基于单片机的数字电压表的课程设计.doc

数字电压表的制作数字电压表的制作 课程设计报告课程设计报告 学学 院 院 电子信息工程学院电子信息工程学院 专专 业 业 电子信息工程电子信息工程 班班 级 级 电信电信 0740807408 班班 姓姓 名 名 张德男张德男 学学 号 号 020740824020740824 指导教师 指导教师 张万里张万里 起止日期 起止日期 20102010 年年 1212 月月 6 6 日 日 20092009 年年 1212 月月 2525 日日 0 目目 录录 1 课程设计的目的 1 2 数字电压表课程设计的要求 1 2 1 课程设计的要求 1 3 设计的内容 1 3 1 课程设计的内容 1 3 2 电压表实现的功能 1 3 3 总体设计方案 1 3 4 设计方案 2 3 4 1 复位电路 3 3 4 2 采用直流稳压电源 4 3 5 单片机部分 4 3 6 A D 转换部分 6 3 7 功放芯片 LM386 7 3 8 编程思路与程序流图 8 3 8 1 主程序 8 3 8 2 显示子程序 9 4 设计总结 16 参考书目 16 附录 17 1 1 1 课程设计的目的课程设计的目的 1 1 学习与掌握单片机的应用能综合应用所学知识 并在实践的基本技能方 面进行一次系统的训练 1 2 了解单片机芯片的功能 并初步掌握小型单片机系统设计的基本方法 1 3 了解数字电压表的工作流程与 AT89S52 的功能 1 4 培养查阅资料以及撰写技术报告的能力 2 2 数字电压表课程设计的要求数字电压表课程设计的要求 2 2 1 1 课程设计的要求课程设计的要求 1 可以测量 0 10V 的 8 路输入电压值 2 能用 LED 数码管或 LCD 显示测量结果 3 测量范围可达 0 20V 最小分辨率为 0 1V 4 电压表具有超量程的报警功能 5 系统具有复原功能 3 3 设计的内容设计的内容 3 13 1 课程设计的内容课程设计的内容 1 数字电压表总体电路设计及论证 2 分析设计要求 明确性能指标 查阅资料 进行设计方案论证 3 论证并确定合理的总体设计方案 绘制总体机构框图 分析工作原理 4 完成数字电压表的电路设计 单片机部分 A D 转换 显示等各单元 具电路设计 包括芯片选择 计算电路元参数 分析工作原理 3 23 2 电压表实现的功能电压表实现的功能 该数字电压表可以测量 0 10V 的 8 路输入电压值 并在 4 位 LED 数码管上 轮流显示或单路选择显示 测量最小分辨率为 0 1V 3 33 3 总体设计方案总体设计方案 按系统功能实现要求 决定控制系统采用 AT89S52 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 下图 2 图 3 3 1 数字电压表统计设计方案 3 43 4 设计方案设计方案 按照设计要求简易数字电压测量电路由电压采集 A D 转换 复位电路 数据处理及显示控制等组成 电路原理图如图 3 4 1 所示 单片机选用 AT89S51 该芯片具有低功耗 高性能的特点 A D 转换由集成电路 0809 完成 0809 具有 8 路模拟输入端口 地址线 23 25 脚 可决定对哪一路模拟输入作 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 0809 的时 钟输入端 利用单片机 30 脚的六分频晶振频率再通过 14024 二分频得到 1MHz 时钟 单片机的 P1 P3 0 P3 3 端口作为四位 LED 数码管显示控制 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 0809 的 A D 转换控制 功放芯片 LM386 是专为低损耗电源所设计的功率放大器集成电路 此设计电源为直流稳压电源 3 图 3 4 1 简易数字电压测量原理图 3 4 1 复位电路 如下图所示 本设计采用按键式复位电路 它的上电复位利用电容器 充电来实现 同时通过按键实现复位 按下键后 通过 R1 和 R2 形成回路 使 RESET 端产生高电平 按键的时间决定了复位时间 4 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date 29 Aug 2005Sheet of File F guihua DDBDrawn By Y1 CRYSTAL C1 CAP C2 CAP GND X1X2 RESET R RES2 R RES2 