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文档简介

单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术 课程设计 论文 课程设计 论文 题目 题目 数字电压表设计数字电压表设计 注 成绩 平时20 论文质量60 答辩20 以百分制计算 学 号学生姓名专业班级 课程设计 论文 题目 数字电压表设计 课程设计 论文 任务 电压测量范围 0 500 V 测量精度 0 5 量程自动切换 采用 LED 显示 可用 现场提供的 220 V 交流电源 设计任务 设计任务 1 CPU 最小系统设计 包括 CPU 选择 晶振电路 复位电路 2 电压检测电路设计 3 显示电路及电源电路设计 4 程序流程图设计及程序编写 技术参数 技术参数 1 电压测量范围 0 500 V 测量精度 0 5 2 工作电源 220V 设计要求设计要求 1 分析系统功能 选择合适的单片机及传感器 电压检测电路以及显示电路设计等 2 应用专业绘图软件绘制硬件电路图和软件流程图 3 按规定格式 撰写 打印设计说明书一份 其中程序开发要有详细的软件设计说明 详细阐述系统的工作过程 字数应在 4000 字以上 进度计划 第 1 天 查阅收集资料 第 2 天 总体设计方案的确定 第 4 天 CPU 最小系统设计 第 5 天 电压检测电路设计 第 6 天显示电路及电源电路设计 第 7 天 程序流程图设计 第 8 天 软件编写与调试 第 9 天 设计说明书完成 第 10 天 答辩 指导教师评语及成绩 平时 论文质量 答辩 总成绩 指导教师签字 年 月 日 摘 要 本文介绍了一种基于单片机的简易数字电压表的设计 该设计主要由三个模 块组成 A D 转换模块 数据处理模块及显示模块 A D 转换主要由芯片 ADC0808 来完成 它负责把采集到的模拟量转换为相应的数字量在传送到数据处理模块 数据处理则由芯片 AT89C51 来完成 其负责把 ADC0808 传送来的数字量经过一定 的数据处理 产生相应的显示码送到显示模块进行显示 此外 它还控制着 ADC0808 芯片工作 该系统的数字电压表电路简单 所用的元件较少 成本低 且测量精度和可 靠性较高 此数字电压表可以测量 0 5V 的 1 路模拟直流输入电压值 并通过一 个四位一体的 7 段数码管显示出来 关键词 单片机 数字电压表 A D 转换 AT89C51 ADC0808 目 录 第 1 章 绪论 1 1 1 数字电压表设计概况 1 1 2 本文研究内容 2 第 2 章 CPU 最小系统设计 3 2 1 数字电压表设计总体设计方案 3 2 2 CPU 的选择 3 2 3 数据存储器扩展 6 2 4 复位电路设计 7 2 5 时钟电路设计 7 2 6 CPU 最小系统图 8 第 3 章数字电压表设计输入输出接口电路设计 10 3 1 数字电压表设计检测接口电路设计 10 3 1 1 A D 转换器选择 10 3 1 2 LED 显示器的选择 11 3 1 3 LED 译码方式 12 3 1 4 LED 显示器与单片机接口设计 12 3 2 人机对话接口电路设计 13 第 4 章数字电压表设计软件设计 15 4 1 软件实现功能综述 15 4 2 流程图设计 15 4 2 1 初始化程序 15 4 2 2 显示子程序 16 第 5 章 系统设计与分析 19 5 1 硬件仿真图 19 5 2 软件调试结果 19 5 2 1 显示结果 19 5 2 2 误差分析 21 第 6 章 课程设计总结 22 参考文献 23 第 1 章 绪论 1 1 数字电压表设计概况 在电量的测量中 电压 电流和频率是最基本的三个被测量 其中电压量的 测量最为经常 而且随着电子技术的发展 更是经常需要测量高精度的电压 所 以数字电压表就成为一种必不可少的测量仪器 数字电压表简称 DVM 它是采用 数字化测量技术 把连续的模拟量转换成不连续 离散的数字形式并加以显示的 仪表 由于数字式仪器具有读数准确方便 精度高 误差小 测量速度快等特而 得到广泛应用 1 传统的指针式刻度电压表功能单一 进度低 容易引起视差和视觉疲劳 因 而不能满足数字化时代的需要 采用单片机的数字电压表 将连续的模拟量如直 流电压转换成不连续的离散的数字形式并加以显示 从而精度高 抗干扰能力强 可扩展性强 集成方便 还可与 PC 实时通信 数字电压表是诸多数字化仪表的 核心与基础 2 以数字电压表为核心 可以扩展成各种通用数字仪表 专用数字 仪表及各种非电量的数字化仪表 目前 由各种单片机和 A D 转换器构成的数字 电压表作全面深入的了解是很有必要的 最近的几十年来 随着半导体技术 集成电路 IC 和微处理器技术的发展 数字电路和数字化测量技术也有了巨大的进步 从而促使了数字电压表的快速发 展 并不断出现新的类型 4 数字电压表从 1952 年问世以来 经历了不断改进 的过程 从最早采用继电器 电子管和形式发展到了现在的全固态化 集成化 IC 化 另一方面 精度也从 0 01 0 005 目前 数字电压表的内部核心部件是 A D 转换器 