數(shù)字電壓表課程設計

1、<p>　　單片機原理及應用課程設計</p><p>　　設計名稱： 數(shù)字電壓表設計 </p><p>　　專業(yè)班級： 應用電子技術二班 </p><p>　　學生學號： </p><p>　　機 電 工 程 學 院

2、</p><p><b>　　目　錄</b></p><p>　　第1章　設計內(nèi)容2</p><p>　　1.1　設計任務2</p><p>　　1.2　設計要求2</p><p>　　1.3　方法選擇2</p><p>　　1.4　方案設計2</p>

3、<p>　　第2章　硬件設計3</p><p>　　2.1　模塊設計電路3</p><p>　　2.1.1　時鐘電路3</p><p>　　2.1.2　復位電路4</p><p>　　2.2　Protues仿真電路4</p><p>　　2.3　逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換模塊設計5</p>

4、;<p>　　2.3.1　ADC0808簡介5</p><p>　　2.3.2　A/D轉(zhuǎn)換電路設計6</p><p>　　第3章　軟件設計7</p><p>　　3.1　主程序設計7</p><p><b>　　第4章　總結7</b></p><p><b>　　

5、附錄：程序清單8</b></p><p><b>　　1 設計內(nèi)容</b></p><p><b>　　1.1　設計任務</b></p><p>　　利用單片機AT89C51和ADC0809設計一個數(shù)字電壓表，能夠測量0—5V之間的直流電壓值，四位數(shù)碼顯示。</p><p><b

6、>　　1.2　設計要求</b></p><p>　　測量最小分辨率為0.019V,測最誤差約為 0.02V。</p><p><b>　　1.3　方法選擇</b></p><p>　　實現(xiàn)數(shù)字電壓表的方案較多，目前廣泛采用的是基于74系列邏輯器件方案，本設計將介紹基于單片機實現(xiàn)的方案。</p><p>

7、;　　74系列邏輯器件方案采用雙積分電路+液晶顯示器+邏輯電路+定時采樣電路+數(shù)據(jù)處理實現(xiàn)，被測電壓信號由信號輸入端加到測量系統(tǒng)，進行預處理后送到后級電路。</p><p>　　單片機系統(tǒng)方案此方案采用輸入處理電路+ADC0808+AT89C51+液晶顯示實現(xiàn)，被測信號由ADC0808模擬輸入端輸入，單片機采集轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，將轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送出顯示。</p><p>　　系統(tǒng)除能確保實現(xiàn)要求的功能外

8、，還可以方便地進行8路其它A/D轉(zhuǎn)換量的測量、遠程測量結果傳送等擴展功能。我們做好了現(xiàn)在的電路圖，經(jīng)過仿真，我們達到了預期的結果。</p><p><b>　　方案設計</b></p><p><b>　　（1）方案邏輯圖。</b></p><p><b>　　圖1-1方案邏輯圖</b></p&

9、gt;<p><b>　?。?）原理框圖</b></p><p>　　圖1-2設計方案原理框圖</p><p><b>　　（3）設計模塊</b></p><p><b>　　LED顯示模塊</b></p><p><b>　　時鐘、復位電路</b

10、></p><p>　　ADC0808數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊</p><p>　　AT89C51單片機控制模塊</p><p><b>　　2 硬件設計</b></p><p>　　2.1　模塊設計電路</p><p><b>　　單片機控制模塊設計</b></p>

11、<p>　　單片機控制模塊的作用是為控制各單元電路的運行并完成數(shù)據(jù)的換算或處理，主要由單片機、時鐘電路、復位電路組成。</p><p>　　2.1.1 時鐘電路</p><p>　　單片機工作的時間基準是由時鐘電路提供的，在單片機的XTAL1和XYAL2兩個管腳接一只晶振及兩只電容就構成了單片機的時鐘電路，電路中電容器和對振蕩頻率有微調(diào)作用，通常取(30±10)pF

