基于單片機的電壓表

-.z數(shù)字電壓表一方案設(shè)計1、設(shè)計任務(wù)與要求⑴以AT89C51單片機為核心器件，組成一個簡單的直流數(shù)字電壓表。⑵采用1路模擬量輸入，能夠測量0-5V之間的直流電壓值。⑶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)。⑷盡量使用較少的元器件2、設(shè)計思路⑴根據(jù)設(shè)計要求，選擇AT89C51單片機為核心控制器件。⑵A/D轉(zhuǎn)換采用ADC0808實現(xiàn)，與單片機的接口為P1口和P2口的高四位引腳。=3\*GB2⑶電壓顯示采用4位一體的LED數(shù)碼管。=4\*GB2⑷LED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)生二相關(guān)技術(shù)簡介數(shù)字電壓表的設(shè)計即將連續(xù)的模擬電壓信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)值，再經(jīng)由單片機軟件編程轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)值并通過顯示屏顯示。按系統(tǒng)實現(xiàn)要求，決定控制系統(tǒng)采用AT89C51單片機，采用ADC0808。數(shù)字電壓表系統(tǒng)整體框圖如下列圖1所示。模擬電壓模擬電壓AT89C51單片機ADC0808轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)顯示圖1整體框圖工作原理：+5V模擬電壓信號通過變阻器VR1分壓后由ADC08008的IN0通道進入〔由于使用的IN0通道，所以ADDA,ADDB,ADDC均接低電平〕，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D0-D7傳送給AT89C51芯片的P1口，AT89C51負責(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)碼管的顯示段碼傳送給四位LED，同時它還通過其四位I/O口P2.4、P2.5、P2.6、P2.7產(chǎn)生位選信號控制數(shù)碼管的亮滅。此外，AT89C51還控制ADC0808的工作。其中，單片機AT89C51通過定時器中斷從P3.3輸出方波，接到ADC0808的CLOCK,P3.0發(fā)正脈沖啟動A/D轉(zhuǎn)換，P3.2檢測A/D轉(zhuǎn)換是否完成，轉(zhuǎn)換完成后，P3.1置高從P1口讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果送給LED顯示出來。三硬件設(shè)計1、振蕩電路2、復(fù)位電路3、單片機系統(tǒng)AT89C51各引腳功能AT89C51提供以下標準功能：4KB的Flash閃速存儲器，128B內(nèi)部RAM，32個I/O口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷構(gòu)造，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)震蕩器及時鐘電路，同時，AT89C51可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停頓CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作，掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但震蕩器停頓工作并制止其他所有工作直到下一個硬件復(fù)位。AT89C51采用PDIP封裝形式，引腳配置如下圖。P0口：這組引腳共有8條，P0.0為最低位。這8個引腳有兩種不同的功能，分別適用于不同的情況，第一種情況是89C51不帶外存儲器，P0口可以為通用I/O口使用，P0.0-P0.7用于傳送CPU的輸入/輸出數(shù)據(jù)，這時輸出數(shù)據(jù)可以得到鎖存，不需要外接專用鎖存器，輸入數(shù)據(jù)可以得到緩沖，增加了數(shù)據(jù)輸入的可靠性；第二種情況是89C51帶片外存儲器，P0.0-P0.7在CPU片外存儲器時先傳送片外存儲器的低8位地址，然后傳送CPU對片外存儲器的讀/寫數(shù)據(jù)。P0口為開漏輸出，在作為通用I/O使用時，需要在外部用電阻上拉。P1口：這8個引腳和P0口的8個引腳類似，P1.7為最高位，P1.0為最低位，當(dāng)P1口作為通用I/O口使用時，P1.0-P1.7的功能和P0口的第一功能一樣，也用于傳送用戶的輸入和輸出數(shù)據(jù)。P2口：這組引腳的第一功能與上述兩組引腳的第一功能一樣即它可以作為通用I/O口使用，它的第一功能和P0口引腳的第二功能相配合，用于輸出片外存儲器的高8位地址，共同選中片外存儲器單元，但并不是像P0口那樣傳送存儲器的讀/寫數(shù)據(jù)。P3口：這組引腳的第一功能和其余三個端口的第一功能一樣，第二功能為控制功能，每個引腳并不完全一樣，如下表1所示：表1P3口各位的第二功能P3口各位第二功能P3.0R*T〔串行口輸入〕P3.1T*D〔串行口輸出〕P3.2/INT0〔外部中斷0輸入〕P3.3/INT1(外部中斷1輸入)P3.4T0〔定時器/計數(shù)器0的外部輸入〕P3.5T1〔定時器/計數(shù)器1的外部輸入〕P3.6/WR〔片外數(shù)據(jù)存儲器寫允許〕P3.7/RD〔片外數(shù)據(jù)存儲器讀允許〕Vcc為+5V電源線，Vss接地。ALE：地址鎖存允許線，配合P0口的第二功能使用，在外部存儲器時，89C51的CPU在P0.0-P0.7引腳線去傳送隨后而來的片外存儲器讀/寫數(shù)據(jù)。在不片外存儲器時，89C51自動在ALE線上輸出頻率為1/6震蕩器頻率的脈沖序列。該脈沖序列可以作為外部時鐘源或定時脈沖使用。/EA:片外存儲器選擇線，可以控制89C51使用片內(nèi)ROM或使用片外ROM,假設(shè)/EA=1，則允許使用片內(nèi)ROM,假設(shè)/EA=0，則只使用片外ROM。/PSEN：片外ROM的選通線，在片外ROM時，89C51自動在/PSEN線上產(chǎn)生一個負脈沖，作為片外ROM芯片的讀選通信號。