基于PCF8591數(shù)字電壓表設(shè)計

1、 成績課程設(shè)計報告題 目： 學生姓名： 學生學號： 系 別： 專 業(yè)： 指導教師： 電氣信息工程學院制2013年6月第1章 課程設(shè)計的總體方案1.1 課程設(shè)計的目的1.了解A/D芯片PCF8591轉(zhuǎn)換性能及其編程方法。2.掌握A/D轉(zhuǎn)換器與單片機的接口方法3.學會使用A/D轉(zhuǎn)換器進行電壓信號采集1.2課程設(shè)計的要求1.利用A/D芯片PCF8591及1602液晶顯示屏組成。2采用4路模擬量輸入。3.盡量使用較少的元器件。 1.3課程設(shè)計的思路1.根據(jù)設(shè)計要求，選擇AT89C51單片機為核心控制器件。2.A/D轉(zhuǎn)換采用PCF8591實現(xiàn)，利用PCF8591將模擬電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。3.經(jīng)單片機將數(shù)字

2、量轉(zhuǎn)換成對應電壓值，電壓顯示采用4位一體的LED數(shù)碼管。1.4 課程設(shè)計的方案硬件電路設(shè)計由6個部分組成; A/D轉(zhuǎn)換電路，AT89C51單片機系統(tǒng)，LCD顯示系統(tǒng)、時鐘電路、復位電路以及測量電壓輸入電路。硬件電路設(shè)計框圖如圖1所示。 時鐘電路 復位電路A/D轉(zhuǎn)換電路模擬量輸入顯示系統(tǒng)AT89C51 P1 P2 P2 P0 圖1 數(shù)字電壓表系統(tǒng)硬件設(shè)計框圖第2章 系統(tǒng)方案硬件設(shè)計2.1 系統(tǒng)方案的提出 根據(jù)4路模擬量輸入設(shè)計的需要，為單片機和A/D轉(zhuǎn)換器提供以下設(shè)計方案。 單片機方案 AT89C51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4k字節(jié)Flash可擦寫存儲器（PEROM）。A

3、T89C51器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，AT89C51的片內(nèi)Flash允許程序存儲器通過傳統(tǒng)編程器反復編程。由于芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強大的微處理器ATMEL AT89C51可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高度靈活、高性價比的解決方案。AT89C51具有如下特點：4k Bytes Flash存儲器、128 bytes的RAM以及32個I/O口、2個16位定時/計數(shù)器,5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷、1個全雙工串行通信口、片內(nèi)時鐘振蕩器。 AT89C51芯片，如圖所示，各引腳功能如下：VC

4、C：供電電壓。 GND：接地。 P0口：為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。P1口：是個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。 圖3-1 AT89C51設(shè)計 P2口：為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高。 P3口：管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如所示： P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 TXD（串行輸出口） P3.2 /INT0（外部中斷0） P3.3 /I

5、NT1（外部中斷1） P3.4 T0（記時器0外部輸入） P3.5 T1（記時器1外部輸入） P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。/EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（

6、0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。2.1.2 A/D轉(zhuǎn)換器方案 PCF8591的功能包括多路模擬輸入、內(nèi)置跟蹤保持、8-bit模數(shù)轉(zhuǎn)換和8-bit數(shù)模轉(zhuǎn)換。PCF8591的最大轉(zhuǎn)化速率由I²C總線的最大速率決定。1、主要技術(shù)指標和特性單獨供電; PCF8591的操作電壓范圍2.5V-6V ;低待機電流 通過I2C總線串行輸入/輸出;PCF8591通過3個硬件地址引腳尋址 PCF8591的采樣率由I2C總線速率決定; 4個模擬輸入可編程為單端型或差分輸入頻道選擇自動增量;PC

7、F8591的模擬電壓范圍從Vss到VDD; PCF8591內(nèi)置跟蹤保持電路;8-bit逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換器；通過1路模擬輸出實現(xiàn)DAC增益 PCF8591引腳圖 時鐘電路 AT89S51的時鐘電路如圖所示，在單片機的XTAL1和XTAL2兩個管腳接一個晶振及兩個電容構(gòu)成了時鐘電路電路中電容C1和C2對振蕩頻率有微調(diào)作用，在設(shè)計時取30uF。晶振為11.0592MHz，故選擇12MHz即可。 圖2-2 時鐘電路 圖2-3 復位電路2.1.4復位電路 AT89S51的復位電路如圖所示。當單片機一上電，立即復位；另外，如果在運行中，外界干擾等因素使單片機的程序陷入死循環(huán)狀態(tài)，就可以通過按鍵手動使其復

8、位。復位也是使單片機退出低功耗工作方式而進入正常狀態(tài)的一種操作。電容C3和電阻R10實現(xiàn)上電自動復位。增加按鍵開關(guān)S1和電阻R9又可實現(xiàn)按鍵手動復位功能。R9的作用是在S1按下的時候，防止電容C3放電電流過大燒壞開關(guān)S1的觸點。 顯示電路LED硬件設(shè)計 LED數(shù)碼管由8個發(fā)光二極管組成，其中7個按“8”型排列，另一個發(fā)光二極管為圓點形狀，位于右下角，常用于顯示小數(shù)點。 共陽極LED電路連接如圖2-4所示,8支發(fā)光二極管的陽極共同接到電源上，所以叫共陽極LED，在每個發(fā)光二極管的陽極接的電阻將起到保護作用。在輸入管腳接低電平時，對應的發(fā)光二極管將會發(fā)光。和共陰極LED一樣，適當編碼后，8支發(fā)光二

