基于ADC0809电压检测（电压表）.doc

编号： MCS-51单片机 实训 (论文)说明书题 目： ADC0809电压检测 院 （系）： 专 业： 电子信息工程 学生姓名： 学 号： 指导教师： 2009年 12 月 31 日4摘 要为适应当今社会的需求，我高校积极培养学生动手能力和实践创新能力。通过实训使学生学到电子产品的工艺设计知识，并通过真刀真枪的电子产品制作，使学生了解电子产品制造过程、熟悉电子产品工艺，掌握制作电子产品的操作技能，为进一步学习和应用奠定基础。它不仅能让学生巩固模电、数电以及单片机三大技术，更能把动手实践糅合在一起，真正实现培养“高素质、高层次、多样化、创造性的人才培养目标。本次实训内容为数字电压表，数字电压表是利用A/D转换原理，将被测模拟量转换成数字量,并用数字方式显示测量结果的电子测量仪表。通常数字电压表都采用大规模的A/D转换集成电路，测量精度高，读数方便，在体积、重量、耗电、稳定性及可靠性等方面性能指标均明显优于指针式万用表。其中，A/D转换器将输入的模拟量转换成数字量，逻辑控制电路产生控制信号，按规定的时序将A/D转换器中各组模拟开关接通或断开，保证A/D转换正常进行。A/D转换结果通过计数译码电路变换成笔段码，最后驱动显示器显示相应的数值。本系统以单片机AT89S52为系统的控制核心,结合A/D转换芯片ADC0809设计一个数字电压表，能够测量05V之间的直流电压值，通过四位数码显示。读数据准确，测量方便。关键词：数字电压表；数码显示 ;AT89S52;ADC0809AbstractFor orientation the societys need,university develop the student begin ability and practice innovation ability.passing practice to make the student learn an electronics product of technological design knowledge, and passing true knife true gun of electronics product creation, make student understanding electronics product manufacturing process, acquaint with an electronics product craft, control creation electronics product of operation technical ability, is further study and application lay foundation. It not only let the student enhance mold electricity, number electricity and list slice the machine be three greatest techniques, more ability begin of university practice the Rou match together, real realization development Gao character, key figures time, diversification, create sex of talented person development target.The digital voltmeter uses A/D transformation principle, will be measured that the simulation quantity transforms the digital quantity, and demonstrates the measurement result with the digital form the electronic surveying measuring appliance. Usually the digital voltmeter uses the large-scale A/D transformation integrated circuit, the measuring accuracy is high, the reading is convenient, in the volume, the weight, consumes aspect performance indices and so on electricity, stability and reliability obviously surpasses the indicator type avonmeter. And, A/D switch will input the simulation quantity transforms the digital quantity, the logical control electric circuit produces the control signal, according to the stipulation succession A/D switch in each group of analog switch connection or the separation, guaranteed that A/D transforms carries on