89 S51 and the c

3、haracteristics of the application. The circuit design is novel, the powerful, flexible expandability.Keywords: SCM, double integral circuit, 89 51, ADC0809目 录工程概况1第1章 系统方案的选择与论证1设计任务11.1 简易数字电压表基本方案11.1.1 模块方案选择与论证11.1.2 单片机方案选择与论证21.1.3 A/D 模数转换方案的选取41.1.4 显示方案71.1.5 输入方案81.1.6 电源提供方案81.1.7 系统组成8第

4、2 章 系统硬件设计与实现82.1 简易数字电压表基本组成部分82.2 数字电压表模拟电路图92.3 数字电压表模拟单路状态图9第 3 章 软件的设计113.1 程序流程图113.2 主要子程序程序流程图11结束语12致 谢13参考文献14附录:15桂林电子科技大学实训说明书用纸工程概况本电路以ADC0809和AT89S51 为核心，该系统有四个模块：数据采集模块、控制模块、 显示模块、A/D 转换模块，设计中采用ADC0809 进行摸数转换，利用MCS-51 单片机进行数 据的处理，显示模块采用四位数码管显示，采用独立式按键选择单路显示或者 8 路轮流显示。能够测量 05V 之间的直流电压值

5、。读数据准确，测量方便。硬件设计应用电子设计自动化工软件设计采用模块 化编程方法。 第1章 系统方案的选择与论证设计任务    本文设计采用AT89S51单片机、A/D转换器ADC0809和共阳极数码管为主要硬件，分析了数字电压表Proteus软件仿真电路设计及编程方法。将单片机应用于测量技术中，采用ADC0809将模拟信号转化为数字信号，用AT89S51实现数据的处理，通过数码管以扫描的方式完成显示。设计的数字电压表可以测量05 V的电压值，AT89S51为8位单片机。本设计电路简单、成本低、性能稳定。 利用单片机AT89S51与ADC0809设计一个数字电压表

6、，将模拟信号05 V之间的电压值转换成数字量信号，以两位数码管显示，并通过虚拟电压表观察ADC0808模拟量输入信号的电压值，LED数码管实时显示相应的数值量。1.1 简易数字电压表基本方案     数字电压表电路组成框图如图1所示。 图1  系统组成框图    本设计中需要用到的电路有电源电路、模/数转换电路、单片机控制电路、显示电路等。设计中需要用到的芯片有AT89S51单片机、ADC-0808、LED四位数码管等。1.1.1 模块方案选择与论证 根据设计要求选用高精度 A/D 转换器ADC0809进行数据转换

7、， 针对ADC0809 对模拟输入信号 的要求，对输入信号进行量程转换并进行调理。通过单片机 AT89S51和 A/D 转换器ADC0809 完成数据转换及传输，是系统的核心内容。阐述了ADC0809 工作原理并对 A/D 转换电路、 参考电压电路、复位电路、时钟电路等电路进行具体设计。 本设计从各个角度分析了由单片机组成的数字电压表的设计过程及各部分电路的组成及其 原理，并且分析了程序如何驱动单片机进而使系统运行起来的原理及方法。 软件的设计包括了对主程序、模数转换程序和显示程序的设计，给出了程序流程图。最 后根据软硬件设计方案对系统进行了调试。1.1.2 单片机方案选择与论证 AT89S5

8、1 简介 AT89C51 是一个低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器，器件采用 ATMEL 公司的高 密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS-51 指令系统及AT 89S51 引脚结构，芯片内集成 了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元，AT89C51 在众多嵌入式控制应用系统中得到。 主要性能特点 1、4k Bytes Flash 片内程序存储器；2、128 bytes 的随机存取数据存储器（RAM） ；3、32 个外部双向输入/

9、输出（I/O）口； 4、5 个中断优先级、2 层中断嵌套中断；5、6 个中断源；6、2 个 16 位可编程定时器/计数器；7、2 个全双工串行通信口；8、看门狗（WDT）电路；9、片内振荡器和时钟电路； 10、与 MCS-51 兼容；11、全静态工作：0Hz-33MHz； 12、三级程序存储器保密锁定； 13、可编程串行通道；14、低功耗的闲置和掉电模式。 管脚说明VCC：供电电压。 GND：接地。 P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P1 口的管 脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为 数

