单片机课程设计-数字电压表

1、苏州科技学院微型计算机接口技术大作业姓名：徐东升班级：电科1011学号：1020108110老师：许洪华2013-6-211 设计原理及要求本设计是利用单片机AT89C51 与 ADC0808 设计一个数字电压表，测量05V 之间的直流电压值，四位数码显示.1.1 数字电压表的实现原理ADC0808是8位的A/D转换器。当输入电压为5.00V时，输出的数据值为 255（ 0FFH） ，因此最大分辨率为0.0196（ 5/255） 。 ADC0808 具有 8路模拟量输入端口， 通过 3 位地址输入端能从8 路中选择一路进行转换。如每隔一段时间依次轮流改变3 位地址输入端的地址，就能依次对8 路

2、输入电压进行测量。LED数码管显示采用软件译码动态显示。通过按键选择可对8 路循环显示，也可单路显示，单路显示可通过按键选择显示的通道数。1.2 数字电压表的设计要求可以测量05V范围内的3路直流电压值。在4位LED数码管上轮流显示各路电压值或单路选择显示，其中3 位 LED 数码管显示电压值，显示范围为0.00V5.00V, 1位LED数码管显示路数，3路分别为02 要求测量的最小分辨 率为0.02V。2 软件仿真电路设计2.1 设计思路多路数字电压表应用系统硬件电路由单片机、A/D 转换器、 数码管显示电路和按键处理电路组成，由于ADC0808 在进行 A/D 转换时需要有CLK 信号，本

3、试验中 ADC0808 的 CLK 直接由外部电源提供为500kHz 的方波。 由于 ADC0808的参考电压VREF=VCC,所以转换之后的数据要经过数据处理，在数码管上显 示出电压值。实际显示的电压值（D/256*VREF） ADC0808 采用逐次逼近法转换，把模拟电压转换成16进制的D,由于是对直流电压05V进行采集，所以D对 应的电压为V0 ， 我们的目的就是要把V0 显示在 LED 显示器上，因为单片机不好进行小数点计算，所以有：V0=2*D 扩大了 100 倍，扩大100 倍后的结果高八位放寄存器B， 低八位放寄存器A， 分寄存器B 为 0 或不为 0 的情况进行存取数据，得到的

4、结果个位放入 R0,十位放入R1,通过查表使之显示在LED显示器。 2.2 仿真电路图用 Protues 软件仿真设计的电路如图3-1 所示。P3876C2C3R0K313054=3 C422u3233PU1P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1/T2EXP1.0/T2EA ALE PSENRSTXTAL2?XTAL1AT89C52NET=p5P3.7/RDP3.6/WRP3.5/T1P3.4/T0P3.3/INT1P3.2/INT0P3.1/TXDP3.0/RXDP2.7/A15P2.6/A14P2.5/A13P2.4/A12P2.3/A11P2.2/A10P2.1/A9P

5、2.0/A8P0.7/AD7P0.6/AD6P0.5/AD5P0.4/AD4P0.3/AD3P0.2/AD2P0.1/AD1P0.0/AD0"目环U4:A单步VR15U2AD1AD2ALE82813U31EOC74LS3733221OUT133203419AD-25VREF(+)OEVREF(-)ADC08081716OE LED0D1D2D3D4D5D6D7CLOCKSTARTOUT2OUT3OUT4OUT5OUT6OUT7OUT8IN6IN7Q723ADD AADD BADD CALEIN2IN326 IN0AD3ALE272824232235361881413121111417

6、183425272625-2T373839RDQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6IN0IN1IN2IN3IN4IN5151417图3-1仿真电路2.3 设计过程简易数字电压测量电路由A/D转换、数据处理及显示控制等组成。电路原 理图见附录2。A/D转换由集成电路0808完成。0808具有8路模拟输入端口， 地址(23-25)脚可决定对哪路模拟输入作 A/D转换，22脚为地址锁存控制，当输 入为高电平时，对地址信号进行锁存。6脚为测试控制，当输入一个2us宽高电 平脉冲时，就开始A/D转换。7脚为A/D转换结束标志，当A/D转换结束时7 脚输出高电平。9脚为A/D转换数据输出允许控制，当 OE脚为高电

