单片机课程设计报告 简易数字电压表设计

单片机技术应用实践课程设计报告单片机技术应用综合实践课程设计报告题目：简易数字电压表设计摘要随着当代技术越来越受到重视，单片机开始在各大产业上被大范围运用。在电量的测量中，电压、电流和频率是最基本的三个被测量，而电压的测量最为常见，而简易电压表作为电气行业以及日常生活中的一个必备品，也可以用单片机来实现。与单片机设计结合，能够更好的理解单片机，并且检验所学的基础知识和动手能力。本文主要设计了基于AT89C51芯片的简易电压表。该设计的硬件平台是主要是通过Proteus搭建实物，来进行实物仿真。主要由单片机核心模块电路、显示模块电路、控制模块电路三部分组成。软件采用KEIL5应用C语言进行编写。该设计是运用AT89C51为中央核心处理器，通过滑动变阻器来操控电阻的改变，电压通过ADC0808转换器将模拟量转换为数字量并由LED数码管显示出具体电压。简易电压表具有记数准确、性能稳定、携带方便等优点。可充分应用到教学、科学测量等教育，技术科研领域。关键词单片机AT89C51ADC0808滑动变阻器目录第1章绪论 第1章绪论1.1设计背景微电子技术的不断发展，大规模集成电路的工艺水平在不断提高，尤其是硅材料的应用，为单片机的结构模块提供了快速发展的机会，硅材料的制作成本非常低、而可靠性和精密度则要高，这样便于单片机的大规模生产。其次计算机硬件平台性能的提高为嵌人式系统辅助设计提供了物理基础，有助于将单片机的复杂算法得以实现，提高了单片机的工作效率。同时软件技术也在不断的进步，特别是实施操作系统EOS为单片机应用软件提供了底层技术开发平台。最后单片机开发工具得到发展，尤其是高性能的EDA开发工具的自动化、智能化发展为单片机嵌入式设计提供了不同级别的开发集成环境。单片机是一种运用大规模集成电路技术将中央处理器（CPU）和数据存储器（RAM)、程序存储器（RO）及一些其他I/O通信口集成于一块芯片中。在单片机中主要包含CPU、只读存储器ROM和随机存储器RAM等，多样化数据采集与控制系统能够让单片机完成各项复杂的运算，无论是对运算符号进行控制，还是对系统下达运算指令都能通过单片机完成。单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。它具有携带方便、小巧轻便、价钱实惠等优点，能够帮助我们深入了解其应用和开发提供方便。现在单片机的运用领域已经非常普遍，如生活中的洗衣机、电风扇等家庭器件，工业上的各种仪表等等都运用着单片机，这使单片机在现在越来越不可或缺。由此可见，单片机凭借着强大的数据处理技术和计算功能可以在智能电子设备中充分应用。1.2设计目的在电量的测量中，电压、电流和频率是最基本的三个被测量，而电压的测量最为常见，现在学生使用的数字万用表能够测量多种电量，但是会由于。而设计的简易数字电压表不仅显示清晰直观，而且可以避免人为测量误差（例如视觉误差），保证了读数的客观性与准确性，同时它符合人们的读数习惯，能缩短读数和记录的时间，具备其数值0.1V的分辨率以及单位符号。准确度高，分辨率高，分辨率是指直接可以读数刻度值，也被叫做分度值。数字电压表利用单片机扩展能力强，测量速率快，输入阻抗高的优点，在测量时从被测电路上吸取的电流极小，不会影响被测信号源的工作状态，能减小由信号源内阻引起的测量误差。抗干扰能力强，集成度高，微功耗。1.3设计内容用51单片机完成设计。测量范围：0-5V，并在四位LED数码管上显示。测量最小分辨率为0.1V。

