簡易數(shù)字電壓表設(shè)計.doc

精品資料 摘 要 根據(jù) 8051 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點本文提出以 MCS 51 單片機(jī)為核心的電壓 測量系統(tǒng) 該系統(tǒng)以 8051 和 ADC0809 核心內(nèi)件 能夠在單片機(jī)的控制下監(jiān)測八 路的輸入電壓值 用 8 位串行 A D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行 0 5V 量程自動轉(zhuǎn)換 并且測量的 電壓值可通過三位數(shù)碼管顯示同時用一位數(shù)碼管顯示選擇通道 整個系統(tǒng)的設(shè) 計過程中主要采用了模塊化的設(shè)計方法 完成了硬件電路的設(shè)計及軟件程序的 編寫 還詳細(xì)的給出了相關(guān)的硬件框圖和軟件流程圖 通過最終硬件電路的調(diào)試 使該系統(tǒng)能夠在要求的條件下達(dá)到正常的測量及顯示功能 單片機(jī) 8051 是整個 系統(tǒng)的核心 實現(xiàn)輸入端的分路選擇 模數(shù)轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)的處理及在數(shù)碼管上數(shù)據(jù) 的顯示等功能 正文著重給出了軟硬件系統(tǒng)的各部分電路 介紹了該系統(tǒng)的工作 原理 MCS 51 單片機(jī)特點 8051 的功能和應(yīng)用 ADC0809 的功能和應(yīng)用等 關(guān)關(guān)鍵詞鍵詞 MCS 51 單片機(jī) 8051 ADC0809 數(shù)碼管 精品資料 目目 錄錄 1 總體設(shè)計 1 2 硬件設(shè)計及其工作原理 1 2 1 數(shù)字電壓表主要器件 1 2 1 1 單片機(jī) AT89C51 1 2 1 2 芯片 ADC0808 3 2 2 數(shù)字電壓表電路設(shè)計 4 2 2 1 處理器電路 4 2 2 2 A D 轉(zhuǎn)換電路 5 2 3 控制電路 6 2 4 顯示電路 6 2 5 整體電路圖設(shè)計 7 3 數(shù)字電壓表軟件設(shè)計 7 3 1 程序總體設(shè)計 7 3 2 程序各個模塊設(shè)計 9 3 2 1 主程序 9 3 2 2 外部中斷 0 服務(wù)程序 10 3 2 3 外部中斷 1 服務(wù)程序 10 3 2 4 顯示子程序和延時子程序 11 3 2 5 制表程序 12 4 PROTEUS 仿真及數(shù)據(jù)測試 12 5總結(jié) 14 附錄 1 程序清單 15 精品資料 簡易數(shù)字電壓表設(shè)計 1總總體體設(shè)計設(shè)計 本設(shè)計主要以 ATMEL 公司生產(chǎn)的 AT89S51 為主控芯片來實現(xiàn)簡易數(shù)字電 壓表的基本功能 1 可以測量 0 5V 范圍內(nèi)的 8 路直流電壓值 2 在 4 位 LED 數(shù)碼管上輪流顯示各路電壓值或單路選擇顯示 其中 3 位 LED 數(shù)碼管顯示電壓值 顯示范圍為 0 00V 5 00V 1 位 LED 數(shù)碼管顯示路數(shù) 8 路分別為 0 8 3 測量最小分辨率為 0 02V 設(shè)計中以 8 個滑動變阻器來模擬輸入的電壓信號 經(jīng) ADC0809 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯 片處理 通過三個路數(shù)選擇開關(guān)來確定將哪路采集數(shù)據(jù)送入單片機(jī)中處理 進(jìn)而 通過數(shù)碼管顯示出相應(yīng)的電壓測量值 2硬件硬件設(shè)計設(shè)計及其工作原理及其工作原理 2 1 數(shù)字?jǐn)?shù)字電壓電壓表主要器件表主要器件 本次課程設(shè)計是以 AT89C51 單片機(jī)為控制核心 以 A D 轉(zhuǎn)換器 ADC0808 為數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng) 實現(xiàn)被測電壓的數(shù)據(jù)采樣 用共陰數(shù)碼管顯示結(jié)果的簡易數(shù)字 電壓表 能夠?qū)崿F(xiàn) 8 路 0 00 5 00V 的直流電壓 最小分辨率為 0 02V 2 1 1 單單片機(jī)片機(jī) AT89C51 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié) FLASH 存儲器 FPEROM Flash Programmable and Erasable Read Only Memory 的低電壓 高性能 CMOS 8 位微 處理器 俗稱單片機(jī) 單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除 1000 次 