单片机电压采集装置

1、单片机课程设计任务书 专业年级专业年级 学号学号 学生姓名学生姓名 任任务务下下达达日日期期： 设计日期：设计日期： 设计题目：设计题目： 单片机电压采集装置 设计专题题目：设计专题题目：单片机系统设计 设计主要内容：设计主要内容： 制作单片机电压采集装置 设计要求：设计要求： 1、基本要求 制作单片机电压采集装置电压采集功能在ADC0809的0通道输入05V 电压，实时显示被测电压值（显示精度0.001V，即显示1位整数，3位小数） 。 2、扩展要求 指定通道采集，模式 0：通道 0 模拟信号采集，模式 1：指定通道模 拟信号采集，模式 2：8 通道模拟信号自动循环采集，模式 3：设定报警上

2、 限值，模式 4：设定报警下限值。系统有三个按键，分别是：模式切换、加、 减按钮，模式切换：1 号按键，模式加 1；加：2 号按键，则值加 1；模式 1 下改变通道，模式 3 下改变报警值；减：3 号按键，则值减 1， 模式 1 下 改变通道， 模式 3 下改变报警值。 报警设置：设置报警上限、下限，超过上线或者低于下线时 LED 会亮，并 发出警报声。 3、创新部分 将数码管换成LCD1602显示模式通道及电压值。 指导教师签字：指导教师签字： 摘摘 要要 本设计介绍了基于用 89S52 单片机和 AD0809 进行电压采集的基本电路。 系统硬件电路是由主板电路和扩展板电路两部分组成。主板电

3、路包括单片 机的最小系统，键盘电路和 8 个 LED 数码显示电路，这部分电路已制成电 路板。扩展电路中包含了 A/D 转换电路，单片机电压采集电路，通过调节 电位器来改变输入的电压值，在主板电路的数码管中显示出所采集的电压 值，该部分电路的布线部分是由自己手工完成的。 。通过程序调试各个部分 的功能，运用 C 语言编程，完成各功能模块，通过下载软件下载到单片机 芯片中，最终实现电压采集功能和扩展功能。 关 键 词：单片机 ； ADC0809 芯片 ； C 语言编程 ； 模数转换 目 录 1 1 绪论绪论.5 1.11.1 系统概述系统概述.5 1.21.2 系统设计方案系统设计方案.5 2

4、2 硬件电路设计硬件电路设计.6 2.12.1 单片机电路单片机电路.6 2.1.12.1.1 单片机电路板单片机电路板.6 2.1.22.1.2 单片机最小系统单片机最小系统.6 2.1.32.1.3 单片机的复位电路单片机的复位电路.7 2.1.42.1.4 键盘电路键盘电路.7 2.1.52.1.5 显示译码电路显示译码电路.8 2.2A/D2.2A/D 转换转换.9 2.2.12.2.1 ADC0809ADC0809 内部结构内部结构.10 2.2.22.2.2 ADC0809ADC0809 转换原理转换原理.10 2.2.32.2.3 ADAD 转换电路转换电路.12 2.2.42.

5、2.4 电路设计电路设计.12 2.2.52.2.5 采集数据和对应电压的转换采集数据和对应电压的转换.12 2.32.3 芯片芯片 74LS0274LS02 内部电路内部电路.13 3 3 软件设计软件设计.14 3.13.1 设计任务设计任务.14 3.23.2 按键定义及显示标志按键定义及显示标志.14 3.33.3 程序设计程序设计.14 3.3.13.3.1 主程序框图主程序框图.14 3.3.23.3.2 正正常采集常采集.15 3.3.33.3.3 指定采集指定采集.17 3.3.53.3.5 报警设置报警设置.17 4 4 系统调试系统调试.18 4.14.1 硬件部分硬件部分

6、.18 4.24.2 软件部分软件部分.18 5 5 总结总结.19 1 1 绪论绪论 1.11.1 系统概述系统概述 基于单片机的电压数据采集系统通过AD0809采集8路模拟信号，转换成 数字信号由单片机处理，利用数码管显示相应的电压值，具有超限声光报 警功能。 1.21.2 系统设计方案系统设计方案 本次实验要求设计电压采集装置，课程设计分设计、制作和调试三个 部分。设计选题以单片机为核心，基本内容应包括单片机最小系统、键盘 和LED显示电路，以及设计系统涉及的其他电路。 系统硬件电路由标准电路和自制电路两部分组成。标准电路包括单片 机最小系统、8个LED数码管电路和键盘电路，这部分电路已