10、据/地址的第八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。 图 1.1 装的AT89S51管脚图 P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门 电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时， 将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程和校验时，P1 口作为第八位地址接 收。 P2 口： 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， 口缓冲器可接收， P2 P2 输出 4 个 TTL 门电流，当

11、 P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入 时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程 序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址 “1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特 2 塔里木大学毕业设计殊功能寄存器的内容。P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3 口：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。 当 P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电

12、平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为 低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3 口除了作为普通 I/O 口，还有第 二功能：P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断 0）P3.3 /INT1（外部中断 1）P3.4 T0（记时器 0 外部输入）P3.5 T1（记时器 1 外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 I/O 口作为输入口时有两种工作方式，即所谓的读端口与读引脚。读端口时实际上并不 从外部读入数据， 而是把端

13、口锁存器的内容读入到内部总线， 经过某种运算或变换后再写回 到端口锁存器。 只有读端口时才真正地把外部的数据读入到内部总线。 AT89S51 的 P0、 P1、 P2、 P3 口作为输入时都是准双向口。除了 P1 口外 P0、P2、P3 口都还有其他的功能。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/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。在平时，ALE 端以不变的频率周期输出正脉 冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时

14、目的。然 而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出可 在 SFR8EH 地址上置 0。此时， ALE 只有在执行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，该 引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。 PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次 /PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN 信号将不出现。 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。注意加密方式 1 时，/

15、EA 将内部锁定为 RESET；当/EA 端保持高电平时， 此间内部程序存储器。在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（VPP） 。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。1.1.3 A/D 模数转换方案的选取 A/D 转换器是模拟量输入通道中的一个环节，单片机通过 A/D 转换器把输入模拟量变成 数字量再处理。 随着大规模集成电路的发展，目前不同厂家已经生产出了多种型号的 A/D 转换器，以满 足不同应用场合的需要。 如果按照转换原理划分， 主要有 3 种类型， 即双积分式 A/D 转换器、 逐次逼近式 A/D 转换

16、器和并行式 A/D 转换器。目前最常用的是双积分和逐次逼近式。 双积分式 A/D 转换器具有抗干扰能力强、转换精度高、价格便宜等优点，比如 ICL71XX 系列 等，它们通常带有自动较零、七段码输出等功能。与双积分相比，逐次逼近式 A/D 转换的转 换速度更快，而且精度更高，比如 ADC0808、等，它们通常具有 8 路模拟选通开关 及地址译码、锁存电路等，它们可以与单片机系统连接，将数字量送入单片机进行分析和显 示。本设计中，由于对精度没做很大要求，我们采用逐次逼近式 A/D 转换ADC0809 由于ADC0809 在进行 A/D 转换时需要有 CLK 信号，而此时的ADC0809 的 CL

17、K 是接在 AT89C51 单片 机的 P3.3 端口上， 也就是要求从 P3.3 输出 CLK 信号供ADC0809 使用。 因此产生 CLK 信号的 方法就得用软件来产生了；由于ADC0809 的参考电压 VREFVCC，所以转换之后的数据要经 过数据处理，在数码管上显示出电压值。实际显示的电压值 (D/256*VREF)ADC0809 简介 ADC0809 是带有 8 位 A/D 转换器、8 路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的 CMOS 组件。 它是逐次逼近式 A/D 转换器，可以和单片机直接接口。 (1)ADC0809 的内部逻辑结构 由下图可知，ADC0809由一个 8 路模拟开

18、关、一个地址锁存与译码器、一个 A/D 转换器和一个三态输出锁存器组成。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 A/D 转换器进行转换。 三态输出锁器用于锁存 A/D 转换完的数字量， OE 端为高电平时， 当 才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。 图 1.2 ADC0809 的内部逻辑结构图 （2）ADC0809 模数转换器的引脚功能 IN0IN7:8路模拟量输入。 A、B、C:位地址输入，个地址输入端的不同组合选择八路模拟量输入。 ALE:地址锁存启动信号，在 ALE 的上升沿，将 A、B、C 上的通道地址锁存到内部的地址锁存 器。 D0D7:八位数据输出线，

