学生模板(数字电压表)2

1、单片机原理及应用课程计实习报告班级：学号：序号：姓名： 指导教师：徐阳 许建国第一部分 课程设计的题目与要求1、系统名称：基于单片机的数字电压表的设计2、设计内容 设计一台基于8051单片机的数字电压表，能够直接测量0-5V范围内的直流电压（1）数字电压表总体设计方案，合理选择单片机、A/D转换器、显示器件。（2）根据A/D转换器分辨率计算出数字电压表的测量精度和最小输入量值。（3）完成数字电压表硬件和软件程序设计，硬件设计包括单片机、ADC0809接口、LCD显示接口、软件设计包括主程序、显示接口程序、A/D转换程序，重点是A/D转换程序及采样数据的处理及显示程序。（4）采用Proteus进

2、行虚拟仿真设计,结合Keil uvision2集成开发环境进行调试3、基本要求 从单片机最小应用系统基本要求出发,拟定一个数字电压表设计方案,合理选择各种器件,根据所采用的A/D转换器，分析计算数字电压表的测量精度，根据所采用的显示器件，设计合理的A/D采样和数字显示程序，要求显示误差满足设计精度，最终实现数字电压表功能。采用Proteus虚拟仿真设计，进一步了解和掌握单片机应用系统的设计方法。了解和掌握单片机应用系统的设计和调试过程，学习软件程序的的调试和排错方法，基本原理框图如下：模拟电压A/D转换接口单片机8051控制报警电路（可选）LCD数据显示键盘（可选）第二部分 详细设计1、 系统

3、设计技术基础（1）Keil uvision2集成开发环境介绍（网上查资料）Keil uVision2是德国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，使用接近于传统c语言的语法来开发，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用,而且大大的提高了工作效率和项目开发周期,他还能嵌入汇编，您可以在关键的位置嵌入，使程序达到接近于汇编的工作效率。KEILC51标准C编译器为8051微控制器的软件开发提供了C语言环境,同时保留了汇编代码高效,快速的特点。C51编译器的功能不断增强， 使你可以更加贴近CPU本身，及其它的衍生产品。C51已

4、被完全集成到uVision2的集成开发环境中，这个集成开发环境包含：编译器，汇编器，实时操作系统，项目管理器，调试器。uVision2 IDE可为它们提供单一而灵活的开发环境。（2）Proteus仿真软件介绍（网上查资料）Proteus软件是英国Lab Center Electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前比较好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。2、硬件功能模块（1

5、）MCS-51单片机的特点和基本结构（教材第一章1.1节，图1-1之前）8051系列单片机是在美国intel公司于20世纪80年代推出的一系列MCS-51系列高性能8位单片机的基础上发展而来的，它再单一芯片内集成了并行I/O口、异步串行口、16位定时/计时器、中断系统、片内RAM和片内ROM以及其他一些功能部件。现在8051系列单片机已经有了很大的发展，出来intel公司之外，Philips、Siemens、AMD、Fujutsu、OKI、Atmel、SST、Winbond等公司都推出了以8051为核心的新一代8位单片机，这种新型单片机的集成度更高，在片内集成了更多的功能部件，如A/D、PWM

6、、PCA、WDT以及高速I/O口等。不同公司推出的8051具有各自的功能特点，但它们的内核都是以intel公司的MCS-51位基础的，并且指令系统兼容，从而给用户带来了广阔的选择范围，同时又可以采用相同的开发工具。 8051系列单片机可以分为无片内ROM型和带片内RON型两种。对于无片内ROM型的芯片，必须外接EPROM才能应用（典型芯片为8031）。带片内ROM型的芯片又分为片内EPROM型（典型芯片为87C51）、片内FLASH（典型芯片为89C51）、片内掩膜ROM型（典型芯片为8051），一些公司还推出了一种带有片内一次性可编程的ROM（One Time Programing。OTP）

7、的芯片（典型芯片为97C51）。一般来说，片内EPROM型或片内FLASH型芯片适合开发样机和需要现场进行进一部完善的场合，当样机开发基本完成后，可以采用OTP型芯片进行小批量试生产，完全成功后再采用带掩膜ROM的8051进行大批量生产。 8051系列单片机再存储器的配置上采用所谓的额“哈佛”结构，即在物理上具有独立的程序存储器和数据存储器，而在逻辑上则采用相同的地址空间，利用不同的指令和寻址方式进行访问，可分别寻址67KB的程序存储空间和64KB的数据存储空间，充分慢粗工业测量控制的需要。8051系列单片机共有111条指令，其中包括乘除指令和位操作指令。中断源有5个（8032/8052为6个

