简易数字电压表.doc

单片机课程设计与制作任务书一、设计题目：基于单片机的数字电压表的设计与制作二、设计要求：1、 具有对电压等模拟电信号的测量及显示功能；2、 测量结果采用一组LED数码管分时显示，使用按键复位；3、 能够用单片机进行八路输入信号的设定 ；4、 计时误差0.02V。三、设计内容：硬件设计、软件设计及样品制作四、设计成果形式：1、 设计说明书一份（不少于4000字）；2、 样品一套。五完成期限： 2009 年 7月 3 日通信单元电路设计与制作成绩评定表设计题目：简易数字电压表项目评语内容评定等级设计表现(20%)掌握基础理论，设计过程中的学习态度，文献查阅能力，设计思路可行性能力评价设计任务量、设计过程中参与情况ABCDE设计说明书(40%)调试过程中运用理论分析与解决问题的能力；报告格式规范性、全面性、逻辑性、表达能力综合评价ABCDE实物评价(40%)电路实现情况,电路板外观、焊点、设计合理性等ABCDE综合评价目录方案选择及总体设计：2硬件设计及电路图31 AT89S51芯片属性32 ADC0809模数转换器主要特点：43：AT89S51与ADC0809的连接：94：四位一体7段LED数码管105：AT89S51的复位电路11软件设计及程序清单131. 主程序设计132 单片机程序：13实物制作及调试说明:17使用说明书18结束语18附录19参考文献21 1方案选择及总体设计： 按系统功能实现要求，决定控制系统采用AT89C52单片机，A/D转换采用ADC0809。系统除能确保实现要求的功能外，还可以方便地进行8路其他A/D转换量的测量、远程测量结果传送等扩展功能。数字电压表系统设计方案框图如图。并口通信电源电路上电复位LED显示器AT89C52 P0 P2 P1 P3ADC0809 2硬件设计及电路图1 AT89S51芯片属性AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S51具有如下特点：40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。 此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。 2 ADC0809模数转换器主要特点：8位分辨率,逐次逼近型，基准电压为5V；5V单电源供电； 输入模拟信号电源范围为0-5V； 输入和输出电平与TTL和COMS兼容； 在250KHZ时钟频率时，转换时间为100us; 具有八个可供选择的模拟通道；C(ADDC)B(ADDB)A(ADDA)选择的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7 功耗低，15mW.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。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)。 AT89S51芯片为40引脚双列直插式封装，其引脚排列如图1-8所示：(5)P2口：P2口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P2口的输出缓冲器可驱动4个TTL逻辑门电路。对P2口管脚写入“1”后，被内部上拉电阻拉高，可用作输入。P2口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部接有上拉电阻的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在访问8位地址外部数据存储器时，P2口线上的内容，在整个访问期间不改变。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。(6)P3口：P3口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P3口的输出缓冲器可驱动4个TTL逻辑门电路。对P3口管脚写入“1”后，被内部上拉电阻拉高，可用作输入。P3口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部接有上拉电阻的缘故。P3口除了一般I/O线的功能外，还具有更为重要的第二功能，如表1-3所示。P3口同时为FLASH编程和编程校验接收一些控制信号。 1)VCC：电源电压； 2)GND：接地； 3)P0口：P0口是一组8位漏极开路双向I/O口，每位引脚可驱动8个TTL逻辑门路。对P0口的管脚写“1”时，被定义为高阻抗输入。在访问外部数据存储器或程序存储器时，它可以被定义为数据总线和地址总线的低八位。在FLASH编程时，P0 口作为原码输入口；当FLASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须接上拉电阻。4)P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口的输出缓冲器可驱动4个TTL逻辑门电路。