基于89S51单片机的电压测量电路.doc

第 页 共 页摘 要此次课程设计题目是设计一种基于89s51单片机的电压测量电路,该电路采用逐次逼近式ad转换器将模拟电压转换为数字量，并用数码管显示输出。通过分压式的输入电路，使所设计的数字电压表量程达到dc 0-25伏。正文着重给出了输入电路、a/d转换原理、软硬件系统的各部分电路，89s51的特点，ad0809的功能和应用，74hc74带置位复位正触发双d触发器的功能和应用。该电路功能强大、应用广泛、可扩展性强。关键词：电压测量；89s51；逐次逼近式a/d转换器abstractthis discourse subject for the courses design is voltage measurer which base on single chip.the design transform the simulate voltage to the digital code by gradually the approach type a/d convert a machine. and showing out with number display.cause the potentiometer,the range of measuring have been enlarged to dc 25 volt.the emphasized to each parts of electric circuits of soft hardware system, introducing to approach the principle of electric circuit gradually, the characteristics with 89 s51s, function and application of ad0809, 74 hc74s taking to place to reset is triggering a pair of function and the application that the d triggers a machine.the electric circuits function is extensively strong and apply and can expand sex strong.keyword：the electric voltage measures；89s51s；gradually the approach type a/d convert a machine第 页 共 页目 录引言11 系统原理及基本框图12 硬件设计22.1 输入电路22.2 a/d转换22.2.1 adc0809的应用22.2.2 adc0809与单片机系统的连接32.2.3 74hc74的应用32.3数码显示部分53 系统的软件设计53.1主程序设计54 结论7致谢8参考文献9附录10第 11 页 共 12 页引言数字电压表（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。传统的指针式电压表功能单一、精度低，不能满足数字化时代的需求，采用单片机的数字电压表，由精度高、抗干扰能力强，可扩展性强、集成方便，还可与pc进行实时通信。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，表现出强大的生命力。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。本论文重点介绍89s51、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理。1 系统原理及基本框图如图1所示，模拟电压经过档位切换到不同的分压电路衰减后，经隔离干扰送到a/d转换器进行a/d转换，然后送到单片机中进行数据处理。处理后的数据送到数码管中显示。输入电路a/d转换89s51单片机数码显示 图1系统基本方框图2 硬件设计2.1 输入电路 输入电路的作用是把不同量程的被测电压规范到a/d转换器所要求的电压值。单片机数字电压表所采用的逐次逼近式a/d转换器adc芯片adc0809，它要求输入电压0-5v。但是采用了图2.1分压电路可以增大测量电压量程，本仪表设计是0-25v电压量程。通过调节电位器r8和修改程序参数，可以更改测量电压量程。2.2 a/d转换 图2.1分压输入电路 2.2.1 adc0809的应用adc0809是逐次逼近型8位a/d转换器，由8位模拟多路开关、a/d转换器和三态输出锁存器组成。当转换满量程为25v的电压时，它能分辨的最小电压约为97.7mv。a/d 转换器的转换精度对测量电路极其重要，它的参数关系到测量电路性能。本设计采用逐次逼近式a/d 转换器，它的性能比较稳定，工作速度较高，具有很高的抗干扰能力，电路结构简单，其缺点是转换精度不够高。在对转换速度要求较高，而对转换精度要求不高的场合如电压测量有广泛的应用。adc0809管脚图如图2.2.1a所示。 图2.2.1a adc0809管脚图图2.2.1b adc0809通道选择主要引脚定义： in0in7为8个模拟通道输入端，如图2.2.1b所示。 adda、addb、addc为输入通道选择位。 ale为地址锁存允许信号。 clock 为外部时钟脉冲输入端，典型的为640khz，相应的转换时间约为100s。start为启动转换信号。 output enable输出允许信号。 eoc为转换结束信号（输出），高电平有效。 vref(+)vref(-)为基准电压输入。 当转换精度要求不高或电源电压vcc较稳定和准确时，vref(+)可以接vcc,否则应单独提供基准电源。此设计就采用了lm7805ct提供vcc，而+5v的基准电压由mc78l05cp单独提供。2.2.2 adc0809与单片机系统的连接在adc0809与单片机系统进行连接时，使用并行采集方式，adc0809需要外部的时钟信号clk，由于adc0809的典型工作频率640khz不太容易得到，所以通常使用相近频率且容易获得的信号进行替代。本设计中，单片机的晶振频率2mhz，ale信号输出为晶振频率的六分之一（即2mhz），可将2mhz经过74hc74分频后得到500khz信号来给adc0809使用。adc0809与单片机系统连接图如2.2.2所示。