8、），分为2个优先级，每个中断源的优先级是可编程的，在8051系列单片机的内部RAM区中开辟了4个通用工作寄存区，共有32个通用寄存器，可以适用于多种中断或子程序嵌套的情况。另外还在内部RAM中开辟了1个为寻址区，利用位操作指令可以对位寻址区中每个单元的每一个位直接进行操作，特别适合于解决各种开关控制和逻辑问题。ROM型8051在单芯片运用方式下其4个并行I/O口（P0到P3）都可以作为输入输出之用，再扩展运用方式下则需要采用P0和P2口作为片外扩展地址总线之用。8051单片机内部集成了2个（8032/8052为3个）16位定时/计数器，可以十分方便地进行定时计数操作，还集成了1个全双工的异步串

9、行接口，可同时发送和接受数据，为单片机之间的互相通信与上位机通信带来极大的方便。 8051单片机的基本组成如图1所示，一个单片机芯片被包括中央处理器CPU，它是单片机的核心，用于产生各种控制信号，并完成对数据的算术逻辑运算和传送。内部数据存储器RAM，用以存放可以读书的数据。内部程序存储器ROM，用以存放程序指令或某些常数表格。4个8位并行I/O接口P0、P1、P2和P3，每个接口都可以用作输入或是输出。2个（8051）或3个（8052）定时/计数器，用来做外部时间计数器，也可用来定时。内部中断系统具有5个中断源，2个优先级的嵌套中断结构，可实现两级嵌套服务程序嵌套，每一个中断源都可用软件程序

10、规定为高优先级中断或低优先级中断。一个串行接口电路，可用于一部接收发送器。内部时钟电路，但晶体和微调电容需要外接，振荡频率可以高达40MHz。以上各部分通过总线相连接。（2）震荡电路介绍（教材第一章1.3节，图1-8之前）8051单片机内部由一个高增益反向放大器，用于构成振荡器，反向放大器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2，分别是8051的19和18脚。在XTAL1和XTAL2之间接一个石英晶体及两个电容，就可以构成稳定的自激振荡器，当振荡器再6MH12MHZ时通常取30pF左右的电容进行微调，如图1-7所示。晶体振荡器的震荡信号经过片内时钟发生器进行2分频，向CPU提供两相时钟信号P1

11、和P2.时钟信号的周期成为状态时间S，它是震荡周期的2倍，再每个状态的前半周期P1信号有效，再每个状态的后半周期P2信号有效，CPU就以这两相时钟信号为基本节拍指挥单片机各部分协调工作。CPU执行一条指令所需要的时间是以机器周期为单位的，8051单片机的一个机器周期包括12个震荡周期，分为6个S状态：S1S6，每个状态又分为2拍，即前面介绍的P1和P2信号，因此一个机器周期中的12各震荡周期可表示为S1P1,S1P2,S2P1S6P1,S6P2,S6P2.当采用12MHz的晶体振荡器时，一个机器周期为1us。CPU执行一条指令通常需要14各机器周期，指令的执行速度与其需要的机器数直接有关，所需

12、机器周期数越少速度越快，8051单片机只有乘、除2条指令需要4各机器周期，其余均为单周期或双周期指令。图？ 8051的片内振荡器及时钟发生电路 波形发生器仿真电路中的震荡电路如图？所示： 图？ 仿真电路图中的单片机震荡电路（3）复位电路介绍（教材第一章1.4节，表1-3之前）8051单片机与其他微处理器一样，在启动时都需要复位，使CPU和系统的各个部位都处于一种确定的初始状态。复位信号从单片机的RST引脚输入，高电平有效，其有效电平应维持至少2个机器周期，若采用6MHZ的晶体振荡器，则复位信号至少应维持4s以上，才可以保证可靠复位。复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式。上电自动复位是通

13、过外部复位电路的电容充电来实现的，其电路如图3左边所示，只要电源Vcc引脚之间加一个1K电电阻，就可以实现上电自动复位。按键手动复位电路如图3右边所示，它是在上电自动复位电路的基础上增加一个电阻R1和一个按键RESET实现的，它不仅具有上电自动复位的功能，在按下RESET按钮后，电容C通过R1放电，同时RST端得到一个高电平，导致单片机复位。图？ 复位电路 在电子钟仿真电路中的复位电路如图？所示，其采用的是？复位电路图？ 仿真电路图中的单片机复位电路（4）A/D转换模块介绍（教材第8章8.3.1节，教材图8-22前）图6-a所示为阶梯波比较式ADC的工作原理。转换开始时，计数器复0，DAC的输

