單片機(jī)課程設(shè)計(jì)--簡易數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)

1、<p>　　題 目：簡易數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1.引 言1</b></p><p>　　1.1.設(shè)計(jì)意義1</p><p>　　1.2.系統(tǒng)功能要求1</p><p><b

2、>　　2.方案設(shè)計(jì)1</b></p><p>　　2.1.功能要求及設(shè)計(jì)目標(biāo)1</p><p>　　2.2. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案1</p><p><b>　　3.硬件設(shè)計(jì)1</b></p><p><b>　　4.軟件設(shè)計(jì)1</b></p><p

3、><b>　　5.系統(tǒng)調(diào)試2</b></p><p><b>　　6.設(shè)計(jì)總結(jié)2</b></p><p>　　7.附 錄A；源程序2</p><p>　　8.附 錄B；作品實(shí)物圖片2</p><p>　　9.主要參考文獻(xiàn)2</p><p>　　簡易數(shù)

4、字電壓表的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　引 言</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)意義</b></p><p>　　目前，單片機(jī)已經(jīng)在測控領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用，它除了可以測量電信以外，還可以用于溫度、電壓的測量，能獨(dú)立工作的單片機(jī)電壓測量、控制系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用很多領(lǐng)域。</p><p>

5、　　單片機(jī)是一種特殊的計(jì)算機(jī),它是在一塊半導(dǎo)體的芯片上集成了CPU,存儲器，RAM，ROM，及輸入與輸出接口電路，這種芯片稱為:單片機(jī)。由于單片機(jī)的集成度高，功能強(qiáng)，通用性好，特別是它具有體積小，重量輕，能耗低，價(jià)格便宜，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)和使用方便的優(yōu)點(diǎn)，使它迅速的得到了推廣應(yīng)用，目前已成為測量控制系統(tǒng)中的優(yōu)選機(jī)種和新電子產(chǎn)品中的關(guān)鍵部件。單片機(jī)已不僅僅局限于小系統(tǒng)的概念，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于家用電器，機(jī)電產(chǎn)品，辦公自動化用品，機(jī)器人，

6、兒童玩具，航天器等領(lǐng)域。</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)，就是用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電壓測量，傳統(tǒng)的電壓測量工具讀取數(shù)據(jù)誤差大，本次采用ADC0809A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)基于52單片機(jī)的數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)。</p><p>　　傳統(tǒng)的數(shù)字電壓表讀數(shù)麻煩、測量精度不高、誤差大等缺點(diǎn)而下面利用集成A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)并制作了一款基于STC89C52的4位數(shù)碼管顯示的數(shù)字電壓表，其電路簡單，軟硬件結(jié)構(gòu)模

7、塊化，易于實(shí)現(xiàn)。 </p><p><b>　　功能要求</b></p><p>　　簡易數(shù)字電壓表可以測量0～5V范圍內(nèi)的8路輸入電壓值，并在4位LED數(shù)碼管上輪流顯示或者單路選擇顯示。 測量最小分辨率為 0.02V。</p><p><b>　　方案設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1功能要

8、求及設(shè)計(jì)目標(biāo) 采用STC89C52作MCU，ADC0809（或其他芯片）進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，測量電壓的范圍為直流0-5V電壓，四位數(shù)碼管顯示。</p><p><b>　　2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　（1）STC89C52主要具有如下特點(diǎn)： </p><p>　　1. 增強(qiáng)型 8051 單片機(jī)，6 時(shí)鐘

9、/機(jī)器周期和 12 時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任 意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051. </p><p>　　2. 工作頻率范圍：0～40MHz，相當(dāng)于普通 8051 的 0～80MHz，實(shí)際工 作頻率可達(dá) 48MHz </p><p>　　3. 通用 I/O 口 （32 個(gè)） 復(fù)位后為： ， P1/P2/P3/P4 是準(zhǔn)雙向口/弱上拉

10、， P0 口是漏極開路輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時(shí)，需加上拉電阻。 </p><p>　　4. ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程） ，無需專用編程器，無 需專用仿真器，可通過串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下載用戶程 序，數(shù)秒即可完成一片 </p><p>　　5. 外部中斷 4 路

11、，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，Power Down 模式可 由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒 </p><p>　　6. 通用異步串行口（UART） ，還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè) UART</p><p>　　按系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)要求，決定選擇STC89C52單片機(jī)作為數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)。</p><p>　　STC89C52單片機(jī)引腳圖 &

12、lt;/p><p>　?。?）數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片：</p><p>　　ADC0809是采樣分辨率為8位的、以逐次逼近原理進(jìn)行?！獢?shù)轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs。采用ADC0809作為數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片。</p><p>　　ADC0809引腳圖</p>&

