單片機課程設計----數字電壓表

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　第1章 課題的設計要求、目的、意義1</p><p>　　1.1課題的設計要求：1</p><p>　　1.2課題的設計目的與意義：1</p><p>　　第2章 系統(tǒng)總體方案選擇與說明2</p><p>　　2.1通道轉換方

2、案設計2</p><p>　　2.2顯示部分方案設計2</p><p>　　第3章 系統(tǒng)結構框圖與工作原理3</p><p>　　3.1 系統(tǒng)結構框圖3</p><p>　　3.2 工作原理4</p><p>　　第4章 各單元硬件設計說明及計算方法5</p><p>　　4.1單片

3、機的選擇5</p><p>　　4.2時鐘電路與復位電路的設計6</p><p>　　4.3LED顯示電路設計與器件選擇7</p><p>　　4.4 A/D轉換電路和測量電路的設計9</p><p>　　第5章 軟件設計與說明11</p><p>　　5.1系統(tǒng)軟件設計（流程圖）11</p>

4、<p>　　5.2 程序設計12</p><p>　　第6章 使用說明與調試結果13</p><p><b>　　總結14</b></p><p><b>　　參考資料15</b></p><p>　　附錄1 系統(tǒng)原理圖16</p><p>　　附錄2

5、程序清單17</p><p>　　第1章 課題的設計要求、目的、意義</p><p>　　1.1課題的設計要求：</p><p>　　設計并制作用單片機控制一個數字式電壓表。本電壓表為多路模擬量輸入，范圍為0~5V，將采集的數據轉換成工程量在LED數碼顯示器上顯示，測量最小分辨率為0.0196V，測量誤差為±0.02V。</p><p

6、>　　1.2課題的設計目的與意義：</p><p>　　課程設計是讓我熟練掌握了課本上的一些理論知識，課程設計也是一個學習新知識、鞏固加深所學課本理論知識的過程，它培養(yǎng)了我們綜合運用知識的能力，獨立思考和解決問題的能力。加深我們對單片機原理與應用課程的理解。</p><p>　　第2章 系統(tǒng)總體方案選擇與說明</p><p>　　實現數字電壓表的方案很多，目前

7、廣泛采用的時基于74系列邏輯器件，本設計將介紹基于單片機實現的方案。</p><p>　　2.1通道轉換方案設計</p><p>　　方案一：考慮到ADC0808的8路模擬量輸入本質上也是模擬開關，因此可以利用其8個模擬通道中的3個作為通道轉換器，即根據通道對應的電壓測量范圍確定對應的電壓方法倍數設計對應的放大電路。</p><p>　　方案二：利用手動開關實現通

8、道轉換。該方案可簡化控制程序，消減系統(tǒng)開銷?？s短反應時間，不足之處在于操作麻煩。</p><p>　　綜上所述：方案二所需元件少、成本低且易于實現，則選此方案。</p><p>　　2.2顯示部分方案設計</p><p>　　方案一：單片機的P0、P2口分別接74LS248和ULN2003A芯片來驅動四位數碼管</p><p>　　方案二：直

9、接用單片機的P1、P2口驅動數碼管，此處把ADC0808的輸出端接P1口 ，因為P1口能夠驅動數碼管。</p><p>　　綜上所述，兩個方案都可行，但方案二所需元件少、成本低，則選擇此方案。</p><p>　　第3章 系統(tǒng)結構框圖與工作原理</p><p>　　3.1 系統(tǒng)結構框圖 </p><p>　　根據項目要求，確定該系統(tǒng)的設計方案

10、，圖3-1為該方案的硬件電路設計框圖。由6個部分組成，即單片機、時鐘電路、復位電路、LED顯示電路、A/D轉換器和測量電壓輸入電路。</p><p>　　圖3-1 系統(tǒng)結構框圖</p><p><b>　　3.2 工作原理</b></p><p>　　系統(tǒng)采用12M晶振產生脈沖做AT89C51的內部時鐘信號，通過軟件設置單片機的內部定時器T0產

