單片機(jī)課程設(shè)計(jì)---數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)

1、<p>　　單片機(jī)原理及接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)</p><p><b>　　數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)</b></p><p>　　作　　者　 </p><p>　　?！　I(yè)　　 電氣工程及其自動(dòng)化 </p><p>　　年　　級(jí)　　 2011 級(jí)

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師　　 　 　</p><p>　　成 績 </p><p>　　日　　期　　 2013.06.21 　 </p><p><b>　　交通信號(hào)燈設(shè)計(jì)</b></p>

3、<p><b>　　引言：</b></p><p>　　數(shù)字電壓表（Digital Voltmeter）簡稱DVM，它是采用數(shù)字化測(cè)量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量（直流輸入電壓）轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。傳統(tǒng)的指針式電壓表功能單一、精度低，不能滿足數(shù)字化時(shí)代的需求，采用單片機(jī)的數(shù)字電壓表，由精度高、抗干擾能力強(qiáng)，可擴(kuò)展性強(qiáng)、集成方便，還可與PC進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。目前，由各

4、種單片A/D 轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)字電壓表，已被廣泛用于電子及電工測(cè)量、工業(yè)自動(dòng)化儀表、自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)等智能化測(cè)量領(lǐng)域，示出強(qiáng)大的生命力。與此同時(shí)，由DVM擴(kuò)展而成的各種通用及專用數(shù)字儀器儀表，也把電量及非電量測(cè)量技術(shù)提高到嶄新水平。本文設(shè)計(jì)了一款基于AT89C51單片機(jī)的數(shù)字電壓表,本設(shè)計(jì)是利用單片機(jī)AT89C51與A/D轉(zhuǎn)換器件ADC0808設(shè)計(jì)的數(shù)字電壓表，能夠測(cè)量0—5V的直流電壓，并用4位數(shù)碼管顯示該電壓值。關(guān)鍵詞：電壓測(cè)量;ADC

5、0808; AT89C51</p><p><b>　　設(shè)計(jì)原理：</b></p><p>　　設(shè)計(jì)中采用ADC0808雙積分A/D轉(zhuǎn)換電路，可實(shí)現(xiàn)直流0-5V的電壓測(cè)量，并將測(cè)量結(jié)果通過4位數(shù)碼管進(jìn)行顯示。該電路設(shè)計(jì)新穎、功能強(qiáng)大、可擴(kuò)展性強(qiáng)，系統(tǒng)采用匯編語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，并通過PROTEUS仿真實(shí)現(xiàn)。</p><p><b>　　

6、芯片簡介</b></p><p>　　1、 AT89C51性能</p><p>　　AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含有4KB的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器和128字節(jié)的隨機(jī)存儲(chǔ)器。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容，由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，A

7、TMEL的AT89C51是一種高效微控制器，它為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。</p><p>　　4KB的Flash閃速存儲(chǔ)器，128B內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)震蕩器及時(shí)鐘電路，同時(shí)，AT89C51可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串

8、行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作，掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但震蕩器停止工作并禁止其他所有工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。</p><p>　　圖1 AT89C51的引腳圖</p><p>　　AT89C51芯片的各引腳功能為：</p><p>　　P0口：這組引腳共有8條，P0.0為最低位。這8個(gè)引腳有兩種不同的功能，分別適用于不同的情況，第一種情況是89C51不帶外存儲(chǔ)器，

9、P0口可以為通用I/O口使用，P0.0-P0.7用于傳送CPU的輸入/輸出數(shù)據(jù)，這時(shí)輸出數(shù)據(jù)可以得到鎖存，不需要外接專用鎖存器，輸入數(shù)據(jù)可以得到緩沖，增加了數(shù)據(jù)輸入的可靠性；第二種情況是89C51帶片外存儲(chǔ)器，P0.0-P0.7在CPU訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)先傳送片外存儲(chǔ)器的低8位地址，然后傳送CPU對(duì)片外存儲(chǔ)器的讀/寫數(shù)據(jù)。P0口為開漏輸出，在作為通用I/O使用時(shí)，需要在外部用電阻上拉。</p><p>　　P1口：

10、這8個(gè)引腳和P0口的8個(gè)引腳類似，P1.7為最高位，P1.0為最低位，當(dāng)P1口作為通用I/O口使用時(shí)，P1.0-P1.7的功能和P0口的第一功能相同，也用于傳送用戶的輸入和輸出數(shù)據(jù)。</p><p>　　P2口：這組引腳的第一功能與上述兩組引腳的第一功能相同即它可以作為通用I/O口使用，它的第一功能和P0口引腳的第二功能相配合，用于輸出片外存儲(chǔ)器的高8位地址，共同選中片外存儲(chǔ)器單元，但并不是像P0口那樣傳送存儲(chǔ)器