图2.2.2 adc0809与单片机系统连接图2.2.3 74hc74的应用 74hc74为带预置和清除端的两组 d 型触发器，其主要电特性的典型值如下： 端口号clk1clk2d1d2q1 q2clr1clr2pr1pr2时钟输入端数据输入端输出端直接复位端直接置位端 （1）逻辑图 （2）功能表 74hc74分频电路如图2.2.3所示。clock为单片机从ale引脚输出的时钟信号（2mhz）。经过4分频后得到500khz时钟信号，由clk端输入adc0809的clock端。作为驱动adc0809的时钟信号端。图2.2.3 74hc74分频电路2.3 数码显示部分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p07p00，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。3 系统的软件设计3.1 主程序设计由于本设计只用到一位计时，所以采用at89s51单片机芯片即可。单片机系统主要负责对adc0809转换后的数字量进行处理并相应地在数码管显示输出。adc0809具有8个通道的模拟输入线(in0in7)，可在程序控制下对任意通道进行a/d转换，获得8位二进制数字量(d7d0)。本程序用固定通道in0。模拟输入部分有8路多路开关，可由3位地址输入adda、addb、addc的不同组合来选择，ale为地址锁存信号，高电平有效，锁存这三条地址输入信号。主体部分是采用逐次逼近式的a/d转换电路，由clk控制的内部电路的工作,start为启动命令，高电平有效，启动adc0809内部的a/d转换，当转换完成，输出信号eoc有效，oe为输出允许信号，高电平有效，打开输出三态缓冲器,把转换后的结果送单片机系统。adc0809与单片机连接电路的软件设计系统的程序流程图如图4.1所示。主程序一开始运行则进行初始化，单片机的ale端给adc0809的start端施加一个下降沿启动ad进行转换。转换完成后，p11脚输出一个高电平给adc0809的oe脚，打开ad输出输出信号允许端，当单片机读完数据后，oe又重新变为0，关闭输出信号允许端。为了提高精度，减少误差，采集三次ad的数据再求平均值。单片机对三次数据进行处理，求出平均值后，采用查表的方式，把数据送到p2，p0口，再通过数码管显示出电压来。就这样一次完整的ad转换测试电压过程就完成了。图3.1 程序流程图 4 结论电压测量通过扩展接口电路可实现电容、温度、湿度、压力等测量，广泛应用于工业领域。本电路设计别具一格，是一种可调度高、低功耗、宽量程的电压表。可扩展键盘、eeprom、报警电路，实现电压异常记录、报警等。谢 辞首先要感谢的是777老师以及各相关课程的老师，平时如果没有老师们的悉心教导我不会有能力完成此次的课程设计课题。衷心地感谢你们！此外，还要感谢在制作过程中帮助过我的6666666等各位同学，在我制作过程给了我很大的帮助，你们是我作品的强力后盾，谢谢！参考文献1 李群芳，张士军，黄超.单片微型计算机与接口技术（第2版） m.北京：电子工业出版社，2005.2 黄冰，覃伟年，黄知超.微机原理及应用 m.重庆：重庆大学出版社，2003.3 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，2004.4 吴金戌，沈庆阳，郭庭吉.8051单片机实践与应用m.北京：清华大学出版社，2002.5 / adc0809.pdf、74hc74.pdf、at89s51.pdf附 录程序清单：/*量程为0-25v，12m晶振*/#include #define advalue p3unsigned char code dispbit=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7, 0xef,0xdf,0xbf,0x7f; unsigned char code dispcode=0xfc,0x60,0xda,0xf2,0x66,0xb6,0xbe,0xe0,0xfe,0xf6,0xee,0x3e,0x9c,0x7a,0x9e,0x8e;/a笔段为高位 unsigned char dispbuf4=0,0,0,0; unsigned char dispcount; unsigned char getdata, advalue; unsigned int temp1,temp2;unsigned char i; unsigned char change_flag=0;sbit st=p10; sbit oe=p11; sbit eoc=p12; sbit ale=p13; bit d0;bit d1;bit d2; bit d3;bit d4;bit d5;bit d6;bit d7;unsigned char bdata value;/位转换sbit value_0 = value7;sbit value_1 = value6;sbit value_2 = value5;sbit value_3 = value4;sbit value_4 = value3;sbit value_5 = value2;sbit value_6 = value1;sbit value_7 = value0;void read(void)/读p3口的值value_0 = p3_0 ;value_1 = p3_1 ;value_2 = p3_2 ;value_3 = p3_3 ;value_4 = p3_4 ;value_5 = p3_5 ;value_6 = p3_6 ;value_7 = p3_7 ;void delayx(unsigned int t) /延时while(t-);void display(unsigned char led4) /显示函数unsigned char couner = 0;for(couner = 0; couner 0&temp1256) temp2=temp1*98.039+10; else temp2=temp1*98.039; /5/255=0.0196,扩大1000倍*5=98.039 /*主函数*/void main(void) while(1) /display(dispbuf); 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