12、石英晶體選擇6MHz或12MHz都可以。時鐘電路如圖2-1所示。</p><p>　　2.1.2 系統(tǒng)復位電路</p><p>　　單片機的RST管腳為主機提供了一個外部復位信號輸入口。復位信號是高電平有效，高電平有效的持續(xù)時間為2個機器周期以上。單片機的復位方式可由手動復位方式完成。</p><p>　　2.2　Protues仿真電路</p><

13、;p>　　圖2-2 Protues仿真電路原理圖</p><p>　　圖2-2所示。A/D轉(zhuǎn)換由集成電路0808完成，0808具有8路模擬輸入端口，地址線（23～25腳）可決定對哪一路模擬輸入作A/D轉(zhuǎn)換。22腳為地址鎖存控制，當輸入為高電平時，對地址信號進行鎖存。6腳為測試控制，當輸入一個2μS寬高電平脈沖時，就開始A/D轉(zhuǎn)換。7腳為A/D轉(zhuǎn)換結束標志，當A/D轉(zhuǎn)換結束時，7腳輸出高電平。9腳為A/D轉(zhuǎn)換

14、數(shù)據(jù)輸出允許控制，當OE腳為高電平時，A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)從端口輸出10腳為0808的時鐘輸入端，利用單片機30腳的六分頻晶振頻率再通過14024二分頻得到1MHz時鐘。單片機的P1、P3.0～P3.3端口作為四位LED數(shù)碼管顯示控制。P3.5端口用作單路顯示/循環(huán)顯示轉(zhuǎn)換按鈕，P3.6端口用作單路顯示時選擇通道。P0端口作A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)讀入用，P2端口用作0808的A/D轉(zhuǎn)換控制。</p><p>　　2.3 逐次

15、逼近式A/D轉(zhuǎn)換模塊設計</p><p>　　2.3.1 ADC0808簡介</p><p>　　（1）．ADC0808引腳功能</p><p>　　IN0～IN7：8路模擬量輸入。A、B、C：3位地址輸入，2個地址輸入端的不同組合選擇八路模擬量輸入。</p><p>　　ALE：地址鎖存啟動信號，在ALE的上升沿，將A、B、C上的通道地址

16、鎖存到內(nèi)部的地址鎖存器。</p><p>　　D0～D7：八位數(shù)據(jù)輸出線，A/D轉(zhuǎn)換結果由這8根線傳送給單片機。</p><p>　　OE：允許輸出信號。當OE=1時，即為高電平，允許輸出鎖存器輸出數(shù)據(jù)。</p><p>　　START：啟動信號輸入端，START為正脈沖，其上升沿清除ADC0808的內(nèi)部的各寄存器，其下降沿啟動A/D開始轉(zhuǎn)換。</p>

17、<p>　　EOC：轉(zhuǎn)換完成信號，當EOC上升為高電平時，表明內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換已完成。</p><p>　?。?）．ADC0808內(nèi)部結構圖</p><p>　　圖2-4 ADC0808內(nèi)部結構</p><p>　　逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器ADC0808由八路模擬開關、地址鎖存與譯碼器、比較器、D/A轉(zhuǎn)換器、寄存器、控制電路和三態(tài)輸出鎖存器等組成。<

18、/p><p>　　2.3.2　 A/D轉(zhuǎn)換電路設計</p><p>　　圖ADC0808與單片機的連接</p><p><b>　　3 軟件設計</b></p><p>　　3.1 系統(tǒng)主程序設計</p><p>　　（1） 初始化程序</p><p>　　系統(tǒng)上電時，初始化

19、程序?qū)?0H～77H內(nèi)存單元清0，P2口置0。</p><p><b>　?。?） 主程序</b></p><p>　　在剛上電時，系統(tǒng)默認為循環(huán)顯示8個通道的電壓值狀態(tài)。當進行一次測量后，將顯示每一通道的A/D轉(zhuǎn)換值，每個通道的數(shù)據(jù)顯示時間為1s左右。主程序在調(diào)用顯示子程序和測試子程序之間循環(huán)，主程序流程圖見圖3-1</p><p>　　圖

