8路循环数字电压表设计.doc

目 录1 引言12设计原理及要求12.1数字电压表的实现原理12.2数字电压表的设计要求13软件仿真电路设计13.1设计思路13.2仿真电路图23.3设计过程23.4 AT89C51的功能介绍23.4.1简单概述33.4.2主要功能特性33.4.3 AT89C51的引脚介绍33.5 ADC0808的引脚及功能介绍43.5.1芯片概述43.5.2 引脚简介43.5.3 ADC0808的转换原理53.6 74HC245芯片的引脚及功能53.6.1芯片概述53.6.2引脚介绍53.7 LED数码管的控制显示53.7.1 LED数码管的模型53.7.2 LED数码管的接口简介64系统软件程序的设计64.1 主程序64.2 A/D转换子程序64.3 中断显示程序75电压表的调试及性能分析85.1 调试与测试85.2 性能分析96电路96.1 电路仿真图96.2 PCB图97总结10参考文献10附录1 源程序11附录2 仿真原理电路1516摘要：随着电子科学技术，传感器技术，自动控制技术和计算机技术的发展，电子测量成为电子工作者的必须掌握的手段对测量的精度，手段要求越来越高，本文介绍了一种以AT89C 51为核心的数字电压测量电路。通过ADC0809进行转换，74HC245进行驱动。关键词：A/D转换 数字电压表 AT89C51 数码管 电压测量1 引言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。 本设计AT89C51单片机的一种电压测量电路,该电路采用ADC0809本文介绍一种基于A/D转换电路，测量范围直流 05V 的8路输入电压值，并在四位LED数码管上循环显示，并显示路数。测量最小分辨率为0.019V，测量误差不超过正负0.02V。2设计原理及要求本设计是利用单片机AT89C51与ADC0809设计一个数字电压表，测量05V之间的直流电压值，四位数码显示，但要求使用的元器件数目最少。2.1数字电压表的实现原理 ADC0809是8位的A/D转换器。当输入电压为5.00V时，输出的数据值为255（0FFH），因此最大分辨率为0.0196（5/255）。ADC0808具有8路模拟量输入端口，通过3位地址输入端能从8路中选择一路进行转换。2.2数字电压表的设计要求可以测量05V范围内的3路直流电压值。在4位LED数码管上轮流显示各路电压值或单路选择显示，其中3位LED数码管显示电压值，显示范围为0.00V5.00V，1位LED数码管显示路数,3路分别为0-2。要求测量的最小分辨率为0.02V。3软件仿真电路设计3.1设计思路 多路数字电压表应用系统硬件电路由单片机、A/D转换器、数码管显示电路和按键处理电路组成，由于ADC0808在进行A/D转换时需要有CLK信号，本试验中ADC0809的CLK直接由外部电源提供为500kHz的方波。实际显示的电压值( ADC0809采用逐次逼近法转换，把模拟电压转换成16进制的D，由于是对直流电压05V进行采集，所以D对应的电压为V0，我们的目的就是要把V0显示在LED显示器上。3.2仿真电路图用Protues软件仿真设计的电路如图3-1所示(因软件中ADC0809不能用，并且ADC0808与ADC0809相同，所以用ADC0808代替)。图3-1 仿真电路入端，由外部信号源提供。单片机的P1、P3.0-P3.3端口作为四位LED数码管现实3.3设计过程简易数字电压测量电路由A/D转换、数据处理及显示控制等组成。电路原理图见附录2。A/D转换由集成电路0808完成。0808具有8路模拟输入端口，地址(23-25)脚可决定对哪路模拟输入作A/D转换，22脚为地址锁存控制，当输入为高电平时，对地址信号进行锁存。6脚为测试控制，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，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，当OE脚为高电平时，A/D转换数据从该端口输出。10脚为0808的时钟输控制。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0808的A/D转换控制。3.4 AT89C51的功能介绍3.4.1简单概述AT89C51是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机一种高效微控制器，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。外形及引脚排列如图3-2所示。 图3-2 AT89C51芯片模型3.4.2主要功能特性(1) 4K字节可编程闪烁存储器。 (2) 32个双向I/O口；1288位内部RAM 。(3) 2个16位可编程定时/计数器中断，时钟频率0-24MHz。 3.4.3 AT89C51的引脚介绍 (1)电源引脚电源引脚接入单片机的工作电源。Vcc (40引脚）：+5V电源。GND(20引脚)：接地。(2)时钟引脚XTAL1(19引脚)：片内振荡器反相放大器和时钟发生器电路的输入端。XTAL2(20引脚)：片内振荡器反相放大器的输出端。图3-3 电源接入方式3.5 ADC0808的引脚及功能介绍3.5.1芯片概述ADC0808是一种典型的A/D转换器。芯片模型如图3-4所示。图3-4ADC0808芯片模型3.5.2 引脚简介 (1) IN0IN7：8路模拟量输入端。(2) D0D7：8位数字量输出端口。(3) START：A/D转换启动信号输入端。(4) ALE：地址锁存允许信号，高电平有效。(5) EOC：输出允许控制信号，高电平有效。(6) OE： 输出允许控制信号，高电平有效。(7) CLK：时钟信号输入端。3.5.3 ADC0808的转换原理ADC 0808 采用逐次比较的方法完成A/D转换，由单一的+5V电源供电。