數(shù)字電壓表單片機(jī)課程設(shè)計(jì)

1、本文格式為Word版，下載可任意編輯 數(shù)字電壓表單片機(jī)課程設(shè)計(jì) 單片機(jī)技術(shù)及其應(yīng)用 課程設(shè)計(jì)報(bào)告 題目：數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì) 班級(jí)：11通信本2班 學(xué)號(hào)：1011028432 姓名：段苓苓 同組人員：鐘夢(mèng)為梅韶田趙赫宇周洋 指導(dǎo)教師：劉少敏薛蓮 2022年06月26日 目錄 1 引言 (1) 1.1 設(shè)計(jì)意義 (1) 1.2 系統(tǒng)功能要求 (1) 2 設(shè)計(jì)內(nèi)容 (1) 2.1 設(shè)計(jì)思路 (1) 2.2 主要功能 (2) 3 方案論證 (2) 3.1 程序設(shè)計(jì) (2) 3.2 電路設(shè)計(jì)原理 (3) 3.3 軟件設(shè)計(jì)方案 (4) 3.4 硬件設(shè)計(jì)方案 (4) 4 單元電路設(shè)計(jì) (5) 4.1 數(shù)碼管顯

2、示器 (5) 4.2 單片機(jī)的晶振電路 (6) 4.3 顯示模塊 (7) 4.4 ADC0808模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 (7) 8 復(fù)位電路4.5 4.6 AT89C52單片機(jī)的引腳介紹 (9) 4.7 模擬輸入電路 (10) 4.8 總電路設(shè)計(jì) (10) 5 系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計(jì) (11) 5.1 主程序 (11) 11 5.2 A/D轉(zhuǎn)換子程序11 顯示子程序 5.3 11 調(diào)試及性能分析6 11 6.1 調(diào)試方法及步驟 12 實(shí)物調(diào)試數(shù)據(jù) 6.2 13 6.3 誤差分析 14 7 心得體會(huì)15 指導(dǎo)老師看法 . (8) 16 附錄： 數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì) 1 引言 1.1 設(shè)計(jì)意義 我們學(xué)習(xí)的是單片機(jī)這

3、門課程，這門課程最顯著的特點(diǎn)就是它是一門實(shí)用技術(shù)課程，它要求我們不僅僅要把握扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，更重要的是要學(xué)會(huì)如何去真真利用它為我們的電路設(shè)計(jì)服務(wù)，也只有通過課程設(shè)計(jì)這樣的動(dòng)手實(shí)踐才是我們把握這門技術(shù)的最正確途徑，因此，我們開設(shè)這樣的實(shí)踐是很重要的，也是我們努力去 學(xué)習(xí)鉆研的動(dòng)力。 數(shù)字電壓表是采用數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)，把連續(xù)的模擬量（直流輸入電壓）換成不連續(xù)的、離散的數(shù)字形式并加以現(xiàn)實(shí)的儀表，戰(zhàn)勝了傳統(tǒng)模擬電壓表的讀書不便利和不準(zhǔn)確等問題。不能滿足數(shù)字化時(shí)代的需求，采用單片機(jī)的數(shù)字電壓表，由精度高、抗干擾能力強(qiáng)，可擴(kuò)展性強(qiáng)集成便利，還可以與PC進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。目前，由各種單片A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)字電壓

4、表，已廣泛應(yīng)用于電子電工測(cè)量、工業(yè)自動(dòng)化儀表、自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)等智能化測(cè)量領(lǐng)域，呈現(xiàn)了強(qiáng)大的生命力。與此同時(shí)，由數(shù)字電壓表擴(kuò)展而成的各種通用及專用數(shù)字化儀器，也把電量及非電量測(cè)量技術(shù)提高到了嶄新的水平，因此，通過這次課程設(shè)計(jì)能讓我們了解這些知識(shí)，為以后研究相關(guān)技術(shù)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 1.2 系統(tǒng)功能要求 采用51系列單片機(jī)和ADC設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電壓表，測(cè)量05V范圍內(nèi)的8路輸入電壓值，并在4位LED數(shù)碼管上輪番顯示或單路選擇顯示，要求顯示兩位小數(shù)。 2 設(shè)計(jì)內(nèi)容 2.1 設(shè)計(jì)思路 （1）根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選擇AT89C51單片機(jī)為核心操縱器件。 （2）A/D轉(zhuǎn)換采用ADC0808實(shí)現(xiàn)，與單片機(jī)的接口為P1