C 22uF GND VCC VCC RESET VSS 图 3 4 2 复位电路 3 4 2 采用直流稳压电源 直流稳压电源如图所示 图 3 4 3 直流稳压电源 3 53 5 单片机部分单片机部分 单片机选用的是 AT89S51 如下图 3 5 1 所示 该芯片具有低功耗 高性 5 能的特点 是采用 CMOS 工艺的 8 位单片机 最常见的 AT89S51 是采用 40Pin 封装的双列直接 PDIP 封装 芯片共有 40 个引脚 引脚的排列顺序为从靠芯片的缺口左边那列引脚逆时针数起 依次为 1 2 3 4 40 其中芯片的 1 脚顶上有个凹点 在单片机的 40 个引脚中 电源引脚 2 根 外接晶体振荡器引脚 2 根 控制引脚 4 根以及 4 组 8 位可编程 I O 引脚 32 根 1 主电源引脚 2 根 VCC Pin40 电源输入 接 5V 电源 GND Pin20 接地线 图 3 5 1 AT89S51 引脚图 2 外接晶振引脚 2 根 XTAL1 Pin19 片内振荡电路的输入端 XTAL2 Pin20 片内振荡电路的输出端 6 3 控制引脚 4 根 RST VPP Pin9 复位引脚 引脚上出现 2 个机器周期的高电平将使单片机 复位 ALE PROG Pin30 地址锁存允许信号 PSEN Pin29 外部存储器读选通信号 EA VPP Pin31 程序存储器的内外部选通 接低电平从外部程序存储器读 指令 如果接高电平则从内部程序存储器读指 3 控制引脚 4 根 RST VPP Pin9 复位引脚 引脚上出现 2 个机器周期的高电平将使单片机 复位 ALE PROG Pin30 地址锁存允许信号 PSEN Pin29 外部存储器读选通信号 EA VPP Pin31 程序存储器的内外部选通 接低电平从外部程序存储器读 指令 如果接高电平则从内部程序存储器读指令 4 可编程输入 输出引脚 32 根 AT89S51 单片机有 4 组 8 位的可编程 I O 口 分别位 P0 P1 P2 P3 口 每个口有 8 位 8 根引脚 共 32 根 每一根引脚都可以编程 PO 口 Pin39 Pin32 8 位双向 I O 口线 名称为 P0 0 P0 7 P1 口 Pin1 Pin8 8 位准双向 I O 口线 名称为 P1 0 P1 7 P2 口 Pin21 Pin28 8 位准双向 I O 口线 名称为 P2 0 P2 7 P3 口 Pin10 Pin17 8 位准双向 I O 口线 名称为 P3 0 P3 7 3 63 6 A DA D 转换部分转换部分 A D 转换部分采用 ADC0809 ADC0809 是带有 8 位 A D 转换器 8 路多路开 关以及微处理机兼容的控制逻辑的 CMOS 组件 1 ADC0809 的内部逻辑结构如图 3 6 1 7 图 3 6 1 内部逻辑结构图 由图 3 6 1 可知 ADC0809 由一个 8 路模拟开关 一个地址锁存与译码器 一个 A D 转换器和一个三态输出锁存器组成 多路开关可选通 8 个模拟通道 允许 8 路模拟量分时输入 共用 A D 转换器进行转换 三态输出锁器用于锁存 A D 转换完的数字量 当 OE 端为高电平时 才可以从三态输出锁存器取走转换 完的数据 2 ADC0809 的引脚结构见图 3 6 2 图 3 6 2 ADC0809 的引脚结构 3 73 7 功放芯片功放芯片 LM386LM386 是专为低损耗电源所设计的功率放大器集成电路 它的内建增益为 20 透 过 pin 1 和 pin8 脚位间电容的搭配 增益最高可达 200 LM386 可使用电池为 供应电源 输入电压范围可由 4V 12V 无作动时仅消耗 4mA 电流 且失真低 LM386 的内部电路图及引脚排列图 3 7 1 所示 8 图 3 7 1 LM386 引脚图 3 83 8 编程思路与程序流图编程思路与程序流图 3 8 1 主程序 在刚上电时 系统默认为循环显示 8 个通道的电压值状态 当进行一次测 量后 将显示每一通道的 A D 转换值 每个通道的数据显示时间为 1S 左右 主 程序在调用显示子程序和测试之程序之间循环 主程序流程图见图 图 3 8 1 主程序流程图 1 主程序和中断程序入口 ORG 0000H LJMP START ORG 0003H RETI 开始 初始化 调用 A D 转换子程序 调用显示子程序 9 ORG 000BH RETI ORG 0013H RETI ORG 001BH RETI ORG 0023H RETI ORG 002BH