对P1口管脚写入“1”后，被内部上拉电阻拉高，可用作输入。P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部接有上拉电阻的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。P1口还具有第二功能，如表1-2所示。表1-2 P1口的第二功能端口引脚第二功能P1.5MOSI(用于ISP编程)P1.6MISO(用于ISP编程)P1.7SCK(用于ISP编程)表1-3 P3口的第二功能端口引脚第二功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INTO（外部中断0）P3.3/INT1（外部中断1）P3.4T0（定时器0外部输入）P3.5T1（定时器1外部输入）P3.6/WR（外部数据存储器写选通）P3.7/RD（外部数据存储器读选通）(7) RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。(8) ALE/RPOG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。(9)/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的信号将不出现。(10)/EA/VPP：当保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。(11)XTAL1：片内高增益反向放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。(12)XTAL2：片内高增益反向放大器的输出端。ADC0809 的引脚排列如下图所示：图1 AT89S51与ADC0809的接口AT89S51与ADC0809的SPI串行接口方式，将DO和DI接于P1.1引脚。通道通过硬件开关进行控制，对于通道的模拟信号进行A/D转换，转换结果存于A中。系统板上硬件连线 a) 把“单片机系统”区域中的P1.0P1.7与“动态数码显示”区域中的ABCDEFGH端口用8芯排线连接。 b) 把“单片机系统”区域中的P2.0P2.7与“动态数码显示”区域中的S1S2S3S4S5S6S7S8端口用8芯排线连接。 c) 把“单片机系统”区域中的P3.0与“模数转换模块”区域中的ST端子用导线相连接。 d) 把“单片机系统”区域中的P3.1与“模数转换模块”区域中的OE端子用导线相连接。 e) 把“单片机系统”区域中的P3.2与“模数转换模块”区域中的EOC端子用导线相连接。 f) 把“单片机系统”区域中的P3.3与“模数转换模块”区域中的CLK端子用导线相连接。 g) 把“模数转换模块”区域中的A2A1A0端子用导线连接到“电源模块”区域中的GND端子上。 h) 把“模数转换模块”区域中的IN0端子用导线连接到“三路可调电压模块”区域中的VR1端子上。 i) 把“单片机系统”区域中的P0.0P0.7用8芯排线连接到“模数转换模块”区域中的D0D1D2D3D4D5D6D7端子上。 3： AT89S51与ADC0809的连接：AT89S51与ADC0809的连接电路如图1-10所示。AT89S51与ADC0809的连接必须注意处理好3个问题：(1)在START端送一个100ns宽的启动正脉冲；(2)获取EOC端上的状态信息，因为它是A/D转换的结束标志；(3)给“三态输出锁存器”分配一个端口地址，也就是给OE端送一个地址译码器的输出信号。 4：四位一体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5：AT89S51的复位电路AT89S51的复位电路如图1-9所示。当单片机一上电，立即复位；另外，如果在运行中，外界干扰等因素使单片机的程序陷入死循环状态或“跑飞”，就可以通过按键使其复位。复位也是使单片机退出低功耗工作方式而进入正常状态的一种操作。 图1-9 复位电路电容C和电阻R1实现上电自动复位。增加按键开关S和电阻R2又可实现按键复位功能。R2的作用是在S按下的时候，防止电容C放电电流过大烧坏开关S的触点。因保证R1/R2 10。一般取C=10uF,R2=100，R1=8.2K。3软件设计及程序清单1 .主程序设计初始化中主要对AT89S51，ADC0809的管脚和数码管的位选及所用到的内存单元70H,78H,79H,7AH 进行初始化设置。准备工作做好后便启动ADC0809对IN0脚输入进的05V电压模拟信号进行数据采集并转换成相对应的0255十进制数字量。在数据处理子程序中，运用标度变换知识，编写算法将0255十进制数字量转换成0.005.00V的数据，输出到显示子程序进行显示。整个主程序就是在A/D转换，数据处理及显示程序循环执行。整个程序流程框图如图116所示。