11、生中斷信號。利用中斷設置單片機的P2.4口取反產生脈沖做AT89C51的時鐘信號。通過按鍵選擇八路通道中的一路，將該路電壓送入ADC0808相應通道，單片機軟件設置ADC0808開始A/D轉換，轉換結束ADC0808的EOC端口產生高電平，同時將ADC0808的EO端口置為高電平，單片機將轉換后結果存到片內RAM。系統(tǒng)調出顯示子程序，將保存結果轉化為0.00-5.00V分別保存在片內RAM;系統(tǒng)調出顯示子程序，將轉化后數據查表，輸出到L

12、ED顯示電路，將相應電壓顯示出來，程序進入下一個循環(huán)。</p><p>　　第4章 各單元硬件設計說明及計算方法</p><p>　　根據設計要求與思路，確定該系統(tǒng)的設計方案。硬件電路由5個部分組成，即單片機時鐘電路、復位電路、4位顯示器電路、A/D轉換電路和鍵盤及測量電路。</p><p><b>　　4.1單片機的選擇</b></p&

13、gt;<p>　　系統(tǒng)設計使用MCS-51單片機8051芯片。8051芯片由以下部分組成：中央處理器、256單元的內部數據存儲器、4KB的程序存儲器、定時器/計數器、四個八位的I/O口，中斷控制系統(tǒng)及時鐘電路。圖4.1所示為采用雙列直插式封裝的8051AH芯片管腳圖。</p><p>　　圖4.1 80C51芯片管腳圖</p><p>　　4.2時鐘電路與復位電路的設計&l

14、t;/p><p>　　時鐘電路是計算機最核心的部分，它控制著計算機的工作MCS-51單片機允許的時鐘頻率典型值為12MHZ。80C51單片機內部有一個高增益反相放大器，用于構成振蕩器。反相放大器的輸入端為XTAL1，輸出端為XTAL2，分別是80C51的19腳和18腳。在XTAL1和XTAL2兩端跨接石英晶體及兩個電容就可以構成穩(wěn)定的自激振蕩器。石英晶振起振后要能在XTAL2線上輸出一個3V左右的正弦波，使MCS-5

15、1片內的OCS電路按石英晶振相同頻率自激震蕩。通常，OCS的輸出時鐘頻率fosc為0.5MHZ~16MHZ，典型值為12MHZ電容器C1和C2通常取30pF左右，對震蕩頻率有微調作用。調節(jié)它們可以達到微調震蕩周期fosc的目的。</p><p>　　單片機的RST管腳為主機提供一個外部復位信號輸入端口。復位信號是高電平有效，高電平有效的持續(xù)時間應為2個機器周期以上。單片機的復位方式有上電自動復位和手工復位兩種。圖

16、4-2所示是51系列單片機常用的上電復位電路，只要Vcc上升時間不超過1ms，它們都能很好地工作。復位以后，單片機內各部件恢復到初始狀態(tài)。</p><p>　　電阻電容器件的參考值:R1=200Ω,R2=1KΩ,C3=22μF。RET按鍵可以選擇專門的復位按鍵，也可以選擇輕觸開關。</p><p>　　電路圖如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-2 時鐘電路與

17、復位電路</p><p>　　4.3LED顯示電路設計與器件選擇</p><p>　　單片機應用系統(tǒng)中，通常都需要進行人機對話。這包括人對應用系統(tǒng)的狀態(tài)干預與數據輸入，以及應用系統(tǒng)向人們顯示運行狀態(tài)與運行結果。顯示器、鍵盤電路就是用來完成人機對話活動的人機通道。</p><p>　　LED顯示器的驅動是一個非常重要的問題，此設計不采用段驅動芯片和位驅動芯片，直接由單

18、片機的P1，P2口驅動，實驗證明可行。</p><p>　　在應用系統(tǒng)中，設計要求不同，使用的LED顯示器的位數也不同，因此生產廠家就生產了多種位數、尺寸、型號不同的LED顯示器。在我們的設計中，選擇4位一體的共陰極時鐘型LED顯示器，采用動態(tài)顯示方式。圖4-2為本系統(tǒng)LED顯示電路，采用P1口作為LED的段碼輸出信號，P2口的低四位作為LED位碼的輸出控制信號。</p><p>　　圖4

19、-3 LED顯示原理圖</p><p>　　說明：1位顯示轉換通道，2、3和4位顯示電壓表數值。</p><p>　　4.4 A/D轉換電路和測量電路的設計</p><p>　　A/D轉換器的功能是將模擬量轉換為與其大小成正比的數字量信號。能實現這種轉換的原理和方法很多，此設計采用ADC0808轉換器。ADC0808是一種逐次逼近型的8位A/D轉換器件，片內有8路模