RETI 2 初始化程序中的变量 CLEARMEMIO CLR A MOV P2 A MOV R0 70H MOV R2 0DH LOOPMEM MOV R0A INC R0 DJNZ R2 LOOPMEM MOV 20H 00H MOV A 0FFH MOV P0 A MOV P1 A MOV P3 A RET 3 主程序 START LCALL CLEARMEMIO MAIN LCALL TEST LCALL DISPLAY AJMP MAIN 10 NOP NOP NOP NOP LJMP START 3 8 2 显示子程序 显示子程序采用动态扫描法实现四位数码管的数值显示 测量所得的 A D 转换数据放在 70H 77H 内存单元中 测量数据在显示时需转换成 10 进制 BCD 码 放在 78H 7BH 单元中 其中 7BH 存放通道标志数 寄存器 R3 用作 8 路循环控制 R0 用作显示数据地址指针 图 3 8 2 显示子流程图 开始 结束 结束 11 1 显示控制程序 DISPLAY JB 00H DISP11 MOV R3 08H MOV R0 00H MOV 7BH 00H DISLOOP1 LCALL TUNBCD MOV R2 0FFH DISLOOP2 LCALL DISP LCALL KEYWORK1 DJNZ R2 DISLOOP2 INC R0 INC 7BH DJNZ R3 DISLOOP1 RET DISP11 MOV A 7BH SUBB A 01H MOV 7BH A ADD A 70H MOV R0 A DISLOOP11 LCALL TUNBCD MOV R2 0FFH DISLOOP22 LCALL DISP LCALL KEYWORK2 DJNZ R2 DISPLOOP22 INC 7BH RET 2 显示数据转为三位 BCD 码子程序 TUNBCD MOV A R0 12 MOV B 51 DIV AB MOV 7AH A MOV A B CLR F0 SUBB A 1AH MOV F0 C MOV A 10 MUL AB MOV B 51 DIV AB JB F0 LOOP2 ADD A 5 LOOP2 MOV 79H A MOV A B CLR F0 SUBB A 1AH MOV F0 C MOV A 10 MUN AB MOV B 51 DIV AB JB F0 LOOP3 ADD A 5 LOOP3 MOV 78H A RET 3 显示子程序 DISP MOV R1 78H MOV R5 0FEH 13 PLAY MOV P1 0FFH MOV A R5 ANL P3 A MOV A R1 MOV DPTR TAB MOVC A A DPTR MOV P1 A JB P3 2 PLAY1 CLR P1 7 PLAY1 LCALL DL1MS INC R1 MOV A P3 JNB ACC 3 ENDOUT RLA MOV R5 A MOV P3 0FFH AJMP PLAY ENDOUT MOV P3 0FFH MOV P1 0FFH RET TAB DB 0C0H 0F9H 0A4H 0B0H 99H 82H 80H 90H 0FFH 4 延时程序 DL10MS MOV R6 0D0H DL1 MOV R7 19H DL2 DJNZ R7 DL2 DJNZ R6 DL1 RET DL1MS MOV R4 0FFH LOOP11 DJNZ R4 LOOP11 14 MOV R4 0FFH LOOP22 DJNZ R4 LOOP22 RET 5 电压测量 A D 子程序 TERT CLR A MOV P2 A MOV R0 70H MOV R7 08H LCALL TESTART WAIT JB P3 7MOVD AJMP WAIT TESTART SETB P2 3 NOP NOP CLR P2 3 SETB P2 4 NOP NOP CLR P2 4 NOP NOP NOP NOP RET MOVD SETB P2 5 MOV A P0 MOV R0 A CLR P2 5 INC R0 15 MOV A P2 INC A MOV P2 A CJNE A 08H TESTEND TESTEND 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 6 安键子程序 KEYWORK1 JNB P3 5 KEY1 KEYOUT RET KEY1 LCALL DISP JB P3 5 KEYOU