单片机课程设计-数字式电压表课程设计报告.doc

郑州科技学院郑州科技学院 单片机课程设计 题 目 数字式电压表 学生姓名 专业班级 11 级通信工程 1 班 学 号 201151017 院 （系） 信息工程学院 指导教师 完成时间 2015 年 1 月 9 日 目 录 1 设计目的.1 2 课程设计的任务与要求.1 2.1 设计任务.1 2.2 设计要求.2 3 设计方案与论证.2 4 设计原理及功能说明.3 4.1 模数转换原理.3 4.2 数据处理.4 4.3 数据显示.4 4.4 设计电路和仿真.4 5 芯片简介.6 5.1 ADC0808 芯片 .6 5.2 AT89C51 芯片.9 5.3 LED 显示系统.11 6 单元电路的设计 .13 6.1 A/D 转换电路 .13 6.2 时钟电路 .14 6.3 复位电路 .15 6.4 LED 显示电路.15 7 硬件的制作与调试 .16 8 总结 .18 参考文献 .19 附录 1：电路原理图 .20 附录 2：元器件清单 .21 附录 3：实物图 .22 附录 4：源程序. .24 1 1 设计目的 随着微电子技术的不断发展，微处理器芯片的集成程度越来 越高，单片机已可以在一块芯片上同时集成 CPU、存储器、定时 器计数电路，这就很容易将计算机技术与测量控制技术结合， 组成智能化测量控制系统。 数字电压表（Digital Voltmeter）简称 DVM，它是采用数字 化测量技术，把连续的模拟量（直流输入电压）转换成不连续、 离散的数字形式并加以显示的仪表。与此同时，由 DVM 扩展而 成的各种通用及专用数字仪器仪表，也把电量及非电量测量技术 提高到崭新水平。本章重点介绍单片 A/D 转换器以及由它们构 成的基于单片机的数字电压表的工作原目前，由各种单片 A/D 转换器构成的数字电压表，已被广泛用于电子及电工测量、工业 自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域，示出强大的生命 力理。 本设计 AT89C51 单片机的一种电压测量电路,该电路采用 ADC0808 本文介绍一种基于 A/D 转换电路，测量范围直流 05V 的 4 路输入电压值，并在四 LED 数码管上显示或单路选 择显示。测量最小分辨率为 0.019V，测量误差约为正负 0.02V。 2 课程设计的任务与要求 2.1 设计任务 本设计是利用单片机 AT89C51（可用 STC89C52 替代）与 ADC0808（可用 ADC0809 替代）设计一个数字电压表，测量 05V 之间的直流电压值，用四位数码管显示。 2 2.2 设计要求 （1） 以 MCS-51 系列单片机为核心器件，组成一个简单的 直流数字电压表。 （2） 采用 1 路模拟量输入，能够测量 0-5V 之间的直流电 压值。 （3） 电压显示用 4 位一体的 LED 数码管显示，至少能够 显示两位小数。 （4） 尽量使用较少的元器件。 3 设计方案与论证 主控芯片: 方案 1：选用专用电压转化芯片 INC7107 实现电压的测量和 实现。用四位数码管显示出最后的转换电压结果。缺点是精度比 较低，且内部电压转换和控制部分不可控制。 方案 2：选用单片机 AT89S51 和 A/D 转换芯片 ADC0808 实 现电压的转换和控制，用四位数码管显示出最后的转换电压结果。 优点是转换精度高，且转换的过程和控制、显示部分可以控制。 基于课程设计的要求，我们优先选用了：方案 2 显示部分: 方案 1：选用 4 个单独的共阳数码管。缺点是焊接时比较麻 烦，容易出错。 方案 2：选用一个四联的共阳数码管，外加四个三极管驱动。 这个电路几乎没有缺点；优点是便于控制，价格低廉，焊接简单。 基于课程设计的要求，我们优先选用了：方案 2 3 硬件电路设计由 6 个部分组成: A/D 转换电路，AT89C51 单 片机系统，LED 显示系统、时钟电路、驱动电路以及测量电压输 入电路。硬件电路设计框图如图 3-1 所示： 图 3-1 数字电压表系统硬件设计框图 4 设计原理及功能说明 4.1 模数转换原理 试验中，我们选用 ADC0808 作为模数转换的芯片，其为逐 次逼近式 AD 转换式芯片，其工作时需要一个稳定的时钟输入， 根据查找资料，得到 ADC0808 的时钟频率在 10KHZ1200KHZ, 我们选择典型值 640KHZ。