normally. A/D transformation result transforms Cheng Biduan through the counting decoding circuit the code, finally actuates the monitor demonstration corresponding value. This system take monolithic integrated circuit AT89S51 as systems control core, unifies A/D transformation chip ADC0809 to design a digital voltmeter, can survey between 0-5V the DC voltage value, through four digital demonstrations. Reads the data to be accurate, the survey is convenient. Key words: Digital voltmeter; Digital demonstration; AT89S51; ADC0809目 录1 功能模块介绍41.1 基本功能实现:41.2 主要元器件介绍51.2.1主控模块51.2.2 AT89S52管脚说明61.2.3显示模块61.2.4电压采集模块71.3 电路图及原理101.3.1电路原理图102 原理介绍112.1 主要原理112.2 ADC0809驱动程序113 线路设计123.1 布线注意事项123.2 腐蚀电路板时应注意的事项123.3 电路板的检测及注意问题124 功能验证134.1 测试要求：134.2 板的参数测试及分析134.2.1参数测试记录：134.2.2测试结果分析：135 结论13谢 辞15参考文献16附 录17引言52单片机是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM)Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。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。该芯片功能比较强大，而且性价比比较高，所以被应用与各种场合。本系统是应用52的控制实现对电压的测量，并且显示出其电压。还在系统中加入了一些使用的控制部分。方案选择和论证：AT89S51AD转换输入电压键盘数码显示电路图一1 功能模块介绍1.1 基本功能实现: 1.1.1电压测量范围0-5V。1.1.2能用数码管显示电压值。1.1.3测量精度达0.1V。1.1.4实现8路直流电压检测1.2 主要元器件介绍1.2.1主控模块采用ATMEL公司生产的AT89S52单片机作为系统的控制器。52系列的单片机的使用简单，软件编程灵活。自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且功耗低、体积小、技术成熟和成本低。特别是起低功耗，8位CMOS工艺处理，具有8K在线可编程FLASH存储器。片内FLASHKE多次编程。AT89S51可以位许多嵌入式应用提供高灵活性，高性价比的解决方案。AT89S51 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。图二1.2.2 AT89S52管脚说明(1)VCC/GNN：电源引脚（2）P0：是一个8位漏极开路型双向I/O端口，端口置1是做高阻抗输入端（3）P1口：带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。输出时可取东4个TTL。端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。（4）P2口:是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。输出时刻驱动4个TTL。端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，做输入用。（5）P3口:带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。输出时可驱动4个TTL。端口置1是，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。 表一 功能复用表P3引脚兼用功能P3.0串行通讯输入（RXD）P3.1串行通讯输出（TXD）P3.2外部中断0(IN0)P3.3外部中断1(IN1)P3.4定时器 0输入(T0)P3.5定时器 1输入(T1)P3.6外部数据存储写选通(WR)P3.7外部数据存储写选通(RD)1.2.3显示模块采用2个4位LED共阴数码管显示。在接数码管时应注意应使用上拉电阻，以及管脚的连接要注意其正确性，接P0口的数码管要使用上拉电阻。数码管显示原理图如下： 图三1.2.4电压采集模块采用ADC0809转换芯片，其中A/D转换器用于实现模拟量向数字量的转换，由于模拟转换电路的种类很多，选择A/D转换器从速度，精度和价格方面考虑，其内部是8路模拟选通开关，以及相应的通道抵制锁存用译码电路，转换时间是100S左右。单电源供电1 .ADC0809的内部逻辑结构 引脚结构及功能：图四图五由上图可知，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。 