單片機課程設計---數字電壓表

1、<p>　　單片機原理及系統(tǒng)課程設計</p><p>　　專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 </p><p>　　班 級： </p><p>　　姓 名： </p><p>　　學 號： </p><p&

2、gt;　　指導教師： </p><p>　　2012 年 7月 1日</p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　在電量的測量中，電壓、電流和頻率是最基本的三個被測量，其中電壓量的測量最為經常。而且隨著電子技術的發(fā)展，更是經常需要測量高精度的電壓，所以數字電壓表就成為一種必不可少的測量儀器

3、。較之于一般的模擬電壓表，數字電壓表具有精度高、測量準確、讀數直觀、使用方便等優(yōu)點。</p><p>　　傳統(tǒng)的指針式刻度電壓表功能單一，進度低，因而不能滿足數字化時代的需要。采用單片機的數字電壓表，將連續(xù)的模擬量如直流電壓轉換成不連續(xù)的離散的數字形式并加以顯示，從而精度高、抗干擾能力強，可擴展性強、集成方便，還可與PC實時通信。以數字電壓表為核心，可以擴展成各種通用數字儀表、專用數字儀表及各種非電量的數字化儀表

4、。</p><p>　　這里以簡易數字直流電壓表的設計為研究內容，該系統(tǒng)主要包括三大模塊：轉換模塊、數據處理模塊和顯示模塊。本次設計簡易數字電壓表可以測量0～5V的8路輸入電壓值，并且在液晶上顯示出實時的電壓值。</p><p><b>　　2 設計方案及原理</b></p><p><b>　　2.1 方案提出</b>&

5、lt;/p><p>　　(1) 根據設計要求，選擇AT89C51單片機為核心控制器件。</p><p>　　(2) A/D轉換采用ADC0808實現(xiàn)，與單片機的接口為P1口和P2口的高四位引腳。</p><p>　　(3) 電壓顯示采用4位一體的LED數碼管。</p><p>　　(4) 數碼管的段碼輸入,由并行端口P0產生：位碼輸入，用并行端口

6、P2低四位產生。</p><p>　　系統(tǒng)除能確保實現(xiàn)要求的功能外，還可以方便地進行8路其它A/D轉換量的測量、遠程測量結果傳送等擴展功能。</p><p>　　2.2 各芯片的基本原理</p><p>　　2.2.1 ADC0808逐次逼近型A/D轉換器原理</p><p>　　ADC0808逐次逼近型A/D轉換器是由一個比較器、A/D轉換

7、器、存儲器及控制電路組成。它利用內部的寄存器從高位到低位一次開始逐位試探比較。其原理框圖如圖1所示。</p><p>　　圖1 逐次逼近式A/D轉換器原理圖</p><p>　　轉換過程為：開始時，寄存器各位清零，轉換時，先將最高位置1，把數據送入A/D轉換器轉換，轉換結果與輸入的模擬量比較，如果轉換的模擬量比輸入的模擬量小，則1保留，如果轉換的模擬量比輸入的模擬量大，則1不保留，然后從第

8、二位依次重復上述過程直至最低位，最后寄存器中的內容就是輸入模擬量對應的二進制數字量。</p><p>　　2.2.2 AT89C51芯片</p><p>　　AT89C51是美國ATMEL公司生產的低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內含有4kB可反復擦寫的只讀存儲器和128字節(jié)的隨機存儲器。</p><p>　　2.2.3 LED顯示系統(tǒng)原理</p>

9、<p>　　LED顯示器是由若干個發(fā)光二極管組成顯示字段的顯示器件。在單片機中使用最多的是七段數碼顯示器。LED七段數碼顯示器由8個發(fā)光二極管組成顯示字段，其通過不同的組合可用來顯示各種數字。</p><p>　　此設計中選擇4位一體的數碼型LED顯示器。4-LED顯示器，是一個共陰極接法的4位LED數碼顯示管。對于這種結構的LED顯示器，它的體積和結構都符合設計要求，由于4位LED陰極的各段已經在內