14、出为Vd=0。若输入电压Vi为正，则比较器输出Vc为正，与门打开，计数器对时钟脉冲进行计数，DAC输出随计数脉冲的增加而增加，如图6-b所示，当V图? 阶梯波比较式ADC工作原理A/D转换如图1所示，采用线选法规定其端口地址，用单片机的P2.0引脚作为片选信号, 因此端口地址为FEFFH。片选信号和信号一起经或非门产生ADC0808的启动信号START和地址锁存信号ALE；片选信号和信号一起经或非门产生ADC0808输出允许信号OE， OE=1时选通三态门使输出锁存器中的转换结果送入数据总线。ADC0808的EOC信号经反相后接到8051的引脚用于产生转换完成的中断请求信号。ADC0808芯片

15、的3位模拟量输入通道地址码输入端A、B、C分别接到8051的P0.0、P0.1和P0.2，故只要向端口地址FEFFH分别写入数据00H，即可启动模拟量输入通道0进行A/D转换。图? ADC0808/0809的原理结构框图图? ADC0808/0809的工作时序A/D转换如图1所示，采用线选法规定其端口地址，用单片机的P2.0引脚作为片选信号, 因此端口地址为FEFFH。片选信号和信号一起经或非门产生ADC0808的启动信号START和地址锁存信号ALE；片选信号和信号一起经或非门产生ADC0808输出允许信号OE， OE=1时选通三态门使输出锁存器中的转换结果送入数据总线。ADC0808的EO

16、C信号经反相后接到8051的引脚用于产生转换完成的中断请求信号。ADC0808芯片的3位模拟量输入通道地址码输入端A、B、C分别接到8051的P0.0、P0.1和P0.2，故只要向端口地址FEFFH分别写入数据00H，即可启动模拟量输入通道0进行A/D转换。（6）LCD显示模块介绍（教材第9章9.4.2节，表9-18之前）表？ DDRAM显示地址与显示屏物理位置关系显示 列地址 号行号1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20123400 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0A 0B 0C 0D 0E 0F 10 1

17、1 12 1340 41 42 43 44 45 46 47 48 49 4A 4B 4C 4D 4E 4F 50 51 52 5314 15 16 17 18 19 1A 1B 1C 1D 1E 1F 20 21 22 23 24 25 26 2754 55 56 57 58 59 5A 5B 5C 5D 5E 5F 60 61 62 63 64 65 66 67图？ EPSON公司的点阵字符型液晶显示模块内部结构表？ CGROM字符编码表 高位低位00100011010001010110011110101011110011011110111100000Pp-p0001!1AQaq·

18、;a0010“2BRbr0011#3CScs 0100$4DTdt、0101%5EUeu。0110&6FVfv0111,7GWgw1000(8HXhxX1001)9IYiy-1Y1010*：JZjzj千1011+；Kk ×万1100，<L￥l1101-=Mm÷1110.>Nnn1111/?O-o仿真电路图中的单片机显示电路如图?所示，液晶显示模块LM016L的RS、R/W和E信号分别由8051单片机的P2.1、p2.2和P2.3来控制，与直接方式不同，间接控制方式不是通过固定的接口地址，而是通过单片机I/O端口引脚来操作液晶显示模块，因此在编写驱动程序时

19、要注意时序的配合。写操作时E信号的下降沿有效，工作时序上应先设置RS、R/W状态，再写入数据，然后产生E信号脉冲，最后复位RS、R/W状态。读操作时E信号的高电平有效，工作时序上应先设置RS、R/W状态，再设置E信号为高电平，再读取数据，然后将E信号设置为低电平，最后复位RS、R/W状态。图? 仿真电路图中的LCD显示电路3、 软件功能模块（1）主程序模块设置堆栈：#60H->SP初始化LCD液晶显示屏初始化30H-34H的值为0.000调用显示“Voltage=0.000”子程序初始化定时器T0启动T0装入中断次数：#03H->24H开中断调用显示子程序图？ 主程序（2）逐字依次

20、输入模块（就是显示“Voltage=0.000”子程序）清0命令：#01H->COM调用写指令代码子程序输入方式：#06H->COM调用写指令代码子程序设置地址：#80H->COM调用写指令代码子程序指向字符表首地址:#TAB->DPTR总字符数：#10->R2起始偏移量：#00H->R3R3->A查表：MOVC A,A+DPTRA->DAT调用写显示数据子程序INC R3否R2=R2-1;R2=0?是返回图？ 逐字依次输入子程序（3）定时器中断服务模块保护现场设置寄存器：#08H->PSW停止计数重装定时常数中断次数减1：DEC 24H2

