單片機課程設(shè)計報告-- 數(shù)字電壓表設(shè)計

1、<p>　　課程設(shè)計報告（論文）</p><p>　　設(shè)計課題： 數(shù)字電壓表設(shè)計 </p><p>　　專業(yè)班級： </p><p>　　學生姓名： </p><p>　　指導教師： </p><

2、;p>　　設(shè)計時間： 2011年6月3日 </p><p>　　單片機數(shù)字電壓表 課程設(shè)計任務(wù)書</p><p>　　指導教師： 教研室主任： </p><p>　　2011年06月03日</p><p>　　注：本表下發(fā)學生一份，指導教師一份，欄目不夠

3、時請另附頁。</p><p>　　課程設(shè)計任務(wù)書裝訂于設(shè)計計算說明書（或論文）封面之后，目錄頁之前。</p><p>　　內(nèi) 容 摘 要</p><p>　　電壓表是測量儀器中不可缺少的設(shè)備，目前廣泛應(yīng)用的是采用專用集成電路實現(xiàn)的數(shù)字電壓表。本系統(tǒng)以8051單片機為核心，以逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809、LED顯示器為主體，設(shè)計了一款

4、簡易的數(shù)字電壓表，能夠測量0～5V的直流電壓，最小分辨率為0.02V。</p><p>　　該設(shè)計大體分為以下幾個部分，同時，各部分選擇使用的主要元器件確定如下：</p><p>　　1、單片機部分。使用常見的8051單片機，同時根據(jù)需要設(shè)計單片機電路。</p><p>　　2、測量部分。該部分是實驗的重點，要求將外部采集的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過單片機的處理顯

5、示在顯示器上，該部分決定了數(shù)字電壓表的精度等主要技術(shù)指標。根據(jù)需要本設(shè)計采用逐次逼近型A∕D轉(zhuǎn)換器ADC0809進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。</p><p>　　3、鍵盤顯示部分。利用4×6矩陣鍵盤的一個按鍵控制量程的轉(zhuǎn)換，3或4位LED顯示。其中一位為整數(shù)部分，其余位小數(shù)部分。</p><p>　　索引關(guān)鍵詞：8051 模數(shù)轉(zhuǎn)換 LED顯示 矩陣鍵盤</p><p&

6、gt;<b>　　目 錄</b></p><p>　　一 概 述 …………………………………………………………………5</p><p>　　二 方案設(shè)計與論證 ……………………………………………………………5</p><p>　　三 單元電路設(shè)計與參數(shù)計算 …………………………………………………5 </p><

7、p>　　3.1. A∕D轉(zhuǎn)換器0809 ……………………………………………………6 </p><p>　　3.1. LED數(shù)碼顯示 ………………………………………………………8 </p><p>　　四 總原理圖及參考程序 ………………………………………………………10</p&g

8、t;<p>　　五 結(jié)論 …………………………………………………………………………16</p><p>　　六 心得體會 ……………………………………………………………………16</p><p>　　七 參考文獻 ……………………………………………………………………16</p><p><b>　　一、概述 </b></p&

9、gt;<p>　　數(shù)字電壓表的基本工作原理是利用A/D轉(zhuǎn)換電路將待測的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過相應(yīng)換算后將測試結(jié)果以數(shù)字形式顯示出來的一種電壓表。較之于一般的模擬電壓表，數(shù)字電壓表具有精度高、測量準確、讀數(shù)直觀、使用方便等優(yōu)點。</p><p>　　電壓表的數(shù)字化測量，關(guān)鍵在于如何把隨時連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，完成這種轉(zhuǎn)換的電路叫模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）。數(shù)字電壓表的核心部件就是A/D轉(zhuǎn)換器，

