单片机原理及应用课程设计-电阻测量(带程序版).doc

课程设计报告 课程名称课程名称:单片机原理及应用课程设计 设计题目设计题目： 院院 系：系： 专专 业：业： 班班 级：级： 学生姓名学生姓名: 学学 号号: 指导教师评语指导教师评语： 指导教师签名： 年 月 日 成绩成绩 项项 目目 权权 重重 1、设计过程中出勤、学习态度等方面 0.2 2、课程设计质量与答辩0.5 3、设计报告书写及图纸规范程度0.3 成成 绩绩 评评 定定 总 成 绩 教研室审核意见： 教研室主任签字： 年 月 日 教学系审核意见： 主任签字： 年 月 日 摘 要 本设计电阻测量是利用a/d转换原理，将被测模拟量转换成数字量,并用数字方 式显示测量结果的电子测量仪表。通常测量电阻都采用大规模的a/d转换集成电路， 测量精度高，读数方便，在体积、重量、耗电、稳定性及可靠性等方面性能指标均 明显优于指针式万用表。其中，a/d转换器将输入的模拟量转换成数字量，逻辑控 制电路产生控制信号，按规定的时序将a/d转换器中各组模拟开关接通或断开，保 证a/d转换正常进行。a/d转换结果通过计数译码电路变换成 bcd 码，最后驱动显 示器显示相应的数值。本系统以单片机at89c52 为系统的控制核心,结合a/d转换芯 片adc0809 设计一个电阻测量表，能够测量一定数值之间的电阻值，通过四位数码 显示。具有读数据准确，测量方便的特点。 关键词：关键词：单片机单片机( (atat8989c c52)52)； 电压；电压；a/da/d转换；转换；adcadc08090809 目录 设设计计要求要求1 1 1 1、方案论证与对比、方案论证与对比2 2 1.1 方案一 1 1.2 方案二 3 1.3 方案对比与比较 3 2 2、系统硬件电路的设计、系统硬件电路的设计3 3 2.1 振荡电路模块 .3 2.2 a/d 转换电路模块.4 2.2.1 主要性能.4 2.2.2 adc0809 芯片的组成原理.4 2.2.3 adc0809 引脚功能.5 2.3 主控芯片 at89c52 模块 6 2.3.1 主要功能特性.6 2.3.2 主要引脚功能 7 2.4 显示控制电路的设计及原理 9 3 3、程序设计、程序设计1111 3.1 初始化程序 .11 3.2 主程序 .11 3.3 显示子程序 .11 3.4 a/d 转换测量子程序12 4 4、调试及性能分析、调试及性能分析1313 4.1 调试与测试 .13 4.2 性能分析 .13 5 5、元件清单1414 6 6、总结与思考及致谢、总结与思考及致谢1414 参考文献参考文献1515 附一：原理图附一：原理图1616 附二：程序附二：程序1717 设计要求 电阻测量（需要简单的外围检测电路，将电阻转换为电压） 测量 100,1k,4.7k,10k,20k 的电阻阻值，由数码管显示。 测试：误差 10%。 1 1、方案论证与对比、方案论证与对比 1.11.1 方案一方案一 利用单稳或电容充放电规律等，可以把被测电阻量的大小转换成脉冲的宽窄， 即脉冲的宽度 tx 与 rx 成正比。只要把此脉冲和频率固定不变的方波（以下称为时 钟脉冲）相与，便可以得到计数脉冲，将它送给数字显示器。如果时钟脉冲的频率 等参数合适，便可实现测量电阻。计数控制电路输出的脉冲宽度 tx 应与 rx 成正比， 其电路原理图及具体 555 单稳态触发器的构成及仿真如图 1 所示。 用 555 构成的单稳态电路在正常工作条件下输出脉冲的宽度 tx 与 rx 的函数 关系是： 3ln xx crt 所产生的时间误差可能达到百分之十五，再加上其他原因产生的误差，测量是 的时间延迟太大。 555 单稳态 电 路 a/d 转换 电路 译码-驱动-显示 电路 图 1 方案一原理图 1.2方案二 用 adc0809电阻测量，以一个 1k 的电阻作为基准电阻。和被测电阻进行分 1 压，分压比例得出电阻比例。 = 2 1 r r 2 1 v v 用 acd0809 测量电阻时间误差为%10 以下，分辨率高，输出能与 ttl 电平兼容。 其原理图如图 2 所示。 简易外围电路 a/d 转换电路 译码-驱动-显示 电路 图 2 方案二原理图 1.3方案对比与比较 由于课程设计的要求是电阻测量需要简单的外围检测电路，将电阻转换为电压， 测量 100,1k,4.7k,10k,20k 的电阻阻值，由数码管显示。测试：误差 10%。通过比 较以上两个方案，可知方案二相对来说比较适合。所以选用方案二作为实验方案。 2 2、系统硬件电路的设计、系统硬件电路的设计 2.12.1 振荡电路模块振荡电路模块 振荡电路通过这两个引脚外并接石英晶体振荡器和两只电容（电容和一般取 33pf） ，这样就构成一个稳定的自激振荡器。为单片机提供时钟信号。如图 3 所示。 8051 xtal1 xtal2 c2 c1 图 3. 