第2章方案选择及论证2.1方案选择方案一：选择MC14433A/D转换器、CD4511等元器件设计电路。如图2.1所示，方案一的设计方案思路。图2.1方案一设计思路图方案二：利用单片机设计电路。如图2.2所示，方案二的设计思路图。设计使用Proteus软件仿真电路设计及编程方法，采用AT89C51单片机、A/D转换器ADC0808和共阴数码管为主要硬件分析了数字电压表。将单片机应用于测量技术中，采用ADCO808将模拟信号转化为数字信号，用AT89C51实现数据的处理。通过数码管以扫描的方式完成显示。图2.2方案二设计思路图2.2方案比较方案1：方案一为半双积分式A/D转换器MC14433转换精度为读数的±0.05%±1字，并能很方便地判断出是否超欠量程，以便于量程的自动切换功能的实现、其中集成了双积分式A/D转换器所有的CMOS模拟电路和数字电路。具有输入阻抗高。功耗低、电源电压范围宽、精度高等特点。并且具有自动校零和自动极性转换功能。缺点是工作速度低、且外围电路需配基准电源。短译码驱动器和位驱动器、电路较复杂。方案2：设计电路简单。易于控制，且性能稳定，单调试过程需要一定的编程基础、可利用Proteus软件仿真电路设计和调试。Proteus软件是一种电路分析和实物模拟仿真软件。它运行于Windows操作系统上，可以进行仿真、分析。SPICE各种模拟器件和集成电路，是集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能强大。具有系统资源丰富、硬件投入少、形象直观等优点。因此可用此软件方便调试电路。经过以上两种方案的特点比较，方案二中的电路设计采用比较常见的元器件。对这种方案有一定的专业基础、故采用第二种方案。2.3方案论证简易数字电压表可以测量0~5V的8路输入电压值、并在4位LED数码管上显示出来。采集8个通道的模拟量在数码管显示出来。模拟量值的测量范围是0-255，第一个数码管用于显示哪一个通道。后三个数码管用于显示采集的模拟量的值。每秒钟显示切换一下通道。

第3章硬件的选择本课程设计的电路主要由单片机AT89C51、转换器ADC0808，4位共阴极数码管。3.1AT89C51AT89C51是美国INTEL公司生产的低电压，高性能CM0S8位单片机，片内含业4kbytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROA1)和128bytes的随机存取数据存储器(RA)，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCs-51指令系统，片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元，功能强大AT89C51单片机能提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。AT89C51管脚说明，如图3.1所示：图3.1AT89C51管脚图P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向端口，分别为P0.0～P0.7口，可独立控制。P0口在作为低8位地址/数据总线使用时不需接上拉电阻；作为一般的I/O口使用时，由于内部没有上拉电阻，在使用时需要接上拉电阻。一般选用10kΩ电阻作为上拉电阻P1口：P1口是一个带上拉电阻的8位准双向端口，分别为P1.0～P1.7口，可独立控制，也可做输入或输出口使用。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位，在给出地址“1”时，利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口是一个带上拉电阻的8位准双向端口，分别为P3.0～P3.7口，可独立控制。是一个双用途端口，可做输入或输出口使用，功能和P1口相似。它还具有第二功能，如表1。表1P3口特殊功能表P3.0RXD串行输入口P3.1TXD串行输出口P3.2/INT0外部中断0P3.3/INT1外部中断1P3.4T0记时器0外部输入P3.5T1记时器1外部输入P3.6/WR外部数据存储器写选通P3.7/RD外部数据存储器读选通P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PRO：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是:每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时,ALE只有在执行MOYX，MOVC指令是ALE才起作用。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。EA/VPP：当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000-FFFFH)，不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12Y程电源(VPP)。XTAL：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2:来自反问振荡器的输出。3.2转换器ADC0808ADC0808是含8位A/D

转换器、8路多路开关，以及与微型计算机兼容的控制逻辑的CMOS组件，其转换方法为逐次逼近型。ADCO808的精度为1/2LSB。在AD转换器内部有一个高阻抗斩波稳定比较器，一个带模拟开关树组的256电阻分压器，以及一个逐次逼近型寄存器。8路的模拟开关的通断由地址锁存器和译码器控制，可以在8个通道中任意访问一个单边的模拟信号。ADC0808管脚说明，如图3.2所示：图3.2ADC0808管脚图ADC0808芯片有28条引脚，采用双列直插式封装。各引脚功能如下：1~5和26~28(INO~IN7):8路模拟量输入端。8、14、15和17~21:8位数字量输出端。22(ALE)：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。6(START):A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0808复位，下降沿启动A/D转换）。7(EOC):A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。9(OE)：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A/D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。10(CLK)：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。12(VREF(+)）和16(VREF(-)):参考电压输入端11(Vcc)：主电源输入端。13(GND)：接地。23~25(ADDA、ADDB、ADDC):3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路。3.34位共阴极数码管四位一体数码管是把4个七段数码管做在一起，它一共有12个引脚，8个段引脚，4个位引脚，它的功能主要是清晰地显示电阻的电压值，让读数变得简单，如3.3图所示，4位共阴极数码管：图3.34位共阴极数码管

