直流数字电压表设计

许昌学院软件职业技术学院 电子测量技术技术 直流数字电压表设计郭妍1 电子测量技术 直流数字电压表设计 院院 系系 软件职业技术学院软件职业技术学院 专专 业业 应用技术应用技术 2 班班 学学 生生 姓姓 名名 郭妍郭妍 学学 号号 51031300165103130016 许昌学院软件职业技术学院许昌学院软件职业技术学院 电子测量技术技术电子测量技术技术 直流电压表设计郭妍2 目 录 1 题目及设计要求 3 页 二 主要技术 3 页 三 方案选择 3 页 四 电路设计原理 3 页 4 1 模数转换 4 页 4 2 数字处理及控制 5 页 五 电路图分介绍 5 页 5 1 AT89C51 介绍 6 页 5 2 排阻介绍 7 页 5 3 晶振电路 7 页 5 4 复位电路 8 页 5 5 ADC0808 介绍 8 页 5 6 共阴极数码管 9 页 5 7 模拟输入电路 9 页 5 8 总设计图 10 页 5 9 仿真图 10 页 六 设计程序 11 页 七 心得体会 14 页 许昌学院软件职业技术学院许昌学院软件职业技术学院 电子测量技术技术电子测量技术技术 直流电压表设计郭妍3 直流数字电压表电路设计报告直流数字电压表电路设计报告 一 一 题目及设计要求 利用单片机 AT89C51 与 ADC0808 设计一个数字电压表 能够测量 0 5V 的直流电压 值 精度越高越好 二 二 主要技术 用 ADC0808 集成电压转换芯片和 AT89C51 单片机设计制作的数字直流电压表 在测 量仪器中 电压表是必须的 而且电压表的好坏直接影响到测量精度 具有一个精度高 转换速度快 性能稳定的电压表才能符合测量的要求 为此 我们设计了数字电压表 此作品主要由 A D0808 转换器和单片机 AT89C51 构成 A D 转换器在单片机的控制下完 成对模拟信号的采集和转换功能 最后由数码管显示采集的电压值 此设计通过调试完 全满足设计的指标要求 电路设计简单 设计制作方便有较强的实用性 三 三 方案选择 主要设计方框图如下 主要设计方框图如下 1 主控芯片主控芯片 选用单片机 AT89C51 和 A D 转换芯片 ADC0809 实现电压的转换和控制 用四位数码 管显示出最后的转换电压结果 缺点是价格稍贵 优点是转换京都高 且转换的过程和 控制 显示部分可以控制 2 2 显示部分 显示部分 选用一个四联的共阴极数码管 外加四个三极管驱动 这个电路几乎没有缺点 优 点是便于控制 价格低廉 焊接简单 四 电路设计原理 模拟电压经过档位切换到不同的分压电路筛减后 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 LED 中显示 同时通 过串行通讯与上位通信 硬件电路及软件程序 而硬件电路又大体可分为 A D 转换电路 电压采集 模数转换 单片机处理 数码管显示 许昌学院软件职业技术学院许昌学院软件职业技术学院 电子测量技术技术电子测量技术技术 直流电压表设计郭妍4 LED 显示电路 各部分电路的设计及原理将会在硬件电路设计部分详细介绍 程序的设 计使用汇编语言编程 利用 Keil 和 PROTEUS 软件对其编译和仿真 一般 I O 接口芯片的驱动能力是很有限的 在 LED 显示器接口电路中 输出口所 能提供的驱动电流一般是不够的尤其是设计中需要用到多位 LED 此时就需要增加 LED 驱动电路 驱动电路有多种 常用的是 TTL 或 MOS 集成电路驱动器 在本设计中采用了 74LS244 驱动电路 本实验采用 AT89C51 单片机芯片配合 ADC0808 模 数转换芯片构成一个简易的数字电 压表 原理电路如图 1 所示 该电路通过 ADC0808 芯片采样输入口 IN0 输入的 0 5 V 的模拟量电压 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 P0 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 并通过其 P1 口传送给数码管 同时它还通过其三位 I O 口 P1 0 P1 1 P1 2 P1 3 产生位选信号 控制数码管的亮灭 另外 AT89C51 还控制着 ADC0808 的工作 其 ALE 管脚为 ADC0808 提供了 1MHz 工作的时钟脉冲 