课题要求测量电压范围是 0 到 5V， 又 ADC0808 的要求： V ref+=GND （4- 1） 故我们取： V ref+=+5V V ref-=0V （4- 2） 由于 ADC0808 有 8 个输入通道可供选择，我们选择 IN0 通道， 直接使 ADC0808 的 A、B、C 接地便可以了，在当 ADC0808 启 动时 ALE 引脚电平正跳变时变可以锁存 A、B、C 上的地址信息。 ADC0808 可以将从 IN0 得到的模拟数据转换为相应的二进制数， 由于 ADC0809 输出为 8 位的二进制数，转换时将 0 到 5V 分为 模拟电压 ADC 0808 转换 ST 89C51 单片机 显示电路 4 255 等分，所以我们可以得到转换公式为 x/255*5 化简为 x/51x 为得到的模拟数据量，也就是直接得到的电压量。在 AD 转换完 成后，ADC0808 将在 EOC 引脚上产生一个 8 倍于自身时钟周期 的正脉冲，以此来作为转换结束的标志。然后当 OE 引脚上产生 高电平时，ADC0808 将允许转换完的二进制数据输出。 4.2 数据处理 由 ADC0808 的转换原理可以知道我们从其得到数据还只是 二进制数据，我们还需要进一步处理来的到 x 的十进制数，并且 对其进行精度处理，也就是课题要求的的精确到小数点后两位， 在这里我们用 51 单片机对数据进行处理。我们处理数据的思路 是：首先将得到的二进制数直接除以十进制数 51，然后取整为 x 的整数部分，然后就是将得到的余数乘以 10，然后再除以 51，再取整为 x 的十分位，最后将得到的余数除以 5 得到 x 的百 分位。 4.3 数据显示 试验中我们用到四位一体的八段数码管，所以我们只能考扫 描显示来完成数码管对 x 的显示，我们用的是四位数码显示管， 但是 x 只是三位的，故我们将将第四位显示为单位 U，通过程序 的延时，实现四位数码管的稳定显示。 4.4 设计电路和仿真 我们将单片机得 P0 口接上拉电阻后与数码管的 8 位段选相 连，若不接上拉电阻将无法驱动数码管，用 P2 口得 4 到 7 位连 接数码管的段选，考虑到整体的 PCB 布线，我选用 P3.2 口作为 ADC0808 的时钟输出端，并用到单片机的定时器。用 P3.5 传输 5 ADC0808 的 START 启动信号，用 P3.6 作为 ALE 的信号传输， P3.3 作为的连接端。IN0 为输入端，而 ADC0808 的 IN1 到 IN7 悬空，不作连接。单片机接高电平。而口从 ADC0808 的输出端输入数据。 数字电压表电路仿真如图 4-1 所示： B7 B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B0B6 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B0 B1 B2 B3 B4 B5 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 ST CLK OE EOC D7 D3 D6 D1 D2 D0 D4 D5 B7 B7 w0 w7 w1 w2 w3 w4 w5 w6 w0 w1 w2 w3 we0 we1 we2 we3 we0 we1 we2 we3 XTAL2 18 XTAL1 19 ALE 30 EA 31 PSEN 29 RST 9 P0.0/AD0 39 P0.1/AD1 38 P0.2/AD2 37 P0.3/AD3 36 P0.4/AD4 35 P0.5/AD5 34 P0.6/AD6 33 P0.7/AD7 32 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 P3.0/RXD 10 P3.1/TXD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3.7/RD 17 P3.6/WR 16 P3.5/T1 15 P2.7/A15 28 P2.0/A8 21 P2.1/A9 22 P2.2/A10 23 P2.3/A11 24 P2.4/A12 25 P2.5/A13 26 P2.6/A14 27 U1 AT89C51 65% RV1 1k R1 180R2 180R3 180R4 180R5 180R6 180R7 180 2 3 4 5 6 7 8 9 1 RP1 RESPACK-8 +88.8 Volts ST ST OE EOC CLK OUT1 21 ADD B 24 ADD A 25 ADD C 23 