10、由于各種不同的A/D轉(zhuǎn)換原理構(gòu)成了各種不同類型的DVM。一般說來，A/D轉(zhuǎn)換的方式可分為兩類：積分式和逐次逼近式。</p><p>　　積分式A/D轉(zhuǎn)換器是先用積分器將輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換成時間或頻率，再將其數(shù)字化。根據(jù)轉(zhuǎn)化的中間量不同，它又分為U-T（電壓-時間）式和U-F（電壓-頻率）式兩種。</p><p>　　逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器分為比較式和斜坡電壓式，根據(jù)不同的工作原理，比較式又

11、分為逐次比較式及零平衡式等。斜坡電壓式又分為線性斜坡式和階梯斜坡式兩種。</p><p>　　在高精度數(shù)字電壓表中，常采用由積分式和比較式相結(jié)合起來的復合式A/D轉(zhuǎn)換器。本設(shè)計以8051單片機為核心，以逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809、LED顯示器為主體，構(gòu)造了一款簡易的數(shù)字電壓表，能夠測量1路0～5V直流電壓，最小分辨率0.02V。</p><p><b>　　二、方案設(shè)計

12、與論證</b></p><p>　　該設(shè)計是基于8051的數(shù)字電壓表，大體分為以下幾個部分，同時，各部分選擇使用的主要元器件確定如下：</p><p>　?。?）單片機部分 使用常見的8051單片機，同時根據(jù)需要設(shè)計單片機電路。</p><p>　?。?）測量部分 該部分是實驗的重點，要求將外部采集的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過單片機的處理顯示在顯示

13、器上，該部分決定了數(shù)字電壓表的精度等主要技術(shù)指標。根據(jù)需要本設(shè)計采用逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器0809進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。</p><p>　?。?）鍵盤顯示部分 利用4×6矩陣鍵盤的一個按鍵控制量程的轉(zhuǎn)換，3或4位LED顯示。其中一位為整數(shù)部分，其余位小數(shù)部分。</p><p>　　三、單元電路設(shè)計與參數(shù)計算</p><p>　　3.1 ADC0809</

14、p><p>　　主要特性1）8路8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位。 2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?。 3）轉(zhuǎn)換時間約為128μs4）單個＋5V電源供電 5）模擬輸入電壓范圍0～＋5V，不需零點和滿刻度校準。 6）工作溫度范圍為-40～＋85攝氏度 7）低功耗，約15mW。 </p><p><b>　　(2)內(nèi)部結(jié)構(gòu)</b></p><p>　

15、　圖1 ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 </p><p>　　ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，它由8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型D/A轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、三態(tài)輸出鎖存器等其它一些電路組成。因此，ADC0809可處理8路模擬量輸入，且有三態(tài)輸出能力，既可與各種微處理器相連，也可單獨工作。輸入輸出與TTL兼容。</p><p>

16、;　　外部特性（引腳功能） 　　ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如上圖所示。下面說明各引腳功能。 IN0～IN7：8路模擬量輸入端?！　0～D7：8位數(shù)字量輸出端。</p><p>　　START： A/D轉(zhuǎn)換啟動信號，輸入，高電平有效。</p><p>　　ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。</p><p>　　O

17、E：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸 入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。</p><p>　　CLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640KHZ?！?ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。如表1所示。 EOC： A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電 平（轉(zhuǎn)換期

18、間一直為低電平）。 </p><p>　　VREF（+）、VREF（-）：基準電壓。 VCC：電源，接＋5V。 GND：地。 </p><p>　　表1 地址與通道對應(yīng)關(guān)系</p><p>　　ADC0809的工作過程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。S

19、TART上升沿將逐次逼近寄存器復位。下降沿啟動 A/D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進行。直到A/D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖剑甘続/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當OE輸入高電平時，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。</p><p>　　3.2 LED數(shù)碼顯示</p><p><b>　　（1）LED顯示器</b