20、3-1 主程序流程圖</p><p><b>　　（3） 顯示子程序</b></p><p>　　顯示子程序采用動態(tài)掃描法實現(xiàn)四位數(shù)碼管的數(shù)值顯示。測量所得的A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)放在70H～77H內(nèi)存單元中，測量數(shù)據(jù)在顯示時需轉(zhuǎn)換成為十進制BCD碼放在78H～7BH內(nèi)存單元中，其中7BH存放通道標志數(shù)。寄存器R3用作8路循環(huán)控制，R0用作顯示數(shù)據(jù)地址指針。</p>

21、;<p>　?。?）模/數(shù)轉(zhuǎn)換測量子程序</p><p>　　模/數(shù)轉(zhuǎn)換測量子程序用來控制對0808八路模擬輸入電壓的A/D轉(zhuǎn)換，并將對應的數(shù)值移入70H～77H內(nèi)存單元。</p><p><b>　　4 總結</b></p><p>　　仿真測試表明，系統(tǒng)性能良好，測量讀數(shù)穩(wěn)定易讀、更新速度合理，直流電壓測量范圍為0～5V，最小

22、分辨率為0.02V，滿足任務書指標要求。但是，該系統(tǒng)也存在一定程度的不足，例如：</p><p>　　1、輸入電壓易發(fā)生干擾不穩(wěn)定，且驅(qū)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(qū)動電路，比如將量程轉(zhuǎn)換電路改成帶放大能力的自動量程轉(zhuǎn)換電路，將幅值較小的信號經(jīng)適當放大后再測量，可顯著提高精度；</p><p>　　2、輸出量可用平均值算法來改善，使測量準確度更高。</p>

23、<p>　　3、若能將測量的電壓值實時保存，使用時將更方便。</p><p>　　4、ADC0808可實現(xiàn)對8個通道的輸入信號輪流轉(zhuǎn)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>　　此次數(shù)字電壓表的設計我們小組成員認真參與，積極探討，很好地完成了設計，我們把所學知識

24、加以運用，收獲良多……</p><p><b>　　附錄：程序清單</b></p><p>　　LED_0EQU 30H</p><p>　　LED_1 EQU 31H</p><p>　　LED_2 EQU 32H ;存放段碼</p><p>　　ADCEQU35

25、H</p><p>　　CLOCKBITP2.4;定義ADC0808時鐘位</p><p>　　ST BIT P2.5</p><p>　　EOC BIT P2.6</p><p>　　OE BIT P2.7</p><p><b>　　ORG 00H</b><

26、/p><p>　　SJMPSTART</p><p><b>　　ORG0BH</b></p><p>　　LJMPINT_T0</p><p>　　START:MOVLED_0,#00H</p><p>　　MOVLED_1,#00H</p><p>　　M

27、OVLED_2,#00H</p><p>　　MOVDPTR,#TABLE;段碼表首地址</p><p>　　MOVTMOD,#02H</p><p>　　MOVTH0,#245</p><p>　　MOVTL0,#00H</p><p>　　MOVIE,#82H</p>&l

28、t;p><b>　　SETBTR0</b></p><p>　　WAIT: CLR ST </p><p><b>　　SETB ST</b></p><p>　　CLR ST;啟動AD轉(zhuǎn)換</p><p>　　JNB EOC,$;等待轉(zhuǎn)換結束</p&

29、gt;<p><b>　　SETB OE </b></p><p>　　MOV ADC,P1;讀取AD轉(zhuǎn)換結果</p><p><b>　　CLR OE</b></p><p>　　MOV A,ADC</p><p>　　MOV B,#100;AD轉(zhuǎn)換結果轉(zhuǎn)換

30、成BCD碼</p><p><b>　　DIV AB</b></p><p>　　MOV LED_2,A</p><p><b>　　MOV A,B</b></p><p>　　MOV B,#10</p><p><b>　　DIV AB</b>

31、;</p><p>　　MOV LED_1,A</p><p>　　MOV LED_0,B</p><p>　　LCALLDISP</p><p>　　SJMP WAIT</p><p>　　INT_T0:CPLCLOCK ;提供ADC0808時鐘信號</p><p><