IN0IN7：8条模拟量输入通道 ADC0809对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是05V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。 地址输入和控制线：4条 ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A，B，C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。A，B和C为地址输入线，用于选通IN0IN7上的一路模拟量输入。通道选择表如下表所示。 表二 ADC0809通道选择CBA000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7数字量输出及控制线：11条 ST为转换启动信号。当ST上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D转换；在转换期间，ST应保持低电平。EOC为转换结束信号。当EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D转换。OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE1，输出转换得到的数据；OE0，输出数据线呈高阻状态。D7D0为数字量输出线。 CLK为时钟输入信号线。因ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHZ，VREF（），VREF（）为参考电压输入。 2ADC0809应用说明 （1） ADC0809内部带有输出锁存器，可以与AT89S51单片机直接相连。 （2） 初始化时，使ST和OE信号全为低电平。 （3） 送要转换的哪一通道的地址到A，B，C端口上。 （4） 在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号。 （5） 是否转换完毕，我们根据EOC信号来判断。 （6） 当EOC变为高电平时，这时给OE为高电平，转换的数据就输出给单片机了。1.3 电路图及原理1.3.1电路原理图图六2 原理介绍2.1 主要原理上图为本作品的电路原理图。本电路的设计比较简单，主要原理是利用单片机的控制并计算来自ADC809的数字信息。然后再用数码管来显示所转换的数据，即为电压的值。本设计用P3.0控制ADC0809的ST引脚，用P3.1控制OE引脚，P3.2控制EOC引脚。用P0接受来自ADC0809的数据信息。用P2控制输出给数码管显示。用P3.5来做警报信号输出引脚。存贮三组电压的值是用P3.3，P3.6，P3.7接三个按键来控制的。由于本设计中单片机的时钟晶振是6M，所以可以从单片机的ALE（可以输出6分频）输出同步时钟给ADC0809。2.2 ADC0809驱动程序用P0口接收来自ADC0809的数据，把数据乘上19.53125（5/256）*1000）然后取出各个位的数字传给digital数组。ST=0; ST=1; ST=0; while(EOC=0) OE=1; outcode=P0*19.53125; outcodeint=outcode; digital3=outcodeint/1000; digital2=outcodeint%1000/100; digital1=outcodeint%100/10; digital0=outcodeint%10; 图一3 线路设计3.1 布线注意事项在排板布线的过程中要注意实际问题：（1）器件的摆放位置要恰到好处，这样可以使作品看起来美观又方便。（2）在布线的过程中要设置比较合适的间距，这样在印制电路的时候会方便很多。（3）在走线的时候要注意一些技巧，在没有影响到电路的前提下可以让线两个管脚间穿过。（4）需要绕很远的线可以使用跳线来简化布线过程。3.2 腐蚀电路板时应注意的事项（1）在配制腐蚀液时要按照比例。水：双氧水：浓盐酸=3：1：2。（2）腐蚀时间不要过长，以免把电路腐蚀过度。（3）在腐蚀完以后要对电路进行检测，看有没有断路和短路的，要是有需要对电路进行修改。（4）需要对电路板涂上松香，其作用是防止电路被氧化和在焊接的时候但到助焊剂的作用。（5）焊接的时候要注意不要把不相连的点挂接。（6）焊接的时候烙铁的温度不要太高，焊接的时间不要太长，以免焊盘脱落和在焊接的时候就把器件烧坏。（7）焊接完后好对电路图进行检测，看是否所有器件都是好的，看是否有挂接和虚焊的。焊接时器件的摆放要合理（1）烙铁要放在架上，以免烫到人或其他器件。（2）需要用到的器件应该准备好，方在左手边，以便随时可以拿到进行焊接。3.3 电路板的检测及注意问题（1）在接电之前应该线测电源跟地是否短接，和检测电路是否有不该接的地方接到了一起（2）检测是否有线断路。（3）接上电后应该检测各个器件的的电源跟地脚的电平是否正确。（4）接上电后要触摸芯片查看是否有发烫现象，若有则应立即关掉电源。（5）硬件没有问题后结合软件调试。4 功能验证4.1 测试要求：结合软硬件测试系统各个部分的功能，并把参数记录。4.2 板的参数测试及分析4.2.1参数测试记录： 表三 测试参数表实际电压（V）1.452.944.44测量结果（V）1.372.854.324.2.2测试结果分析：测试结果显示，该作品达到0.1v精度的要求。说明此系统可以达到本次实训的要求。5 结论本次实训是老师给任务同学自己选择项目。