7、平时，A/D 转换数据从该端口输出。10脚为0808的时钟输入端，由外部信号源提供。单片 机的P1、P3.0-P3.3端口作为四位LED数码管现实控制。P3.5端口用作单路显示 /循环显示转换按钮，P3.6端口用作单路显示时选择通道。P0端口作A/D转换数 据读入用,P2端口用作0808的A/D转换控制。2.4 AT89C51的功能介绍2.4.1 简单概述AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器(FPEROM 一Flash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压、高性能 CMOS 8位微处理器，俗称单片机。 AT89C51

8、是一种带2K字节闪存可编 程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。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。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，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51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。2.4.2 主要功能特性(1) 4K字节可编程闪烁存储器。(2) 32 个双向 I/O 口； 128X8 位内部 RAM 。(3) 2个16位可编程定时/计数器中断，时钟频率 0-24

9、MHZ。(4)可编程串行通道。2.5 5个中断源。2.6 2个读写中断口线。(7)低功耗的闲置和掉电模式。(8)片内振荡器和时钟电路。2.4.3 AT89C51的引脚介绍(1)电源引脚电源引脚接入单片机的工作电源。Vcc(40引脚)：+5V电源。GND(20弓|脚)：接地。时钟引脚XTAL1(19引脚)：片内振荡器反相放大器和时钟发生器电路的输入端。XTAL2(20引脚)：片内振荡器反相放大器的输出端。(3)复位RST(9引脚)在振荡器运行时，有两个机器周期(24个振荡周期)以上的高电平出现在此引脚时，将使单片机复位，只要这个脚保持高电平，51芯片便循环复位。 EA/Vpp(31 引脚)EA为

10、外部程序存储器访问允许控制端。当它为高电平时，单片机读片内程 序存储器，在PC值超过0FFFH后将自动转向外部程序存储器。当它为低电平时， 只限定在外部程序存储器，地址为 0000HFFFFH。Vpp为该引脚的第二功能， 为编程电压输入端。(5)ALE/ PROG (30 引脚)ALE为低八位地址锁存允许信号。在系统扩展时，ALE的负跳沿江P0 口发 出的第八位地址锁存在外接的地址锁存器， 然后再作为数据端口。 PROG为该引 脚的第二功能，在对片外存储器编程时，此引脚为编程脉冲输入端。(6) PSEN (29 引脚)片外程序存储器的读选通信号。在单片机读片外程序存储器时，此引脚输出 脉冲的负

11、跳沿作为读片外程序存储器的选通信号。pin39-pin32为P0.0-P0.7输入输出月却，称为 P0 口。P0是一个8位漏极开路型双向I/O 口。内部不带上拉电阻，当外接上拉电 阻时，P0 口能以吸收电流的方式驱动八个 LSTTL负载电路。通常在使用时外接 上拉电阻，用来驱动多个数码管。在访问外部程序和外部数据存储器时，P0 口 是分时转换的地址(低8位)/数据总线，不需要外接上拉电阻。(8) Pin1-Pin8为P1.0-P1.7输入输出脚，称为P1 口，是一个带内部上拉电阻 的8位双向I/0 口。P1 口能驱动4个LSTTL负载。Pin21-Pin28为P2.0-P2.7输入输出脚，称为

12、 P2 口。P2 口是一个带内部上拉电阻的 8位双向I/O 口，P2 口能驱动4个LSTTL负 载。端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。对内部 Flash程 序存储器编程时，接收高8位地址和控制信息。在访问外部程序和 16位外部数 据存储器时，P2 口送出高8位地址。而在访问8位地址的外部数据存储器时其 引脚上的内容在此期间不会改变。(10)Pin10-Pin17 为 P3.0-P3.7输入输出脚,称为 P3 口。P3 口是一个带内部上拉电阻的 8位双向I/O 口，P2 口能驱动4个LSTTL负 载，这8个引脚还用于专门的第二功能。端口置 1时，内部上拉电阻将端口拉到 高电平，

13、作输入用。对内部Flash程序存储器编程时，接控制信息。2.5 ADC0808的引脚及功能介绍2.5.1 芯片概述ADC0808是一种典型的A/D转换器。它是由8位A/D转换器，一个8路模 拟量开关，8位模拟量地址锁存译码器和一个三态数据输出锁存器组成；+5V单电源供电，转化 时间在100us左右；内部没有时钟电路，故需外部提供时钟 信号。芯片模型如图3-4所示。2.5.2 引脚简介(1) IN0IN7 : 8路模拟量输入端。D0D7: 8位数字量输出端口。(3) START: A/D转换启动信号输入端(4) ALE:地址锁存允许信号，高电平有效。(5) EOC:输出允许控制信号，高电平有效。