該器件 采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造 與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS 51 指令集 和輸出管腳相兼容 由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中 ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器 AT89C51 單片機(jī)為很多嵌入式控制 系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案 外形及引腳排列如圖 1 所示 精品資料 圖圖 1AT89C51 單單片機(jī)引腳片機(jī)引腳圖圖 AT89C51 引腳介紹 4 個 8 位的 I O 引腳 P0 P1 P2 P3 P0 口 P0 0 P0 7 8 位雙向三態(tài) I O 口線 既可作普通 I O 口 也可作數(shù)據(jù) 低 8 位地址總線 P1 口 P1 0 P1 7 8 位準(zhǔn)雙向三態(tài) I O 口線 作普通 I O 口 P2 口 P2 0 P2 7 8 位準(zhǔn)雙向三態(tài) I O 口線 既可作普通 I O 口 也可作數(shù)據(jù) 高 8 位地址 P3 口 P3 0 P3 7 8 位準(zhǔn)雙向三態(tài) I O 口線 既可作普通 I O 口 另外每個引 腳還有第二個功能 如下表所示 P3 口還接收一些用于閃爍存儲器編程和程序校驗的控制信號 端口引腳第二功能 P3 0RXD P3 1TXD P3 2INT0 P3 3INT1 P3 4T0 P3 5T1 P3 6WR P3 7RD 表 1 P3 口引腳第二個功 能 精品資料 RST 復(fù)位輸入 當(dāng)震蕩器工作時 RET 引腳出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上的高電 平將使單片機(jī)復(fù)位 ALE PROG 當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時 ALE 輸出脈沖用于鎖 存地址的低 8 位字節(jié) 即使不訪問外部存儲器 ALE 以時鐘震蕩頻率的 1 16 輸 出固定的正脈沖信號 因此它可對輸出時鐘或用于定時目的 要注意的是 每當(dāng) 訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ALE 脈沖時 閃爍存儲器編程時 這個引腳 還用于輸入編程脈沖 如果必要 可對特殊寄存器區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置禁 止 ALE 操作 這個位置后只有一條 MOVX 和 MOVC 指令 ALE 才會被應(yīng)用 此 外 這個引腳會微弱拉高 單片機(jī)執(zhí)行外部程序時 應(yīng)設(shè)置 ALE 無效 PSEN 程序儲存允許輸出是外部程序存儲器的讀選通信號 當(dāng) AT89C51 由 外部程序存儲器讀取指令時 每個機(jī)器周期兩次 PSEN 有效 即輸出兩個脈沖 在此期間 當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時 這兩次有效的 PSEN 信號不出現(xiàn) EA VPP 外部訪問允許 欲使中央處理器僅訪問外部程序存儲器 EA 端必 須保持低電平 需要注意的是 如果加密位 LBI 被編程 復(fù)位時內(nèi)部會鎖存 EA 端狀態(tài) 如 EA 端為高電平 CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令 閃爍存儲器 編程時 該引腳加上 12V 的編程允許電壓 VPP 當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓 VPP XTAL1 震蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端 XTAL2 震蕩器反相放大器的輸出端 VCC 電源電壓 GND 地 2 1 2 芯片芯片 ADC0808 本電路采用芯片 ADC0808 來進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換 其引腳圖如圖 2 所示 圖圖 2 ADC0808 引腳引腳圖圖 精品資料 利用 ADC0808 作為 AD 數(shù)據(jù)采樣器件 ADC0808 是 CMOS 單片型逐次逼 近式 A D 轉(zhuǎn)換器它由 8 路模擬開關(guān) 地址鎖存與譯碼器 比較器 8 位開關(guān)樹型 D A 轉(zhuǎn)換器 逐次逼近 ADC0808 的工作過程是 首先輸入 3 位地址 并使 ALE 1 將地址存入地址鎖存器中 此地址經(jīng)譯碼選通 8 路模擬輸入之一到比較 器 START 上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位 下降沿啟動 A D 轉(zhuǎn)換 之后 EOC 輸 出信號變低 指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行 直到 A D 轉(zhuǎn)換完成 EOC 變?yōu)楦唠娖?