VREF(+) 12 VREF(-) 16 IN3 1 IN4 2 IN5 3 IN6 4 IN7 5 START 6 OUT5 8 EOC 7 OE 9 CLOCK 10 OUT2 20 OUT7 14 OUT6 15 OUT8 17 OUT4 18 OUT3 19 IN2 28 IN1 27 IN0 26 ALE 22 U3 ADC0808 R8 330 Q1 PNP Q2 PNP Q3 PNP Q4 PNP R9 470 R10 470 R11 470 R12 470 R17 10K R18 10k R19 10k R20 10k C1 30pf C2 30pf X1 CRYSTAL 图 4-1 数字式电压表仿真图 此电路的工作原理是：+5V 模拟电压信号通过变阻器 VR1 分压后由 ADC08008 的 IN0 通道进入（由于使用的 IN0 通道，所 以 ADDA,ADDB,ADDC 均接低电平） ，经过模/数转换后，产生 相应的数字量经过其输出通道 D0-D7 传送给 AT89C51 芯片的 P1 口，AT89C51 负责把接收到的数字量经过数据处理，产生正确 的 7 段数码管的显示段码传送给四位 LED，同时它还通过其四位 I/O 口 P2.0、P2.1、P2.2、P2.3 产生位选信号控制数码管的亮灭。 此外，AT89C51 还控制 ADC0808 的工作。其中，单片机 AT89C51 通过定时器中断从 P2.4 输出方波，接到 ADC0808 的 CLOCK,P2.6 发正脉冲启动 A/D 转换，P2.5 检测 A/D 转换是否完 6 成，转换完成后，P2.7 置高从 P1 口读取转换结果送给 LED 显示 出来3。 简易数字直流电压表的硬件电路已经设计完成，就可以选取 相应的芯片和元器件，利用 Proteus 软件绘制出硬件的原理，并 仔细地检查修改，直至形成完善的硬件原理图。但要真正实现电 路对电压的测量和显示的功能，还需要有相应的软件配合，才能 达到设计要求。 5 芯片简介 5.1 ADC0808 芯片 ADC0808 主要特性:ADC0808 是 CMOS 单片型逐次逼近式 A/D 转换器，带有使能控制端，与微机直接接口，片内带有锁存 功能的 8 路模拟多路开关，可以对 8 路 0-5V 输入模拟电压信号 分时进行转换，由于 ADC0808 设计时考虑到若干种模/数变换技 术的长处，所以该芯片非常适应于过程控制，微控制器输入通道 的接口电路，智能仪器和机床控制等领域。 ADC0808 主要特性:8 路 8 位 A/D 转换器，即分辨率 8 位； 具有锁存控制的 8 路模拟开关；易与各种微控制器接口；可锁存 三态输出，输出与 TTL 兼容；转换时间：128s；转换精度：0.2%； 单个+5V 电源供电；模拟输入电压范围 0- +5V，无需外部零点和 满度调整；低功耗，约 15mW。ADC0808 芯片有 28 条引脚，采 用双列直插式封装，其引脚图如图 5-1 所示： 7 图 5-1 ADC0808 引脚图 下面说明各个引脚功能: IN0-IN7（8 条）：8 路模拟量输入 线，用于输入和控制被转换的模拟电压。地址输入控制（4 条）： ALE:地址锁存允许输入线，高电平有效，当 ALE 为高电平时， 为地址输入线，用于选择 IN0-IN7 上那一条模拟电压送给比较器 进行 A/D 转换。 ADDA,ADDB,ADDC:3 位地址输入线，用于选 择 8 路模拟输入中的一路，其对应关系如表 5-1 所示： 表 5-1 ADC0808 通道选择表 地址码 C B A 对应 输入 通道 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 8 1 1 1 1 0 1 IN6 IN7 START：START 为“启动脉冲”输入法，该线上正脉冲由 CPU 送来，宽度应大于 100ns，上升沿清零 SAR,下降沿启动 ADC 工作。 EOC: EOC 为转换结束输出线，该线上高电平表示 A/D 转换 已结束，数字量已锁入三态输出锁存器。 D1-D8：数字量输出端，D1 为高位。 OE：OE 为输出允许端，高电平能使 D1-D8 引脚上输出转换 后的数字量。 REF+、REF：参考电压输入量，给电阻阶梯网络供给标准电 压。 V cc、GND：V cc 为主电源输入端，GND 为接地端，一般 REF+与 V cc 连接在一起，REF-与 GND 连接在一起. CLK：时钟输入端。 （1） 8 路模拟通道选择开关实现从 8 路输入模拟量中选择 一路送给后面的比较器进行比较。 （2） 地址锁存与译码器用于当 ALE 信号有效时，锁存从 ADDA、ADDB、ADDC 3 根地址线上送来的 3 位地址，译码后 产生通道选择信号，从 8 路模拟通道中选择当前模拟通道。 （3） 比较器，8 位开关树型 A/D 转换器，逐次逼近型寄存 器，定时和控制电路组成 8 位 A/D 转换器，当 START 信号有效 9 时，就开始对当前通道的模拟信号进行转换，转换完成后，把转 换得到的数字量送到 8 位三态锁存器，同时通过引脚送出转换结 束信号。 （4） 三态输出锁存器保存当前模拟通道转换得到的数字量， 当 OE 信号有效时，把转换的结果送出。 ADC0808 的工作流程为： （1） 输入 3 位地址，并使 ALE=1,将地址存入地址锁存器 中，经地址译码器从 8 路模拟通道中选通 1 路模拟量送给比较器。 （2） 送 START 一高脉冲，START 的上升沿使逐次寄存器 复位，下降沿启动 A/D 转换，并使 EOC 信号为低电平。 （3） 当转换结束时，转换的结果送入到输出三态锁存器中， 并使 EOC 信号回到高电平，通知 CPU 已转换结束。 （4） 当 CPU 执行一读数据指令时，使 OE 为高电平，则从 输出端 D0-D7 读出数据。 5.2 AT89C51 芯片 AT89C51 提供以下标准功能：4KB 的 Flash 闪速存储器， 128B 内部 RAM，32 个 I/O 口线，两个 16 位定时/计数器，一个 5 向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内震荡器及时 钟电路，同时，AT89C51 可降至 0Hz 静态逻辑操作，并支持两 种软件可选的节电工作模式。AT89C51 采用 PDIP 封装形式，引 脚配置如图 5-2 所示： 10 图 5-2 AT89C51 的引脚图 AT89C51 芯片的各引脚功能为：P0 口：这组引脚共有 8 条， P0.0 为最低位。这 8 个引脚有两种不同的功能，分别适用于不同 的情况，第一种情况是 89C51 不带外存储器，P0 口可以为通用 I/O 口使用，P0.0-P0.7 用于传送 CPU 的输入/输出数据，这时输 出数据可以得到锁存，不需要外接专用锁存器，输入数据可以得 到缓冲，增加了数据输入的可靠性；第二种情况是 AT89C51 带 片外存储器，P0.0-P0.7 在 CPU 访问片外存储器时先传送片外存 储器的低 8 位地址，然后传送 CPU 对片外存储器的读/写数据。 P0 口为开漏输出，在作为通用 I/O 使用时，需要在外部用电阻上 拉。P1 口：这 8 个引脚和 P0 口的 8 个引脚类似，P1.7 为最高位， P1.0 为最低位，当 P1 口作为通用 I/O 口使用时，P1.0-P1.7 的功 能和 P0 口的第一功能相同，也用于传送用户的输入和输出数据。 P2 口：这组引脚的第一功能与上述两组引脚的第一功能相同即 它可以作为通用 I/O 口使用，它的第一功能和 P0 口引脚的第二 功能相配合，用于输出片外存储器的高 8 位地址，共同选中片外 11 存储器单元，但并不是像 P0 口那样传送存储器的读/写数据。P3 口：这组引脚的第一功能和其余三个端口的第一功能相同，第二 功能为控制功能，每个引脚并不完全相同，如下表 5-2 所示： 表 5-2 P3 口第二功能 P3 口各位第二功能 P3.0 RXT（串行口输入） P3.1 TXD（串行口输出） P3.2 （外部中断 0 输入）0INT P3.3 1(外部中断 1 输入)1INT P3.4T0（定时器/计数器 0 的外部输 入） P3.5T1（定时器/计数器 1 的外部输入） P3.6 （片外数据存储器写允许）WR P3.7 （片外数据存储器读允许）WA V cc 为+5V 电源线，Ass 接地。 ALE：地址锁存允许线，配合 P0 口的第二功能使用，在访 问外部存储器时，AT89C51 的 CPU 在 P0.0-P0.7 引脚线去传送随 后而来的片外存储器读/写数据。在不访问片外存储器时，89C51 自动在 ALE 线上输出频率为 1/6 震荡器频率的脉冲序列。该脉冲 序列可以作为外部时钟源或定时脉冲使用 :片外存储器访问选择线，可以控制 89C51 使用片内EA ROM 或使用片外 ROM, 12 若=1，则允许使用片内 ROM, 若=0，则只使用片外EAEA ROM。 ：片外 ROM 的选通线，在访问片外 ROM 时，89C51PESN 自动在线上产生一个负脉冲，作为片外 ROM 芯片的读选PESN 通信号。 RST：复位线，可以使 89C51 处于复位(即初始化)工作状态。 通常 89C51 复位有自动上电复位和人工按键复位两种。 XTAL1 和 XTAL2：片内震荡电路输入线，这两个端子用来 外接石英晶体和微调电容，即用来连接 89C51 片内 OSC(震荡器) 的定时反馈回路。 5.3 LED 显示系统 （1） LED 基本结构 LED 是发光二极管显示器的缩写。LED 由于结构简单、价 格便宜、与单片机接口方便等优点而得到广泛应用。LED 显示器 是由若干个发光二极管组成显示字段的显示器件。在单片机中使 用最多的是七段数码显示器。LED 七段数码显示器由 8 个发光二 极管组成显示字段，其中 7 个长条形的发光二极管排列成“日”字 形，另一个圆点形的发光二极管在显示器的右下角作为显示小数 点用，其通过不同的组合可用来显示各种数字。LED 引脚排列如 下图 5-3 所示: 13 图 5-3 LED 引脚排列 （2） LED 显示器的选择 在应用系统中，设计要求不同，使用的 LED 显示器的位数 也不同，因此就生产了位数，尺寸，型号不同的 LED 显示器供 选择，在本设计中，选择 4 位一体的数码型 LED 显示器，简称 “4-LED”。本系统中前一位显示电压的整数位，即个位，后两位 显示电压的小数位。4-LED 显示器引脚如图 5-4 所示： 图 5-4 4 位 LED 引脚 4-LED 显示器是一个共阴极接法的 4 位 LED 数码显示管， 其中 a，b，c，e，f，g 为 4 位 LED 各段的公共输出端， 1、2、3、4 分别是每一位的位数选端，DP 是小数点引出端，4 位一体 LED 数码显示管的内部结构是由 4 个单独的 LED 组成， 每个 LED 的段输出引脚在内部都并联后，引出到器件的外部。 14 对于这种结构的 LED 显示器，它的体积和结构都符合设计 要求，由于 4 位 LED 阴极的各段已经在内部连接在一起，所以 必须使用动态扫描方式（将所有数码管的段选线并联在一起，用 一个 I/O 接口控制）显示。 6 单元电路的设计 6.1 A/D 转换电路 现实世界的物理量都是模拟量，能把模拟量转化成数字量的 器件称为模/数转换器（A/D 转换器） ，A/D 转换器是单片机数据 采集系统的关键接口电路，按照各种 A/D 芯片的转化原理可分为 逐次逼近型，双重积分型等等。双积分式 A/D 转换器具有抗干扰 能力强、转换精度高、价格便宜等优点。与双积分相比，逐次逼 近式 A/D 转换的转换速度更快，而且精度更高，比如 ADC0809、ADC0808 等，它们通常具有 8 路模拟选通开关及地 址译码、锁存电路等，它们可以与单片机系统连接，将数字量送 到单片机进行分析和显示。一个 n 位的逐次逼近型 A/D 转换器只 需要比较 n 次，转换时间只取决于位数和时钟周期，逐次逼近型 A/D 转换器转换速度快，因而在实际中广泛使用。 15 A/D 转换电路如图 6-1 所示： D7 D3 D6 D1 D2 D0 D4 D5 60% RV1 1k +88.8 Volts ST ST OE EOC CLK OUT1 21 ADD B 24 ADD A 25 ADD C 23 VREF(+) 12 VREF(-) 16 IN3 1 IN4 2 IN5 3 IN6 4 IN7 5 START 6 OUT5 8 EOC 7 OE 9 CLOCK 10 OUT2 20 OUT7 14 OUT6 15 OUT8 17 OUT4 18 OUT3 19 IN2 28 IN1 27 IN0 26 ALE 22 U3 ADC0808 图 6-1 A/D 转换电路 6.2 时钟电路 单片机中 CPU 每执行一条指令，都必须在统一的时钟脉冲 的控制下严格按时间节拍进行，而这个时钟脉冲是单片机控制中 的时序电路发出的。CPU 执行一条指令的各个微操作所对应时间 顺序称为单片机的时序。MCS-51 单片机芯片内部有一个高增益 反相放大器，用于构成震荡器，XTAL1 为该放大器的输入端， XTAL2 为该放大器输出端，但形成时钟电路还需附加其他电路。 本设计系统采用内部时钟方式，利用单片机内部的高增益反 相放大器，外部电路简，只需要一个晶振和 2 个电容即可。 时钟如图 6-2 所示。 