20、擬開關，可輸入8個模擬量，單極性，量程為0～+5V。</p><p>　　74LS373: 是帶有清除端的8D觸發(fā)器，只有在清除端保持高電平時，才具有鎖存功能，鎖存控制端為11腳CLK，采用上升沿鎖存。1D～8D為數據輸入端，1Q～8Q為數據輸出端，正脈沖觸發(fā)，低電平清除，常用做8位地址鎖存器。</p><p>　　用單片機的P2.4對應ADC0808的ALE端，P2.5對應EOC端，P2

21、.6對應OE端,P3.3對應CLK端，用軟件設定給定的值。ADDA、ADDB和ADDC連接74LS373的輸出端，由74LS373輸出值選擇通道。IN0～IN7分別8個被測電位器，根據選擇的通道，ADC0808選擇測量相應通道的電位。電路圖如圖4-4所示。</p><p>　　圖4-4 A/D轉換測量電路</p><p>　　說明：0808芯片的IN0-IN7分別接8個電位器，OUT1-O

22、UT8接單片機P0口并與74373的D0-D7連接。74373的OE接地，LE接單片機P3.2管腳，用程序控制其鎖存地址。0808芯片的CLK接P3.3用程序給其初始化脈沖。ST和ALE接P2.4,OE、EOC分別接P2.6、P2.5，編程控制以控制0808芯片。</p><p>　　第5章 軟件設計與說明</p><p>　　5.1系統(tǒng)軟件設計（流程圖）</p><p

23、>　　圖5.1為程序軟件設計流程圖 其中(a)為主程序流程圖，（b）為A/D轉換子程序流程圖。 </p><p>　　其中A/D轉換子程序是將0808轉化后的數字量，需通過轉化子程序轉化成工程量并通過查表送到P1口送給LED顯示。</p><p><b>　　5.2 程序設計</b></p><p>　?。?）初始化程序 給ADC0808

24、時鐘脈沖信號，并指向0808的0通道啟動A/D轉換，通過延時等待8路采集完畢。</p><p>　?。?）數據讀入 控制0808芯片的ALE、START、EOC和OE，STRT為正脈沖時轉換開始，EOC為低電平時A/D轉化結束，OE為高電平時轉換結果送到數據線并被單片機讀入，ALE為上升沿信號地址鎖存允許 CLR P2.4</p><p>　　SETB P2.4&l

25、t;/p><p>　　CLR P2.4</p><p>　　JNB P2.5,$</p><p>　　SETB P2.6</p><p>　　MOVX A,@DPTR</p><p>　　MOV ADC,A</p><p>　　CLR

26、 P2.6</p><p>　　（3）消抖 防抖動的時間是10ms。</p><p>　　（4）通道轉換 當判斷有按鍵按下后P3.2口置位即允許74373地址鎖存，DPTR加1指向下一通道。</p><p>　　第6章 使用說明與調試結果</p><p>　　該數字電壓表可以同時測量8路直流數據，電壓表測量范圍為0.00～5.00V，測量最

27、小分辨率為19.5mv。</p><p>　　整個系統(tǒng)由一個按鈕控制，最左邊個LED顯示器是指向當前通道，即電位器編號。用Proteus仿真中點PLAY電壓表默認顯示第8通道即第8個電位器RV8的測量值。</p><p>　　第一次按下按鈕后，改變測量通道即第1通道RV1的值，第2下為第2通道，依次循環(huán)測量8個電位器的電壓值。</p><p>　　選擇其中任意電位器

28、并撥動其位置能改變其值，最大值為5V，最小值為0V，在中間時為2.49V，單片機能讀出并正確顯示。</p><p>　　經調試后該系統(tǒng)能達到目標要求。</p><p><b>　　總結</b></p><p>　　這次課程設計對我來說學到的不僅是那些知識，更多的是團隊和合作?，F在想來，也許學校安排的課程設計有著它更深層的意義吧，它不僅僅讓我們綜