11、的讀/寫數(shù)據(jù)。</p><p>　　P3口：這組引腳的第一功能和其余三個(gè)端口的第一功能相同，第二功能為控制功能，每個(gè)引腳并不完全相同，如下表1所示：</p><p>　　表1 P3口各位的第二功能</p><p>　　Vcc為+5V電源線，Vss接地。</p><p>　　ALE：地址鎖存允許線，配合P0口的第二功能使用，在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，

12、89C51的CPU在P0.0-P0.7引腳線去傳送隨后而來的片外存儲(chǔ)器讀/寫數(shù)據(jù)。在不訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，89C51自動(dòng)在ALE線上輸出頻率為1/6震蕩器頻率的脈沖序列。該脈沖序列可以作為外部時(shí)鐘源或定時(shí)脈沖使用。</p><p>　　/EA:片外存儲(chǔ)器訪問選擇線，可以控制89C51使用片內(nèi)ROM或使用片外ROM,</p><p>　　若/EA=1，則允許使用片內(nèi)ROM, 若/EA=0，則只

13、使用片外ROM。</p><p>　　/PSEN：片外ROM的選通線，在訪問片外ROM時(shí)，89C51自動(dòng)在/PSEN線上產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖，作為片外ROM芯片的讀選通信號(hào)。</p><p>　　RST：復(fù)位線，可以使89C51處于復(fù)位(即初始化)工作狀態(tài)。通常89C51復(fù)位有自動(dòng)上電復(fù)位和人工按鍵復(fù)位兩種。</p><p>　　XTAL1和XTAL2：片內(nèi)震蕩電路輸入線

14、，這兩個(gè)端子用來外接石英晶體和微調(diào)電容，即用來連接89C51片內(nèi)OSC(震蕩器)的定時(shí)反饋回路。</p><p>　　2、ADC0808:</p><p>　　ADC0808是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，帶有使能控制端，與微機(jī)直接接口，片內(nèi)帶有鎖存功能的8路模擬多路開關(guān)，可以對(duì)8路0-5V輸入模擬電壓信號(hào)分時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，由于ADC0808設(shè)計(jì)時(shí)考慮到若干種模/數(shù)變換技術(shù)的長處，所以

15、該芯片非常適應(yīng)于過程控制，微控制器輸入通道的接口電路，智能儀器和機(jī)床控制等領(lǐng)域[5]。</p><p>　　ADC0808主要特性:8路8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位；具有鎖存控制的8路模擬開關(guān)；易與各種微控制器接口；可鎖存三態(tài)輸出，輸出與TTL兼容；轉(zhuǎn)換時(shí)間：128μs；轉(zhuǎn)換精度：0.2%；單個(gè)+5V電源供電；模擬輸入電壓范圍0- +5V，無需外部零點(diǎn)和滿度調(diào)整；低功耗，約15mW[6]。</p>

16、<p>　　ADC0808的外部引腳特征 ：ADC0808芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，其引腳圖如圖2所示。</p><p>　　圖2 ADC0808引腳圖</p><p>　　下面說明各個(gè)引腳功能:</p><p>　　IN0-IN7（8條）：8路模擬量輸入線，用于輸入和控制被轉(zhuǎn)換的模擬電壓。</p><p>　　地址輸

17、入控制（4條）：</p><p>　　ALE:地址鎖存允許輸入線，高電平有效，當(dāng)ALE為高電平時(shí)，為地址輸入線，用于選擇IN0-IN7上那一條模擬電壓送給比較器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。</p><p>　　ADDA,ADDB,ADDC:3位地址輸入線，用于選擇8路模擬輸入中的一路，其對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2所示：

18、 </p><p>　　表2 ADC0808通道選擇表</p><p>　　START：START為“啟動(dòng)脈沖”輸入法，該線上正脈沖由CPU送來，寬度應(yīng)大于100ns，上升沿清零SAR,下降沿啟動(dòng)ADC工作。</p><p>　　EOC: EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出線，該線上高電平表示A/D轉(zhuǎn)換已結(jié)束，數(shù)字量已鎖入三態(tài)輸出鎖存器。</p