指示 A D 轉(zhuǎn)換結(jié)束 結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器 這個信號可用作中斷申請 當(dāng) OE 輸入 高電平 時 輸出三態(tài)門打開 轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上 ADC0808 各個管腳功能 IN0 IN7 8 路模擬量輸入端 ADDA ADDB ADDC 3 位地址輸入線 用 于選通 8 路模擬輸入中的一路 D0 D7 8 位數(shù)字量輸出端 ALE 地址鎖存允許信號 輸入 高電平有效 START A D 轉(zhuǎn)換啟動信號 輸入 高電平有效 EOC A D 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號 輸出 當(dāng) A D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時 此端輸出一個高電平 轉(zhuǎn)換期間一直為低電平 OE 數(shù)據(jù)輸出允許信號 輸入 高電平有效 當(dāng) A D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時 此端輸入 一個高電平 才能打開輸出三態(tài)門 輸出數(shù)字量 CLK 時鐘脈沖輸入端 要求時鐘頻率不高于 640KHZ REF REF 基準(zhǔn)電壓 2 2 數(shù)字?jǐn)?shù)字電壓電壓表表電電路路設(shè)計設(shè)計 2 2 1 處處理器理器電電路路 主處理器采用 AT89C51 單片機(jī) 外接 A D 轉(zhuǎn)換電路 控制電路和顯示電路 其工作原理是從 ADC0808 中采集電壓的數(shù)字量并把它轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制量 將 其在 LED 上顯示出來 單片機(jī)還接受控制電路的控制 以改變顯示模式和切換 測試通道 精品資料 圖圖 3 單單片機(jī)系片機(jī)系統(tǒng)電統(tǒng)電路路 2 2 2 A D 轉(zhuǎn)換電轉(zhuǎn)換電路路 本次設(shè)計共采集八路模擬電壓值 占用 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 單個通道 時鐘為 500kHz 的矩形波 正 負(fù)基準(zhǔn)電壓分別為 5V 和 0V EOC 通過一非門與 P3 2 相連 以中斷的方式通知 單片機(jī)轉(zhuǎn)換完成 以 P3 6 控制 START 和 ALE 控制其開始轉(zhuǎn)換和地址鎖存 以 P3 7 控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出 電路圖如圖 4 所示 圖圖 4 A D 轉(zhuǎn)換電轉(zhuǎn)換電路路 精品資料 2 3 控制控制電電路路 控制電路主要的作用是控制顯示模式和切換測試通道 按鍵式開關(guān)接單片 機(jī) 外部中斷 1 主要功能是切換通道 開關(guān) SW1 接 P2 0 口 通過查詢的方式來 間接控制 LED 是按通道循環(huán)顯示電壓還是只顯示某一通道的值 其電路圖如圖 5 所示 圖圖 5 控制控制電電路路 2 4 顯顯示示電電路路 本顯示電路采用共陰極 4 位 8 段數(shù)碼管 段碼由單片機(jī)的 P0 口控制 位碼 由 P3 0 P3 1 P3 4 P3 5 四個端口控制 很明顯采用的是動態(tài)顯示方式 其中 第一位顯示通道數(shù) 后三位顯示電壓值 有兩位小數(shù) 電路圖如圖 6 所示 圖圖 6 顯顯示示電電路路 圖 4 控制電路 精品資料 2 5 整體整體電電路路圖設(shè)計圖設(shè)計 整體電路如下圖所示 左上角的八組變化電壓分時輸入 ADC0808 經(jīng) AT89C51 控制進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換將轉(zhuǎn)換的數(shù)值用數(shù)碼管顯示出來 控制電路控制是 否自動循環(huán)顯示及手動循環(huán)顯示 電路圖如圖 6 所示 圖圖 7 系系統(tǒng)總電統(tǒng)總電路路圖圖 3數(shù)字?jǐn)?shù)字電壓電壓表表軟軟件件設(shè)計設(shè)計 3 1 程序程序總總體體設(shè)計設(shè)計 依據(jù)電路原理圖 數(shù)據(jù)的采集和通道的切換是通過外部中斷的方式處理的 外部中斷 0 處理對 ADC08080 