9、極管組合起來就可以顯示數(shù)據(jù)了。 2-4共陽極接法原理圖 動態(tài)顯示來完成該顯示電路的硬件設(shè)計。 圖2-5顯示電路設(shè)計總體設(shè)計電路圖：見Protel圖第3章 系統(tǒng)軟件設(shè)計程序設(shè)計總方案 根據(jù)模塊的劃分原則，將該程序劃分初始化模塊，A/D轉(zhuǎn)換子程序和顯示子程序，這三個程序模塊構(gòu)成了整個系統(tǒng)軟件的主程序，如圖12所示。開始初始化調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換子程序調(diào)用顯示子程序結(jié)束圖3-1 數(shù)字式直流電壓表主程序框圖系統(tǒng)子程序設(shè)計 初始化程序所謂初始化，是對將要用到的MCS_51系列單片機內(nèi)部部件或擴展芯片進行初始工作狀態(tài)設(shè)定，初始化子程序的主要工作是設(shè)置定時器的工作模式，初值預置，開中斷和打開定時器等3.1.3 A

10、/D轉(zhuǎn)換子程序開始A/D轉(zhuǎn)換子程序用來控制對輸入的模塊電壓信號的采集測量，并將對應的數(shù)值存入相應的內(nèi)存單元，其轉(zhuǎn)換流程圖如圖3-2所示。啟動轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束？輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)值轉(zhuǎn)換顯示結(jié)束圖3-2 A/D轉(zhuǎn)換流程圖 顯示子程序顯示子程序采用動態(tài)掃描實現(xiàn)四位數(shù)碼管的數(shù)值顯示，在采用動態(tài)掃描顯示方式時，要使得LED顯示的比較均勻，又有足夠的亮度，需要設(shè)置適當?shù)膾呙桀l率，當掃描頻率在70HZ左右時，能夠產(chǎn)生比較好的顯示效果，一般可以采用間隔10ms對LED進行動態(tài)掃描一次，每一位LED的顯示時間為1ms10。在本設(shè)計中，為了簡化硬件設(shè)計，主要采用軟件定時的方式，即用定時器0溢出中斷功能實現(xiàn)11s定時

11、，通過軟件延時程序來實現(xiàn)5ms的延時。第四章電路原理圖和PCB板的設(shè)計第5章 實習總結(jié) 經(jīng)過兩周的單片機課程設(shè)計，我有了很多的體會和感想。通過本次對簡易電壓表的設(shè)計，我們對單片機這門課程有了更進一步的了解。無論是在其硬件連接方面還是在軟件編程方面，都取得了新的收獲。本次課程設(shè)計采用了AT89C51單片機芯片，與以往我們我們所熟悉的C51芯片有許多不同之處，通過本次實驗及查閱相關(guān)資料，我們對其之間的區(qū)別有了一定的認識，在本課題設(shè)計報告的硬件介紹部分也對其作了詳細的論述。S51在C51的基礎(chǔ)上增加了許多新的功能，使其功能更為完善，應用領(lǐng)域也更為廣泛。另外，在對單片機編程方面，我們又掌握了一些新的編

12、程思想，使得程序更為簡練、易懂，而且更為嚴謹，程序執(zhí)行的穩(wěn)定性得到了提高。 設(shè)計中我們還用到了模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片PCF8591，以前在學單片機這門課程時只是對其理論知識有了初步的了解。通過本次實驗，我們對它的工作原理徹底理解了，對其啟動設(shè)置、轉(zhuǎn)換結(jié)束判斷以及輸出控制等都基本掌握。電路連接方面，我們對其與單片機的連接也有了更為直觀的認識，通過實驗的摸索以及必要的理論知識，我們準確的實現(xiàn)了它于單片機的互連。設(shè)計過程中，我遇到過許多次失敗的考驗，比如，自己對單片機編程時遇到了很多阻礙，想要放棄，然而，就在要放棄的那一刻，我明白了，原來結(jié)果并不那么重要，我們更應該注重的是這一整個過程。于是，我堅持了下來。

13、我非常感激實習老師對我的的指導和幫助，沒有老師的指導，我只能暈頭轉(zhuǎn)向的瞎忙。 通過這次設(shè)計，這也對我們今后的工作敲響了警鐘：要認真的看待每個需要處理的問題，不要認為事情過于簡單，不能急于求成，但不要放棄。要保持頭腦清醒。單片機是很重要的一門課程，老師和一些工作的朋友都曾說過，如果學好一門單片機，就憑這個技術(shù)這門手藝找一個好工作也不成問題。盡管我們在課堂學到的內(nèi)容很有限，但在以后的學習中單片機還需要好好的深入研究和學習。最后感謝老師對我的精心指導和幫助，感謝同學們對我的幫助。參考文獻1. 魏立峰 王寶興.單片機原理及應用技術(shù).北京：北京大學出版社， 2006 .2. 張毅剛. MCS-51單片機