21、4H->A否A=0?是重装中断次数】设置并启动0809，等待一段时间装换禁止LCD读取0809装换结果:把结果转换为10进制数值，存在30H-34H地址空间开启计数把10进制结果转化为ASSIC显示值恢复现场中断返回图？ 定时器中断服务子程序（3）LCD间接方式初始化模块#38H->P0是#38H->COM否 R2=R2-1 R2=0?#03H->R21->E0->E0->RW0->RS调用写指令代码子程序#01H->COM调用写指令代码子程#06H->COM调用写指令代码子程#0EH->COM调用写指令代码子程返回图？ LCD

22、初始化子程序（4）LCD间接方式驱动模块保护现场#0FFH->P00->RS1->BW1->E延时0->EP0->A恢复现场图？ 判忙子程序（读到A中）保护现场调用判忙子程序是ACC.7=1?否0->RWCOM->P01->E0->E恢复现场返回图？ 写指令代码子程序保护现场调用判忙子程序是ACC.7=1?1->RS0->RWDAT->P01->E0->E恢复现场返回图？ 写显示数据子程序设置DDRAM地址：#8AH->COM调用写指令子程序循环次数：#05H->R1数据区首地址：#30H-&

23、gt;R0R0->DAT （R0是R0所指地址中存放的内容）调用写显示数据字程序INC R0R1=R1-1;R1=0?否是返回图？ 显示子程序4、 调试与测试（1）如何利用proteus 7绘制电路原理图Proteus 软件包提供一种有好的人机交互性集成环境ISIS，器设计功能强大，使用方便。ISIS在window环境下运行，启动后弹出如图2-1所示界面，由下拉菜单、快捷工具栏、预览窗口、原理图编辑窗口、元器件方向选择、仿真按钮组成。下拉菜单提供如下功能选项：File菜单包括常用的文件功能，如创建一个新设计，、打开已有设计、保存设计、导入/导出文件、打印设计文档等、View菜单包括是否显

24、示网格、设置网格间距、缩放原理图、显示与隐藏各种工具栏等。Edit菜单包括撤销、恢复操作、查找与编辑、剪切、复制、粘贴元器件、设置多个对象的层叠关系等。Library菜单包括添加、创建元器件/图标、调用库管理器。Tools菜单包括实时标注、实时捕捉、自动布线等。Design菜单包括编辑设计属性、编辑图纸属性、进行设计注释等。Graph菜单包括编辑图形、添加trace、仿真图形、一致性分析等。Source菜单包括添加删除源程序文件、定义代码生成工具、调用外部文件编辑器等。Debug菜单包括启动调试、进行仿真、单步执行、重新排布弹出窗口Template菜单包括设置图形个事、文件格式、设计颜色，节点

25、性状等。Sysytem菜单包括设置环境变量、工作路径、图纸尺寸大小、字体、快捷键等。Help菜单包括版权信息，帮助文件、历程等。主工具按钮兔兔2-2所示，从左往右各按钮功能依次为：l 新建设计l 打开已有设计l 保存设计l 导入文件l 导出文件l 打印设计文档l 标志输出区域摄图工具按钮如图2-3所示，从左往右各按钮功能依次为：l 刷新l 网格开关l 原点l 选择显示中心l 放大l 缩小l 全图显示l 区域缩放摄图工具按钮如图2-4所示，从左往右各按钮功能依次为：l 撤销l 重做l 剪切l 复制l 粘贴l 复制选中对象l 移动选中对象l 旋转选中对象l 删除选中对象l 从器件库选元器件l 制作

26、器件l 封装工具l 释放元件设计工具按钮如图2-5所示，从左往右各按钮功能依次为：l 自动布线l 查找l 属性分配工具l 设计浏览器l 新建图纸l 删除图纸l 退出上层图纸l 生成元件列表l 生成电器检查报告l 创建网格表元器件工具栏包括方式选择、配件模型、回置图形3个部分，每个工具栏提供若干快捷按钮。方式选择按钮如图2-6所示，从左往右各按钮功能依次为：l 选择即时编辑元件。l 选择放置元件。l 放置节点l 放置网格标号l 放置文本l 绘制总线l 放置子电路图配置模型按钮如图2-7所示，从左往右各按钮功能依次为：l 端点方式，有vcc、地、输出、输入等。l 器件引脚方式，用于绘制各种引脚。l 仿真图标。l 录音机。l 信号发生器l 电器探针。l 电流探针。l 虚拟仪表。图形绘制按钮如图2-8所示，从左往右各按钮功能依次为：l 绘制直线。l