20、></p><p>　　LED是由若干個發(fā)光二極管組成的。當發(fā)光二極管導通時，相應(yīng)的一個點或一個筆劃發(fā)亮?？刂撇煌M合的二極管導通，就能顯示出各種字符。這種筆劃式的七段顯示器，能顯示的字符數(shù)量少，但控制簡單、使用方便。</p><p>　　發(fā)光二極管的陽極連在一起的稱為共陽極顯示器，陰極連在一起的稱為共陰極顯示器</p><p>　?。?）LED結(jié)構(gòu)及顯示原理

21、</p><p>　　通常的七段LED顯示塊中有八個發(fā)光二極管，故也有人叫做八段顯示塊。其中七個發(fā)光二極管構(gòu)成七筆字形“8”。一個發(fā)光二極管構(gòu)成小數(shù)點。七段顯示塊與單片機接口非常容易。只要將一個8位并行輸出口與顯示塊的發(fā)光二極管引腳相連即可。8位并行輸出口輸出不同的字節(jié)數(shù)據(jù)即可獲得不同的數(shù)字或字符。通常將控制發(fā)光二極管的8位字節(jié)數(shù)據(jù)稱為段選碼或段數(shù)據(jù)。</p><p>　　一些字形的段選碼

22、如下表：</p><p>　　（3）LED的結(jié)構(gòu)及其工作原理</p><p>　　點亮顯示器有靜態(tài)和動態(tài)兩種方法。</p><p>　　1）靜態(tài)顯示：當顯示某一個字符時，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定地導通或截止。例如七段顯示器的a、b、c、d、e、f導通，g、dp截止，顯示0。</p><p><b>　　靜態(tài)顯示的特點是：</b&g

23、t;</p><p>　　每一位都需要一個8位輸出口控制，用于顯示位數(shù)較少（僅一、二位）的場合。</p><p>　　較小的電流能得到較高的亮度，可以由8255的輸出口直接驅(qū)動。</p><p>　　圖示為三位顯示器的接口邏輯。</p><p>　　2）動態(tài)顯示：一位一位地輪流點亮各位顯示器(掃描)。對于每一位顯示器來說，每隔一段時間點亮一次

24、。顯示器的亮度既與導通電流有關(guān)，也和點亮時間與間隔時間的比例有關(guān)。 </p><p>　　若顯示器的位數(shù)不大于8位，則控制顯示器公共極電位只需一個8位并行口(稱為掃描口或位選口)。控制各位顯示器所顯示的字形也需一個共用的8位口(稱為段數(shù)據(jù)口)，用于顯示位數(shù)稍多的場合，需編寫掃描程序。 </p><p>　　四、總原理圖及參考程序</p><p><b&g

25、t;　　1、總原理圖</b></p><p>　　2、程序流程圖及參考程序</p><p><b>　?。?）程序流程圖</b></p><p><b>　　（2）參考程序</b></p><p>　　OUTBIT EQU 09002H</p><p>　　O

26、UTSEG EQU 09004H </p><p>　　IN EQU 09001H</p><p>　　LEDBUF EQU 60H </p><p><b>　　LJMP MAIN</b></p><p>　　LEDMAP: </p><p>

27、;　　DB 3FH, 06H, 5BH, 4FH, 66H, 6DB, 7DB, 07H</p><p>　　DB 7FH, 6FH, 77H, 7CH, 39H, 5EH, 79H, 71H</p><p><b>　　DELAY: </b></p><p><b>　　MOV R7,#0</b></p

28、><p>　　DELAYLOOP:</p><p>　　DJNZ R7,DELAYLOOP</p><p>　　DJNZ R6,DELAYLOOP</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　DISPLAYLED:</p><p>　　MOV R0,#L

29、EDBUF</p><p><b>　　MOV R1,#4</b></p><p>　　MOV R2,#000000001B</p><p><b>　　LOOP:</b></p><p><b>　　MOV A，@R0</b></p><p>　　MO

30、V DPTR，#OUTSEG</p><p>　　MOVX @DPTR，A</p><p>　　MOV DPTR，#OUTBIT</p><p><b>　　MOV A，R2</b></p><p>　　MOVX @DPTR，A</p><p>　　MOV R6，#01</p>&l