5、口和P2口的高四位引腳。 （3）電壓顯示采用4位一體的LED數(shù)碼管。 （4）LED數(shù)碼的段碼輸入,由并行端口P0產(chǎn)生：位碼輸入，用并行端口P2低四位產(chǎn)生。 1 2.2 主要功能 （1）以MCS-51系列單片機(jī)為核心器件，組成一個(gè)簡(jiǎn)單的直流數(shù)字電壓表 （2）1路模擬量輸入，能夠測(cè)量0-5V之間的直流電壓值。 （3）電壓顯示用4位一體的LED數(shù)碼管顯示，至少能夠顯示兩位小數(shù)。 3 方案論證 3.1 程序設(shè)計(jì) 為了在C語言源程序中直接編寫中斷服務(wù)函數(shù)的需要，KeilCx51編譯器對(duì)函數(shù)的定義進(jìn)行了擴(kuò)展，增加了一個(gè)擴(kuò)展關(guān)鍵字interrupt，它是函數(shù)定義是的一個(gè)選項(xiàng)，加上這個(gè)選項(xiàng)即可以將一個(gè)函數(shù)定義

6、成中斷服務(wù)函數(shù)。定義中斷服務(wù)函數(shù)的一般形式為： 函數(shù)類型函數(shù)名（形式參數(shù)表） interrupt n using n 由于ADC0809的CLOCK的時(shí)鐘頻率不高于640KHZ，在這利用定時(shí)器T0的中斷產(chǎn)生時(shí)鐘頻率，則可設(shè)置為： void t0(void) interrupt 1 using 0 ADC0809的時(shí)序圖如下： 圖3-1 ADC0808的時(shí)序圖 由時(shí)序圖可知，只有在轉(zhuǎn)換期間，EOC處于低電平，因此在AD轉(zhuǎn)換開始前EOC 置為低電平，START在上升沿期間將芯片內(nèi)的所有寄放器清零，在下降沿降臨時(shí) 開始轉(zhuǎn)換，由于所用的時(shí)鐘為100KHz，對(duì)比的緩慢不需要再延時(shí)，在此等待轉(zhuǎn)換終止，終止

7、后將其數(shù)字量輸出。 2 根據(jù)上述分析及原理，可設(shè)計(jì)程序流程圖如下： 圖3-2 程序流程圖 3.2 電路設(shè)計(jì)原理 模擬電壓經(jīng)過檔位切換到不同的分壓電路篩減后，經(jīng)隔離干擾送到A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。然后送到單片機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。處理后的數(shù)據(jù)送到LED中顯示。同時(shí)通過串行通訊與上位通信。硬件電路及軟件程序。而硬件電路又大體可分為A/D轉(zhuǎn)換電路、LED顯示電路，各部分電路的設(shè)計(jì)及原理將會(huì)在硬件電路設(shè)計(jì)部分細(xì)致介紹；程序的設(shè)計(jì)使用匯編語言編程，利用Keil和PROTEUS 軟件對(duì)其編譯和仿真。 一般I/O接口芯片的驅(qū)動(dòng)能力是很有限的，在LED顯示器接口電路中，輸出口所能提供的驅(qū)動(dòng)電流一般是不夠的特別

8、是設(shè)計(jì)中需要用到多位LED，此時(shí)就需要增加LED驅(qū)動(dòng)電路。驅(qū)動(dòng)電路有多種，常用的是TTL或MOS集成電路驅(qū)動(dòng)器，在本設(shè)計(jì)中采用了74LS244驅(qū)動(dòng)電路。 本試驗(yàn)采用AT89C51單片機(jī)芯片協(xié)同ADC0809模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)易的數(shù)字電壓表，原理電路如圖1所示。該電路通過ADC0809芯片采樣輸入口IN0輸入的05 V的模擬量電壓，經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換后，產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)字量經(jīng)過其輸出通道D0D7傳送給AT89C51芯片的P0口。AT89C51負(fù)責(zé)把接收到的數(shù)字量經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，產(chǎn)生正確的7段數(shù)碼管的顯示段碼，并通過其P1口傳送給數(shù)碼管。同時(shí)它還通過其三位I/O口P1.0、P1.1、P1.2、P1.3

9、產(chǎn)生位選信號(hào)，操縱數(shù)碼3 管的亮滅。另外，AT89C51還操縱著ADC0809的工作。其ALE管腳為ADC0809提供了1MHz工作的時(shí)鐘脈沖；P2.4操縱ADC0809的地址鎖存端(ALE)；P2.1操縱ADC0809的啟動(dòng)端(START)；P2.3操縱ADC0809的輸出允許端(OE)；P2.0操縱ADC0808的轉(zhuǎn)換終止信號(hào)(EOC)。 3.3 軟件設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)剛上電時(shí)，初始化程序主要執(zhí)行70H-77H內(nèi)存單元清0和P2口置0等準(zhǔn)備工作。在剛上電時(shí)，系統(tǒng)默認(rèn)為循環(huán)顯示8個(gè)通道的電壓值狀態(tài)。當(dāng)進(jìn)行一次測(cè)量后，將顯示每一通道的A/D轉(zhuǎn)換值，每個(gè)通道的數(shù)據(jù)顯示時(shí)間在1S左右。主程序在調(diào)用顯示