14、應用與設(shè)計.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2003 .3. 馬忠梅 單片機的C語言應用程序設(shè)計.北京：北京航空航天大學出版社2003 4.PCF8591使用說明書 程序: ORG 0000H LJMP START ORG 0003H RETI ORG 000BH RETI ORG 0013H RETI ORG 001BH RETI ORG 0023H RETI ORG 002BH RETI* 初始化程序中的各變量 *CLEARMEMIO: CLR A MOV P2,A MOV R0,#70H MOV R2,#0DHLOOPMEM: MOV R0,A INC R0 DJNZ R2,LOOPMEM

15、 MOV 20H,#00H MOV A,#0FFH MOV P0,A MOV P1,A MOV P3,A RET* 主 程 序 *START: LCALL CLEARMEMIO ;初始化MAIN: LCALL TEST ;測量一次 LCALL DISPLAY ;顯示數(shù)據(jù)一次 AJMPMAIN NOP;PC值出錯處理 NOP NOP LJMPSTART* 顯 示 控 制 程 序 *DISPLAY: JB 00H,DISP11 ; MOV R3,#08H ;8路信號循環(huán)顯示控制 MOV R0,#70H ;顯示數(shù)據(jù)初址70H77H MOV 7BH,#00H ;顯示通道路數(shù)初值DISLOOP1: LC

16、ALL TUNBCD ;顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為三位BCD碼存入7AH、79H、78H MOV R2,#0FFH ;每路顯示時間控制 4MS*255DISLOOP2: LCALL DISP ;調(diào)四位顯示程序 LCALL KEYWORK1 ; DJNZ R2,DISLOOP2 ; INC R0 ;顯示下一路 INC 7BH ;通道顯示數(shù)加一 DJNZ R3,DISLOOP1 RETDISP11: MOV A,7BH ;單路顯示控制子程序 SUBB A,#01H ; MOV 7BH,A ; ADD A,#70H ; MOV R0,A ;DISLOOP11: LCALL TUNBCD ;顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為三位BCD碼

17、存入7AH、79H、78H(最大5.00v) MOV R2,#0FFH ;每路顯示時間控制 4MS*25DISLOOP22: LCALL DISP ;調(diào)四位顯示程序 LCALL KEYWORK2 ;按鍵檢測 DJNZ R2,DISLOOP22 INC 7BH ;通道顯示數(shù)加一 RET* 顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為三位BCD碼程序 *顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為三位BCD碼存入7AH、79H、78H(最大值5.00v)；TUNBCD: MOV A,R0 ;255/51=5.00V運算 MOV B,#51 ; DIV AB ; MOV 7AH,A ;個位數(shù)放入7AH MOV A,B ;余數(shù)大于19H,F0為1,乘法溢出,結(jié)果加

18、5 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 79H,A ;小數(shù)后第一位放入79H MOV A,B CLR F0 SUBB A,#1AH MOV F0,C MOV A,#10 ; MUL AB ; MOV B,#51 ; DIV AB JB F0,LOOP3 ; ADD A,#5LOOP3: MOV 78H,A ;小數(shù)后第二位放入78H RET* 顯 示 子 程 序 *共陽顯示子程序，顯示內(nèi)容在78H-7BH；DISP: MOV R1,

19、#78H ;共陽顯示子程序，顯示內(nèi)容在78H-7BHPLAY: MOV P1,#0FFH MOV A,R5 ANL P3,A MOV A,R1 MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV P1,A JB P3.2,PLAY1 ;小數(shù)點處理 CLR P1.7 ;小數(shù)點顯示（顯示格式為XX.XX）PLAY1: LCALL DL1MS INC R1 MOV A,P3 JNB ACC.3,ENDOUT RL A MOV R5,A MOV P3,#0FFH AJMP PLAYENDOUT: MOV P3,#0FFH MOV P1,#0FFH RETTAB: DB 0C0H,0F9H,

20、0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH ;斷碼表* 延時程序 *DL10MS: MOV R6,#0D0H ;10MS延時子程序DL1: MOV R7,#19HDL2: DJNZ R7,DL2 DJNZ R6,DL1 RETDL1MS: MOV R4,#0FFH ;(513+513)ms=1MSLOOP11: DJNZ R4,LOOP11 MOV R4,#0FFHLOOP22: DJNZ R4,LOOP22 RET* 電壓測量（A/D）子程序 *一次測量數(shù)據(jù)8個，依次放入70H-77H單元中；TEST: CLR A ;模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序 MOV P2,A MOV R0,#70H ;轉(zhuǎn)換值存放首址 MOV R7,#08H ;轉(zhuǎn)換8次控制 LCALL TESTART ;啟動測試WAIT: JB P3.7,MOVD ;等A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號 AJMP WAITTESTART: SETB P2.3 ;測試啟動 NOP NOP CLR P2.3 SETB P2.4 NOP N