转换的精度很大程度上影 响着数字电压表的准确度 因而 以后数字电压表的发展就着眼在高精度和低成 本这两个方面 3 本文是以简易数字直流电压表的设计为研究内容 本系统主要包括三大模块 转换模块 数据处理模块及显示模块 其中 A D 转换采用 ADC0808 对输入的模 拟信号进行转换 控制核心 AT89C51 再对转换的结果进行运算处理 最后驱动输 出装置 LED 显示数字电压信号 11 1 2 本文研究内容 设计要求 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 采用 1 路模拟量输入 能够测量 0 5V 之间的直流电压值 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 尽量使用较少的元器件 设计思路 根据设计要求 选择 AT89C51 单片机为核心控制器件 A D 转换采用 ADC0808 实现 与单片机的接口为 P1 口和 P2 口的高四位 引脚 电压显示采用 4 位一体的 LED 数码管 LED 数码的段码输入 由并行端口 P0 产生 位码输入 用并行端口 P2 低 四位产生 第 2 章 CPU 最小系统设计 2 1 数字电压表设计总体设计方案 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 复位电路以及测量电压输入电路 硬件电路设计框图如图 1 所示 时钟电路 复位电路 A D 转换电路 测量电压输入 显示系统 AT89C51 P1 P2 P2 P0 2 2 CPU 的选择 AT89C51 是美国 ATMEL 公司生产的低电压 高性能 CMOS8 位单片机 片内含 有 4KB 的可反复擦写的只读程序存储器和 128 字节的随机存储器 该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造 与工业标准的 MCS 51 指令集和输出管 脚相兼容 由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中 ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器 它为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且 价廉的方案 AT89C51 功能性能 与 MCS 51 成品指令系统完全兼容 4KB 可编程闪速存储 器 寿命 1000 次写 擦循环 数据保留时间 10 年 全静态工作 0 24MHz 三级程序存储器锁定 128 8B 内部 RAM 32 个可编程 I O 口线 2 个 16 位定时 计数器 5 个中断源 可编程串行 UART 通道 片内震荡器和掉电模式 6 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 空闲方式停止 CPU 的工作 但允许 RAM 定时 计数器 串行通信口及中断系统继续工作 掉电方式保存 RAM 中的内容 但震荡器停止工作并禁止其他所有工作直到下一个硬件复位 AT89C51 采用 PDIP 封装形式 引脚配置如图 2 1 所示 7 图 2 1 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 89C51 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 2 所示 表 2 P3 口各位的第二功能 P3 口各位第二功能 P3 0RXT 串行口输入 P3 1TXD 串行口输出 P3 2 INT0 外部中断 0 输入 P3 3 INT1 外部中断 1 输入 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 WR 片外数据存储器写允许 P3 7 RD 片外数据存储器读允许 Vcc 为 5V 电源线 Vss 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 89C51 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 EA 片外存储器访问选择线 可以控制 89C51 使用片内 ROM 或使用片外 ROM 若 EA 1 则允许使用片内 ROM 若 EA 0 则只使用片外 ROM PSEN 片外 ROM 的选通线 在访问片外 ROM 时 89C51 自动在 PSEN 线上产 生一个负脉冲 作为片外 ROM 芯片的读选通信号 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 2 3 数据存储器扩展 RAM 是用来存放各种数据的 MCS 51 系列 8 位单片机内部有 128BRAM 存储器 CPU 对内部 RAM 具有丰富的操作指令 但是 当单片机用于实时数据采集或处理 大批量数据时 仅靠片内提供的 RAM 是远远不够的 此时 我们可以利用单片机 P2 0 21 P2 1 22 P2 2 23 P2 