单片机电压采集装置

第 1 页 单片机课程设计任务书 专业年级专业年级 学号学号 学生姓名学生姓名 任任务务下下达达日日期期： 设计日期：设计日期： 设计题目：设计题目： 单片机电压采集装置 设计专题题目：设计专题题目：单片机系统设计 设计主要内容：设计主要内容： 制作单片机电压采集装置 设计要求：设计要求： 1、基本要求 制作单片机电压采集装置电压采集功能在ADC0809的0通道输入05V 电压，实时显示被测电压值（显示精度0.001V，即显示1位整数，3位小数） 。 2、扩展要求 指定通道采集，模式 0：通道 0 模拟信号采集，模式 1：指定通道模 拟信号采集，模式 2：8 通道模拟信号自动循环采集，模式 3：设定报警上 限值，模式 4：设定报警下限值。系统有三个按键，分别是：模式切换、加、 减按钮，模式切换：1 号按键，模式加 1；加：2 号按键，则值加 1；模式 1 下改变通道，模式 3 下改变报警值；减：3 号按键，则值减 1， 模式 1 下 改变通道， 模式 3 下改变报警值。 报警设置：设置报警上限、下限，超过上线或者低于下线时 LED 会亮，并 发出警报声。 3、创新部分 将数码管换成LCD1602显示模式通道及电压值。 第 2 页 指导教师签字：指导教师签字： 摘摘 要要 本设计介绍了基于用 89S52 单片机和 AD0809 进行电压采集的基本电路。 系统硬件电路是由主板电路和扩展板电路两部分组成。主板电路包括单片 机的最小系统，键盘电路和 8 个 LED 数码显示电路，这部分电路已制成电 路板。扩展电路中包含了 A/D 转换电路，单片机电压采集电路，通过调节 电位器来改变输入的电压值，在主板电路的数码管中显示出所采集的电压 值，该部分电路的布线部分是由自己手工完成的。 。通过程序调试各个部分 的功能，运用 C 语言编程，完成各功能模块，通过下载软件下载到单片机 芯片中，最终实现电压采集功能和扩展功能。 关 键 词：单片机 ； ADC0809 芯片 ； C 语言编程 ； 模数转换 第 3 页 目 录 1 1 绪论绪论.5 1.11.1 系统概述系统概述.5 1.21.2 系统设计方案系统设计方案.5 2 2 硬件电路设计硬件电路设计.6 2.12.1 单片机电路单片机电路.6 2.1.12.1.1 单片机电路板单片机电路板.6 2.1.22.1.2 单片机最小系统单片机最小系统.6 2.1.32.1.3 单片机的复位电路单片机的复位电路.7 2.1.42.1.4 键盘电路键盘电路.7 2.1.52.1.5 显示译码电路显示译码电路.8 2.2A/D2.2A/D 转换转换.9 2.2.12.2.1 ADC0809ADC0809 内部结构内部结构.10 2.2.22.2.2 ADC0809ADC0809 转换原理转换原理.10 2.2.32.2.3 ADAD 转换电路转换电路.12 2.2.42.2.4 电路设计电路设计.12 2.2.52.2.5 采集数据和对应电压的转换采集数据和对应电压的转换.12 2.32.3 芯片芯片 74LS0274LS02 内部电路内部电路.13 3 3 软件设计软件设计.14 3.13.1 设计任务设计任务.14 3.23.2 按键定义及显示标志按键定义及显示标志.14 3.33.3 程序设计程序设计.14 3.3.13.3.1 主程序框图主程序框图.14 3.3.23.3.2 正正常采集常采集.15 3.3.33.3.3 指定采集指定采集.17 3.3.53.3.5 报警设置报警设置.17 4 4 系统调试系统调试.18 4.14.1 硬件部分硬件部分.18 4.24.2 软件部分软件部分.18 5 5 总结总结.19 第 4 页 1 1 绪论绪论 1.11.1 系统概述系统概述 基于单片机的电压数据采集系统通过AD0809采集8路模拟信号，转换成 数字信号由单片机处理，利用数码管显示相应的电压值，具有超限声光报 警功能。 1.21.2 系统设计方案系统设计方案 本次实验要求设计电压采集装置，课程设计分设计、制作和调试三个 部分。设计选题以单片机为核心，基本内容应包括单片机最小系统、键盘 和LED显示电路，以及设计系统涉及的其他电路。 系统硬件电路由标准电路和自制电路两部分组成。标准电路包括单片 机最小系统、8个LED数码管电路和键盘电路，这部分电路已制成电路板， 可根据设计需要进行配置选用。自制电路需自行设计焊接，包含标准电路 不具备的其他电路。 设计中采用了模数转换器，利用 AD0809 型 8 位 MOS 型 A/D 转换器。可实 现 8 路模拟信号的分时采集，片内有 8 路模拟选通开关，以及相应的通道 地址锁存用译码电路，实现模拟信号到数字信号的转换。