P2 4 控制 ADC0808 的地址锁存端 ALE P2 1 控制 ADC0808 的启动端 START P2 3 控制 ADC0808 的输出允许端 OE P2 0 控制 ADC0808 的转换结束信号 EOC 4 1 模数转换 数据处理及控制 模块 AT89C51 P 0 P 2 显示模块 4 位一体 LED 数码管 数据采 集模块 ADC0808 控 制 信 号 输出显示 Analog Digital LED 位控制信号 P 2 P 3 许昌学院软件职业技术学院许昌学院软件职业技术学院 电子测量技术技术电子测量技术技术 直流电压表设计郭妍5 电路原理图如下所示 三个地址位 ADDA ADDB ADDC 均接高电平 5V 电压 因而所需 测量的外部电压可由 ADC0808 的 IN7 端口输入 由于 ADC0808 在进行 A D 转换时需要有 CLK 信 本设计中利用 AT89C51 的定时中断产生一个 100KHZ 的脉冲 由 P1 4 口送给 ADC0808 的时钟端 通过软件给其输入一个正脉冲 可立即启 动 A D 转换 在软件设计中 由于我们对单片机知识还没能很熟练的掌握 用中断方式 较复杂 且这个程序 CPU 工作量不大 查询方式对速度不会产生影响 所以我们采用查 询方式 确保仿真的进度和准确度 系统原理图 51系列 单片机 数据显示 A D 电压放大 电压输入 在 A D 转换开始之前 逐次逼近寄存器的 SAR 的内容为 0 在 A D 转换过程中 SAR 存放 试探 数字量 在转换完毕后 它的内容即为 A D 转换的结果数字量 逻辑控制 与定时电路在 START 正脉冲启动后工作 没来一个 CLK 脉冲 该电路就可能告知向 SAR 中传送一次试探值 对应输出 U0 与 U1 比较 确定一次逼近值 经过 8 次逼近 即可获 得最后转换的结果数字量 此处 EOC 端口的信号显示 ADC0808 的状态 开始 A D 转换 时 EOC 为低电平 转换结束后 输出高电平 4 2 数据处理及控制 A D 转换完毕后 单片机的 P1 6 口接收到一高电平 立马通过 P2 将 OE 置 1 ADC0808 的三态输出锁存器被打开 转换完的数字信号经过与 D0 D7 相连的 P0 口进 入 AT89C51 AT89C51 根据公式 1 1 将数字信号转换为模拟量 然后利用程序获取模拟 许昌学院软件职业技术学院许昌学院软件职业技术学院 电子测量技术技术电子测量技术技术 直流电压表设计郭妍6 量的每一位 分别通过 P2 口输出到 LED 上 与此同时 AT89C51 会通过 P2 0 P2 3 口选 择用哪一段 LED 显示所传出的数据 例如 当 P2 0 P2 3 1110 则 LED 接收到的数据会 在第四段 LED 上显示 五五 电路图的介绍 5 15 1 AT89C51 介绍 AT89C51 是 51 系列单片机的一个型号 它是 ATMEL 公司生产的 AT89C51 是一个低电压 高性能 CMOS 8 为单片机 将通用的微处理器和 Flash 存储器结合在一起 可反复擦写 的 Flash 存储器可有效地降低开发成本 AT89C51 有 PDIP PQFP TQFP 及 PLCC 等三种封 装形式 以适应不同产品的需求 主要功能特性 1 低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功能 2 兼容 MCS51 指令系统 8K 可反复擦写 1000 次 Flash ROM 3 3 个 16 位可编程定时 计数器中断 时钟频率 0 24MHz 4 32 个双向 I O 口 256B 内部 RAM 5 2 个串行中断 可编程 UART 串行通道 6 2 个外部中断源 共 6 个中断源 7 2 个读写中断口线 3 级加密位 许昌学院软件职业技术学院许昌学院软件职业技术学院 电子测量技术技术电子测量技术技术 直流电压表设计郭妍7 5 25 2 排阻介绍 排阻一般应用在数字电路上 比如 作为某个并行口的上拉或者下拉电阻用 使用排阻 比用若干只固定电阻更方便 排阻的特点 排阻具有方向性 与色环电阻相比具有整齐 少占空间的优点 5 35 3 晶振电路 接 12MHz 晶振 根据芯片手册 适合并联 30pf 微调电容 从而构成并联谐振 帮助和 稳定输出波形 许昌学院软件职业技术学院许昌学院软件职业技术学院 