RST：復(fù)位線，可以使89C51處于復(fù)位(即初始化)工作狀態(tài)。通常89C51復(fù)位有自動上電復(fù)位和人工按鍵復(fù)位兩種。*TAL1和*TAL2：片內(nèi)震蕩電路輸入線，這兩個端子用來外接石英晶體和微調(diào)電容，即用來連接89C51片內(nèi)OSC(震蕩器)的定時反應(yīng)回路。4、A/D轉(zhuǎn)換模塊按照各種A/D芯片的轉(zhuǎn)化原理可分為逐次逼近型，雙重積分型等等。雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器具有抗干擾能力強、轉(zhuǎn)換精度高、價格廉價等優(yōu)點。與雙積分相比，逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換速度更快，而且精度更高，比方ADC0809、ADC0808等，它們通常具有8路模擬選通開關(guān)及地址譯碼、鎖存電路等，它們可以與單片機系統(tǒng)連接，將數(shù)字量送到單片機進展分析和顯示。一個n位的逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器只需要比擬n次，轉(zhuǎn)換時間只取決于位數(shù)和時鐘周期，逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度快，因而在實際中廣泛使用。ADC0808芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，其引腳圖如圖4所示。圖4、ADC0808芯片引腳圖IN0～IN7為8路模擬量輸入端，這里只接一路電壓信號，其輸入信號是由直流電源及可調(diào)電阻提供。OUT1~OUT8為8位二進制數(shù)字量輸出端，其另一端連接到AT89C51單片機進展數(shù)值轉(zhuǎn)換。ADDA、ADDB、ADDC為3位片選地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路，其對應(yīng)關(guān)系如表2所示：表2ADC0808通道選擇表地址碼對應(yīng)的輸入通道ABC000011110011001101010101IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7ALE為地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。START為A／D轉(zhuǎn)換啟動脈沖輸入端，輸入一個正脈沖使其啟動〔脈沖上升沿使0808復(fù)位，下降沿啟動A/D轉(zhuǎn)換〕。EOC為A／D轉(zhuǎn)換完畢信號，輸出、當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換完畢時，輸出一高電平〔轉(zhuǎn)換期間一直為低電平〕。OE為數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入、高電平有效。當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換完畢時，此端由單片機輸入一個高電平，才能翻開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。5、顯示模塊a、LEDLED七段數(shù)碼顯示器由8個發(fā)光二極管組成顯示字段，其中7個長條形的發(fā)光二極管排列成“日〞字形，另一個圓點形的發(fā)光二極管在顯示器的右下角作為顯示小數(shù)點用，其通過不同的組合可用來顯示各種數(shù)字。LED引腳排列如下列圖所示:圖5LED引腳排列b、LED選擇在應(yīng)用系統(tǒng)中，設(shè)計要求不同，使用的LED顯示器的位數(shù)也不同，因此就生產(chǎn)了位數(shù)，尺寸，型號不同的LED顯示器供選擇，在本設(shè)計中，選擇4位一體的數(shù)碼型LED顯示器，簡稱“4-LED〞。本系統(tǒng)中前一位顯示電壓的整數(shù)位，即個位，后兩位顯示電壓的小數(shù)位。4-LED顯示器引腳如圖6所示，是一個共陰極接法的4位LED數(shù)碼顯示管，其中a，b，c，d，e，f，g為4位LED各段的公共輸出端，1、2、3、4分別是每一位的位數(shù)選端，dp是小數(shù)點引出端，4位一體LED數(shù)碼顯示管的內(nèi)部構(gòu)造是由4個單獨的LED組成，每個LED的段輸出引腳在內(nèi)部都并聯(lián)后，引出到器件的外部。對于這種構(gòu)造的LED顯示器，它的體積和構(gòu)造都符合設(shè)計要求，由于4位LED陰極的各段已經(jīng)在內(nèi)部連接在一起，所以必須使用動態(tài)掃描方式〔將所有數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一起，用一個I/O接口控制〕顯示。c、LED譯碼方式表3共陰極字段碼表顯示字符共陰極字段碼03FH106H25BH34FH466H56DH67DH707H87FH96FHd、LED顯示器與單片機接口設(shè)計為了簡化數(shù)字式直流電壓表的電路設(shè)計，在LED驅(qū)動電路的設(shè)計上，可以利用單片機P0口上外接的上拉電阻來實現(xiàn)，即將LED的A-G段顯示引腳和DP小數(shù)點顯示引腳并聯(lián)到P0口與上拉電阻之間，這樣，就可以加大P0口作為輸出口驅(qū)動能力，使得LED能按照正常的亮度顯示出數(shù)字，開場初始化開場初始化調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換子程序調(diào)用顯示子程序完畢初始化模塊，A/D轉(zhuǎn)換子程序和顯示子程序，2、系統(tǒng)子程序設(shè)計a、初始化程序所謂初始化，是對將要用到的AT89C51單片機內(nèi)部部件或擴展芯片進展初始工作狀態(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(yù)置，開中斷和翻開定時器等。b、A/D轉(zhuǎn)換子程序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(yīng)的數(shù)值存入