控制部分采用单 片机 89C52 来完成。显示部分利用 LED 数码管显示模块，来显示采集到的 电压分量。 系统设计原理框图系统设计原理框图 第 5 页 CPU 电路 复位 电路 晶振 电路 数码管显示电路 按键电路 LED显示电路 电路框图 2 2 硬件电路设计硬件电路设计 系统硬件电路由标准电路和自制电路两部分组成。标准电路包括单片 机最小系统、8 个 LED 数码管电路和键盘电路，这部分电路已制成电路板， 可根据设计需要进行配置选用。自制电路需自行设计焊接，包含标准电路 不具备的其他电路。 2.12.1 单片机电路单片机电路 2.1.12.1.1 单片机电路板单片机电路板 2.1.22.1.2 单片机最小系统单片机最小系统 CPU 原理图 该原理图包含单片机以及外部连接译码，锁存电路端口，其中的 第 6 页 ALE,REST 为高电平时用来启动 ADC0809.P0、P2 口控制数码输出显示，P3 口的 P3.3、P3.4、P3.5 控制按键，P1.1P1.3 控制通道选择。 晶振采用 12MHZ，该频率有利于提高串口的通信可靠性，同时又保证单 片机有较高的运行速度。 2.1.32.1.3 单片机的复位电路单片机的复位电路 复位电路 当开关断开的时候，VCC 对电容充电，RESET 端为低电平；在开关闭合 时电容放电，RESET 端为高电平。 2.1.42.1.4 键盘电路键盘电路 1 号按键 P3.0-模式切换 2 号按键 P3.1-通道、报警限加 第 7 页 3 号按键 P3.2-通道、报警限减 4 号按键 P3.3- 查询法，接收 ad 转换状态 （不作为按键使用） 中断法，收 ad 结束中断信号 2.1.52.1.5 显示译码电路显示译码电路 LED 显示电路可提供 8 位 LED 显示；可显示 P1（P3）口状态；也可显 示输入按键状态 LED 显示电路 显示电路采用 6 位共阴极 LED 动态扫描显示，CD4511 输出所需字形， 74LS138 选择字位。在动态方式中，逐个地循环地点亮各位显示器。小数点 P2.7， bcd 码输出P2.3P2.0，字位选择 cba=P2.6P2.4。如图 7 所示： 第 8 页 数码管显示电路 显示译码电路部分由 P0 口或 P2 口输出显示、控制信号，信号包含： 4 位 BCD 码 （DCBA） 1 位小数点控制信号（DOT） 3 位位选控制信号（SEL0、SEL1、SEL2） 图 8：显示译码电路 显示译码电路 显示译码器采用 CD4511 芯片：输入：BCD 输出：七段码 74LS138 芯片是用来控制显示时候的字位的，由于单片机的管脚是有限 的通过使用 138 芯片可以避免少使用些单片机的管脚，当输入 001 时， 译码可得:输入：07 输出：低电平 74LS138 2.2A/D2.2A/D 转换转换 第 9 页 startstartclockclock 输出允许 （1,输入信号） 转换结束（1,输出） 地址锁存，输 入信号 500KHz1MHz 启动（高电平脉冲,输入） 2.2.1ADC08092.2.1ADC0809 内部结构内部结构 ADC0809 由 8 路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、256 电阻阶梯、 树状开关、逐次逼近式寄存器 SAR、控制电路和三态输出锁存器等组成。 ADC0809 结构图 2.2.2ADC08092.2.2ADC0809 转换原理转换原理 第 10 页 ADC0809 转换工作时序 工作原理： 当单片机端的 P3.3 接低电平时，可以使两个非门打开 （1）当模拟量送至某一输入通道后，CPU 将标识该通道编码的三位地 址信号经数据线或地址线输入到 ADDC、ADDB、ADDA 引脚上。 （2）地址锁存允许 ALE 锁存地址信号，启动命令 START 启动 A/D 转换。 （3）转换开始,EOC 变低电平，转换结束，EOC 变为高电平。EOC 可作 为中断请求信号。 （4）转换结束后，可通过执行 IN 指令，设法在输出允许 OE 脚上形成 一个正脉冲，打开三态缓冲器把转换的结果输入到 DB，一次 A/D 转换便完 成。 