数字电压表设计微机控制系统及应用大作业.doc

微机控制系统及应用大作业指导老师： 学生： 学号：班级： 日期：2010-12-31微机控制系统及应用大作业1、具体要求1. 程序由键盘功能键0启动，由功能键1停止；2. 以T0为采样周期对模拟信号源进行采样（模拟信号源为标准工业电压 05v）；3. A/D转换的误差小于0.02v；4. 用数字滤波器滤除过程噪声；5. 用LED显示特殊采样值，要求是电压值，并且小数点后保留两位有效值（要求显示的特殊采样值：0、1/2Vmax、Vmax），串口输出数据；6. 给出总体设计方案（说明各部分功能）；7. 画出硬件逻辑图；8. 编写软件(语言任选)；2、系统硬件设计与实现本主要是由电源电路、键盘控制电路 、时钟电路 、 数据采集电路、显示电路，转换电路这几部分组成。本次设计介绍了用ADC0808集成电压转换芯片和80C51单片机设计制作的数字直流电压表。此系统主要由A/D0808转换器和单片机80C51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。本系统所用的一些主要的电子器件如下：表1、 系统主要元器件器件型号芯片80C51LED7SEG-MPX4-CA移位寄存器74LS164.IEC数模转换器ADC0808采样器LF3982.1、系统各个部分选型及设计2.1.1 80C51芯片80C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。80C51单片机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所示:图2.1 80C51芯片管脚图主要特性：与MCS-51 兼容 4K字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-24Hz三级程序存储器锁定片内振荡器和时钟电路1288位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源 可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式管脚接法说明：GND：接地VCC：供电电压我们接+5V P0口：在这个设计中我们将AT89C51做为BCD码的输出口与LED显示器相连。由于P0口输出驱动电路中没有上拉电阻，所以我们在外接电路上接上拉电阻。P1口：把AT89C51中的P1口与ADC0809的输出端相连，做为数字信号的接收端。P2口：我们把P2口做为位码输出口，以P2.02.3输出位控线与LED显示器相连.P3口：利用P3.0，P3.1，P3.2，P3.4，P3.5，P3.6分别与ADC0808的OE，EOC，START/ALE，A，B，C端相连。XTAL1 ，XTAL2：外接一振荡电路。RST：在此端接一复位电路。本系统由于采用串口输出，所以P3口部分要被分配来做串口输出。2.1.2 A/D模数转换和采样器A/D转换器是模拟量输入通道中的一个环节，单片机通过A/D转换器把输入模拟量变成数字量再处理。 随着大规模集成电路的发展，目前不同厂家已经生产出了多种型号的A/D转换器，以满足不同应用场合的需要。如果按照转换原理划分，主要有3种类型，即双积分式A/D转换器、逐次逼近式A/D转换器和并行式A/D转换器。目前最常用的是双积分和逐次逼近式。双积分式A/D转换器具有抗干扰能力强、转换精度高、价格便宜等优点，比如ICL71XX系列等，它们通常带有自动较零、七段码输出等功能。与双积分相比，逐次逼近式A/D转换的转换速度更快，而且精度更高，比如ADC0808、ADC0809等，它们通常具有8路模拟选通开关及地址译码、锁存电路等，它们可以与单片机系统连接，将数字量送入单片机进行分析和显示。 本设计中，由于对精度没做很大要求，我们采用逐次逼近式A/D转换ADC0808.由于ADC0808在进行A/D转换时需要有CLK信号，本系统的CLK信号由外部时钟信号产生，时钟信号为500KHZ。 ADC0808 芯片管脚图如下图所示：图2.2 ADC0808 芯片管脚图ADCADC0808模数转换器的引脚功能 IN0IN7:路模拟量输入。 A、B、C:位地址输入，个地址输入端的不同组合选择八路模拟量输入。ALE:地址锁存启动信号，在ALE的上升沿，将A、B、C上的通道地址锁存到内部的地址锁存器。D0D7:八位数据输出线，A/D转换结果由这根线传送给单片机。OE:允许输出信号。当OE=1时，即为高电平，允许输出锁存器输出数据。 START:启动信号输入端，START为正脉冲，其上升沿清除ADC0808的内部的各寄存器，其下降沿启动A/D开始转换。 EOC:转换完成信号，当EOC上升为高电平时，表明内部A/D转换已完成。CLK:时钟输入信号，0808的时钟频率范围在101200kHz，典型值为640kHz。本系统中A/D转换器的输出与单片机上面的P1口相连接。图2.3 ADC0808时序图为防止在A/D转换过程中，模拟量发生变化，本系统的A/D转换器之前加了一个采样器，来保持采样信号在A/D转换的过程中不发生变化。采样器的工作控制有P0口来控制，当P0.7输出高电平时，采样器工作。采样器的输入接待测的模拟信号，采样器的输出接A/D转换器的3口。图2.4采样保持电路和A/D转换电路2.1.3 LED显示设计中采用的是4位数码管来显示电压值。LED具有耗电低、亮度高、视角大、线路简单、耐震及寿命长等优点，它由4个发光二极管组成，其中3个按8字型排列，另一个发光二极管为圆点形状，位于右下角，常用于显示小数点。把4个发光二极管连在一起，公共端接高电平，叫共阳极接法，相反，公共端接低电平的叫共阴极接法，我们采用共阳极接法。