16 图 6-2 时钟电路 电路中的器件选择可以通过计算和实验确定，也可以参考一 些典型电路的参数，电路中，电容器 C1 和 C2 对震荡频率有微 调作用，通常的取值范围是 3010pF，在这个系统中选择了 33pF；石英晶振选择范围最高可选 24MHz，它决定了单片机电 路产生的时钟信号震荡频率，在本系统中选择的是 12MHz，因 而时钟信号的震荡频率为 12MHz。 6.3 复位电路 计算机在启动运行时都需要复位，使中央处理器 CPU 和系 统中的其它部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始 工作。STC89C52 单片机有一个复位引脚 RST，当振荡器起振后 该引脚上出现 2 个机器周期(即 24 个时钟周期)以上的高电平，使 器件复位，只要 RST 保持高电平，ST89C52 保持复位状态。时 ALE、PSEN、P0、P1、P2、P3 口都 输出高电平。RST 变为后， 退出复位，CPU 从初始状态开始工作。复位电路如图 6-3 所示： 图 6-3 复位电路图 6.4 LED 显示电路 由于单片机的并行口不能直接驱动 LED 显示器，所以，在 17 一般情况下，必须采用专用的驱动电路芯片，使之产生足够大的 电流，显示器才能正常工作。如果驱动电路能力差，即负载能力 不够时，显示器亮度就低，而且驱动电路长期在超负荷下运行容 易损坏，因此，LED 显示器的驱动电路设计是一个非常重要的问 题。 为了简化数字式直流电压表的电路设计，在 LED 驱动电路 的设计上，可以利用单片机 P0 口上外接的上拉电阻来实现，即 将 LED 的 A-G 段显示引脚和 DP 小数点显示引脚并联到 P0 口与 上拉电阻之间，这样，就可以加大 P0 口作为输出口德驱动能力， 使得 LED 能按照正常的亮度显示出数字，LED 显示电路如图 6-4 所示。 B7 B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B0B6 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B0 B1 B2 B3 B4 B5 B7 B7 w0 w7 w1 w2 w3 w4 w5 w6 w0 w1 w2 w3 we0 we1 we2 we3 we0 we1 we2 we3 R1 180R2 180R3 180R4 180R5 180R6 180R7 180 2 3 4 5 6 7 8 9 1 RP1 RESPACK-8 R8 330 Q1 PNP Q2 PNP Q3 PNP Q4 PNP R9 470 R10 470 R11 470 R12 470 R17 10K R18 10k R19 10k R20 10k 图 6-4 LED 显示电路 18 7 硬件的制作与调试 仿真时，也就是写程序时，为了硬件的简单，我们没有采用 74LS244 来驱动数码管，而是直接用 IO 口来驱动数码管，这就 导致最开始的时候数码管在位选为低电平（我们没有采用三极管 作为开关管） ，段选为高电平时没有任何显示，也就是没有考虑 到单片机 IO 口驱动负载的能力，后面我们在 P0 口加上上拉电阻 之后情况有所转变。但是我们又发现了新的问题：当数码管扫描 显示时，数码管的显示会出现乱码。当然这是我们的程序有点问 题。开始我们将得到的数据边处理边显示，然后轮流点亮，但是 发现数码管根本就没有一点反应，全部是黑的。后面将程序改为 先将数据全部处理完，然后再依次显示，这样数码管便可以显示。 后面总结得知：边处理数据边显示由于显示时间短的原因导致数 码管不能显示。 焊完板子以后，通电后不加芯片对板子的各个引脚进行电压 检测后，下载程序运行后发现，数码管不显示示数。经过仔细推 敲，发现电路板上各个芯片忘了供电。经检查后，又给需供电的 芯片供电。可是接通电源后仍发现数码管无示数。经查阅相关资 料得知在实物电路中需要晶振提供脉冲方能实现数字电压表的功 能。后又重新焊接了晶振和两个电容。接通后发现数码管有示数 且可以正常测试 0-5V 的电压，数码管有显示，但是显示的很暗， 不是很明亮，开始以为是上拉电阻的阻止太大，换了上拉电阻后 没有得到改善。为了完善本设计，决定再次纠查错误之处，在同 学和老师的帮助下，发现在共阳极的数码管上加上驱动电路就可 以完美的实现设计要求。加上驱动电路后，并尝试性的将程序中 显示做适当的延时后发现数码管的显示变的更亮了。最终不负众 19 望的完美的实现了设计要求。总结得知：数码管轮流显示时，若 显示时间很短，即会造成平均电流很小直接使得数码管的亮度不 够。 