简易数字电压表单片机课程设计.doc

目录摘要及关键词 2一、实现方案 31.硬件选择方案 42.程序设计 12二、系统的测试与结果 17三、调试过程及问题解决方法 18四、课题设计的收获及心得 18参考文献 18摘要： 本课题实验主要采用MCU-8088/8086H芯片、8255和ADC0809芯片来完成一个简易的数字电压表，能够对输入的05 V的模拟直流电压进行测量，并通过一个4位一体的7段LED数码管进行显示，测量误差约为0.02 V。该电压表的测量电路主要由三个模块组成：A/D转换模块、数据处理模块及显示控制模块。A/D转换主要由芯片ADC0809来完成，它负责把采集到的模拟量转换为相应的数字量再传送到数据处理模块。数据处理则由芯片MCU-8088/8086H来完成，其负责把ADC0809传送来的数字量经一定的数据处理，产生相应的显示码送到显示模块进行显示；另外它还控制着ADC0809芯片的工作。显示模块主要由7段数码管及相应的驱动芯片(74HC245)组成，显示测量到的电压值。关键词：简易数字电压表、ADC0809、MCU-8088/8086H。.实现方案：本实验采用MCU-8088/8086H单片机芯片配合ADC0809模/数转换芯片构成一个简易的数字电压表，原理电路如图1-1所示。该电路通过ADC0809芯片采样输入口IN0输入的05 V的模拟量电压，经过模/数转换后，产生相应的数字量经过其输出通道D0D7传送给MCU-8088/8086H芯片的AD0AD7。MCU-8088/8086H负责把接收到的数字量经过数据处理送给8255的PA口在送给数码管的KD0KD7，产生正确的7段数码管的显示段码。同时8255的PB0PB3还通过控制数码管的KL1KL4产生位选信号，控制数码管的亮灭。另外，还控制着ADC0809的工作。图1-1 电路原理图图1-2 系统框图硬件选择方案：一实验所需元器件：1.MCU-8088/8086H芯片 1块2. ADC0809芯片 1块3. 8255芯片 1块4. 4位一体数码 1个15.导线 若干课程设计-简易数字电压表（二） 二主要元器件的介绍课程设计-简易数字电压表（三）2)ADC0809芯片介绍1. 模数转换芯片ADC0809：ADC0809是典型的8位8通道逐次逼近式A/D转换器，其实物如图1-3所示。它可以和微型计算机直接接口。ADC0809转换器的系列芯片是ADC0808，可以相互替换。 图1-3 ADC0809实物图 ADC0809芯片简介ADC0809是一种8路模拟输入8路数字输出的逐次比较型A/D转换器。目前在8位单片机系统中有着广泛的使用。ADC0809是采样频率为8位的、以逐次逼近原理进行模数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8个单断模拟输入信号中的一个进行A/D转换。ADC0809的内部逻辑结构如图1-4所示。图中多路模拟开关可选通8路模拟通道，允许8路模拟量分时输入，并共用一个A/D转换器进行转换。地址锁存与译码电路完成对A、B、C三个地址位进行锁存与译码，如表1-2所示ADC0809的主要特性A、8路8位AD转换器，即分辨率8位。 B、具有转换起停控制端。 C、转换时间为100s。D、单个5V电源供电。E、模拟输入电压范围05V，不需零点和满刻度校准。 F、工作温度范围为-4085摄氏度。 G、低功耗，约15mW。ADC0809的引脚功能ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，下面说明各引脚功能。 A、IN0IN7：8路模拟量输入端。B、2-12-8：8位数字量输出端。C、ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路D、ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。 E、START： AD转换启动信号，输入，高电平有效。 F、EOC： AD转换结束信号，输出，当AD转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。 G、OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当AD转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。H、CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。I、REF（+）、REF（-）：基准电压。 J、Vcc：电源，单一5V，GND：地。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。表1.2 通道选择表CBA选择的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7 2) ADC0809的引脚ADC0809芯片为28引脚双列直插式封装，其引脚排列如图1-4所示。(1)IN0IN7：8路模拟量输入通道。(2)A、B、C：模拟通道地址线。这3根地址线用于对8路模拟通道的选择，其译码关系如表1-1所示。其中，A为低地址，C为高地址，引脚图中为ADDA，ADDB和ADDC。(3)ALE：地址锁存允许信号。对应ALE上跳沿，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。