当发光二极管导通时，相应的一段笔画或点就发亮，从而形成不同的发光字符。其8段分别命名为dp g f e d c b a。图2.5 四位数码管图片在P1口的到的数据有可能会由于系统的干扰产生误差，所以本系统采用数字滤波法对信号进行了滤波处理，消除外界干扰的影响。本系统要求要在串口输出数据，所以本系统加上个了一个移位寄存器，移位寄存器和P3.0、P3.1相连接获得信号的输入。本文的LED采用共阳极接法，所以段显码从下表可查表2、 系统段显码图2.5显示模块2.1.4 键盘电路图2.6 键盘电路 此电路用另个独立按键来控制系统。两个键盘分别接到P2口上的2.4位置和2.5位置。当按下键盘0时，P2.4口上输入高电平，系统开始工作。当按下键盘1时P2.5口上输入高电平，系统停止工作。2.2、 实验原理图如下所示：3、软件的设计3.1 程序流程图图3.1 主程序流程图由于系统存在干扰，所以要加入数字滤波程序，来消除误差。数字滤波是一种程序滤波，通过程序运算对采样信号进行平滑处理，消除或减少噪声的影响。与模拟滤波器比较，数字滤波具有以下优点：（1）不需要增加硬件设备，且多通道可用一个滤波程序。（2）无阻抗匹配问题，可靠性高。（3）可以对极低频率（0.01Hz）的干扰信号进行滤波。（4）滤波器的参数调整方便灵活。主要有限幅滤波、中值滤波、算术平均值滤波、一阶惯性滤波这几种，本文采用一阶惯性滤波。由于数字滤波的后的数据和段显码不对应，不能正确显示，必须要加入转换程序，使滤波后的数据转换成段显码。3.2 C语言编写的程序本系统的主要程序为数字滤波子程序、显示转换子程序和主程序三大部分组成。#include#include#define uchar unsigned char# define a 0.001#define count 5uchar idata*addr_x;sbit P2_1=P21;sbit P2_2=P22;sbit P2_3=P23;sbit OE=P00;sbit EOC=P01;sbit ST=P02;sbit P0_4=P04;sbit P0_5=P05;sbit P0_6=P06;sbit key0=P24;sbit key1=P25;sbit logic=P07;uchar code leddata_dot=0x40, 0x79, 0x24, 0x30, 0x19, 0x12; /带小数点的05六个段码uchar code leddata_dot=0xc0, 0xF9, 0xA4, 0xB0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xF8, 0x80, 0x90; /共阳极09十个段码/*/延时子程序/*Void delay(uchar n)uchar i,j;for(i=0; in; i+)for(j=0; j125; j+)/*数字滤波子程序/*void filtering(*addr_x)int i;for(i=1;i=count;i+)(*addr_x+i)=(1-a)*(*(addr_x+i-1)+a*(*(addr_x+1);/*/将A/D转换的输出的数据转换成相应的电压值并显示出来/*void convert(uchar volt_data)uchar temp;SBUF=leddata_dotvolt_data/51; /A/D转换的值/51即为个位上的电压值P2_1=1; /显示个位的值delay(3);P2_1=0;If(volt_data%51)0x19) /余数小于19H，显示小数点后的第一位SBUF =leddata(volt_data%51)*10/51;P2_2=1;delay(3);P2_2=0;elseSBUF =leddata(volt_data%51)*10/51+5; /余数大于19H，结果再加上5P2_2=1; /显示小数点后的第一位 delay(3);P2_2=0;Temp=(volt_data%51)*10)/51)*10%51;If(temp0x19) /余数小于19H，显示小数点后的第二位SBUF =leddatatemp*10/51;P2_3=1;delay(3);P2_3=0;elseSBUF =leddatatemp*10/51+5; /余数大于19H，结果再加上5P2_3=1；delay(3);P2_3=0;void main()uchar volt_data;P0_4=1;/选择通道3P0_5=1;P0_6=0;SCON=0x00;TMOD=0x20;TH1=0xE8;TL1=0xE8;TR1=1;EA=1;ES=1;while(key0)logic=1;ST=0;_nop_();ST=1;_nop_();ST=0;/启动AD转换while(!=key1)int i;for(i=1;i= count;i+)If(EOC=0)/等待转换结束delay(100);while(EOC=0);OE=1;*addr_x=P1;/允许输出OE=0;/关闭输出addr_x+;addr_x= addr_x-5volt_data= filtering(*addr_x);/暂存转换结果convert(volt_data);/调用数据处理子程序delay(500);4、课程总结本科的时候本人修过一门和本课程类似的课，叫微机原理及控制，由于当时是初次接触到单片机的知识，还不觉得那门课程的重要性，所以当时学习的时候感觉很懵懂。但是进入研究生以来，慢慢发现单片机及其控制室非常有用的，本人的专业是机械电子工程，是机械和控制工程的结合。本来不扎实的单片机知识使我对这个专业感觉到有点力不从心。幸好，这学期还开了这门微机控制及应用的课，杨老师上课深入浅出的讲课风格使我对微机控制有了深入的了解，逐渐产生很大的兴趣，对机械电子的项目也渐渐有了自