模拟电压测量及显示1

1、燕山大学课程设计（论文）任务书院（系）：电气工程学院 基层教学单位：仪器科学与工程系 学 号学生姓名专业（班级）设计题目模拟电压测量与显示设计技术参数利用实验板上的电位器提供模拟量输入，ADC0809 做A/D 转换器，将模拟量转换成二进制数字量，输入单片机，编制程序，将二进制数字量转换为相应的模拟电压值输出显示，并超限报警。设计要求设计4位数码管显示电路和超限报警电路；编制相应的程序。工作量设计的内容满足课程设计的教学目的与要求，设计题目的难度和工作量适合学生的知识和能力状况，工作量饱满。工作计划查阅资料进行设计准备、设计硬件电路、编制程序，编制程序、验证设计、撰写任务书。参考资料单片微型计

2、算机接口技术及其应用 张淑清 国防工业出版社单片机原理及应用技术 张淑清 国防工业出版社单片机应用技术汇编指导教师签字基层教学单位主任签字说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。2014年07 月 06 日摘要本课题介绍了一种基于单片机的模拟电压测量与显示的设计。该设计根据伟福LAB2000P试验箱设计，并在试验箱上实现。本次电路设计中我们使用目前广泛使用的80C51来做控制系统，用ADC0809来进行模拟电压的采集及模数转换，实现采集8路数据，并将结果在四位一体数码管上进行显示。该系统主要包括几大模块：AD转换模块、数据处理模块以及显示模块。A/D装换主要由ADC080

3、9芯片完成实现，它负责把采集到的模拟量转换为相应的数字量然后再传送到数据处理模块；而数据处理模块则有80C51来完成，它不但负责把ADC0809传送来的数字量经过一定的处理，产生相应的显示码送到显示模块进行显示，而且也控制着ADC0809芯片以及整个系统的正常工作；显示模块由4位数码管的LED显示器构成。该系统的测量电路简单，所用的元件较少，并且成本较低，除此之外，测量精度和可靠性都较高。由于仪器误差，该系统只可以测量出0-0.98V的模拟电压，并且通过一个四位一体的7段共阳极数码管显示，当测量值低于2V时产生报警。关键字：LAB2000P 模拟电压测量 A/D转换 ADC0809 80C51

4、 数码管显示 报警目录摘要2目录3引言4 一、设计目的5 二、总体方案设计5 2.1总体框图5 2.2设计总括5 2.3设计原理6 2.4设计背景6 三、LAB2000P试验箱硬件介绍6 3.1 ADC080963.1.1 ADC0809引脚图73.1.2主要特性73.1.3内部结构73.1.4外部特性（引脚功能）73.1.5转换电路8 3.2 80C5193.2.1 80C51引脚图9 3.3 四位数码管10 3.4 LED电平显示电路103.5可调模拟量输入电路10 四、设计流程114.1设计流程图114.2汇编程序设计12 五、课程设计结果145.1试验箱连接线介绍145.2试验箱结果显

5、示图14课设总结16参考文献17引言随着计算机技术的飞速发展和普及，数据采集系统在多个领域有着广泛的应用。数据采集是工、农业控制系统中至关重要的一环，在医药、化工、食品、等领域的生产过程中，往往需要随时检测各生产环节的温度、湿度、流量及电压等参数。同时，还要对某一检测点任意参数能够进行随机查寻，将其在某一时间段内检测得到的数据经过转换提取出来，以便进行比较，做出决策，调整控制方案，提高产品的合格率，产生良好的经济效益。电压测量成为广大电子领域中必须掌握的过程，并且对测量的精度和显示精度以及可靠性要求也越来越高，而电压的测量与显示系统甚为重要。本次课程设计中采用了模块化的设计，并用单片机80C5