32、;b>　　RETI</b></p><p>　　DISP:mov dptr,#table</p><p>　　MOVA,LED_0;數(shù)碼顯示子程序</p><p>　　MOVCA,@A+DPTR</p><p><b>　　CLRP2.3</b></p><p&

33、gt;<b>　　MOVP0,A</b></p><p>　　LCALLDELAY</p><p><b>　　SETBP2.3</b></p><p>　　mov dptr,#table</p><p>　　MOVA,LED_1</p><p>　　MOVC

34、A,@A+DPTR</p><p><b>　　CLRP2.2</b></p><p><b>　　MOVP0,A</b></p><p>　　LCALLDELAY</p><p><b>　　SETBP2.2</b></p><p>　　mov

35、 dptr,#table</p><p>　　MOVA,LED_2</p><p>　　MOVCA,@A+DPTR</p><p>　　setb acc.7</p><p><b>　　CLRP2.1</b></p><p><b>　　MOVP0,A</b&g

36、t;</p><p>　　LCALLDELAY</p><p><b>　　SETBP2.1</b></p><p><b>　　RET</b></p><p>　　DELAY:MOVR6,#10;延時5毫秒</p><p>　　D1:MOVR7,#250&

37、lt;/p><p><b>　　DJNZR7,$</b></p><p>　　DJNZR6,D1</p><p><b>　　ntov: </b></p><p>　　mov dptr,#tab</p><p>　　mov a,adc </p><p&g

38、t;　　movc a,@a+dptr</p><p><b>　　mov b,#2</b></p><p><b>　　div ab</b></p><p><b>　　mov r1,b</b></p><p><b>　　mov r1,b</b><

39、/p><p><b>　　mov b,#10</b></p><p><b>　　div ab</b></p><p>　　mov led_2,a</p><p>　　mov led_1,b</p><p>　　cjne r1,#01,kk1</p><p&g

40、t;　　mov led_0,#05</p><p>　　back: ret</p><p>　　kk1: mov led_0,#00</p><p><b>　　ajmp back</b></p><p><b>　　RET</b></p><p>　　TABLE:

41、 DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H</p><p>　　DB 6DH,7DH,07H,7FH,6FH</p><p><b>　　tab:</b></p><p>　　db 0, 0 , 0 ,1,0,2,0,0,3,0</p><p>　　db4,

42、0,0,5,0,6,0,0,7,0</p><p>　　db8,0,0,9,0,0,10,0,11,0</p><p>　　db0,12,0,13,0,0,14,0,15,0</p><p>　　db0,16,0,17,0,0,18,0,19,0</p><p>　　

43、db0,20,0,0,21,0,22,0,0,23</p><p>　　db0,24,0,0,25,0,26,0,0,27</p><p>　　db0,28,0,0,29,0,0,30,0,31</p><p>　　db0,0,32,0,33,0,0,34,0,35</p>

44、<p>　　db0,0,36,0,37,0,0,38,0,39</p><p>　　db0,0,40,0,0,41,0,42,0,0</p><p>　　db43,0,44,0,0,45,0,46,0,0</p><p>　　db47,0,48,0,0,49,0,50,0,0

45、</p><p>　　db51,0,0,52,0,53,0,0,54,0</p><p>　　db55,0,0,56,0,57,0,0,58,0</p><p>　　db59,0,0,60,0,0,61,0,62,0</p><p>　　db0,63,0,64,0,0,

46、65,0,66,0</p><p>　　db0,67,0,68,0,0,69,0,70,0</p><p>　　db0,71,0,0,72,0,73,0,0,74</p><p>　　db0,75,0,0,76,0,77,0,0,78</p><p>　　db0,79,0

47、,0,80,0,0,81,0,82</p><p>　　db0,0,83,0,84,0,0,85,0,86</p><p>　　db0,0,87,0,88,0,0,89,0,90</p><p>　　db0,0,91,0,0,92,0,93,0,0</p><p>