(4)START：转换启动信号。START上升沿时，复位ADC0809；START下降沿时启动芯片，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持低电平。本信号有时简写为ST。(5)D7D0：数据输出线。为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。D0为最低位，D7为最高。 (6)OE：输出允许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0，输出数据线呈高阻；OE=1，输出转换得到的数据。(7)CLK：时钟信号。ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信号引脚。通常使用频率为500KHz的时钟信号。(8)EOC：转换结束信号。EOC=0,正在进行转换；EOC=1,转换结束。使用中该状态信号即可作为查询的状态标志，又可作为中断请求信号使用。(9)Vcc： +5V电源，GND：地。 (10)Vref：参考电压。参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。其典型值为+5V(Vref(+)=+5V, Vref(-)=0V)。3) ADC0809的工作原理：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 A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D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。（注意：ALE信号常与START信号连在一起，这样连接可以在信号的前沿写入地址信号，在其后沿启动A/D转换，图1-5为ADC0809信号的时序配合图）。图1-5 ADC0809信号的时序配合4. 4位一体7段LED数码管本实验的显示模块主要由一个4位一体的7段LED数码管(SM410564)构成，用于显示测量到的电压值。它是一个共阳极的数码管，每一位数码管的原理图如图1-13所示。每一位数码管的a,b,c,d,e,f,g和dp端都各自连接在一起，用于接收AT89S51的P1口产生的显示段码。1，2，3，4引脚端为其位选端，用于接收AT89S51的P3口产生的位选码。图1-14和图1-15分别为其实物图和引脚图。图1-13 一位数码管的原理图图1-14 SM410564数码管实物图一 、设计任务与要求1、设计任务：简易数字电压表的设计2、设计要求：1）05V电压 2）8路输入电压 3）4位LED或LCD显示 4）结果按十进制显示，芯片自选。二、 硬件硬件框图与说明（元件选择依据即功能说明）根据MUC-8088/8086H单片机的内部结构特点本文提出以MCS-51单片机为核心的电压测量系统。该系统以8088/8086和ADC0809核心内件，能够在单片机的控制下监测八路的输入电压值，用8位串行A/D转换器进行0-5V量程自动转换，并且测量的电压值可通过四位数码管。整个系统的设计过程中主要采用了模块化的设计方法，完成了硬件电路的设计及软件程序的编写，还详细的给出了相关的硬件框图和软件流程图，通过最终硬件电路的调试，使该系统能够在要求的条件下达到正常的测量及显示功能。单片机8088/8086是整个系统的核心，实现输入端的分路选择，模数转换后数据的处理及在数码管上数据的显示等功能。正文着重给出了软硬件系统的各部分电路，介绍了该系统的工作原理，MCS-51单片机特点，8088/8086的功能和应用，ADC0809的功能和应用等。芯片介绍综上所述，MCS51系列单片机的引脚作用可归纳为以下两点：1、 单片机功能多，引脚数少，因而许多引脚具有第2功能；2、 单片机对外呈3总线形式，由P2、P0口组成16位地址总线；由P0口分时复用作为数据总线。心得体会通过本次课题设计，我们对单片机这门课程有了更进一步的了解。无论是在其硬件连接方面还是在软件编程方面，都取得了新的收获。本次实验采用了AT89S51单片机芯片，与以往我们我们所熟悉的C51芯片有许多不同之处，通过本次实验及查阅相关资料，我们对其之间的区别有了一定的认识，在本课题设计报告的硬件介绍部分也对其作了详细的论述。S51在C51的基础上增加了许多新的功能，使其功能更为完善，应用领域也更为广泛。另外，在对单片机编程方面，我们又掌握了一些新的编程思想，使得程序更为简练、易懂，而且更为严谨，程序执行的稳定性得到了提高。实验中我们还用到了模/数转换芯片ADC0809，以前在学单片机这门课程时只是对其理论知识有了初步的了解。通过本次实验，我们对它的工作原理彻底理解了，对其启动设置、转换结束判断以及输出控制等都基本掌握。电路连接方面，我们对其与单片机的连接也有了更为直观的认识，通过实验的摸索以及必要的理论知识，我们准确的实现了它于单片机的互连。这是我们第一次涉及实物元器件焊接的实验，对焊接技术掌握的还不够。另外，在布线方面，我们也存在一些问题，导致我们做好的电路板在外观上不怎么美观。在以后的实验中，我们会吸取经验，不断提高在这方面的能力。 五、小结 此次简易数字电压表的设计可准确得测得05V的电压值，通过5个LED数码管显示测得的电压值和所测的电压通道。主要有用到8088/8086单片机、8255芯片、ADC0809芯片、LED