14、(6) OE:输出允许控制信号，高电平有效。(7) CLK :时钟信号输入端。(8)A、B、C:转换通道地址，控制8路模拟通道的切换。A、B、C分别与地址线 或数据线相连，三位编码对应 8个通道地址端口，A、B、C=000111分别对应 IN0IN7通道的地址端口。2.5.3 ADC0808的转换原理ADC 0808采用逐次比较的方法完成 A/D转换，由单一的+5V电源供电。片 内带有锁存功能的8路选1的模拟开关，由A、B、C的编码来决定所选的通道。 ADC0809完成一次转换需100仙s左右，它具有输出TTL三态锁存缓冲器，可直 接连接到AT89C51的数据总线上。通过适当的外接电路，ADC

15、0808可对05V的模拟信号进行转换。2.674LS373芯片的引脚及功能2.6.1 芯片概述74LS373是一种带有三态门的8D锁存器，其在本设计中是锁存P0 口的低8 位地址，芯片模型如图3-5所示。2.6.2 引脚介绍(1) D0D7:8位数据输入线；(2) Q0Q7:8位数据输出线(3) G:数据输入锁存选通信号。当加到该引脚的信号为高电平时，外部数据选通 到出锁存器，负跳变时，数据锁存到锁存器中。OE :数据输出允许信号，低电平有效。当该信号为低电平时，三态门打开，锁 存器中的数据输出到数据输出线上，当该信号为高电平时，输出线为高阻态。2.7 LED数码管的控制显示2.7.1 LED

16、数码管的接口简介LED的段码端口 AG分别接至 AT89C51的P1.0P1.7 口，位选端14分别接至P35 P34 P3.1、P3.0,如图3-7所示0而安 p-a cm才回FZJWyE3 P7 4Mt?P2石0FFX.1 W3k kT2博3MkEla苴 A AA .H Aft A A UDnDnDD riplrlprlp图4-3中断显示程序流程图图3-7LED与AT89C51的硬件连线4系统软件程序的设计多路数字电压表系统软件程序主要有主程序、A/D转换子程序和中断显示程序组成。3.1主程序主程序包含初始化部分、调用A/D转换子程序和相应外部 0中断显示电压数值程序,初始化部分包含存放通

17、道的缓冲区初始化和显示缓冲区初 始化。另外，对于单路显示和循环显示，系统设置了一个标志位 00H控制, 初始化时00H位设置为0,默认为循环显示，当它为1时改变为单路显示控 制，00H位通过单路、循环按键控制。流程图如图 4-1所示。3.2 A/D转换子程序显示子程序A/D转换子程序用于对 ADC0808的4路输入模拟电压进行 A/D转换, 并将转换的数值存入 4个相应的存储单元中，A/D转换子程序每隔一定时间 调用一次，即隔一段时间对输入电压采样一次，3.3中断显示程序设计中采用中断的方式来读取转换完成的数据能节省 CPU的资源当系统设置好后，一旦数据转换完成，便会进入外部中断0,然后在中断

18、中读取转换的数值，处理数据并送数码管显示输出。LED数码管采用软件译码动态扫描的方式。在中断程序中包含多路循环显示程序和单路显示程序，多路循环显示程序把4个存储单元的数值依次取出送到4个数码管上显示，每一路显示一秒。单路显示程序只对当前 选中的一路数据进行显示。 每路数据显示时需经过转换变成十进制BCD码,放于4个数码管显示缓冲区中。 单路或多路循环显示通过标志位00H控制。在显示控制程序中加入了对单路或多路循环按键的判断。5电压表的调试及性能分析5.1调试与测试本设计应用Proteus6及KEIL51软件，首先根据自己设计的电路图用 Proteus6 软件画出电路模型，关于这个软件的使用通过

19、查一些资料和自己的摸索学习；然后我们用KEIL51软件对所编写的程序进行编译、链接，如果没有错误和警告便 可生成程序的hex文件，将此文件加到电路图上使软硬件结合运行，最后进行端4-1中标准电压值采用Proteus6软件口电压的对比测试，测试的第一路对比见图 中的模拟电压表测得。图4-1数字电压表与标准电压表的比较从图中可以看出，简易数字电压表与“标准”数字电压表测得的绝对误差均 在0.02V以内，这与采用8位A/D转换器所能达到的理论误差精度相一致，在 一般的应用场合可以完全满足要求。6电路仿真图图6-1为4路通道用模拟电压表测得的理论值。图6-1模拟电压表测量结果图6-2为进行模拟仿真时的