第 11 页 IN-0 26 msb2-1 21 2-2 20 IN-1 27 2-3 19 2-4 18 IN-2 28 2-5 8 2-6 15 IN-3 1 2-7 14 lsb2-8 17 IN-4 2 E OC 7 IN-5 3 AD D-A 25 IN-6 4 AD D-B 24 AD D-C 23 IN-7 5 AL E 22 ref(-) 16 E NABL E 9 STA RT 6 ref(+) 12 CL OCK 10 IC12 AD C0809 1 2 3 4 5 6 7 8 J1 CO N8 VCC 1213 DBNO T2F 7404 1 1 2 2 W 3WR1 5.1K VCC CA DP 0.1U AD CCLK NE OC CH 0 1 2 3 74L S02A 4 5 6 74L S02B AD CCS PD7 PD6 CH 3 CH 4 CH 5 CH 6 CH 7 1 AD CH 0 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 A0 A1 A2 CH 2 CH 1 GN D IN0，通道 0 参考电压： 5V 转换时钟： 接单片机ALE输出 经分频后得到 启动和地址锁存信号 输出使能信号 通道地址信号 输出数据 /WR /RD 片选信号： P3.3=0 /INT0 CC4060_7AD_CS 2.2.32.2.3ADAD 转换电路转换电路 2.2.42.2.4 电路设计电路设计 硬件资源分配 数码管显示电路：用 P2 口：bcd 码输出P2.3P2.0；字位选择 CBA=P2.6P2.4 ；小数点 P2.7 键盘电路：3 个键P3(3-5) ADC0809 电压转换电路控制信号： /WR=P3.6 /RD=P3.7 EOC=P3.2 CS= P3.3 （可以不要，使 0809 常选通） 数据输出：=P0 转换通道选择地址线：CBA =P1(3-1) 2.2.52.2.5 采集数据和对应电压的转换采集数据和对应电压的转换 一个 8 位二进制的 AD 采集数据转换为 5 位 10 进制显示数据。对应关 系：00HFFH 0.000V5.000V；AD 分辨率为：5/25519.6mV；算 法： Y=X19.6=X196/10 转换结束：EOC1 第 12 页 具体步骤： 1、求 YX 196 ,结果为双字节二进制数 2、将 Y 转换为十进制数, 最大是一个 5 位的十进制数 3、去掉十进制数的最低位，相当于除 10 2.32.3 芯片芯片 74LS0274LS02 内部电路内部电路 第 13 页 3 3 软件设计软件设计 3.13.1 设计任务设计任务 3.1.13.1.1基本任务基本任务 进行电压采集并显示。 3.1.23.1.2扩展任务扩展任务 1、指定通道采集。 2、报警设置：报警上限、报警下限。 3、将数码管换成LCD1602显示模式通道及电压值。 3.23.2按键定义及显示标志按键定义及显示标志 系统有三个按键，分别是：模式切换、加、减按钮。 模式切换：1 号按键，模式加 1； 加：2 号按键，则值加 1；模式 1 下改变通道，模式 3 下改变报警值； 减：3 号按键，则值减 1， 模式 1 下改变通道，模式 3 下改变报警 值。 3.33.3 程序程序设计设计 第 14 页 3.3.13.3.1主程序框图主程序框图 开始 系统初始化 显示初始化 读键值 显示 模模式式0 0 模式1 模式2 N N 通道0模拟信 号采集 指定通道模 拟信号采集 8通道模拟信号 自动循环采集 N Y Y Y 模式3 模式4 N 设定报警上 限值 设定报警下 限值 Y Y N 主程序框图 3.3.23.3.2 正常采集正常采集 把采集的电压值转化为十进制， 显示在数码管的后四位。显示 三位小数。 第 15 页 开始 系统初始化 显示初始化 读键值 显示 光热敏电阻采集信号： void keyscan() if(jian1=0) /AD 采集 delays(10); while(jian1=0) t=2;key=1; z=0; /标志位 ad_adda=0; ad_addb=0; ad_addc=0; /送地址信号 if(jian5=0) /光敏电阻 delays(10); while(jian5=0) key=2;t=3; ad_adda=0; ad_addb=0; ad_addc=1; /送地址信号 z=0; /标志位 正常采集程序框图 第 16 页 if(jian13=0) /热敏电阻 delays(10); while(jian13=0) key=3; t=4; ad_adda=1; ad_addb=0; ad_addc=1; /送地址信号 z=0; /标志位 huan(); 3.3.33.3.3 指定采集指定采集 指定采集 再按 1数码管最左端显示 1，此时为指定通道 按 2：通道1， 按 3：通道1。 