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)采集以及存儲 外部中斷 1 處理顯 示的通道的切換 而顯示模式是通過對 P2 7 查詢來確定 故程序流程圖如圖 8 所示 圖 9 和圖 10 是外部中斷 0 和外部中斷 1 的的流程圖 精品資料 圖圖 8 程序流程程序流程圖圖 圖圖 9 外部中斷外部中斷 0 流程流程圖圖 圖圖 10 外部中斷外部中斷 1 流流程程圖圖 外部中斷 0 入 口 保護(hù)現(xiàn)場 將通道數(shù)放入 30H 將通道數(shù)放入 30H 將轉(zhuǎn)換后的電壓放入 31H 32H 33H 還原現(xiàn)場 中斷返回 中斷及其他數(shù)據(jù)初始化 P2 7 置 位 P2 7 0 下一通道 啟動 A D 轉(zhuǎn)換 調(diào)用顯示子程序 開始 外部中斷 1 入 口 保護(hù)現(xiàn)場 切換通道 啟動 A D 轉(zhuǎn)換 還原現(xiàn)場 中斷返回 還原現(xiàn)場 精品資料 3 2 程序各個模程序各個模塊設(shè)計塊設(shè)計 3 2 1 主程序主程序 程序執(zhí)行的起點 包括對兩個外部中斷源的初始化 初始測試通道 設(shè)置每 個通道每次顯示的時間的長短 然后讓程序處于循環(huán)顯示中 并在每個通道顯示 結(jié)束之后檢查 P2 7 以決定顯示模式 P2 7 為低電平時循環(huán)顯示 主要程序如下 所示 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP ZD0 外部中斷 0 地址 ORG 0013H LJMP ZD1 外部中斷 1 地址 MAIN SETB IT0 SETB EA SETB EX0 SETB IT1 SETB EX1 中斷設(shè)置 MOV R1 00H 初始測試端口地址 XH MOV R4 50H SETB P2 7 允許輸入 JB P2 7 TAD 檢測顯示模式 循環(huán)與否 INC R1 CJNE R1 08H TAD MOV R1 00H TAD MOV A 00H MOVX R1 A 啟動 A D 轉(zhuǎn)換 LCALL SHOW 調(diào)用顯示程序 DJNZ R4 TAD LJMP XH 精品資料 3 2 2 外部中斷外部中斷 0 服服務(wù)務(wù)程序程序 外部中斷 0 主要完成從 ADC0808 中取轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制數(shù) 然后再將該數(shù)字 轉(zhuǎn)為對應(yīng)的電壓數(shù)值 分別存入到 RAM 的 31H 32H 33H 單元中 通道數(shù)放在 30H 單元 PINT0 PUSH ACC 外部中斷 0 MOVX A R1 主要功能是存入轉(zhuǎn)換值 存在 RAM 30 31 32 33 單 元 MOV 30H R1 通道存在 30H MOV B 51 DIV AB MOV 31H A MOV A B MOV B 2 MUL AB MOV B 10 DIV AB MOV 32H A MOV A B MOV 33H A POP ACC RETI 3 2 3 外部中斷外部中斷 1 服服務(wù)務(wù)程序程序 外部中斷 1 的功能是將通道的值加 1 并且保證其值小于 8 然后啟動 A D 轉(zhuǎn)換 以此完成對顯示通道的切換 PINT1 PUSH ACC 外部中斷 1 INC R1 完成通道數(shù)加 1 功能 CJNE R1 08H OUT MOV R1 00H OUT MOVX R1 A POP ACC RETI 精品資料 3 2 4 顯顯示子程序和延示子程序和延時時子程序子程序 數(shù)碼管的顯示為動態(tài)顯示方式 即對 P1 口分時復(fù)用 每位顯示后都調(diào)用延 時子程序 保證延時一定的時間以讓人眼產(chǎn)生視覺暫留 顯示時分別取出 RAM 中 30H 到 33H 中數(shù)據(jù)取表 再送出顯示 SHOW MOV DPTR TAB1 顯示子程序 MOV A 30H MOVC A A DPTR MOV P1 A CLR P3 0 LCALL DELAY SETB P3 0 MOV DPTR TAB2 MOV A 31H MOVC A A DPTR MOV P1 A CLR P3 1 LCALL DELAY SETB P3 1 MOV DPTR TAB1 MOV A 32H MOVC A A DPTR MOV P1 A CLR P3 4 LCALL DELAY SETB P3 4 MOV DPTR TAB1 MOV A 33H MOVC A A DPTR MOV P1 A CLR P3 5 LCALL DELAY SETB P3 5 RET 精品資料 DELAY MOV R6 5 延時子程序 D1 MOV R7 250 DJNZ R7 DJNZ R6 D1 RET 3 2 5 制表程序制表程序 本程序定義了 2 段數(shù)據(jù) TAB1 和 TAB2 TAB1 