振荡电路 2 2.22.2 a/da/d 转换电路转换电路模块模块 adc0809 是采用逐次逼近式原理的a/d转换器。 adc0809 的工作过程是：首先输入 3 位地址，并使ale=1，将地址存入地址锁存 器中。此地址经译码选通 8 路模拟输入之一到比较器。start上升沿将逐次逼近寄 存器复位。下降沿启动 ad转换，之后eoc输出信号变低，指示转换正在进行。 直到ad转换完成，eoc变为高电平，指示ad转换结束，结果数据已存入锁存 器，这个信号可用作中断申请。当oe输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的 数字量输出到数据总线上，9 电路图如图 4 所示。 图 4 a/d 转换电路原理图 2.2.12.2.1 主要性能主要性能 1 分辨率为 8 位二进制数。 2 模拟输入电压范围 0v5v，对应a/d转换值为 00hffh。 3 每路a/d转换完成时间为 100s。 4 允许输入 4 路模拟电压，通过具有锁存功能的 4 路模拟开关，可以分时进行 4 路a/d转换。 5 工作频率为 500khz,输出与 ttl 电平兼容。 3 2.2.22.2.2 adc0809adc0809 芯片的组成原理芯片的组成原理 具体设计要求如图 5 所示，它是由地址锁存器、4 路模拟开关、8 位逐次 a/d 转换器和三态锁存输出缓冲器构成。由 3 位地址输入线 addra、addrb、addrc 决定 4 路模拟输入中的 1 路进 8 位 a/d 转换器，a/d 转换值进入三态锁存输出缓冲 器暂存，在 cpu 发来输出允许控制信号 oe 后，三态门打开，经 db7db0 进入 cpu 总线，完成一次 a/d 转换全过程。 图 5 a/d 转换电路原路图 2.2.32.2.3 adc0809adc0809 引脚功能引脚功能 adc0809 采用 28 引脚的封装，双列直插式。a/d 转换由集成电路 adc0809 完 成。adc0809 具有 8 路模拟输入端口，地址线（23 25 脚即 c,b,a,）可决定对 哪一路模拟输入作 a/d 转换。22 脚为地址锁存控制（ale） ，当输入为高电平时， 对地址信号进行锁存。6 脚为测试控制（start） ，当输入一个 2us 宽高电平脉冲时， 就开始 a/d 转换。7 脚为 a/d 转换结束标志（eoc） ，当 a/d 转换结束时，7 脚输出 高电平。9 脚为 a/d 转换数据输出允许控制（oe） ，当 oe 脚为高电平时，a/d 转换 数据从该端口输出。10 脚为 adc0809 的时钟输入端（clock） ，利用单片机 30 脚 的六分频晶振频率再通过 14024 二分频得到 1mhz 时钟。单片机的 p1、p3.0p3.3 4 端口作为四位 led 数码管显示控制。p3.5 端口用作单路显示/循环显示转换按钮， p3.6 端口用作单路显示时选择通道。p0 端口作 a/d 转换数据读入用，p2 端口用作 adc0809 的 a/d 转换控制。 2.32.3 主控芯片主控芯片 at89c52at89c52 模块模块 at89c52 是一个低电压，高性能cmos 8 位单片机，片内含 8k bytes的可反 复擦写的flash只读程序存储器和 256 bytes的随机存取数据存储器（ram）， 器件采用atmel公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准mcs51 指令 系统，片内置通用 8 位中央处理器和flash存储单元，功能强大的at89c52 单片 机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。 at89c52 有 40 个引脚，32 个外部双向输入 /输出（i/o）端口，同时内含 2 个外中断口。 3 个 16 位可编程定时计数器 ,2 个全双工串行通信口， 2 个读写口 线，at89c52 可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理 器和flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的flash存储器可有效地降低 开发成本。 如图 6 所示为at89c52 管脚图。 图 6 at89c52 管脚图 5 2.3.12.3.1 主要功能特性主要功能特性 与mcs51 产品指令和引脚完全 兼容 8k字节可重擦写flash闪速存储器 1000 次擦写周期 全静态操作： 0hz24mhz 三级加密程序存储器 32 个可编程i/o口线 低功耗空闲和掉电模式 3 个 16 位定时/计数器 可编程串行uart通道 2.3.22.3.2 主要引脚功能主要引脚功能 vcc : 电源 gnd: 地 p0 口：p0 口是一组 8 位漏极开路型双向i/o 口，也即地址 /数据总线复用 口。 