我选择的是单片机数字电压表的设计。在学玩单片机的理论知识之后，我已经对不系统的设计有了一定的信心。第一步是设计电路原理图并且仿真，由于我已经接触过单片机，并且对使用单片机设计电压表有一定的理解，所以这个步骤完成得比较顺利。不过在这个过程中我发现用不同的引脚来控制ST,OE,EOC结果会后区别。这是本次实训中收获的重要的一点，这是我更加了解单片机上电后各引脚的电平情况。第三步是PCB的排版，这次的设计用到的芯片比较多，所以排板也有一定的难度，可是在不线的过程中我学到了很多技巧，比如，在布局的时候要注意芯片的摆放位置，这样会给布线带来很大的方便。第四步就是打印腐蚀电路板打孔和焊接了。这步也是成功的关键，在印制电路板时要注意印制的质量，如果效果不好，要用油性笔把不清楚的或者断的线补上。在这步中，最重要的应该是焊接，有了前面的焊接基础，在这次焊接中我没有出现什么问题，还提高了自己的焊接技术了。在一本次制作中，最主要的就是接下来的第五步了。第五步是电路的调试。在调试在本次调试过成中，我在前面学习的基础上，学会了更加灵活地用软件来调试硬件，把硬件调试好后用硬件来调试软件。第六步就是整理数据了，数字电压表的测试非常简单，只要有电源和万用表就可以了。在本次实验中，自己还觉得有一些遗憾。就是开始的时候我对单片机的了解不够，导致在设计的过程中出现了单片机无法控制ADC0809的工作这样的情况。我花了比较多的时间去改正这个错误。还有由于对编程不是很了解，所以在软件调试的过程也花了比较多的时间。可是也因为这些，使我在本次实训中学到了很多的东西。25谢 辞经过三个星期的努力，我终于完成了电子线路设计实训。在这个过程中，有过快乐也有过烦恼，但更多的是收获了知识。首先，感谢应用科技学院为我们安排了这单片机设计实训。一些器件是比较贵的，非常感谢学院领导和老师给我们提供硬件条件和在理论知识方面的帮助。还要感谢授课老师的指导，在任务开始前，老师都会首先全面的为我们补充讲注意事项。特别感谢他们在整个实训过程中对我们严格要求，耐心指导，反复为讲解要点，给与我们极大的帮助以及鼓励。感谢我的同学，在我遇到难题时，能牺牲自己的时间来帮助我。ADC电压检测表完成了，但学术研究需要的是深入思考锲而不舍，特别要与时俱进，挖掘吸取最新信息资源。此中甘苦，非亲身经历者不得而知。也许我们现在还存在许多问题，但我相信，在今后的学习过程中，我一定会更努力的去解决问题。参考文献1 刘勇. 数字电路. 电子工业出版社，20042 王法能.单片机原理及应用.（简明修订版） 科学出版社出版发行, 2001 3 赵伟军.PROTEL 99 SE 教程.人民邮电出版社，20044 黄 强.模拟电子技术.科学出版社，20035 徐正惠,胡海影.单片机原理与应用实训教程.北京:科学出版社,2004 6 王飞雪,郭桂蓉.基于二阶采样免混频全数字化正交解调.电子学报,1999,27(6):118-117 陈晓文. 电子电路课程设计.北京:电子工业出版社,2004.8附 录程序及程序流程图：1流程图：开始复位初始化读一组数Y是否超量程N确定所选通道N是否有输入是否中断NNYNY显示测量2 PCB原理图 图七3序部分：#includesbit a1=P32;sbit b1=P31;sbit c1=P30;sbit clk=P33;sbit st=P36;sbit eoc=P35;sbit oe=P34; sbit key=P37; unsigned char code dispbitcode9 = 0xf7,0xfb,0xfd,0xfe,0x7f,0xbf,0xdf,0xef,0xff; /数码管位分布(自左至右)unsigned char code dispcode = 0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0x40,0x77,0x7C,0x39,0x5E,0x79,0x71; /数码管字段0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 unsigned long int ad_data=0;unsigned long int DATA=0;unsigned long int ddata=0;unsigned char dispbuf8=0;unsigned char dispcount=0,count=0;void delay(unsigned int Ms)unsigned char i;for( ; Ms != 0; Ms- )for(i = 1; i != 0; i- );void Display(unsigned long dat)unsigned char i;for(i = 0; i != 8; i+) P2 = 0xFF; /消除重影P0 = dispcodedat%10; P2 = dispbitcodei;dat /= 10;delay(255); void time_init()TMOD=0x12; TH0=6; TL0=6;TR0=1; ET0=1;TH1=(65536-1000)/256; TL1=(65536-1000)%256;TR1=1; ET1=1;EA=1;void adc0809_init()st=0;st=1;st=0;oe=0; unsigned long int adc_data(unsigned char id)switch(id)case 0:a1=0;b1=0;c1=0;break;case 1:a1=1;b1=0;c1=0;break;case 2:a1=0;b1=1