3 24 P2 4 25 P2 5 26 P2 6 27 P2 7 28 P0 0 39 P0 1 38 P0 2 37 P0 3 36 P0 4 35 P0 5 34 P0 6 33 P0 7 32 ALE PSEN 30 RD 17 WR 16 Text AT89C51 89C51 A7 1 A6 2 A5 3 A4 4 A3 5 A2 6 A1 7 A0 8 CE I O0 9 I O1 10 I O2 11 I O3 12 I O4 13 I O5 14 I O6 15 I O7 16 A8 23 A9 22 A10 19 OE 20 WE 21 6116 D0 1 D1 2 D2 3 D3 4 D4 5 D5 6 D6 7 D7 8 Q7 12 Q6 13 Q5 14 Q4 15 Q3 16 Q2 17 Q1 18 Q0 19 STB 11 8282 8282 5v 的扩展功能 扩展外部数据存储器 常用的外部数据存储器有静态 RAM Static Random Access Memory 和动态 RAM Dynamic Random Access Memory 两种 前者读 写速度高 一般都是 8 位宽度 易于扩展 且大多数与相同容量的 EPROM 引脚兼容 有利于印刷板电路设计 使用方便 缺点是集成度低 成本高 功耗 大 后者集成度高 成本低 功耗相对较低 缺点是需要增加一个刷新电路 附 加另外的成本 当用 8282 作为地址锁存器时 它的 STB 可直接与单片机的锁存 控制信号端 ALE 相连 在 ALE 下降沿进行地址锁存 AT89C51 单片机和静态数据 存储器 RAM 6116 的接口电路图如下图 2 2 所示 图 2 2 扩展电路 2 4 复位电路设计 单片机在启动运行时都需要复位 使 CPU 和系统中的其他部件都处于一个确 定的初始状态 并从这个状态开始工作 MCS 51 单片机有一个复位引脚 RST 采 用施密特触发输入 当震荡器起振后 只要该引脚上出现 2 个机器周期以上的高 电平即可确保时器件复位 1 复位完成后 如果 RST 端继续保持高电平 MCS 51 就一直处于复位状态 只要 RST 恢复低电平后 单片机才能进入其他工作状态 单片机的复位方式有上电自动复位和手动复位两种 图 2 3 是 51 系列单片机统 常用的上电复位和手动复位组合电路 只要 Vcc 上升时间不超过 1ms 它们都能 很好的工作 1 图 2 3 复位电路 2 5 时钟电路设计 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 1 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 如图 2 4 所示 图 2 4 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 30 10pF 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 2 6 CPU 最小系统图 经过以上的设计过程 可设计出基于单片机的简易数字直流电压表硬件电路原 理图如图 2 5 所示 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 图 2 5 简易数字电压表电路图 第 3 章 数字电压表设计输入输出接口电路设计 3 1 数字电压表设计检测接口电路设计 3 1 1 A D 转换器选择 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 1 逐次逼近型 A D 转换器是由一个比较器 A D 转换器 存储器及控制电路组成 它利用内部的寄存器从高位到低位一次开 始逐位试探比较 转换过程如下 开始时 寄存器各位清零 转换时 先将最高位置 1 把数据送入 A D 转换 器转换 转换结果与输入的模拟量比较 如果转换的模拟量比输入的模拟量小 则 1 保留 如果转换的模拟量比输入的模拟量大 则 1 不保留 然后从第二位依 次重复上述过程直至最低位 最后寄存器中的内容就是输入模拟量对应的二进制 数字量 5 其原理框图如图 3 1 所示 顺序脉冲发生 器 逐次逼近寄 存器 ADC 电压 比较器 输入电压 输入数字量 图 3 1 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 6 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 3 2 所示 图 3 2 LED 引脚排列 3 1 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 3 3 所示 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 图 3 3 4 位 LED 引脚 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 3 1 3 LED 译码方式 译码方式是指由显示字符转换得到对应的字段码的方式 