p1 口：p1 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向i/o口，p1 输出缓冲器能驱 动 4 个ttl逻辑电平。对p1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以 作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输 出电流（iil） 。此外，p1.0 和p1.2 分别作定时器/计数器 2 的外部计数输入 （p1.0/t2）和时器/计数器 2 的触发输入（p1.1/t2ex） 。 p2 口：p2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向i/o口，p2 输出缓冲器能驱 动 4 个ttl逻辑电平。对p2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以 作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输 出电流（iil） 。在访问外部程序存储器或用 16 位地址读取外部数据存储器（例如执 行movx dptr）时，p2 口送出高八位地址。在这种应用中，p2 口使用很强的内部 上拉发送 1。在使用 8 位地址（如movx ri）访问外部数据存储器时，p2 口输出 p2 锁存器的内容。在flash编程和校验时，p2 口也接收高 8 位地址字节和一些控制 信号。 p1 口和p2 口的第二功能如下表 1 所示。 6 表 1 p0 和p1 口的第二功能 引脚号功能特性 p1.0 t2(定时/计数器 2 外部计数脉冲输入)，时钟输 出 p1.1 t2ex（定时/计数 2 捕获/重载触发和方向控制） p3 口：p3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向i/o口，p3 口输出缓冲器能驱动 4 个ttl逻辑电平。对p3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作 为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出 电流（iil） 。p3 口亦作为at89c52 特殊功能（第二功能）使用，在flash编程和校 验时，p3 口也接收一些控制信号。具体功能如表 2 所示： 表 2p3 口的第二功能 端口引脚第二功能 p3.0 rxd（串行输入口） p3.1 txd(串行输出口) p3.2 外中断 0 p3.3 外中断 1 p3.4 t0(定时/计数器 0) p3.5 t1（定时/计数器 1） p3.6 外部数据存储器写选通 p3.7 外部数据存储器读选通 rst: 复位输入。晶振工作时，rst脚持续 2 个机器周期高电平将使单片机复位。 看门狗计时完成后，rst脚输出 96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器auxr(地址 8eh)上的disrto位可以使此功能无效。disrto默认状态下，复位高电平有效。 ale/prog：地址锁存控制信号（ale）是访问外部程序存储器时，锁存低 8 位地 址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（prog）也用作编程输入脉冲。在一般情 况下，ale以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使 用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ale脉冲将会跳过。如果需 要，通过将地址为 8eh的sfr的第 0 位置 “1” ，ale操作将无效。这一位置 “1” ， 7 ale仅在执行movx或movc指令时有效。否则，ale将被微弱拉高。这个ale使能标 志位（地址为 8eh的sfr的第 0 位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。 psen:外部程序存储器选通信号（psen）是外部程序存储器选通信号。当 at89c52 从外部程序存储器执行外部代码时，psen在每个机器周期被激活两次，而 在访问外部数据存储器时，psen将不被激活。 ea/vpp:访问外部程序存储器控制信号。为使能从 0000h到ffffh的外部程序存 储器读取指令，ea必须接gnd。为了执行内部程序指令，ea应该接vcc。在flash 编程期间，ea也接收 12 伏vpp 电压。 