6、1来实现，硬件部分是以单片机为核心，还包括模-数转换模块，数据处理模块以及显示模块，还有一些简单的外围电路。被测电压通过通用ADC0809模-数转换，实现对采集到的电压进行模拟量到数字量的转换，由单片机对数据进行处理，用数码管显示模块来显示。在软件编程上，采用了汇编语言进行编程，来控制完成系统的正常工作。一、设计目的测量模拟电压首先通过电位器调节0到5V之间的电压（由于仪器误差使得调节电压只能从0到0.98V），其次通过学则开关来选择模拟电压，输入到A/D转换模块，通过ADC0809芯片转换，并通过数据处理模块处理，在四位数码管显示出数字量。在本次设计中我的设定的超限制为2V，当电位器调节的数

7、码管的显示的电压低于2V时，亮灯报警。二、总体方案设计2.1设计背景电压，也称作电势差与电位差，是衡量单位电荷在静电场中由于电势不同所产生的能量差的物理量。电压的基本概念是指电路中两点A、B之间的电位差，其大小等于单位正电荷因受电场力作用从A点移动到B点所作的功，电压的方向规定为从高电位指向低电位的方向。电压的国际单位制为伏特（V），常用的单位还有毫伏(mV)、微伏（uV）、千伏（kV）等，直流电压与交流电压如果电压的大小及方向都不随时间变化，则称为恒稳电压或者恒定电压，简称为直流电压，用大写字母U表示。如果电压的大小及方向随时间变化，则称为变动电压。由此可见，电压是测量中的一个重要的组成部分

8、。了解，测量出各种电压的值，有助于让我们更加安全、方便的使用电压。因此，研究电压的测量值具有重要价值。而本次课程，可以做到更精确，更不会产生太大的误差。只有经过更正确，更精确的测量才能对大自然认识才由感性世界跨入了理性世界，才逐步对大自然有了理性的分析，通过分析和归纳，我们才能得到规律性的知识来改造世界，科学技术才能得以高速发展。2.2设计原理使用AD芯片将模拟电压转化为数字信号，再通过单片机处理后，在数码管上显示电压，同时根据设定的超限电压使其在低于预定值2V后亮灯报警。2.3设计总括一个完整的单片机应用系统包括硬件和软件两大部分，其中硬件包括扩展的存储器、键盘、显示、前后向通道、控制接口电

9、路以及相关芯片的外围电路等等，而软件功能则是指挥单片机按照预定功能所编制的汇编程序或者是C语言等程序，只有当软、硬件系统紧密配合，相互作用，才能使单片机正常工作。而本次模拟电压测量与显示所用的硬件系统部分为LAB2000P试验箱上的硬件电路，包括80C51主处理器，系统主要由转换、数据处理、显示等模块组成，其所涉及到的有ADC0809，四位数码管以及导线若干。2.4整体框图整体框图三、LAB2000P试验箱硬件介绍 3.1 ADC0809ADC0809是采样频率为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

10、个进行A/D转换。 3.1.1 ADC0809引脚图3.1.2主要特性 1）8路8位AD转换器，即分辨率8位。 2）具有转换起停控制端。 3）转换时间为100s 4）单个5V电源供电 5）模拟输入电压范围05V，不需零点和满刻度校准。 6）工作温度范围为-4085摄氏度 7）低功耗，约15mW。 3.1.3内部结构 ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式AD转换器，内部结构如图1322所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型DA转换器、逐次逼近 3.1.4外部特性（引脚功能） ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图1323所示。下面说明各引脚功能。 I

11、N0IN7：8路模拟量输入端。 2-12-8：8位数字量输出端。 ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路 ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。 START： AD转换启动信号，输入，高电平有效。 EOC： AD转换结束信号，输出，当AD转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。 OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当AD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。 CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。 REF（+）、REF（-）：基准电压。 Vcc：电源，单一5V。 GND：地。 ADC08

12、09的工作过程是：首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此 地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 AD转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到AD转换完成，EOC变为高电平，指示AD转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可 用作中断申请。当OE输入高电平 时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。3.1.5转换电路实验仪上有一个05V的可调电位器，将可变电压输出端接入A/D转换电路的输入端，通过CPU 软件处理，读进A/D转换值，再将转换值送数码管显示。我们可以调节电位器，使之输出不同电压值，通过