13、lt;p><b>　?。?）系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　1選擇STC89C52 作為控制芯片2選擇ADC0809芯片來進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換3選擇GEM5461GE 四位一體的共陽數(shù)碼管來顯示數(shù)字4用9012三極管來作為驅(qū)動電路，使GEM5461GE 四位一體的共陽數(shù)碼工作.5 用SW1按鍵作為復(fù)位按鍵，實(shí)現(xiàn)復(fù)位電路的功能。</p><p>　　根據(jù)

14、功能要求，設(shè)計(jì)出如下數(shù)字系統(tǒng)方案方框圖。</p><p>　　數(shù)字電壓表系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案框圖</p><p><b>　　硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　硬件設(shè)計(jì)各模塊電路圖及原理描述； </p><p>　　（1）硬件設(shè)計(jì)原理：電阻R11上的電壓經(jīng)過ADC0809芯片進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，STC89C52芯片的P1口連

15、接到驅(qū)動電路，當(dāng)驅(qū)動電路工作使數(shù)碼管顯示前面轉(zhuǎn)換過來的數(shù)字。</p><p>　?。?）復(fù)位電路和晶振電路的設(shè)計(jì)：在接通電源后，當(dāng)按下SW1后STC89C52不工作，使數(shù)碼管全部變暗，當(dāng)SW1一松開后STC89C52工作，數(shù)碼管又變亮。晶振電路中的兩個(gè)30pF的電容具有微調(diào)的作用。</p><p>　?。?）A/D轉(zhuǎn)換由集成電路ADC0809完成。ADC0809具有8路模擬輸入端口，地址線

16、（第23～25腳）可決定對哪一路模擬輸入作A/D轉(zhuǎn)換。</p><p>　?。?）單片機(jī)的P1、p3.0～p3.3端口作為4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端口用作單路選擇顯示的通道。P0端口用作A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)讀入。P2端口用作ADC0809的A/D轉(zhuǎn)換控制</p><p><b>　　軟件設(shè)計(jì)</b></p>

17、<p>　　4.1軟件設(shè)計(jì)流程圖</p><p>　　圖一.主程序流程圖圖二.A/D轉(zhuǎn)換測量子程序流程圖</p><p><b>　　4.2軟件設(shè)計(jì)描述</b></p><p>　　4.2.1 初始化程序</p><p>　　系統(tǒng)上電時(shí)，初始化程序主要用來執(zhí)行70H～77H內(nèi)存單元清0和P2口置0等準(zhǔn)備工作

18、。</p><p><b>　　4.2.2 主程序</b></p><p>　　在剛上電時(shí)，系統(tǒng)默認(rèn)為循環(huán)顯示8個(gè)通道的電壓值狀態(tài)。當(dāng)進(jìn)行一次測量時(shí)，將顯示每一通道的A/D轉(zhuǎn)換值，每個(gè)通道的數(shù)據(jù)顯示時(shí)間在1s左右。主程序在調(diào)用顯示子程序與測量子程序之間循環(huán)。</p><p>　　主程序流程圖如上圖一所示。</p><p>

19、;　　4.2.3 顯示子程序</p><p>　　顯示子程序采用動態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn)4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(shí)須經(jīng)過轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制BCD碼放在78H～7BH單元中，其中7BH存放通道標(biāo)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><p>　　4.2.4 A/D轉(zhuǎn)換測量子程序</p><p&

20、gt;　　A/D轉(zhuǎn)換測量子程序用來控制對ADC0809的8路模擬輸入電壓的A/D轉(zhuǎn)換，并將對應(yīng)的數(shù)值移入70H～77H內(nèi)存單元。</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換測量子程序程序流程圖如上圖二所示。</p><p><b>　　系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p>　　介紹所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)調(diào)試過程、在調(diào)試中遇到的問題及解決的辦法。</p>&

21、lt;p>　　采用Wave或Keil C51編譯器進(jìn)行源程序編譯及仿真調(diào)試，同時(shí)進(jìn)行硬件電路板的設(shè)計(jì)制作，燒錄好程序后進(jìn)行軟硬件聯(lián)調(diào)，最后進(jìn)行端口電壓的對比測試。測試對比表如下所示。</p><p>　　簡易數(shù)字電壓表與“標(biāo)準(zhǔn)”電壓表對比測試表</p><p>　　從上表中可以看出，簡易數(shù)字電壓表與“標(biāo)準(zhǔn)”數(shù)字電壓表測得的絕對誤差均在0.02V以內(nèi)，這與采用8位A/D轉(zhuǎn)換器所能達(dá)到的