片内带有锁存功能的8路选1的模拟开关，由A、B、C的编码来决定所选的通道。ADC0808完成一次转换需100s左右，它具有输出TTL三态锁存缓冲器，可直接连接到AT89C51的数据总线上。3.6 74HC245芯片的引脚及功能3.6.1芯片概述245芯片一般就用着单片机的总线驱动。它有8个输入和8个输出。第一脚为“方向选择”。如果选择接高电平，那么数据将从A传到B。也就是从29输入，分别从1811作为相应的输出。如果第一脚接低电平，那么数据传输方向就反过来。第10脚是公共地。19脚为“使能”，是低电平有效。图3-5芯片模型3.6.2引脚介绍(1) D0D7:8位数据输入线；(2) Q0Q7:8位数据输出线(3) G:数据输入锁存选通信号。 (4):数据输出允许信号，低电平有效。3.7 LED数码管的控制显示3.7.1 LED数码管的模型LED数码管模型如图3-6所示。图3-6数码管显示3.7.2 LED数码管的接口简介LED 的段码端口AG分别接至驱动74LS245再接AT89C51的P0.0P0.7口，位选端14分别接至分别接至驱动74LS245再接P2.0、P2.1、P2.2、P2.3。4系统软件程序的设计多路数字电压表系统软件程序主要有主程序、A/D转换子程序和中断显示程序组成。4.1 主程序 开始 显示子程序 A/D转换子程序 初始化图4-1主程序流程图对于单路显示和循环显示，系统设置了一个标志位00H控制，初始化时00H位设置为0，默认为循环显示，当它为1时改变为单路显示控制，00H位通过单路、循环按键控制。流程图如图4-1所示。4.2 A/D转换子程序A/D转换子程序用于对ADC0808的4路输入模拟电压进行A/D转换，并将转换的数值存入4个相应的存储单元中，A/D转换子程序每隔一定时间调用一次，即隔一段时间对输入电压采样一次，如图4-2所示。4.3 中断显示程序设计中采用中断的方式来读取转换完成的数据能节省CPU的资源进行十六进制调整 开始A/D转换调用延时存转换后的十六进制数数据指针加一入栈保护4路转换次数减一显示电压值NY图4-2转换子程序流程图 判断是否为零 当系统设置好后，一旦数据转换完成，便会进入外部中断0，然后在中断中读取转换的数值，处理数据并送数码管显示输出。选中的一路数据进行显示。每路数据显示时需经过转换变成十进制BCD码，放于4个数码管显示缓冲区中。单路或多路循环显示通过标志位00H控制。在显示控制程序中加入了对单路或多路循环按键的判断如4-3所示。数字量送P0口取段码地址P2.0=1？调用循环显示程序调用单路显示程序显示的是第0路重新调用显示程序NYNY图4-3中断显示程序流程图5电压表的调试及性能分析5.1 调试与测试本设计应用Proteus及KEIL2软件,首先根据自己设计的电路图用Proteus软件画出电路模型，然后我们用KEIL2软件对所编写的程序进行编译、链接，如果没有错误和警告便可生成程序的hex文件，将此文件加到电路图上使软硬件结合运行，最后进行端口电压的对比测试，测试的第一路对比见图4-1中标准电压值采用Proteus。5.2 性能分析由于单片机为8位处理器，当输入电压为5.00V时，输出数据值为255（FFH）因此单片机最大的数值分辨率为0.0196V（5/255）。这就决定了该电压表的最大分辨率（精度）只能达到0.0196V。测试时电压数值的变化一般以0.02V的电压幅度变化，如要获得更高的精度要求，应采用12位、13位的A/D转换器。6电路图 6.1 电路仿真图 图6-1电路仿真图6.2 PCB图 图6-2 PCB图7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，从并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，显示的程序，功夫不负有心人，最后终于调试成功。参考文献1 张毅刚，彭喜元.单片机原理及接口技术.人民邮电出版社2 马光.单片机原理及应用.机械工业出版社3 徐爱钧.智能化测量控制仪表原理与设计.北京:北京航空航天大学出版社4 吴金戌,沈庆阳,郭庭吉.8051单片机实践与应用.北京:清华大学出版社5 高峰.单片微型计算机与接口技术.北京科学出版社6 刘伟,赵俊逸,黄勇.一种基予C8051F单片机的SOC型数据采录器的设计与实现附录1 源程序ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH AJMP STORG 0030H MAIN: MOV DPTR,#TAB MOV SP,#60HMOV TMOD,#02HMOV R1，#20MOV R3，#00HMOV R2，#00H MOV TH0,#245 MOV TL0,#00H MOV P2，#00H MOV IE,#82HSETB TR0MAIN1: LOOP: LCALL REC LCALL TRA LCALL DISDJNZ R1，LOOPMOV R1，#20INC R2MOV R2，ACLR P2.4CLR P2.5CLR P2.6SWAP AORL A,P2MOV P2，A CJNZ R2,#08,LOOPMOV R2，#00HSJMP MAIN1REC: CLR P3.4CLR P3.6SETB P3.6 NOPNOPCLR P3.6JNB P3.5,$ SETB P3.4 MOV 50H,P1RETTRA: MOV B,#33H MOV A,50H DIV AB MOV 51H,A XCH A,B MOV B,#05H DIV AB MOV 52H,A MOV A ,#02H MUL AB MOV 53H,A RETST: CPL P3.7 RETIDIS: MOV A,51H MOVC A,A+DPTR CLR P2.0SETB P2.1MOV P0,#00H MOV P0,A CLR P0.7 LCALL DELAY MOV A,52H MOVC A,A+DPTR CLR P2.1SETB P2.