7、制成电路板， 可根据设计需要进行配置选用。自制电路需自行设计焊接，包含标准电路 不具备的其他电路。 设计中采用了模数转换器，利用 AD0809 型 8 位 MOS 型 A/D 转换器。可实 现 8 路模拟信号的分时采集，片内有 8 路模拟选通开关，以及相应的通道 地址锁存用译码电路，实现模拟信号到数字信号的转换。控制部分采用单 片机 89C52 来完成。显示部分利用 LED 数码管显示模块，来显示采集到的 电压分量。 系统设计原理框图系统设计原理框图 CPU 电路 复位 电路 晶振 电路 数码管显示电路 按键电路 LED显示电路 电路框图 2 2 硬件电路设计硬件电路设计 系统硬件电路由标准电

8、路和自制电路两部分组成。标准电路包括单片 机最小系统、8 个 LED 数码管电路和键盘电路，这部分电路已制成电路板， 可根据设计需要进行配置选用。自制电路需自行设计焊接，包含标准电路 不具备的其他电路。 2.12.1 单片机电路单片机电路 2.1.12.1.1 单片机电路板单片机电路板 2.1.22.1.2 单片机最小系统单片机最小系统 CPU 原理图 该原理图包含单片机以及外部连接译码，锁存电路端口，其中的 ALE,REST 为高电平时用来启动 ADC0809.P0、P2 口控制数码输出显示，P3 口的 P3.3、P3.4、P3.5 控制按键，P1.1P1.3 控制通道选择。 晶振采用 12

9、MHZ，该频率有利于提高串口的通信可靠性，同时又保证单 片机有较高的运行速度。 2.1.32.1.3 单片机的复位电路单片机的复位电路 复位电路 当开关断开的时候，VCC 对电容充电，RESET 端为低电平；在开关闭合 时电容放电，RESET 端为高电平。 2.1.42.1.4 键盘电路键盘电路 1 号按键 P3.0-模式切换 2 号按键 P3.1-通道、报警限加 3 号按键 P3.2-通道、报警限减 4 号按键 P3.3- 查询法，接收 ad 转换状态 （不作为按键使用） 中断法，收 ad 结束中断信号 2.1.52.1.5 显示译码电路显示译码电路 LED 显示电路可提供 8 位 LED

10、显示；可显示 P1（P3）口状态；也可显 示输入按键状态 LED 显示电路 显示电路采用 6 位共阴极 LED 动态扫描显示，CD4511 输出所需字形， 74LS138 选择字位。在动态方式中，逐个地循环地点亮各位显示器。小数点 P2.7， bcd 码输出P2.3P2.0，字位选择 cba=P2.6P2.4。如图 7 所示： 数码管显示电路 显示译码电路部分由 P0 口或 P2 口输出显示、控制信号，信号包含： 4 位 BCD 码 （DCBA） 1 位小数点控制信号（DOT） 3 位位选控制信号（SEL0、SEL1、SEL2） 图 8：显示译码电路 显示译码电路 显示译码器采用 CD4511

11、 芯片：输入：BCD 输出：七段码 74LS138 芯片是用来控制显示时候的字位的，由于单片机的管脚是有限 的通过使用 138 芯片可以避免少使用些单片机的管脚，当输入 001 时， 译码可得:输入：07 输出：低电平 74LS138 2.2A/D2.2A/D 转换转换 startstartclockclock 输出允许 （1,输入信号） 转换结束（1,输出） 地址锁存，输 入信号 500KHz1MHz 启动（高电平脉冲,输入） 2.2.1ADC08092.2.1ADC0809 内部结构内部结构 ADC0809 由 8 路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、256 电阻阶梯、 树状开关、逐次逼