8 总结 经过一周的努力终于设计成功，LED 的显示结果和直接用数 字电压表测试模拟量输入所得结果几乎一致，误差完全在合理的 范围之内。由于仪器误差，LED 显示最大值只能是 4.9V，离标 准最大值 5.0V 已经不远，达到预期目的，设计成功。 本设计参考了教材上第十一章 89C51 与 ADC0809 转换的接 口连线，设计出电路图的连线，并从中理解了许多基本的知识和 接线方法，在程序的设计与电压表调试的过程中遇到了很多的问 题，刚开始时四个数码管根本不显示，后来发现用的是共阳极的 数码管，而设计是共阴极的，更换后数码管终于显示，但问题又 出现了，数码管虽然显示了，但亮度达不到。经过仔细地检查电 路和修改程序，并在老师同学的帮助下，添加了驱动电路，并将 延时程序略加调整后，加入驱动电路，数码管更加亮了。最后终 于调试成功。 在此再次衷心地向带领我们这次课程设计的老师说声：谢谢！ 向在做课程设计过程中给予帮助的同学朋友表示诚挚的谢意！ 20 参考文献 1 郑人杰.计算机软件测试技术.北京:清华大学出版社, 1992. 2 蒋廷彪,刘电霆,高富强,方华.单片机原理及应用.出版社:重庆大学出版社 出版时间:2005 年 1 月第 2 次印刷. 3 8051 实验指导书电子电气综合实训系统.出版社:北京精仪达盛科技有 限 公司. 4 徐爱钧.智能化测量控制仪表原理与设计(第二版)M.北京:北京航空航 天大学出版社,2004 5 潘永雄.新编单片机原理与应用,西安:西电科技大学出版社M,2007. 6 潘新民,王燕芳.微型计算机控制技术实用教程M,北京:电子工业出版 社,2006,128-139. 7 高峰.单片微型计算机与接口技术M.北京科学出版社,2003. 8 黄宁.S7-200PLC 在自动生产线中的应用J,自动化技术与应用,2009, 28(9),86-89. 21 附录 1：总体电路原理图 B7 B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B0B6 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B0 B1 B2 B3 B4 B5 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 ST CLK OE EOC D7 D3 D6 D1 D2 D0 D4 D5 B7 B7 w0 w7 w1 w2 w3 w4 w5 w6 w0 w1 w2 w3 we0 we1 we2 we3 we0 we1 we2 we3 XTAL2 18 XTAL1 19 ALE 30 EA 31 PSEN 29 RST 9 P0.0/AD0 39 P0.1/AD1 38 P0.2/AD2 37 P0.3/AD3 36 P0.4/AD4 35 P0.5/AD5 34 P0.6/AD6 33 P0.7/AD7 32 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 P3.0/RXD 10 P3.1/TXD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3.7/RD 17 P3.6/WR 16 P3.5/T1 15 P2.7/A15 28 P2.0/A8 21 P2.1/A9 22 P2.2/A10 23 P2.3/A11 24 P2.4/A12 25 P2.5/A13 26 P2.6/A14 27 U1 AT89C51 65% RV1 1k R1 180R2 180R3 180R4 180R5 180R6 180R7 180 2 3 4 5 6 7 8 9 1 RP1 RESPACK-8 +88.8 Volts ST ST OE EOC CLK OUT1 21 ADD B 24 ADD A 25 ADD C 23 VREF(+) 12 VREF(-) 16 IN3 1 IN4 2 IN5 3 IN6 4 IN7 5 START 6 OUT5 8 EOC 7 OE 9 CLOCK 10 OUT2 20 OUT7 14 OUT6 15 OUT8 17 OUT4 18 OUT3 19 IN2 28 IN1 27 IN0 26 ALE 22 U3 ADC0808 R8 330 Q1 PNP Q2 PNP Q3 PNP Q4 PNP R9 470 R10 470 R11 470 R12 470 R17 10K R18 10k R19