19、><p>　　D1-D8：數(shù)字量輸出端，D1為高位。</p><p>　　OE：OE為輸出允許端，高電平能使D1-D8引腳上輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。</p><p>　　REF+、REF-:參考電壓輸入量，給電阻階梯網(wǎng)絡(luò)供給標(biāo)準(zhǔn)電壓。</p><p>　　Vcc、GND: Vcc為主電源輸入端，GND為接地端，一般REF+與Vcc連接在一起，REF-

20、與GND連接在一起.</p><p>　　CLK:時(shí)鐘輸入端。</p><p>　　ADC0808的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作流程：ADC0808由8路模擬通道選擇開關(guān)，地址鎖存與譯碼器，比較器，8位開關(guān)樹型A/D轉(zhuǎn)換器，逐次逼近型寄存器，定時(shí)和控制電路和三態(tài)輸出鎖存器等組成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示。</p><p>　　圖4 ADC0808的內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p>&

21、lt;p><b>　　其中：</b></p><p>　?。?）8路模擬通道選擇開關(guān)實(shí)現(xiàn)從8路輸入模擬量中選擇一路送給后面的比較器進(jìn)行比較。</p><p>　　（2）地址鎖存與譯碼器用于當(dāng)ALE信號(hào)有效時(shí)，鎖存從ADDA、ADDB、ADDC 3根地址線上送來的3位地址，譯碼后產(chǎn)生通道選擇信號(hào)，從8路模擬通道中選擇當(dāng)前模擬通道。</p><p

22、>　?。?）比較器，8位開關(guān)樹型A/D轉(zhuǎn)換器，逐次逼近型寄存器，定時(shí)和控制電路組成8位A/D轉(zhuǎn)換器，當(dāng)START信號(hào)有效時(shí)，就開始對(duì)當(dāng)前通道的模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后，把轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量送到8位三態(tài)鎖存器，同時(shí)通過引腳送出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。</p><p>　?。?）三態(tài)輸出鎖存器保存當(dāng)前模擬通道轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量，當(dāng)OE信號(hào)有效時(shí)，把轉(zhuǎn)換的結(jié)果送出。</p><p>　　ADC080

23、8的工作流程為：</p><p>　?。?）輸入3位地址，并使ALE=1,將地址存入地址鎖存器中，經(jīng)地址譯碼器從8路模擬通道中選通1路模擬量送給比較器。</p><p>　?。?）送START一高脈沖，START的上升沿使逐次寄存器復(fù)位，下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，并使EOC信號(hào)為低電平。</p><p>　?。?）當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，轉(zhuǎn)換的結(jié)果送入到輸出三態(tài)鎖存器中，并使EO

24、C信號(hào)回到高電平，通知CPU已轉(zhuǎn)換結(jié)束。</p><p>　?。?）當(dāng)CPU執(zhí)行一讀數(shù)據(jù)指令時(shí)，使OE為高電平，則從輸出端D0-D7讀出數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　主要模塊</b></p><p><b>　　模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊</b></p><p><b>　　顯示模塊</b&

25、gt;</p><p><b>　　總體電路設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　六、程序源代碼</b></p><p>　　LED_0 EQU 30H</p><p>　　LED_1 EQU 31H</p><p>　　LED_2 EQU 32H</p

26、><p>　　LED_3 EQU 33H</p><p>　　ADC EQU 35H</p><p>　　CLOCK BIT P1.4</p><p>　　ST BIT P1.5</p><p>　　EOC BIT P1.6</p><p>　　OE BIT P1.7</

27、p><p><b>　　ORG 00H</b></p><p>　　SJMP START</p><p><b>　　ORG 0BH</b></p><p>　　LJMP INT_T0</p><p><b>　　ORG 30H</b><

28、/p><p>　　START: MOV LED_0,#00H</p><p>　　MOV LED_2,#00H</p><p>　　MOV DPTR,#TABLE</p><p>　　MOV TMOD,#02H</p><p>　　MOV TH0,#245</p><p>　　MOV TL0,#00

29、H</p><p>　　MOV IE,#82H</p><p><b>　　SETB TR0</b></p><p>　　WAIT: CLR ST</p><p><b>　　SETB ST</b></p><p><b>　　CLR ST</b>

30、</p><p>　　JNB EOC,$</p><p><b>　　SETB OE</b></p><p>　　MOV ADC,P2</p><p><b>　　CLR OE</b></p><p><b>　　MOV A,ADC</b></

31、p><p><b>　　MOV R7,A</b></p><p>　　MOV LED_3,#00H</p><p>　　MOV LED_2,#00H</p><p>　　MOV A,#00H</p><p>　　LOOP1: ADD A,#20H</p><p><b