12、近式寄存器 SAR、控制电路和三态输出锁存器等组成。 ADC0809 结构图 2.2.2ADC08092.2.2ADC0809 转换原理转换原理 ADC0809 转换工作时序 工作原理： 当单片机端的 P3.3 接低电平时，可以使两个非门打开 （1）当模拟量送至某一输入通道后，CPU 将标识该通道编码的三位地 址信号经数据线或地址线输入到 ADDC、ADDB、ADDA 引脚上。 （2）地址锁存允许 ALE 锁存地址信号，启动命令 START 启动 A/D 转换。 （3）转换开始,EOC 变低电平，转换结束，EOC 变为高电平。EOC 可作 为中断请求信号。 （4）转换结束后，可通过执行 IN

13、指令，设法在输出允许 OE 脚上形成 一个正脉冲，打开三态缓冲器把转换的结果输入到 DB，一次 A/D 转换便完 成。 IN-0 26 msb2-1 21 2-2 20 IN-1 27 2-3 19 2-4 18 IN-2 28 2-5 8 2-6 15 IN-3 1 2-7 14 lsb2-8 17 IN-4 2 E OC 7 IN-5 3 AD D-A 25 IN-6 4 AD D-B 24 AD D-C 23 IN-7 5 AL E 22 ref(-) 16 E NABL E 9 STA RT 6 ref(+) 12 CL OCK 10 IC12 AD C0809 1 2 3 4 5 6

14、 7 8 J1 CO N8 VCC 1213 DBNO T2F 7404 1 1 2 2 W 3WR1 5.1K VCC CA DP 0.1U AD CCLK NE OC CH 0 1 2 3 74L S02A 4 5 6 74L S02B AD CCS PD7 PD6 CH 3 CH 4 CH 5 CH 6 CH 7 1 AD CH 0 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 A0 A1 A2 CH 2 CH 1 GN D IN0，通道 0 参考电压： 5V 转换时钟： 接单片机ALE输出 经分频后得到 启动和地址锁存信号 输出使能信号 通道地址信号 输出数据 /WR /RD 片选信

15、号： P3.3=0 /INT0 CC4060_7AD_CS 2.2.32.2.3ADAD 转换电路转换电路 2.2.42.2.4 电路设计电路设计 硬件资源分配 数码管显示电路：用 P2 口：bcd 码输出P2.3P2.0；字位选择 CBA=P2.6P2.4 ；小数点 P2.7 键盘电路：3 个键P3(3-5) ADC0809 电压转换电路控制信号： /WR=P3.6 /RD=P3.7 EOC=P3.2 CS= P3.3 （可以不要，使 0809 常选通） 数据输出：=P0 转换通道选择地址线：CBA =P1(3-1) 2.2.52.2.5 采集数据和对应电压的转换采集数据和对应电压的转换 一

16、个 8 位二进制的 AD 采集数据转换为 5 位 10 进制显示数据。对应关 系：00HFFH 0.000V5.000V；AD 分辨率为：5/25519.6mV；算 法： Y=X19.6=X196/10 转换结束：EOC1 具体步骤： 1、求 YX 196 ,结果为双字节二进制数 2、将 Y 转换为十进制数, 最大是一个 5 位的十进制数 3、去掉十进制数的最低位，相当于除 10 2.32.3 芯片芯片 74LS0274LS02 内部电路内部电路 3 3 软件设计软件设计 3.13.1 设计任务设计任务 3.1.13.1.1基本任务基本任务 进行电压采集并显示。 3.1.23.1.2扩展任务扩

17、展任务 1、指定通道采集。 2、报警设置：报警上限、报警下限。 3、将数码管换成LCD1602显示模式通道及电压值。 3.23.2按键定义及显示标志按键定义及显示标志 系统有三个按键，分别是：模式切换、加、减按钮。 模式切换：1 号按键，模式加 1； 加：2 号按键，则值加 1；模式 1 下改变通道，模式 3 下改变报警值； 减：3 号按键，则值减 1， 模式 1 下改变通道，模式 3 下改变报警 值。 3.33.3 程序程序设计设计 3.3.13.3.1主程序框图主程序框图 开始 系统初始化 显示初始化 读键值 显示 模模式式0 0 模式1 模式2 N N 通道0模拟信 号采集 指定通道模

18、拟信号采集 8通道模拟信号 自动循环采集 N Y Y Y 模式3 模式4 N 设定报警上 限值 设定报警下 限值 Y Y N 主程序框图 3.3.23.3.2 正常采集正常采集 把采集的电压值转化为十进制， 显示在数码管的后四位。显示 三位小数。 开始 系统初始化 显示初始化 读键值 显示 光热敏电阻采集信号： void keyscan() if(jian1=0) /AD 采集 delays(10); while(jian1=0) t=2;key=1; z=0; /标志位 ad_adda=0; ad_addb=0; ad_addc=0; /送地址信号 if(jian5=0) /光敏电阻 del