对于 LED 数码管显 示器 通常的译码方式有硬件译码和软件译码方式两种 硬件译码是指利用专门的硬件电路来实现显示字符码的转换 软件译码就是编写软件译码程序 通过译码程序来得到要显示的字符的字段 码 译码程序通常为查表程序 3 本设计系统中为了简化硬件线路设计 LED 译码采用软件编程来实现 由于 本设计采用的是共阴极 LED 其对应的字符和字段码如下表 3 1 所示 表 3 1 共阴极字段码表 显示字 符 共阴极字段 码 03FH 106H 25BH 34FH 466H 56DH 67DH 707H 87FH 96FH 3 1 4 LED 显示器与单片机接口设计 由于单片机的并行口不能直接驱动 LED 显示器 所以 在一般情况下 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 7 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 如图 3 4 所示 图 3 4 LED 与单片机接口间的设计 3 2 人机对话接口电路设计 经过以上的设计过程 可设计出基于单片机的简易数字直流电压表硬件电路原 理图如图 3 5 所示 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 图 3 5 简易数字电压表电路图 第 4 章 数字电压表设计软件设计 4 1 软件实现功能综述 根据模块的划分原则 将该程序划分初始化模块 A D 转换子程序和显示子 程序 这三个程序模块构成了整个系统软件的主程序 如图 4 1 所示 开始 初始化 调用 A D 转换子程序 调用显示子程序 结束 图 4 1 数字式直流电压表主程序框图 4 2 流程图设计 4 2 1 初始化程序 所谓初始化 是对将要用到的 MCS 51 系列单片机内部部件或扩展芯片进行 初始工作状态设定 初始化子程序的主要工作是设置定时器的工作模式 初值预 置 开中断和打开定时器等 9 A D 转换子程序 A D 转换子程序用来控制对输入的模块电压信号的采集测量 并将对应的数 值存入相应的内存单元 其转换流程图如图 4 2 所示 图 4 2 A D 转换流程图 4 2 2 显示子程序 显示子程序采用动态扫描实现四位数码管的数值显示 在采用动态扫描显示 方式时 要使得 LED 显示的比较均匀 又有足够的亮度 需要设置适当的扫描频 率 当扫描频率在 70HZ 左右时 能够产生比较好的显示效果 一般可以采用间 隔 10ms 对 LED 进行动态扫描一次 每一位 LED 的显示时间为 1ms 10 在本设计中 为了简化硬件设计 主要采用软件定时的方式 即用定时器 0 溢出中断功能实现 11 s 定时 通过软件延时程序来实现 5ms 的延时 LED 0 EQU 30H LED 1 EQU 31H LED 2 EQU 32H ADC EQU 35H CLOCK BIT P2 4 启动转换 A D 转换结束 输出转换结果 数值转换 显示 结束 开始 ST BIT P2 5 EOC BIT P2 6 OE BIT P2 7 ORG 00H SJMP START ORG 0BH LJMP INT T0 START MOV LED 0 00H MOV P2 0FFH MOV LED 1 00H MOV LED 2 00H MOV DPTR TABLE MOV TMOD 02H MOV TH0 245H MOV TL0 00H MOV IE 82H SETB TR0 WAIT CLR ST SETB STH CLR ST JNB EOC SETB OE MOV ADC P1 CLR OE MOV A ADC MOV B 51 DIV AB MOV LED 2 A MOV A B MOV B 5 DIV AB MOV LED 1 A MOV LED 0 B LCALL DISP SJMP WAIT INT T0 CPL CLOCK RETI DISP MOV A LED 0 MOVC A A DPTR CLR P2 3 MOV P0 A LCALL DELAY SETB P2 3 MOV A LED 1 MOVC A A DPTR CLR P2 2 MOV P0 A LCALL DELAY SETB P2 2 MOV A LED 2 MOVC A A DPTRL CLR P2 1 ORL A 80H MOV P0 A LCALL DELAY SETB P2 1 RET DELAY MOV R6 10 D1 MOV R7 250 DJNZ R7 DJNZ R6 D1 RET TABLE DB 3FH 06H 5BH 4FH 66H DB 6DH 7DH 07H 7FH 6FH END 第 5 章 系统设计与分析 5 1 硬件仿真图 软件调试的主要任务是排查错误 错误主要包括逻辑和功能错误 这些错误 有些是显性的 而有些是隐形的 可以通过仿真开发系统发现逐步改正 Proteus 软件可以对基于微控制器的设计连同所有的周围电子器件一起仿真 用 户甚至可以实时采用诸如 LED LCD 键盘 RS232 终端等动态外设模型来对设计 