31、t;p>　　CALL DELAY</p><p><b>　　MOV A，R2</b></p><p><b>　　R1 A</b></p><p><b>　　MOV R2，A</b></p><p><b>　　INC R0</b></p&

32、gt;<p>　　DJNZ R1，LOOP</p><p><b>　　TESRKEY:</b></p><p>　　MOV DPTR, #OUTBIT</p><p><b>　　MOV A,#0</b></p><p><b>　　MOV A,#0</b>&l

33、t;/p><p>　　MOVX @DPTR,A</p><p>　　MOV DPTR,#IN</p><p>　　MOVX A,@DPTR</p><p><b>　　CPL A</b></p><p>　　ANL A,#0FH</p><p><b>　　RET&l

34、t;/b></p><p>　　KEYTABLE: </p><p>　　DB 16H, 15H, 14H, 0FFH</p><p>　　DB 13H, 12H, 11H, 10H</p><p>　　DB 0dH, 0cH, 0bH, 0aH</p><p>　

35、　DB 0eH, 03H, 06H, 09H</p><p>　　DB 0FH, 02H, 05H, 08H</p><p>　　DB 00H, 01H, 04H, 07H</p><p><b>　　GETKEY:</b></p><p>　　MOV DPTR,#OUTBIT</p><

36、p>　　MOV P2,DPH</p><p>　　MOV R0,#IN</p><p>　　MOV R1,#00100000B</p><p><b>　　MOV R2,#6</b></p><p><b>　　KLOOP:</b></p><p><b>　

37、　MOV A,R1</b></p><p><b>　　CPL A</b></p><p>　　MOVX @DPTR,A</p><p>　　MOVX A,@R0</p><p><b>　　CPL A</b></p><p>　　ANL A,#0FH</p

38、><p><b>　　JNZ GOON1</b></p><p><b>　　GOON1:</b></p><p><b>　　MOV R1,A</b></p><p><b>　　MOV A,R2</b></p><p><b&

39、gt;　　DEC A</b></p><p><b>　　RL A</b></p><p><b>　　RL A</b></p><p><b>　　MOV R2,A</b></p><p><b>　　MOV A,R1</b></p&g

40、t;<p><b>　　MOV R1,#2</b></p><p><b>　　LOOPC:</b></p><p><b>　　RRC A</b></p><p><b>　　JC EXIT</b></p><p><b>　　I

41、NC R2</b></p><p>　　DJNZ R1,LOOPC</p><p><b>　　EXIT:</b></p><p><b>　　MOV A,R2</b></p><p>　　MOV DPTR,#KEYTABLE</p><p>　　MOVC A,@

42、A+DPTR</p><p><b>　　MOV R2,A</b></p><p>　　WAITRELEASE:</p><p>　　MOV DPTR,#OUTBIT</p><p><b>　　CLR A</b></p><p>　　MOVX @DPTR,A</p&g

43、t;<p>　　MOV R6,#10</p><p>　　CALL DELAY</p><p>　　CALL TESTKEY</p><p>　　JNZ WAITRELEASE</p><p><b>　　MOV A,R2</b></p><p><b>　　RET<

44、/b></p><p><b>　　MAIN:</b></p><p>　　MOV DPTR,#8000H</p><p>　　MOVX @DPTR,A</p><p><b>　　HERE:</b></p><p>　　JNB P3.3,HERE</p>

45、;<p>　　MOVX A,@DPTR</p><p><b>　　MOV P1,A</b></p><p><b>　　MOV R5,A</b></p><p>　　CALL DISPLAYLED</p><p>　　CALL TESTKEY</p><p&g

46、t;<b>　　JZ L5</b></p><p>　　CALL GETKEY</p><p>　　MOV 40H,A</p><p><b>　　L5:</b></p><p>　　MOV 63H,#00H</p><p><b>　　MOV A,R5&l