19、ays(10); while(jian5=0) key=2;t=3; ad_adda=0; ad_addb=0; ad_addc=1; /送地址信号 z=0; /标志位 正常采集程序框图 if(jian13=0) /热敏电阻 delays(10); while(jian13=0) key=3; t=4; ad_adda=1; ad_addb=0; ad_addc=1; /送地址信号 z=0; /标志位 huan(); 3.3.33.3.3 指定采集指定采集 指定采集 再按 1数码管最左端显示 1，此时为指定通道 按 2：通道1， 按 3：通道1。 开始 系统初始化 显示初始化 读模式 显示 模

20、式=1 指定采集 Y N k2按下通道+1 k3按下通道-1 指定采集程序框图 3.3.53.3.5 报警设置报警设置 再按 1数码管最右端显示 3，此时为报警设置。电压上下线显示在 右边第三四位。 按 2：电压1， 按 3：电压1 。 再按 1又进入正常采集，依次循环 开始 系统初始化 显示初始化 读模式 显示 模式=3 报警设置 Y N k2按下电压+1 k3按下电压-1 报警设置程序框图 （使用 visio 软件画程序框图） 4 4 系统调试系统调试 系统调试包括硬件调试和软件调试两部分，介绍一下我在这两方面遇 到一些问题，以及如何解决的。 4.14.1 硬件部分硬件部分 硬件焊接分为单

21、片机板和扩展版两部分。单片机版已经焊接好，只需 焊接扩展版。 在焊接扩展版时，我事先没有布局，任意焊接芯片，导致需要很长的 导线，布线不规整。我把芯片拆下，通过看其他同学的焊接，查看元件管 脚图，自己在草稿纸上画出各个芯片的位置。然后焊接，结果布线比较整 齐。 4.24.2 软件部分软件部分 开始对单片机 C 语言很陌生，看程序很困难，自己编写不出程序。通 过老师的讲解，和以前学过的 C 语言的知识，与单片机 C 语言基本相同， 有些区别，把其中的区别搞懂了，能够编写简单的程序了。 前几个程序通过问同学，反复调试编写了出来，设定电压上下线的程序 没有编写出来，通过看同学编写的程序，明白了如何编

22、写。 通过程序调试各个部分的功能，完成各功能模块，把程序下载到单片机 中，最终实现电压采集功能和扩展功能。 5 5 总结总结 参考文献： 1 胡汉才.单片机原理及其接口技术.3 版.北京：清华大学出版社， 2010 2 谢自美， 电子线路设计实验测试 （2 版） ，华中科技大学出版社 3 单片机实验指导书 附录附录 附录附录 1 1、单片机板电路原理图、单片机板电路原理图 附录附录 2 2、ADC0809ADC0809 与单片机连接图与单片机连接图 GND 13 VCC 11 IN-0 26 msb2-1 21 2-2 20 IN-1 27 2-3 19 2-4 18 IN-2 28 2-5

23、8 2-6 15 IN-3 1 2-7 14 lsb2-8 17 IN-4 2 EOC 7 IN-5 3 ADD-A 25 IN-6 4 ADD-B 24 ADD-C 23 IN-7 5 ALE 22 ref(-) 16 ENAB LE 9 S TAR T 6 ref(+) 12 C LOC K 10 U1 ADC 0809 1 2 3 U2A 74LS 02 4 5 6 GND7VCC 14 U2B 74LS 02 1 1 2 2 W 3 R 1 10K 12 34 56 78 910 1112 1314 1516 JP1 HEADER 10X2 C IN 11 C OUT 9 C OUT

24、10 R S T 12 Q4 7 Q5 5 Q6 4 Q7 6 Q8 14 Q9 13 Q10 15 Q12 1 Q13 2 Q14 3 VCC 16 GND8 U4 4060 1 P32 1 P27 1 P36 1 P37 W R R D 1 ALE VC C 1 P11 1 P12 1 P13 1 2 3 4 5 6 7 8 P0 P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 VC C VC C 1 2 P1 VC C GND IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 VC C VC C 8 9 10 U2C 74LS 02 附录附录 3 3、元件清