22、理論誤差精度相一致，在一般的應(yīng)用場合可無、安全滿足要求。</p><p>　　硬件調(diào)試比較簡單，首先檢查電路的焊接是否正確，然后用萬用表測試。軟件調(diào)試可以先編寫顯示程序并進(jìn)行硬件的正確性檢驗(yàn)，然后分別進(jìn)行主程序、從程序的編寫和調(diào)試。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　　在這次對簡易數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)中，讓我了解和學(xué)習(xí)到

23、了設(shè)計(jì)硬件電路的過程和軟件程序的編寫，也讓我了解了關(guān)于電壓表的原理與設(shè)計(jì)理念，。通過這次學(xué)習(xí)，讓我對各種電路都有了大概的了解以及提高了我對單片機(jī)的學(xué)習(xí)，所以說，坐而言不如立而行，對于這些電路還是應(yīng)該自己動手實(shí)際操作才會有深刻理解。除了學(xué)會了許多專業(yè)知識外，還教會了我如何學(xué)習(xí)。在硬件的連接和軟件的編寫中，遇到遇到困難時(shí)，首先是想了想，是在不懂的就積極地去請教我的指導(dǎo)老師，也得到了很多經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)然，我也看現(xiàn)有的教材、去圖書館查閱資料、去網(wǎng)上搜

24、索相關(guān)信息，以這些方式，來大大增強(qiáng)了自我的自學(xué)能力和獨(dú)立能力。更重要的是，一次設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，卻大大我拓展了我的思路，開闊了我的視野，活躍了我的思想。 這次課程設(shè)計(jì)不僅使我們對相關(guān)專業(yè)知識有了更深的理解，而且還讓我認(rèn)識到了理論知識對工作實(shí)踐的重大意義，學(xué)會理論聯(lián)系實(shí)際是一種很好的學(xué)習(xí)方法。課程設(shè)計(jì)要求我們完全依靠自己的能力去學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)，而不是像以往課程那樣一切由教材和老師安排。因此，它給了我更大的發(fā)揮空間，可以讓我發(fā)揮主觀能動性獨(dú)立

25、的查閱資料、尋找數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并將理論知識應(yīng)用到實(shí)踐中去。同時(shí)，讓我</p><p><b>　　致謝：</b></p><p>　　這次能順利按時(shí)而且可以很好的完成課程設(shè)計(jì)，非常感謝我的指導(dǎo)老師和我的搭檔，是他們的耐心指導(dǎo)和講解，使我能夠順利的完成課程設(shè)計(jì)。在我的設(shè)計(jì)工作中無不傾注著你們辛勤的汗水和心血。老師的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)態(tài)度、淵博的知識、無私的奉獻(xiàn)精神使我深受啟

26、迪。從尊敬的老師身上，我不僅學(xué)到了扎實(shí)、寬廣的專業(yè)知識，也學(xué)到了做人的道理。在此我要向我的導(dǎo)師說聲“老師您辛苦了！”最后我致以最衷心的感謝和深深的敬意.</p><p><b>　　附 錄A：源程序</b></p><p>　　源程序代碼（主要語句要有注釋）。</p><p>　　/*使用AT89C52單片機(jī)，12MHZ晶振，P0口讀入AD值，

27、P2口作AD控制，用共陽LED數(shù)碼管</p><p>　　P1口輸出段碼，P3口掃描，最高位指示通道（0-7）。*/</p><p>　　#include "reg52.h" //52系列單片機(jī)定義文件</p><p>　　#include "intrins.h" //調(diào)用_nop_();延時(shí)函數(shù)用&l

28、t;/p><p>　　#define ad_con P2 //AD控制口</p><p>　　#define addata P0 //AD數(shù)據(jù)計(jì)入讀入口</p><p>　　#define Disdata P1 //顯示數(shù)據(jù)段碼輸出口</p><p>　　#define uchar unsigned

29、char//無符號字符（8位）</p><p>　　#define uint unsigned int //無符號整數(shù)（16位）</p><p>　　sbit ALE=P2^3; //鎖存地址控制位</p><p>　　sbit START=P2^4; //啟動一次轉(zhuǎn)換位</p><p>　　sbit

30、 OE=P2^5; //0809輸出數(shù)據(jù)控制位</p><p>　　sbit EOC=P3^7; //轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志位</p><p>　　sbit DISX=Disdata^7; //LED小數(shù)點(diǎn)</p><p><b>　　//</b></p><p><b

31、>　　//</b></p><p>　　uchar code dis_7[11]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0xff};</p><p>　　/* 共陽七段LED段碼表 "0" "1" "2" "3" &qu

32、ot;4" "5" "6" "7" "8" "9" "不亮" */ </p><p>　　uchar code scan_con[4]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7}; //四位列掃描控制字

33、</p><p>　　uchar data ad_data[8]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};//定義8個(gè)數(shù)據(jù)內(nèi)存單元</p><p>　　uint data dis[5]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00}; //定義4個(gè)顯示數(shù)據(jù)單元、1個(gè)數(shù)據(jù)暫存單元</p><p><b&g