开始 系统初始化 显示初始化 读模式 显示 模式=1 指定采集 Y N k2按下通道+1 k3按下通道-1 指定采集程序框图 第 17 页 3.3.53.3.5 报警设置报警设置 再按 1数码管最右端显示 3，此时为报警设置。电压上下线显示在 右边第三四位。 按 2：电压1， 按 3：电压1 。 再按 1又进入正常采集，依次循环 开始 系统初始化 显示初始化 读模式 显示 模式=3 报警设置 Y N k2按下电压+1 k3按下电压-1 报警设置程序框图 （使用 visio 软件画程序框图） 4 4 系统调试系统调试 系统调试包括硬件调试和软件调试两部分，介绍一下我在这两方面遇 到一些问题，以及如何解决的。 4.14.1 硬件部分硬件部分 硬件焊接分为单片机板和扩展版两部分。单片机版已经焊接好，只需 焊接扩展版。 在焊接扩展版时，我事先没有布局，任意焊接芯片，导致需要很长的 导线，布线不规整。我把芯片拆下，通过看其他同学的焊接，查看元件管 脚图，自己在草稿纸上画出各个芯片的位置。然后焊接，结果布线比较整 第 18 页 齐。 4.24.2 软件部分软件部分 开始对单片机 C 语言很陌生，看程序很困难，自己编写不出程序。通 过老师的讲解，和以前学过的 C 语言的知识，与单片机 C 语言基本相同， 有些区别，把其中的区别搞懂了，能够编写简单的程序了。 前几个程序通过问同学，反复调试编写了出来，设定电压上下线的程序 没有编写出来，通过看同学编写的程序，明白了如何编写。 通过程序调试各个部分的功能，完成各功能模块，把程序下载到单片机 中，最终实现电压采集功能和扩展功能。 5 5 总结总结 第 19 页 参考文献： 1 胡汉才.单片机原理及其接口技术.3 版.北京：清华大学出版社， 2010 2 谢自美， 电子线路设计实验测试 （2 版） ，华中科技大学出版社 3 单片机实验指导书 第 20 页 附录附录 附录附录 1 1、单片机板电路原理图、单片机板电路原理图 第 21 页 附录附录 2 2、ADC0809ADC0809 与单片机连接图与单片机连接图 第 22 页 GND 13 VCC 11 IN-0 26 msb2-1 21 2-2 20 IN-1 27 2-3 19 2-4 18 IN-2 28 2-5 8 2-6 15 IN-3 1 2-7 14 lsb2-8 17 IN-4 2 EOC 7 IN-5 3 ADD-A 25 IN-6 4 ADD-B 24 ADD-C 23 IN-7 5 ALE 22 ref(-) 16 ENAB LE 9 S TAR T 6 ref(+) 12 C LOC K 10 U1 ADC 0809 1 2 3 U2A 74LS 02 4 5 6 GND7VCC 14 U2B 74LS 02 1 1 2 2 W 3 R 1 10K 12 34 56 78 910 1112 1314 1516 JP1 HEADER 10X2 C IN 11 C OUT 9 C OUT 10 R S T 12 Q4 7 Q5 5 Q6 4 Q7 6 Q8 14 Q9 13 Q10 15 Q12 1 Q13 2 Q14 3 VCC 16 GND8 U4 4060 1 P32 1 P27 1 P36 1 P37 W R R D 1 ALE VC C 1 P11 1 P12 1 P13 1 2 3 4 5 6 7 8 P0 P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 VC C VC C 1 2 P1 VC C GND IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 VC C VC C 8 9 10 U2C 74LS 02 附录附录 3 3、元件清单、元件清单 第 23 页 扩展板 符号名称型号 参数数量备注 滑动变阻器 1 芯片 ADC08091 74LS021 CD40461 双排针若干 短路帽若干 热敏电阻 1 光敏电阻 1 200k 电阻 1 10k 电阻 1 单片机主板 符号名称型号 参数数量备注 KP1/2/3/4/SWRST 1 微动开关 6*6*65 SWPIP1 拨码开关 1 14P4 16P4 28P1 芯片座 40P11 U1AT89S521 U245111 U374HC1381 U5/6 芯片 74HC042 L18 发光二极管 8 红 SEG16 LED 数码管共阴极 6 SR18 电阻200 欧 8 第 24 页 R11K1 R210K1 CRY1 晶振 12M1 C2/3 瓷片电容 20P2 C5 独石电容 1041 C1 电解电容 22uF/25V1 RKP13.3K1 RKP21K1 RL110K1 RLED 