19、A/D 转换结果由这根线传送给单片机。 OE:允许输出信号。当 OE=1 时，即为高电平，允许输出锁存器输出数据。 START:启动信号输入端，START 为正脉冲，其上升沿清除 ADC0809 的内部的各寄存器， 其下降沿启动 A/D 开始转换。 EOC:转换完成信号，当 EOC 上升为高电平时，表明内部 A/D 转换已完成。 CLK:时钟输入信号，0809 的时钟频率范围在 101200kHz，典型值为 640kHz。图 1.3 ADC0809 模数转换器的引脚功能 ADC0809对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是 05V，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

20、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。 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 IN0IN7 上的一路模拟量输入。 数字量输出及控制线：11 条 ST 为转换启动信号。当 ST 上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行 A/D 转换；在转换期间，ST 应保持低电平。EOC 为转换结束信号。当 EOC 为高电平时，表明转换 结束；否则，表明正在进行 A/D 转换。OE 为

21、输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单 片机输出转换得到的数据。OE1，输出转换得到的数据；OE0，输出数据线呈高阻状态。 D7D0 为数字量输出线。 CLK 为时钟输入信号线。因 ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供， 通常使用频率为 500KHZ， VREF（） ，VREF（）为参考电压输入。 ADC0809应用说明 （1） ADC0809内部带有输出锁存器，可以与 AT89S51单片机直接相连。 （2） 初始化时，使 ST和OE 信号全为低电平。 （3） 送要转换的哪一通道的地址到 A，B，C 端口上。 （4） 在 ST 端给出一个至少有 100ns 宽的正脉冲

22、信号。 （5） 是否转换完毕，我们根据 EOC 信号来判断。 （6） 当 EOC 变为高电平时，这时给 OE 为高电平，转换的数据就输出给单片机了。 1.1.4 显示方案 设计中采用的是 4 位数码管来显示电压值。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，它由 4 个发光二极管组成，其中 3 个按8字型排列，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。把 4 个发光二极管连在一起，公共端 接高电平，叫共阳极接法，相反，公共端接低电平的叫共阴极接法，我们采用共阳极接法。 当发光二极管导通时，相应的一段笔画或点就发亮，从而形成不同的发光字符。其 8 段分别

23、 命名为 dp g f e d c b a。 图 1.5 四位数码管图片1.1.5 输入方案 我们本次采用的主要是使用函数信号发生器把信号输入到印制电路板上。 因为此电路设计的主要是测直流电压，所以在给信号的时侯应尽量使输入的频率低，且它的最大测量值为 5V, 输入的时候应注意不要超过量程。 1.1.6 电源提供方案 主要是使用软件把程序下载到做好的印制电路板上， 把印制电路板接到电脑的机箱上， 通过 机箱使之输出为 5V 的电压来驱动整个印制电路板。 1.1.7 系统组成 本系统主要是由 A/D 转换电路、参考电压电路、复位电路、时钟电路等部分电路组成。软 件的设计包括了对主程序、模数转换程

24、序和显示程序的设计。图 1.6 数字电压表系统原理框图第 2 章 系统硬件设计与实现 2.1 简易数字电压表基本组成部分本次设计介绍了用ADC0809 集成电压转换芯片和AT89S51 单片机设计制作的数字直流电 压表。在测量仪器中，电压表是必须的，而且电压表的好坏直接影响到测量精度。具有一个 精度高、转换速度快、性能稳定的电压表才能符合测量的要求。为此，我们设计了数字电压 表，此作品主要由 A/D0809 转换器和单片机 AT89S51 构成，A/D 转换器在单片机的控制下完 成对模拟信号的采集和转换功能，最后由数码管显示采集的电压值。2.2 数字电压表模拟电路图图 2.1 数字电压表模拟单路连接图图2.3 数字电压表模拟单路状态图 图 2.2.4 数字电压表 PCB 板正面图第 3 章 软件的设计 3.1 程序流程图 3.1.1 主总流程图图3  主程序流程图3.2 主要子程序程序流程图图4  LED数码显示程序流程图结束语  本文的数字电压表可以测量05 V的电压值，AT89C51为8位单片机，当ADC0809的输入电压为5 V时，输出数字量值为+499 V。