10、部連接在一起，所以必須使用動態(tài)掃描方式（將所有數碼管的段選線并聯(lián)在一起，用一個I/O接口控制）顯示。在LED驅動電路的設計上，可以利用單片機P0口上外接的上拉電阻來實現(xiàn)</p><p><b>　　3 硬件電路設計</b></p><p>　　(1) 硬件電路設計由6個部分組成：A/D轉換電路，AT89C51單片機系統(tǒng)，LED顯示系統(tǒng)、時鐘電路、復位電路以及測量電壓輸

11、入電路。硬件電路設計框圖如圖2所示。</p><p>　　圖2 數字電壓表系統(tǒng)硬件設計框圖</p><p>　　(2) 總體電路設計</p><p>　　綜上所述，設計出基于單片機的簡易數字直流電壓表硬件電路原理圖如圖3所示。</p><p>　　圖3 簡易數字電壓表電路圖</p><p>　　此電路的工作原理是：+5

12、V模擬電壓信號通過變阻器VR1分壓后由ADC08008的IN0通道進入，經過模/數轉換后，產生相應的數字量經過其輸出通道D0-D7傳送給AT89C51芯片的P1口，AT89C51負責把接收到的數字量經過數據處理，產生正確的7段數碼管的顯示段碼傳送給四位LED，同時它還通過其四位I/O口P2.0、P2.1、P2.2、P2.3產生位選信號控制數碼管的亮滅。此外，AT89C51還控制ADC0808的工作。其中，單片機AT89C51通過定時器中

13、斷從P2.4輸出方波，接到ADC0808的CLOCK,P2.6發(fā)正脈沖啟動A/D轉換，P2.5檢測A/D轉換是否完成，轉換完成后，P2.7置高從P1口讀取轉換結果送給LED顯示出來。</p><p><b>　　4 軟件設計</b></p><p>　　4.1 程序設計總方案</p><p>　　根據模塊的劃分原則，將該程序劃分初始化模塊，A/

14、D轉換子程序和顯示子程序，這三個程序模塊構成了整個系統(tǒng)軟件的主程序，如圖4所示。</p><p>　　圖4 數字式直流電壓表主程序流程圖</p><p>　　4.2 系統(tǒng)子程序設計</p><p>　　4.2.1 初始化程序</p><p>　　系統(tǒng)上電時，初始化程序將70H～77H內存單元清0，P2口置0。</p><p

15、>　　4.2.2 A/D轉換子程序</p><p>　　A/D轉換子程序用來控制對輸入的模塊電壓信號的采集測量，并將對應的數值存入相應的內存單元，其轉換流程圖如圖5(a)所示。</p><p>　　(a) A/D轉換流程圖 (b) 數碼管顯示流程圖</p><p>　　圖5 子程序流程圖</p>

16、<p>　　4.2.3 數碼管顯示子程序</p><p>　　數碼管顯示功能在T1中完成，此設計中中斷每隔4ms發(fā)生一次，其顯示子程序流程圖如圖5(b)所示。</p><p><b>　　5 仿真</b></p><p><b>　　5.1 顯示結果</b></p><p>　　(1)

17、 當IN0口輸入電壓值為0V時，顯示結果如圖6所示。</p><p>　　圖6 輸入電壓為0V時，LED的顯示結果</p><p>　　(2) 當IN0口輸入電壓值為3.50V時，顯示結果如圖7所示。</p><p>　　圖7 輸入電壓為3.50V時，LED的顯示結果</p><p><b>　　6 結論</b><

18、/p><p>　　仿真測試表明，系統(tǒng)性能良好，測量讀數穩(wěn)定易讀、更新速度合理，直流電壓測量范圍0～5V。但是，該系統(tǒng)也存在一定程度的不足：</p><p>　　(1) 輸入電壓易發(fā)生干擾不穩(wěn)定，且驅動能力可能存在不足，需在被測信號的輸入端加上一部分驅動電路，比如將量程轉換電路改成帶放大能力的自動量程轉換電路，將幅值較小的信號經適當放大后再測量，可顯著提高精度。</p><p