第4章电路设计4.1单片机主模块电路根据要求可以画出主体单片机电路，如图4.1所示。该电路模块目的是为了嵌入程序之后控制系统的运行和对应按键的操作。AT89C51有32个I/O口线，两个16位定时/计数器，其中该实训运用到了P0的所有口，P2的0~3口，P3的0~6口。AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。图4.1主体单片机电路4.2控制模块电路由于要实现0~5V的电压测量，所以选择了滑动变阻器来控制电阻的大小，从而来控制电压的大小，再利用ADC0808转换器的转换讲信息传送给主体单片机电路。如下图3.2所示，控制电路。图4.2控制电路4.3显示模块电路此设计运用6位共阳极数码显像管。此外，P0口需要连接一个排阻RESPACK-8为了上拉电阻，主要是P0口不能输出高电平且输出电流达不到1mA，无法为其接的负载提供电流。具体显示模块电路如图4.4所示。显示模块程序主要进行读写指令，以控制数码显像管的显示。如下图4.3所示，显示模块电路。图4.3显示模块电路4.4总电路设计主要运用C语言和单片机来进行编程，程序主要分为三个部分，分别是：主模块、显示模块和控制模块。主模块程序主要是初始化设置，并且处理所输入的按键。键盘模块程序主要是与ADC0808结合，读取调整时间按键的情况。此电路以AT89C51为主体，通过滑动变阻器来改变电阻大小，从而验证简易电压器测电压的能力。将单片机电路，控制模块电路，显示模块电路三个模块连接起来，然后得到总电路，如图4.4所示，总电路，其可实现想要达到的目的和要求。图4.4总电路

第5章调试与仿真5.1第一次仿真将滑动变阻器滑到0Ω时，接入电路的电阻为0，故其两端的电压为0V。并且可以精确到小数点后一位。如图5.1所示，0V电压图。图5.1第一次仿真图5.2第二次仿真将滑动变阻器滑到中间附近的位置时，此时电压为2.4V。如图5.2所示。图5.2第二次仿真图5.3第三次仿真将滑动变阻器滑到最大处，接入的是整个电阻，此时电压为5V，这是电压表量程上限，如图5.3所示。图5.3第三次仿真图以上分别的三次仿真可以实现设计目的和要求，用51单片机完成设计，测量范围为0-5V，并在四位LED数码管上显示，测量最小分辨率为0.1V。

结论通过今次单片机实训，使我对单片机的认识有了更深刻的理解。系统以51单片机为核心部件，利用汇编软件编程，通过ADC0808转换器和数码管显示实现了电压显示功能。本文设计的简易电压表，能够在目测条件下LED显示屏各点亮度均匀、充足，可显示当前电压，显示的电压数值较稳定、清晰。本系统具有硬件少，结构简单，容易实现，性能稳定可靠，成本低等特点。在此次设计中，我们得到以下结论：一、在这次电压表设计的过程让我进一步熟悉KEIL5及Proteus的使用。二、本次设计结果仍有缺陷，只能通过电阻控制电压，不能根据电压控制电阻。三、通过这次简易电压表的设计，重新复习并进一步学习了ADC0808优点并巩固了对模拟量与数字量转换的编程写法，明确了研究目标。四、本文设计的LED显示屏能够实现在目测条件下LED显示屏亮度均匀、充足，可显示明确的数据，显示的数据稳定、清晰无串扰无乱码。

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附录#include<reg51.h>#defineucunsignedchar#defineutunsignedintuccodeseg[13]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f, 0x00,0x80,0x3e};uccodeTab_w[8]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7};ucdisbuff[4];uci,v;floatadv;sbitADDA=P3^0;sbitADDB=P3^1;sbitADDC=P3^2;sbitCLCK=P3^3;sbitSTAT=P3^4;sbitOE=P3^5;sbitALE=P3^6;voiddelay(utw){int