25、单、元件清单 扩展板 符号名称型号 参数数量备注 滑动变阻器 1 芯片 ADC08091 74LS021 CD40461 双排针若干 短路帽若干 热敏电阻 1 光敏电阻 1 200k 电阻 1 10k 电阻 1 单片机主板 符号名称型号 参数数量备注 KP1/2/3/4/SWRST 1 微动开关 6*6*65 SWPIP1 拨码开关 1 14P4 16P4 28P1 芯片座 40P11 U1AT89S521 U245111 U374HC1381 U5/6 芯片 74HC042 L18 发光二极管 8 红 SEG16 LED 数码管共阴极 6 SR18 电阻200 欧 8 R11K1 R210K

26、1 CRY1 晶振 12M1 C2/3 瓷片电容 20P2 C5 独石电容 1041 C1 电解电容 22uF/25V1 RKP13.3K1 RKP21K1 RL110K1 RLED 排阻 4701 电路板 1 双排针若干 短路帽若干 POW1 电源接口 1 附录附录 4 4、 实物图实物图 附录附录 5 5、 程序代码程序代码 #include #include #define NOP() _nop_() /* 定义空指令 */ #define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define delayNOP(); _nop_();

27、_nop_();_nop_();_nop_(); void delay(uchar x); /x*0.14MS void delay1(int ms); void huan(); void lcddisp(); void AD_change(); uchar cdis1 = .MWayU:; uchar cdis2 = Thank YOU !; sbit LCD_RW = P21; sbit LCD_RS = P22; sbit LCD_EN = P20; uchar m; sbit ad_eoc=P33;/ad0809 转换结束标志， sbit ad_cs=P35; /ad0809 片选 s

28、bit ad_wr=P36; /ad0809 写入信号 sbit ad_rd=P37; /ad0809 读出信号 sbit ad_adda=P27;/ADDA sbit ad_addb=P26; /ADDB sbit ad_addc=P25;/ADDC sbit jian1=P30; sbit jian5=P31; sbit jian13=P32; uchar key,t,z=1,shuju,ad_data,disbuf18; uint ad_dianya; void timer() TMOD=0X11; TH1=(65536-500)/256; TL1=(65536-500)%256; ET

29、1=1; TR1=0; EA=1; void delays(uint i) uint j,k; for(j=i;j0;j-) for(k=110;k0;k-); void keyscan() if(jian1=0) /AD 采集 delays(10); while(jian1=0) t=2;key=1; z=0; /标志位 ad_adda=0; ad_addb=0; ad_addc=0; /送地址信号 if(jian5=0) /光敏电阻 delays(10); while(jian5=0) key=2;t=3; ad_adda=0; ad_addb=0; ad_addc=1; /送地址信号 z

30、=0; /标志位 if(jian13=0) /热敏电阻 delays(10); while(jian13=0) key=3; t=4; ad_adda=1; ad_addb=0; ad_addc=1; /送地址信号 z=0; /标志位 huan(); void huan() disbuf0=12; disbuf1=17; disbuf2=t; disbuf3=0; disbuf4=13; disbuf5=14; disbuf6=15; disbuf7=17; disbuf8=key; disbuf9=0; disbuf10=16; disbuf11=17; disbuf12=ad_dianya

31、/1000+1; disbuf13=11; disbuf14=ad_dianya%1000/100+1; disbuf15=ad_dianya%100/10+1; disbuf16=ad_dianya%10+1; void AD_change() P1=0 xff; ad_cs=0; ad_rd=1; /选中 ad，输出使能关 while(z=1)keyscan(); ad_wr =1;ad_wr =0; ad_wr =1;/启动 AD while(ad_eoc=0); /查询转换结束 ad_rd=0; /输出使能打开，准备读取数据 ad_rd=0; ad_rd=0; ad_rd=0; ad_data=P1; /从片外读数据，读数据 ad_rd=1; /输出使能关 ad_dianya=ad_data*19.60784; bit lcd_busy() bit result; LCD_RS = 0; LCD_RW = 1; LCD_EN = 1; delayNOP(); result = (bit)(P0 LCD_EN = 0; return(result); void lcd_wcmd(uch