47、t;/b></p><p><b>　　MOV B,#51</b></p><p><b>　　MOV AB</b></p><p><b>　　MOV 62H,A</b></p><p><b>　　MOV A,B</b></p>

48、<p>　　JZ LOOP1</p><p><b>　　RL A</b></p><p><b>　　SUBB A,#2</b></p><p><b>　　MOV B,#10</b></p><p><b>　　DIV AB</b>&

49、lt;/p><p><b>　　MOV 61H,A</b></p><p><b>　　MOV 60H,B</b></p><p>　　AJMP MLOOP</p><p>　　LOOP1:MOV 61H,#00</p><p>　　MOV 60H,#00</p>

50、<p>　　AJMP MLOOP</p><p><b>　　MLOOP:</b></p><p>　　MOV R0, #LEDBUF</p><p><b>　　FILLBUF:</b></p><p><b>　　MOV A,@R0</b></p>

51、<p>　　MOV DPTR,#LEDMAP</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p><p>　　MOV 50H,A</p><p><b>　　CLR C</b></p><p>　　MOV A,40H</p><p>　　ADD A,41H</

52、p><p>　　ANL A,#01H</p><p>　　MOV 41H,A</p><p><b>　　RRC A</b></p><p>　　MOV 40H,#00H</p><p>　　JC WEI2</p><p><b>　　WEI1:

53、</b></p><p>　　CJNE R0,#62H,XS01</p><p>　　MOV A,50H</p><p>　　ADD A,#80H</p><p><b>　　SJMP XS1</b></p><p><b>　　XS01:</b>&l

54、t;/p><p>　　MOV A,50H</p><p><b>　　XS1:</b></p><p><b>　　MOV @R0,A</b></p><p><b>　　INC R0</b></p><p>　　CJNE R0,#LEDBUF+3, F

55、ILLBUF</p><p>　　LJMP START</p><p><b>　　WEI2:</b></p><p>　　CJNE R0,#63H,XS0</p><p>　　MOV A,50H</p><p>　　ADD A,#80H</p><p><

56、b>　　SJMP XS</b></p><p><b>　　XS0:</b></p><p>　　MOV A,50H</p><p><b>　　XS:</b></p><p><b>　　MOV @R0,A</b></p><p&g

57、t;<b>　　INC R0</b></p><p>　　CJNE R0,#LEDBUF+4, FILLBUF</p><p>　　LJMP START</p><p><b>　　END</b></p><p><b>　　七、結(jié)論</b></p><p&

58、gt;　　本設(shè)計以8051單片機為控制核心，通過集成摸數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0809將被測信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，經(jīng)單片機內(nèi)部程序處理后，由LED八段數(shù)碼管顯示測量結(jié)果。</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，最小分辨率為0.02V，滿足任務(wù)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、若能將測量的

59、電壓值實時保存，使用時將更方便。</p><p>　　2、ADC0809可實現(xiàn)對8個通道的輸入信號輪流轉(zhuǎn)換，本設(shè)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(yīng)結(jié)果，其應(yīng)用價值將會更大。</p><p><b>　　八、心得體會</b></p><p>　　在這次單片機課程設(shè)計實習里，通

60、過對單片機的學習與應(yīng)用明白實際操作和課本上的知識有很大聯(lián)系，但又高于課本，體會到了理論與實踐相結(jié)合的重要性，同時查閱相關(guān)文獻資料、組織材料、團隊合作等的能力都得到了相應(yīng)的提高。</p><p>　　在這次實習中，在收獲知識的同時，還收獲了閱歷。在此過程中，通過查找相關(guān)資料，請教老師，不僅培養(yǎng)了獨立思考、動手操作的能力，組織材料、團隊合作等能力也得到了相應(yīng)的提高，而且在與老師和同學的交流過程中，互動學習，能更好的將