為不帶小數(shù)點 0 到 9 的數(shù)碼管顯示的字節(jié) TAB2 定義的是帶小數(shù)點 的 0 到 5 的顯示字節(jié) 以保證在數(shù)碼管第二位顯示出小數(shù)點 因此只有 31H 單元 的數(shù)據(jù)在 TAB2 取值 其程序段如下 TAB1 DB 3FH 06H 5BH 4FH 66H TAB1 不帶小數(shù)點 TAB2 帶小數(shù) 點 DB 6DH 7DH 07H 7FH 6FH TAB2 DB 0BFH 86H 0DBH 0CFH 0E6H 0EDH 4 PROTEUS 仿真及數(shù)據(jù)仿真及數(shù)據(jù)測試測試 將匯編程序經(jīng) Keil 編譯后生成的 HEX 文件裝入到 AT89C51 中對其仿真 將 Switch 開關(guān)閉合 數(shù)碼管將循環(huán)顯示八個通道的電壓值 將 Switch 開關(guān)打開 Button 按鈕控制通道切換 分別將滑動變阻器位于不同位置得到不同阻值分別 在數(shù)碼上顯示出來 現(xiàn)按動 button 兩次 斷開 switch 開關(guān) 即始終選擇顯示一號通道電壓值 并 將該路電壓調(diào)到最大值 5V 得到如下仿真圖 圖圖 11 仿真仿真圖圖 由圖 11 中可看出 最左端 1 號數(shù)碼管顯示第 1 號通路 當(dāng)前通路電壓值為 5V 符合預(yù)期要求 現(xiàn)閉合 switch 開關(guān) 應(yīng)該是有八路電壓值循環(huán)顯示 結(jié)果如下圖 精品資料 圖圖 12八路八路電壓值電壓值循循環(huán)顯環(huán)顯示仿真示仿真圖圖 在不改變電阻值的情況下 上述數(shù)值循環(huán)顯示 本數(shù)字電壓表測量的誤差都 在 0 02V 以內(nèi) 精度高 反應(yīng)快 可以完成對多路電壓的測試 5總結(jié) 本次課程設(shè)計我對 AT89C51 單片機(jī) ADC0808 芯片 數(shù)碼管顯示電路和模 數(shù)轉(zhuǎn)換電路及相關(guān)程序的編寫進(jìn)行了認(rèn)真的學(xué)習(xí) 也對單片機(jī)技術(shù)有了更進(jìn)一 步的熟悉 實際操作和課本上的知識有很大聯(lián)系 但又高于課本 一個看似很簡 單的功能 要動手把它設(shè)計出來就比較困難了 但是我們學(xué)習(xí)的理論知識很多但 由于平時練習(xí)很少 所以將它們用于實際的應(yīng)用比較困難 因此平時我們要把課 本上所學(xué)到的知識和實際聯(lián)系起來 通過本次單片機(jī)的設(shè)計 不但鞏固了所學(xué)知 識 也是我們把理論與實踐從真正意義上結(jié)合起來 增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的綜合能力還還 鍛煉了我們的團(tuán)隊協(xié)作精神 提高了創(chuàng)新能力 在此過程中 我查找了大量的資料 在不懈的努力下 培養(yǎng)了獨立思考 動 精品資料 手操作的能力 同時學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識 我對單片機(jī)編程 也有了進(jìn)一步的認(rèn)識和了解 比如在程序設(shè)計思想上 以前沒有一個整體的概念 經(jīng)過試驗中的自我摸索 掌握了模塊化編程的思想 將大的程序分化為小的模塊 最后把各小的模塊串接起來 組成大的程序 實現(xiàn)整體的設(shè)計功能 此次課設(shè)我 對 Protues ISIS 的豐富的電子器件和網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號的畫圖方式也有了進(jìn)一步的了解和 學(xué)習(xí) 同時 我真正的意識到 在以后的學(xué)習(xí)中 要理論聯(lián)系實際 把我們所學(xué)的 理論知識用到實際當(dāng)中 學(xué)習(xí)單片機(jī)更是如此 程序只有在經(jīng)常寫與讀的過程中 才能提高 這就是這次課程設(shè)計的最大收獲 附附錄錄 1程序清程序清單單 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP PINT0 外部中斷 0 地址 ORG 0013H LJMP PINT1 外部中斷 0 地址 MAIN SETB IT0 SETB EA SETB EX0 精品資料 SETB IT1 SETB EX1 中斷設(shè)置 MOV R1 00H 初始測試端口地址 AA MOV R4 50H SETB P2 7 允許輸入 JB P2 7 AAA 檢測顯示模式 循環(huán)與否 INC R1 CJNE R1 08H AAA MOV R1 00H AAA MOV A 00H MOVX R1 A 啟動 a d 轉(zhuǎn)換 LCALL SHOW 調(diào)用顯示程序 DJNZ R4 AAA 每一路顯示 50 次 LJMP AA PI