进行交互仿真 Proteus 支持的微处理芯片包括 8051 系列 AVR 系列 PIC 系列 HC11 系列及 Z80 等等 Proteus 可以完成单片机系统原理图电路绘制 PCB 设计 更为显著点的特点是可以与 u Visions3 IDE 工具软件结合进行编程仿真调试 8 本系统的调试主要以软件为主 其中 系统电路图的绘制和仿真我采用的是 Proteus 软件 而程序方面 采用的是汇编语言 用 Keil 软件将程序写入单片机 5 2 软件调试结果 5 2 1 显示结果 1 当 IN0 口输入电压值为 0V 时 显示结果如图 5 1 所示 测量误差为 0V 图 5 1 输入电压为 0V 时 LED 的显示结果 2 当 IN0 输入电压值为 1 50V 时 显示结果如图 5 2 所示 测量误差为 0 01V 图 5 2 输入电压为 1 50V 时 LED 的显示结果 3 当 IN0 口输入电压值为 3 50V 时 显示结果如图 5 3 测量误差为 0 01V 图 5 3 输入电压为 3 50V 时 LED 的显示结果 5 2 2 误差分析 通过以上仿真测量结果可得到简易数字电压表与 标准 数字电压表对比测 试表 如下表 4 所示 表 5 1 简易数字电压表与 标准 数字电压表对比测试表 标准 电压值 V 简易电 压表测量值 V 绝对误 差 V 0 000 000 00 0 500 510 01 1 001 000 00 1 501 510 01 2 002 000 00 2 502 500 00 3 003 000 00 3 503 500 00 4 004 000 00 4 995 000 01 由于单片机 AT89C51 为 8 位处理器 当输入电压为 5 00V 时 ADC0808 输出 数据值为 255 FFH 因此单片机最高的数值分辨率为 0 0196V 5 255 这就决 定了电压表的最高分辨率只能到 0 0196V 从上表可看到 测试电压一般以 0 01V 的幅度变化 从上表可以看出 简易数字电压表测得的值基本上比标准电压值偏大 0 0 01V 这可以通过校正 ADC0808 的基准电压来解决 因为该电压表设计时直接 用 5V 的供电电源作为电压 所以电压可能有偏差 当要测量大于 5V 的电压时 可在输入口使用分压电阻 而程序中只要将计算程序的除数进行调整就可以了 第 6 章 课程设计总结 经过一段时间的努力 毕业论文 基于单片机的简易数字电压表基本完成 但设计中的不足之处仍然存在 这次设计是我第一次设计电路 并用 Proteus 实 现了仿真 在这过程中 我对电路设计 单片机的使用等都有了新的认识 通过 这次设计学会了 Proteus 和 Keil 软件的使用方法 掌握了从系统的需要 方案 的设计 功能模块的划分 原理图的设计和电路图的仿真的设计流程 积累了不 少经验 基于单片机的数字电压表使用性强 结构简单 成本低 外接元件少 在实 际应用工作应能好 测量电压准确 精度高 系统功能 指标达到了课题的预期 要求 系统在硬件设计上充分考虑了可扩展性 经过一定的改造 可以增加功能 本文设计主要实现了简易数字电压表测量一路电压的功能 详细说明了从原理图 的设计 电路图的仿真再到软件的调试 通过本次设计 我对单片机这门课有了进一步的了解 无论是在硬件连接方 面还是在软件编程方面 本次设计采用了 AT89C51 单片机芯片 与以往的单片机 相比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 设计中还 用到了模 数转换芯片 ADC0808 以前在学单片机课程时只是对其理论知识有了初 步的理解 通过这次设计 对它的工作原理有了更深的理解 在调试过程中遇到 很多问题 硬件上的理论知识学得不够扎实 对电路的仿真方面也不够熟练 总之这次电路的设计和仿真 基本上达到了设计的功能要求 在以后的 实践中 我将继续努力学习电路设计方面的理论知识 并理论联系实际 争取在 电路设计方面能有所提升 参考文献 1 梅丽凤等编著 单片机原理及接口技术 清华大学出版社 2009 7 2 赵晶 主编 Prote199 高级应用 人民邮电出版社 2000 3 于海生 编著 微型计算机控制技术 清华大学出版社 2003 4 4 胡健 单片机原理及接口技术 北京 机械工业出版社 2004 年 10 月 5 王毓银 数字电路逻辑设计 高等教育出版社 2005 年 12 月 6 李广弟 单片机基础 北京航空航天大学出版社 2007 年 5 月 7 于殿泓 王新年 单片机原理与程序设计实验教程 西安电子科技大学出版社 2007 年 5 月 葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅 蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈 蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁 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