电子测量技术技术电子测量技术技术 直流电压表设计郭妍8 5 4 复位电路 AT89C51 单片机要求至少两个高电平 以便单片机做好准备工作 当上电时 由于电容的电压不能突变 会输出高电平 当电容充电到一定程度 就会输出低电平 单片机利用输出高电平的这段时间复位 电阻和电容的值选择要合适 在这要求 R1 R2 所以选取 R1 1 R2 10 k k 5 5 ADC0808 模数转换芯片简介 许昌学院软件职业技术学院许昌学院软件职业技术学院 电子测量技术技术电子测量技术技术 直流电压表设计郭妍9 ADC0808 是采样分辨率为 8 位的 以逐次逼近原理进行模 数转换的器件 其内部有一个 8 通道多路开关 它可以根据地址码锁存译码后的信号 只选通 8 路模拟输入信号中的 一个进行 A D 转换 ADC0808 是 ADC0809 的简化版本 功能基本相同 一般在硬件仿真 时采用 ADC0808 进行 A D 转换 实际使用时采用 ADC0809 进行 A D 转换 引脚功能 外部特性 ADC0808 芯片有 28 条引脚 采用双列直插式封装 如右图所示 各引脚功能如下 1 5 和 26 28 IN0 IN7 8 路模拟量输入端 8 14 15 和 17 21 8 位数字量输出端 22 ALE 地址锁存允许信号 输入 高电平有效 6 START A D 转换启动脉冲输入端 输入一个正脉冲 至少 100ns 宽 使其 启动 脉冲上升沿使 0809 复位 下降沿启动 A D 转换 7 EOC A D 转换结束信号 输出 当 A D 转换结束时 此端输出一个高电平 转换期间一直为低电平 9 OE 数据输出允许信号 输入 高电平有效 当 A D 转换结束时 此端输入 一个高电平 才能打开输出三态门 输出数字量 许昌学院软件职业技术学院许昌学院软件职业技术学院 电子测量技术技术电子测量技术技术 直流电压表设计郭妍10 10 CLK 时钟脉冲输入端 要求时钟频率不高于 640KHZ 12 VREF 和 16 VREF 参考电压输入端 11 Vcc 主电源输入端 13 GND 地 23 25 ADDA ADDB ADDC 3 位地址输入线 用于选通 8 路模拟输入中的一路 5 65 6 四位共阴极数码管简介 数码管是一种半导体发光器件 其基本单元是发光二极管 v 数码管是一种半导体发光器 件 其基本单元是发光二极管数码管是一种半导体发光器件 其基本单元是发光二极管 许昌学院软件职业技术学院许昌学院软件职业技术学院 电子测量技术技术电子测量技术技术 直流电压表设计郭妍11 5 7 模拟输入电路 通过可变电阻一端接电源 5v 一端接地 GND 通过改变电阻的阻值 从而改变所测电压 值 实现电压的模拟信号输入 5 8总设计图 设计原理 将模拟量通过 IN0 输入 经过 ADC0808 芯片转换 得到数字量输出到单片机 P0 口 经过单片机处理后 送到四位共阴极数码管上显示 5 95 9仿真图 许昌学院软件职业技术学院许昌学院软件职业技术学院 电子测量技术技术电子测量技术技术 直流电压表设计郭妍12 六 六 设计程序 include include define uchar unsigned char define uchar unsigned char define uint unsigned int sbit START P3 0 sbit OE P3 1 sbit EOC P3 2 sbit P07 P0 7 sbit CLK P3 4 uchar data led 4 许昌学院软件职业技术学院许昌学院软件职业技术学院 电子测量技术技术电子测量技术技术 直流电压表设计郭妍13 uint data tvdata uchar code tv 0 xfe 0 xfd 0 xfb 0 xf7 uchar code a 0 x3f 0 x06 0 x5b 0 x4f 0 x66 0 x6d 0 x7d 0 x07 0 x7f 0 x6f void delay void 延时程序 uint i for i 0 i5000 tvdata 5000 led 0 tvdata 10 led 1 tvdata 10 10 led 2 tvdata 100 10 led 3 tvdata 1000 for k 0 k 4 k 许昌学院软件职业技术学院许昌学院软件职