32、>　　DA A</b></p><p>　　JNC LOOP2</p><p><b>　　MOV R4,A</b></p><p>　　INC LED_2</p><p>　　MOV A,LED_2</p><p>　　CJNE A,#0AH,LOOP4</p>

33、;<p>　　MOV LED_2,#00H</p><p>　　INC LED_3</p><p>　　LOOP4: MOV A,R4</p><p>　　LOOP2: DJNZ R7,LOOP1</p><p>　　ACALL BTOD1</p><p>　　LCALL DISP</

34、p><p>　　SJMP WAIT</p><p><b>　　ORG 200H</b></p><p>　　BTOD1: MOV R6,A</p><p>　　ANL A,#0F0H</p><p>　　MOV R5,#4</p><p>　　LOOP3: RR

35、 A</p><p>　　DJNZ R5,LOOP3</p><p>　　MOV LED_1,A</p><p><b>　　MOV A,R6</b></p><p>　　ANL A,#0FH</p><p>　　MOV LED_0,A</p><p><

36、;b>　　RET</b></p><p>　　INT_T0: CPL CLOCK</p><p><b>　　RETI</b></p><p>　　DISP: MOV A,LED_0</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p><p><b>　

37、　CLR P1.3</b></p><p><b>　　MOV P0,A</b></p><p>　　LCALL DELAY</p><p>　　SETB P1.3</p><p>　　MOV A,LED_1</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p&g

38、t;<p><b>　　CLR P1.2</b></p><p><b>　　MOV P0,A</b></p><p>　　LCALL DELAY</p><p>　　SETB P1.2</p><p>　　MOV A,LED_2</p><p>　　

39、MOVC A,@A+DPTR</p><p><b>　　CLR P1.1</b></p><p><b>　　MOV P0,A</b></p><p>　　LCALL DELAY</p><p>　　SETB P1.1</p><p>　　MOV A,LED_3

40、</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p><p><b>　　CLR P1.0</b></p><p><b>　　MOV P0,A</b></p><p>　　LCALL DELAY</p><p>　　SETB P1.0</p>

41、<p><b>　　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>　　RET</

42、b></p><p>　　TABLE: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H</p><p>　　DB 6DH,7DH,07H,7FH,6FH</p><p><b>　　END</b></p><p><b>　　七、心得體會(huì)</b></p><p>　　經(jīng)

43、過幾天時(shí)間的努力，課程設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的簡易數(shù)字電壓表基本完成。但設(shè)計(jì)中的不足之處仍然存在。在設(shè)計(jì)電路及用Proteus仿真過程中遇到了很多問題，在這中間，我對(duì)電路設(shè)計(jì)，單片機(jī)的使用等都有了新的認(rèn)識(shí)。通過這次設(shè)計(jì)學(xué)會(huì)了Proteus和Keil軟件的使用方法，掌握了從系統(tǒng)的需要、方案的設(shè)計(jì)、功能模塊的劃分、原理圖的設(shè)計(jì)和電路圖的仿真的設(shè)計(jì)流程，積累了不少經(jīng)驗(yàn)。</p><p>　　基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表使用性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)

44、簡單、成本低、外接元件少。在實(shí)際應(yīng)用工作應(yīng)能好，測(cè)量電壓準(zhǔn)確，精度高。系統(tǒng)功能、指標(biāo)達(dá)到了課題的預(yù)期要求、系統(tǒng)在硬件設(shè)計(jì)上充分考慮了可擴(kuò)展性，經(jīng)過一定的改造，可以增加功能。本文設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)了簡易數(shù)字電壓表測(cè)量一路電壓的功能，詳細(xì)說明了從原理圖的設(shè)計(jì)、電路圖的仿真再到軟件的調(diào)試。</p><p>　　總之這次電路的設(shè)計(jì)和仿真，基本上達(dá)到了設(shè)計(jì)的功能要求。在以后的實(shí)踐中，我將繼續(xù)努力學(xué)習(xí)電路設(shè)計(jì)方面的理論知識(shí)，并理論

45、聯(lián)系實(shí)際，爭取在電路設(shè)計(jì)方面能有所提升。</p><p><b>　　八、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1李全利 單片機(jī)原理及接口技術(shù) 高等教育出版社，2009.1</p><p>　　2余錫存 曹國華.單片機(jī)原理及接口技術(shù) 西安電子科技大學(xué)出版社,2000.7</p><p>　　3 Proteus教程—