13、数码管的显示，检验A/D转换正确与否。3.2 80C513.2.1 80C51引脚图P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流，P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。3.3四位数码管虽然试验箱上为六位数码管，在该设计中采用后四位应用于试验。连线图在后面介绍。3.4LED电平显示电路实验仪上装有8只

14、发光二极管及相应驱动电路。如下图所示，L0 L7为相应发光二极管驱动信号输入端，该输入端为高电压电平“1”时发光二极管点亮。我们可以通过P1口对其直接进行控制，点亮或者熄灭发光二极管。 3.5 可调模拟量输入电路电位器电路用于产生可变的模拟量。如右图所示四、设计流程4.1设计流程图4.2汇编程序设计ADADDRESS EQU 0A000HOUTBITEQU08002HOUTSEGEQU08004HLEDBUFEQU60HDELAYCXEQU75HADRESULTEQU76HORG0000HLJMPSTARTADSTART: MOV DPTR,#ADADDRESS MOV A,#0H MOVX

15、DPTR,A MOV A,#40H DJNZ ACC,$ MOVX A,DPTR MOV ADRESULT,A RETLEDMAP:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H DB 7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71HDELAY:MOV R7,#0DELAYLOOP: DJNZ R7,DELAYLOOP DJNZ ACC,DELAYLOOP RETSEARCHLEDMAP:ANL A, #0FH MOV DPTR, #LEDMAP MOVC A, A+DPTR RETDISPLAYLED:MOV R0, #LEDBUF MOV R1, #4

16、MOV R2, #00001000BLOOP:MOV DPTR, #OUTBIT MOV A, #0 MOVX DPTR, A MOV A, R0 MOV DPTR, #OUTSEG MOVX DPTR,A MOV DPTR, #OUTBIT MOV A, R2 MOVX DPTR, A MOV A, #01 CALL DELAY MOV A, R2 RR A MOV R2, A INC R0 DJNZ R1, LOOP MOV DPTR, #OUTBIT MOV A, #0 MOVX DPTR, A RETSTART: CLR P1.0 NOP CALL ADSTART MOV A, ADR

17、ESULT MOV B,#05H MUL AB PUSH A MOV A,B MOV B,#0AH DIV AB CALL SEARCHLEDMAP MOV LEDBUF+0,A MOV A,B CALL SEARCHLEDMAP ORL A,#80H MOV LEDBUF+1,A POP A MOV B,#0AH MUL AB PUSH A MOV A,B CALL SEARCHLEDMAP MOV LEDBUF+2,A POP A MOV B,#0AH MUL AB MOV A,B CALL SEARCHLEDMAP MOV LEDBUF+3,A MOV A,#0CCHCLR PSW.7S

18、UBB A,LEDBUF+1JC DISPLAYAGAINWAN:SETB P1.0DISPLAYAGAIN:CALL DISPLAYLED; DJNZ DELAYCX,DISPLAYAGAIN NOP SJMP START END五、课程设计结果5.1试验箱连接线介绍连线连接孔1连接孔2注释1CS0KEY/LED CSLED位选段2CS2AD_CSAD转换器地址3电位器输出IN0输入模拟电压4P1.0L0超限报警5.2试验箱结果及其显示图结果：当软件编译并且全速运行后，旋转电位器，四位LED数码管上开始显示数字，由于仪器误差，0-5V的电压只能显示为0-4.98V电压（该误差可以忽略不计）。当电位器输入电压低于2V时，灯L0由暗变亮。试验箱显示图：课设总结经过为期一周的课程设计，初步了解了Protues的概况和语言特征特点，掌握了Protues的初步用法，并且能够编写简单基本的使用程序，还学会了应用Visio软件绘画所需的程序图。并且还巩固了伟福LAB2000P试验箱的使用。在本次课程设计中深深感受到了与同学们在一起讨论的乐趣，要注重动手实践，要学会举一反三让课堂上的知识用于实践，更好的熟悉运用理论知识来解决实际问