20、电路图图6-2仿真时的电路图7总结经过一周的努力终于设计成功，LED的显示结果和直接用数字电压表测试 模拟量输入所得结果几乎一致，误差完全在合理的范围之内。由于仪器误差，LED 显示最大值只能是4.9V,离标准最大值5.0V已经不远，达到预期目的，设计成 功。本设计参考了教材上第H一章 89C51与ADC0809转换的接口连线，设计出 电路图的连线，从并中理解了许多基本的知识和接线方法， 在程序的设计与电压 表调试的过程中中遇到了很多的问题， 刚开始时四个数码管根本不显示， 后来发 现用的是共阳极的数码管，而设计是共阴极的，更换后数码管终于显示，但问题又出现了，单路显示和循环显示的开关不能控制

21、电路的单路显示和循环显示，经过仔细地检查电路和修改程序，采用中断的方法，产生一次外部中断0,程序转移到单路显示，按一次单路显示开关，地址加一，转换的模拟通道相应的加一， 如果按下循环按键就返回循环显示的程序，功夫不负有心人，最后终于调试成功。在此再次向带领我们这次课程设计的老师说声：谢谢!1 源程序ORG 0000HSJMP MAINORG 0003HLJMP INTOMAIN:MOV 50H,#19HMOV 54H,#78HMOV DPTR,#7FF8HMOV 51H,DPHMOV 52H,DPLMOV R0,#04HMOV 53H,#00HMOV R7,#00H SETB EASETB I

22、T0SETB EX0L4: MOV R1,#00HMOV R2,#00HMOV R3,#0FFHMOV R4,#00HMOV R5,#00H MOVX DPTR,A LCALL DELAYMOVX A,DPTR;R1 存放十六进制转换成十进制后的低两位;R2 存放十六进制转换成十进制后的高两位; 循环显示十进制数; 存放 A/D 转换后的十六进制数;存放0.5相加后的数; 开始A/D 转换; 调用延时大于A/D 转换的时间; 取 A/D 转换后的十六进制数INC DPTR;A/D 转换芯片的地址加一PUSH DPL;压入堆栈PUSH DPHDEC R0;4路转换的次数减一JZ SB2;判断是否

23、是0VMOV R4,AL1:MOV A,R1;进行十六进制到十进制的调整ADD A,50H;每次加19DA AMOV R1,AJC L2;如果溢出则跳转到L2MOV A,R5;进行0.5V相加ADD A,54HDA AMOV R5,AJC L3;如果溢出则跳转到L3SB1:DJNZ R4,L1;判断十六进制数是否转换完成，如果没有则循环MOV A,R5SWAP AANL A,#0FHMOV B,R1ADD A,BDA AMOV R1,ASB2:LCALL DISPLCALL DJWDJNZ R3,SB2POP DPHPOP DPLMOV A,53HINC AMOV 53H,ACJNE R0,#

24、00H,L4LJMP MAINL2: CLR CMOV A,R2ADD A,#01HDA AMOV R2,ALJMP SB105V相加溢出后进位L3: CLR CMOV A,R1ADD A,#01HDA AMOV R1,ALJMP SB1DISP:MOV A,R1SWAP AANL A,#0FHMOV DPTR,#TAB1MOVC A,A+DPTRCLR P3.0MOV P1,ALCALL DELAYSETB P3.0MOV A,R2ANL A,#0FHMOV DPTR,#TAB1MOVC A,A+DPTRCLR P3.1MOV P1,ALCALL DELAYSETB P3.1MOV A,R2

25、SWAP AANL A,#0FHMOV DPTR,#TAB2MOVC A,A+DPTRCLR P3.4MOV P1,ALCALL DELAYSETB P3.4RETDJW:MOV A,53HMOV DPTR,#TAB1MOVC A,A+DPTR; 显示电压子程序;显示第几路转换电压子程序CLR P3.5MOV P1,ALCALL DELAYSETB P3.5RET;只显示其中一路中断INTV: PUSH ACCPUSH 53HMOV 53H,#00HCX2: MOV R1,#00HMOV R2,#00HMOV R3,#0FFHMOV R4,#00HMOV DPH,51HMOV DPL,52HMOVX DPTR,ALCALL DELAYMOVX A,DPTRMOV R4,AJZ SB22L11: MOV A,R1ADD A,50HDA AMOV R1,AJC L22MOV A,R5