排阻 4701 电路板 1 双排针若干 短路帽若干 POW1 电源接口 1 附录附录 4 4、 实物图实物图 第 25 页 附录附录 5 5、 程序代码程序代码 #include 第 26 页 #include #define NOP() _nop_() /* 定义空指令 */ #define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define delayNOP(); _nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); void delay(uchar x); /x*0.14MS void delay1(int ms); void huan(); void lcddisp(); void AD_change(); uchar cdis1 = .MWayU:; uchar cdis2 = Thank YOU !; sbit LCD_RW = P21; sbit LCD_RS = P22; sbit LCD_EN = P20; uchar m; sbit ad_eoc=P33;/ad0809 转换结束标志， sbit ad_cs=P35; /ad0809 片选 sbit ad_wr=P36; /ad0809 写入信号 sbit ad_rd=P37; /ad0809 读出信号 sbit ad_adda=P27;/ADDA sbit ad_addb=P26; /ADDB sbit ad_addc=P25;/ADDC sbit jian1=P30; sbit jian5=P31; sbit jian13=P32; uchar key,t,z=1,shuju,ad_data,disbuf18; uint ad_dianya; void timer() TMOD=0X11; TH1=(65536-500)/256; TL1=(65536-500)%256; ET1=1; TR1=0; EA=1; void delays(uint i) 第 27 页 uint j,k; for(j=i;j0;j-) for(k=110;k0;k-); void keyscan() if(jian1=0) /AD 采集 delays(10); while(jian1=0) t=2;key=1; z=0; /标志位 ad_adda=0; ad_addb=0; ad_addc=0; /送地址信号 if(jian5=0) /光敏电阻 delays(10); while(jian5=0) key=2;t=3; ad_adda=0; ad_addb=0; ad_addc=1; /送地址信号 z=0; /标志位 if(jian13=0) /热敏电阻 delays(10); while(jian13=0) key=3; t=4; ad_adda=1; ad_addb=0; ad_addc=1; /送地址信号 z=0; /标志位 第 28 页 huan(); void huan() disbuf0=12; disbuf1=17; disbuf2=t; disbuf3=0; disbuf4=13; disbuf5=14; disbuf6=15; disbuf7=17; disbuf8=key; disbuf9=0; disbuf10=16; disbuf11=17; disbuf12=ad_dianya/1000+1; disbuf13=11; disbuf14=ad_dianya%1000/100+1; disbuf15=ad_dianya%100/10+1; disbuf16=ad_dianya%10+1; void AD_change() P1=0 xff; ad_cs=0; ad_rd=1; /选中 ad，输出使能关 while(z=1)keyscan(); ad_wr =1;ad_wr =0; ad_wr =1;/启动 AD while(ad_eoc=0); /查询转换结束 ad_rd=0; /输出使能打开，准备读取数据 ad_rd=0; ad_rd=0; ad_rd=0; ad_data=P1; /从片外读数据，读数据 ad_rd=1; /输出使能关 ad_dianya=ad_data*19.60784; 第 29 页 bit lcd_busy() bit result; LCD_RS = 0; LCD_RW = 1; LCD_EN = 1; delayNOP(); result = (bit)(P0 LCD_EN = 0; return(result); void lcd_wc