10、子程序與測(cè)試子程序之間循環(huán)。 圖3-3 A/D 轉(zhuǎn)換測(cè)試子程序流程圖 A/D轉(zhuǎn)換測(cè)量子程序用來操縱對(duì)ADC0809的8路模擬輸入電壓的A/D轉(zhuǎn)換，并將對(duì)應(yīng)的數(shù)值移入70H77H內(nèi)存單元。 3.4 硬件設(shè)計(jì)方案 3.4.1 主控芯片 選用單片機(jī)AT89C52和A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809實(shí)現(xiàn)電壓的轉(zhuǎn)換和操縱，用四位數(shù)碼管顯示出結(jié)果的轉(zhuǎn)換電壓結(jié)果。缺點(diǎn)是價(jià)格稍貴；優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)換京都高，且轉(zhuǎn)換的過程和操縱、顯示部分可以操縱。 4 3.4.2 顯示部分 基于課程設(shè)計(jì)的要求和試驗(yàn)室所能提供的儀器，選用一個(gè)四聯(lián)的共陰極數(shù)碼管，外加四個(gè)三極管驅(qū)動(dòng)。這個(gè)電路幾乎沒有缺點(diǎn)；優(yōu)點(diǎn)是便于操縱，價(jià)格低廉，焊接簡(jiǎn)單。 圖3

11、-4 數(shù)字電壓表系統(tǒng)設(shè)計(jì)方框圖 4 單元電路設(shè)計(jì) 4.1 數(shù)碼管顯示器 數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃慜戩挬搬攬昬本搬屰的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通操縱電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線操縱，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到一致的字形碼，但到底是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通COM端電路的操縱，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通操縱開啟，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。在輪番顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12

12、ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。 5 圖4-1 共陰極數(shù)碼管及其接口電路 4.2 單片機(jī)的晶振電路 晶振是晶體振蕩器的簡(jiǎn)稱，在電氣上它可以等效成一個(gè)電容和一個(gè)電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個(gè)電容的二端網(wǎng)絡(luò)，電工學(xué)上這個(gè)網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)諧振點(diǎn)，以頻率的高低分其中較低的頻率是串聯(lián)諧振，較高的頻率是并聯(lián)諧振。由于晶體自身的特性致使這兩個(gè)頻率的距離相當(dāng)?shù)慕咏?，在這個(gè)極窄的頻率范圍內(nèi)，晶振等效為一個(gè)電感，所以只要晶振的兩端并聯(lián)上

13、適合的電容它就會(huì)組成并聯(lián)諧振電路。這個(gè)并聯(lián)諧振電路加到一個(gè)負(fù)反饋電路中就可以構(gòu)成正弦波振蕩電路，由于晶振等效為電感的頻率范圍很窄，所以即使其他元件的參數(shù)變化很大，這個(gè)振蕩器的頻率也不會(huì)有很 大的變化。晶振有一個(gè)重要的參數(shù)，那就是負(fù)載電容值，選擇與負(fù)載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以得到晶振標(biāo)稱的諧振頻率。一般的晶振振蕩電路都是在一個(gè)反相放大器（注意是放大器不是反相器）的兩端接入晶振，再有兩個(gè)電容分別接到晶振的兩端，每個(gè)電容的另一端再接到地，這兩個(gè)電容串聯(lián)的容量值就應(yīng)當(dāng)?shù)扔谪?fù)載電容，請(qǐng)注意一般IC的引腳都有等效輸入電容，這個(gè)不能忽視。本設(shè)計(jì)采用12MHz晶振，并聯(lián)兩個(gè)30pF電容構(gòu)成晶振電路。 圖4-2 單片機(jī)晶振電路 6 4.3 顯示模塊 該模塊為數(shù)字電壓表的顯示模塊，主要由4位7端共陽LED數(shù)碼管和PNP三極管構(gòu)成的選通電路構(gòu)成。其中，我們需注意共陽數(shù)碼管的數(shù)字0-9的編碼，另外，每個(gè)位選管要與程序?qū)?yīng)。位選是通過單片機(jī)P3.0-P3.3口操縱三極管的基極從 而操縱每位數(shù)碼管的選通。