19、>　　(2) 若能將測量的電壓值實時保存，使用時將更方便。</p><p>　　(3) A/D可實現(xiàn)對8個通道的輸入信號輪流轉換，本設計僅僅使用了其中一個通道，造成了較大的資源浪費。若能對電路稍加改進，實現(xiàn)對多路信號的輪流測量并自動保存相應結果，其應用價值將會更大。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]

20、 胡健.單片機原理及接口技術[M].北京:機械工業(yè)出版社,2004.10.</p><p>　　[2] 謝維成,楊加國.單片機原理與應用及C51程序設計實例[M].北京:電子工業(yè)出版社,2006.3. </p><p>　　[3] 姜志海,黃玉清.單片機原理及應用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2005.7.</p><p>　　[4] 魏立峰.單片機原理及應用技術[

21、M].北京大學出版社，2005. </p><p>　　[5] 丁向榮,賈萍.單片機應用系統(tǒng)與開發(fā)技術[M].北京:清華大學出版社,2009.9.</p><p>　　附 錄 匯編程序代碼</p><p>　　LED_0 EQU 30H</p><p>　　LED_1 EQU 31H</p><p>　　LED_2 E

22、QU 32H </p><p>　　ADC EQU 35H </p><p>　　CLOCK BIT P2.4 </p><p>　　ST BIT P2.5</p><p>　　EOC BIT P2.6</p><p>　　OE BIT P2.7</p><p>

23、　　ORG 00H </p><p>　　SJMP START </p><p><b>　　ORG 0BH</b></p><p>　　LJMP INT_T0 </p><p>　　START: MOV LED_0, #00H</p><p>　　MOV P2, #0F

24、FH</p><p>　　MOV LED_1, #00H</p><p>　　MOV LED_2, #00H</p><p>　　MOV DPTR, #TABLE </p><p>　　MOV TMOD, #02H </p><p>　　MOV TH0, #245H </p>&l

25、t;p>　　MOV TL0, #00H</p><p>　　MOV IE, #82H</p><p>　　SETB TR0 </p><p>　　WAIT: CLR ST</p><p><b>　　SETB STH</b></p><p>　　CLR ST &l

26、t;/p><p>　　JNB EOC, $ </p><p>　　SETB OE </p><p>　　MOV ADC, P1 </p><p>　　CLR OE </p><p>　　MOV A, ADC </p><p>　　MOV B, #51<

27、;/p><p>　　DIV AB </p><p>　　MOV LED_2, A </p><p><b>　　MOV A, B</b></p><p><b>　　MOV B, #5</b></p><p>　　DIV AB </p>

28、<p>　　MOV LED_1, A</p><p>　　MOV LED_0, B </p><p>　　LCALL DISP </p><p><b>　　SJMP WAIT</b></p><p>　　INT_T0:CPL, CLOCK </p><p>&l

29、t;b>　　RETI</b></p><p>　　DISP: MOV A, LED_0 </p><p>　　MOVC A, @A+DPTR</p><p><b>　　CLR P2.3</b></p><p><b>　　MOV P0, A</b></p>

30、<p>　　LCALL DELAY </p><p>　　SETB P2.3 </p><p>　　MOV A, LED_1 </p><p>　　MOVC A,@A+DPTR </p><p><b>　　CLR P2.2 </b></p><

31、;p>　　MOV P0, A </p><p>　　LCALL DELAY</p><p><b>　　SETB P2.2</b></p><p>　　MOV A, LED_2</p><p>　　MOVC A, @A+DPTRL</p><p><b>　　CLR P2

32、.1</b></p><p>　　ORL A, #80H </p><p><b>　　MOV P0, A</b></p><p>　　LCALL DELAY</p><p><b>　　SETB P2.1</b></p><p><b>

33、　　RET</b></p><p>　　DELAY:MOV R6, #10 </p><p>　　D1: MOV R7, #250 </p><p>　　DJNZ R7, $ </p><p>　　DJNZ R6, D1</p><p><b>　　RE