2 单片机程序： ;* ;* * ;* 主程序和中断程序入口 * ;* * ;* ORG 0000H LJMP START ORG 0003H RETI ORG 0013H RETI ORG 001BH RETI ORG 0023H RETI ORG 002BH RETI ;* ;* * ;* 初始化程序中的各变量 * ;* * ;* CLEARMEMIO:CLR A MOV P2,A MOV R0,#70H MOV R2,#0CH LOOPMEM:MOV R0,A INC R0 DJNZ R2,LOOPMEM MOV A,#0FFH MOV P0,A MOV P1,A MOV P3,A RET ;* ;* * ;* 主程序 * ;* * ;* START:LCALL CLEARMEMIO ;初始化 MAIN:LCALL DISPLAY ;显示数据一次 LCALL TEST ;测量一次 AJMP MAIN ;返回MAIN循环 NOP ;PC值出错处理 NOP NOP LJMP START DISPLAY:MOV R3,#08H MOV R0,#70H MOV 7BH,#00H DISLOOP1:MOV A,R0 MOV B,#100H DIV AB MOV 79H,A MOV 78H,B MOV R2,#0FFH DISLOOP2:LCALL DISP DJNZ R2,DISLOOP2 INC R0 INC 7BH DJNZ R3,DISLOOP1 RET;LED共阳显示子程序，显示内容在78H7BH，数据在P1输出，列扫描在P3.0P3.3口 DISP:MOV R1,#78H MOV R5,#0FEH PLAY:MOV P1,#0FFH MOV A,R5 ANL P3,A MOV A,R1 MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV P1,A LCALL DL1MS INC R1 MOV A,P3 JNB ACC.3,ENDOUT RL A MOV R5,A MOV P3,#0FFH AJMP PLAY ENDOUT:MOV P3,#0FFH MOV P1,#0FFH RET;LED数码显示管用共阳段码表，分别对应09，最后一个是“熄灭符” TAB:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH ;一毫秒延时子程序，LED显示用 DL1MS:MOV R6,#14H DL1:MOV R7,#19H DL2:DJNZ R7,DL2 DJNZ R6,DL1 RET ;* ;* * ;* 模数转换测量子程序 * ;* * ;* TEST:CLR A MOV P2,A MOV R0,#70H MOV R7,#08H LCALL TESTART WAIT:JB P3.7,MOVD AJMP WAIT TESTART:SETB P2.3 NOP NOP CLR P2.3 SETB P2.4 NOP NOP CLR P2.4 NOP NOP NOP NOP RET ;取A/D转换数据至70H77H内存单元 MOVD:SETB P2.5 MOV A,P0 MOV R0,A CLR P2.5 INC R0 MOV A,P2 INC A MOV P2,A CLR C CJNE A,#08H,TESTCON JC TESTCON CLR A MOV P2,A MOV A,#0FFH MOV P0,A MOV P1,A MOV P3,A RET TESTCON:LCALL TESTART LJMP WAIT END4实物制作及调试说明:按照电原理图连接好硬件电路,接通电源后用数字电压表测试调理电路的输入端电压是否为+5V,若为+5V则电源连接正确;看是否在调动电位器时，两位LED是否进行轮流显示或单路选择显示，显示精度控制在0.02伏内。 5使用说明书 按电源正负极连接好电源线，按下复位键，数码管现实的是测试电位器上的电压（此时ADC0809选择输入通道0），改变测试电位器的阻值，看数码管及整个系统是否工作正常;然后从测试口按正负极输入被测电压（此时ADC0809选择通道1）看数码管和整个系统是否正常工作。6结束语通过两周的课程能够设计，学到了很多东西，我不仅加深了对单片机理论的理解，将理论很好地应用到实际当中去，而且我还学会了如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己。创新，是要我们学会将理论很好地联系实际，并不断地去开动自己的大脑，从为人类造福的意愿出发，做自己力所能及的，别人却没想到的事。使之不断地战胜别人，超越前人。同时，更重要的是，我在这一设计过程中，学会了坚持不懈，不轻易言弃。设计过程，也好比是我们人类成长的历程，常有一些不如意，也许这就是在对我们提出了挑战，勇敢过，也战胜了，胜利的钟声也就一定会为我们而敲响。这个设计过程中，我遇到过许多次失败的考验，就比如，自己对实际生活中的交通秩序的不了解给整个设计带来的困扰，真想要就此罢休，然而，就在想要放弃的那一刻，我明白了，原来结果并不那么重要，我们更应该注重的是这一整个过程。于是，我坚持了下来。最后，终于按要求