xtal1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 xtal2:振荡器反相放大器的输出端。 2.42.4 显示控制电路的设计及原理显示控制电路的设计及原理 显示子程序采用动态扫描法实现 4 位数码管的数值显示。测量所得的a/d转 换数据放 70h77h内存单元中，测量数据在显示时须经过转换成为十进制bcd码放 在 78h7bh单元中，其中 7b存放通道标志数。寄存器r3 用作 8 路循环控制，r0 用作显示数据地址指针。 本系统显示部分采用 4 位数码管动态扫描显示。 动态扫描显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一。其接口电路 是把所有显示器的 8 个笔划段a-h同名端连在一起，而每一个显示器的公共极com 是各自独立地受i/o线控制。cpu向字段输出口送出字形码时，所有显示器接收到 相同的字形码，但究竟是那个显示器亮，则取决于com端，而这一端是由 i/o控制 的，所以我们就可以自行决定何时显示哪一位了。而所谓动态扫描就是指我们采用 分时的方法，轮流控制各个显示器的com端，使各个数码管轮流点亮。本系统采用 4 位共阴极数码管，com端接接p20p23 端，8 个笔划段a-h分别按顺序接p07 p00，轮流给p20p23 口低电平，使各个数码管轮流点亮。 在轮流点亮扫描过程中，每位显示器的点亮时间是极为短暂的（约 1ms） ，但由 于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位显示器并非同时点 亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁 感。 显示控制电路由图 7 的 8255 芯片和图 8 的数码管显示电路两部分组成 8 图 78255 芯片 图 8 数码管显示电路 3 3、程序设计、程序设计 3.13.1 初始化程序初始化程序 void init() st = 0; oe = 0; 9 a8255_con=0x81; pb=0xff; pa=0xff; 3.23.2 主程序主程序 void main() uchar i=0,j=0; uint rrr=0; init(); while (1) get_resistance(); if(rrr=0)rrr=r_t; ; /计算平均值 else if(j=30)r=rrr;rrr=0;j=0; /j 为 30 个平均值 可改 else j+; display(); 3.33.3 显示子程序显示子程序 void display() uchar a; uint b=10000; for(a=0x02;a #define#define ucharuchar unsignedunsigned charchar #define#define uintuint unsignedunsigned intint sbitsbit stst = = p2p2 7;7; sbitsbit eoceoc = = p3p3 4;4; sbitsbit oeoe = = p2p2 3;3; sbitsbit clkclk = = p2p2 0;0; xdataxdata ucharuchar papa _at_at_ 0xd1ff,0xd1ff, pbpb _at_at_ 0xd2ff,0xd2ff, pcpc _at_at_ 0xd5ff,0xd5ff, a8255_cona8255_con _at_at_ 0xd7ff;0xd7ff; uintuint r=0,r_t;r=0,r_t; ucharuchar codecode led_code=led_code=0xa0,0xa0, 0xbb,0xbb, 0x62,0x62, 0x2a,0x2a, 0x39,0x39, 0x2c,0x2c, 0x24,0x24, 0xba,0xba, 0x20,0x20, 0x28;0x28; voidvoid init()init() stst = = 0;0; oeoe = = 0;0; a8255_con=0x81;a8255_con=0x81; pb=0xff;pb=0xff; pa=0xff;pa=0xff; ucharuchar ad_cover()ad_cover() ucharuchar ad_data;ad_data; stst = = 0;0; stst = = 1;1; stst = = 0;0; 16 whilewhile (eoc=0)clk(eoc=0)clk = = clk;clk; oeoe = = 1;1; ad_dataad_data = = p0;p0; oeoe = = 0;0; returnreturn ad_data;ad_data; voidvoid get_resistance()get_resi