34、t;　　//</b></p><p><b>　　// </b></p><p>　　/********1毫秒延時(shí)子函數(shù)**********/</p><p>　　delay1ms(uint t)</p><p><b>　　{</b></p><p><b

35、>　　uint i,j;</b></p><p>　　for(i=0;i<t;i++)</p><p>　　for(j=0;j<120;j++)</p><p><b>　　;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>&l

36、t;b>　　//</b></p><p><b>　　//</b></p><p>　　/***********顯示掃描子函數(shù)**********/</p><p><b>　　scan()</b></p><p><b>　　{</b></p>

37、<p>　　uchar k,n;</p><p><b>　　int h;</b></p><p>　　dis[3]=0x00; //通道初值為0</p><p>　　for(n=0;n<8;n++) //每次顯示8個(gè)數(shù)據(jù)</p><p><

38、b>　　{</b></p><p>　　dis[2]=ad_data[n]/51; //測得值轉(zhuǎn)換為三位BCD碼，最大為5.00V</p><p>　　dis[4]=ad_data[n]%51; // 余數(shù)暫存</p><p>　　dis[4]=dis[4]*10; //計(jì)算小數(shù)第一位</p>&

39、lt;p>　　dis[1]=dis[4]/51; //</p><p>　　dis[4]=dis[4]%51; //</p><p>　　dis[4]=dis[4]*10; //計(jì)算小數(shù)第二位</p><p>　　dis[0]=dis[4]/51; //</p><p&

40、gt;　　for(h=0;h<500;h++) //每個(gè)通道值顯示時(shí)間控制（約1秒）</p><p><b>　　{</b></p><p>　　for(k=0;k<4;k++) //四位LED掃描控制</p><p><b>　　{</b></p><p&g

41、t;　　Disdata=dis_7[dis[k]];</p><p>　　if(k==2){DISX=0;}</p><p>　　P3=scan_con[k];delay1ms(1);P3=0xff;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p>

42、<p>　　dis[3]++; //通道值加1</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　//</b></p><p><b>　　//</b>

43、</p><p>　　/*******0809AD轉(zhuǎn)換子函數(shù)***********/</p><p><b>　　test()</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uchar m;</b></p><p>　　uc

44、har s=0x00;</p><p><b>　　ad_con=s;</b></p><p>　　for(m=0;m<8;m++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　ALE=1;_nop_();_nop_();ALE=0; //轉(zhuǎn)換通道地址鎖存</p&

45、gt;<p>　　START=1;_nop_();_nop_();START=0; //開始轉(zhuǎn)換命令</p><p>　　_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); //延時(shí)4微秒</p><p>　　while(EOC==0); //等待轉(zhuǎn)換結(jié)束</p><p>　　OE=1;ad_data[

46、m]=addata;OE=0;s++;ad_con=s;//取AD值，地址加1</p><p><b>　　}</b></p><p>　　ad_con=0x00; //控制復(fù)位 </p><p><b>　　}</b></p><p><b>

47、　　//</b></p><p><b>　　//</b></p><p>　　/**************主函數(shù)****************/</p><p><b>　　main()</b></p><p><b>　　{</b></p>&

48、lt;p>　　P0=0xff; //初始化端口 </p><p><b>　　P2=0x00;</b></p><p><b>　　P1=0xff;</b></p><p><b>　　P3=0xff;</b></p><p><b>　　wh

49、ile(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　scan(); //依次顯示8個(gè)通道值一次</p><p>　　test(); //測量轉(zhuǎn)換一次</p><p><b>　　}</b></p><p>&l

50、t;b>　　}</b></p><p><b>　　//</b></p><p><b>　　//</b></p><p>　　//*********************結(jié)束**************************//</p><p>　　附 錄B：作品實(shí)物圖片&l

51、t;/p><p>　　圖一 簡易數(shù)字電壓表不通電時(shí)的情況</p><p>　　圖二 簡易數(shù)字電壓表通電時(shí)的情況</p><p>　　附 錄C：電子元器件清單</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 劉欣銘,張廣斌.LED顯示屏技術(shù)綜述[J].黑龍江電力，2003, 2

52、5(4):294-296.</p><p>　　[2] 陽進(jìn).基于單片機(jī)的LED顯示屏的漢字顯示[J].中國科技信息，2005，（12）：112.</p><p>　　[3] Mark Nelson著.瀟湘工作室譯.串行通信開發(fā)指南[M].中國水利水電出版社，2002. </p><p>　　[4] 王宜懷.單片機(jī)原理及其嵌入式應(yīng)用教程[M].北京希望電子出版社，2