29、合那些理論知識來運用到設計和創(chuàng)新，還讓我們知道了一個團隊凝聚在一起時所能發(fā)揮出的巨大潛能!在團隊中，我們互幫互助，對整個課程設計來說，這是至關重要的，缺少每一個人都會對我們的設計產生影響。還有要感謝指導老師在我們遇到困難時，給予我們的建議與鼓勵。</p><p>　　在一個星期后的今天我已明白課程設計對我來說的意義，它不僅僅是讓我們把所學的理論知識與實踐相結合起來，提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力，更重要的

30、是同學間的團結，雖然我們這次花去的時間比別人多，但我相信我們得到的也會更多! 發(fā)現、提出、分析、解決問題和實踐能力的提高都會受益于我在以后的學習、工作和生活中。</p><p><b>　　參考資料</b></p><p>　　1 51周向紅.系列單片機應用與實踐教程.北京：北京航空航天大學出版社，2008 </p><p>　　2王迎旭.單

31、片機原理與應用.北京：機械工業(yè)出版社, 2004 </p><p>　　3公茂法.單片機人機接口實例. 北京:北京航空航天大學出版社,2006</p><p><b>　　附錄1 系統(tǒng)原理圖</b></p><p><b>　　附錄2 程序清單</b></p><p>　　ADC

32、EQU 50H</p><p>　　LED_0 EQU 30H</p><p>　　LED_1 EQU 31H</p><p>　　LED_2 EQU 32H</p><p>　　LED_3 EQU 33H</p>

33、<p>　　ORG 0000H</p><p>　　AJMP MAIN</p><p>　　ORG 000BH</p><p>　　AJMP INT0</p><p>　　ORG 0030H</p><p>　　MAIN: LCAL

34、L CLK ;初始化</p><p>　　MOV R4,#8</p><p>　　MOV LED_3,R4</p><p>　　START1:MOV DPTR,#7FF0H ;指向0通道</p><p>　　MOVX @DPTR,A ;讀取轉換數值&l

35、t;/p><p>　　JB P3.4,AAA1 </p><p>　　LCALL DELAY ;調用延時程序</p><p>　　LCALL DELAY</p><p>　　LCALL DELAY</p><p>　　LCALL DELAY</

36、p><p>　　LCALL DELAY</p><p>　　LCALL DELAY</p><p>　　LCALL DELAY</p><p>　　LCALL DELAY</p><p>　　LCALL DELAY</p><p>　　LCALL DE

37、LAY</p><p>　　LCALL DELAY</p><p>　　JB P3.4,AAA1 ;判斷是否按下按鈕并開始轉換數值</p><p>　　SETB P3.2 ;P3.2給高電平鎖存地址</p><p>　　INC R4 </p><p&

38、gt;　　CJNE R4,#9,AAA2 </p><p>　　MOV R4,#1 </p><p>　　AAA2: MOV LED_3,R4 ;顯示所選通道</p><p>　　INC R5 </p><p>　　INC D

39、PTR ;指向下一通道</p><p>　　MOV B,R5 ;顯示通道并重新鎖存地址</p><p>　　MOV P0,B</p><p>　　CLR P3.2</p><p>　　JNB P3.4,$ </p><p>　　A

40、AA1: CLR P2.4 </p><p>　　SETB P2.4</p><p>　　CLR P2.4</p><p>　　JNB P2.5,$</p><p>　　SETB P2.6</p><p>　　MOVX A,@DPTR

41、;讀取轉換數據開始轉化為工程量</p><p>　　MOV ADC,A</p><p>　　CLR P2.6</p><p>　　LCALL CONV ;調用轉換子程序</p><p>　　LCALL DISP ;調用顯示子程序</p><p>　　LCALL

42、 DELAY ;調用延時程序</p><p>　　LJMP START1 </p><p>　　CONV: MOV A,ADC ;數值轉換子程序</p><p>　　MOV B,#51</p><p>　　DIV AB</p><p>　　MOV

43、 LED_2,A</p><p>　　MOV A,B</p><p>　　CLR F0</p><p>　　SUBB A,#1AH</p><p>　　MOV F0,C</p><p>　　MOV A,#10</p><p>　　MUL

44、 AB</p><p>　　MOV B,#51</p><p>　　DIV AB</p><p>　　JB F0,LOOP1</p><p>　　ADD A,#5</p><p>　　LOOP1:MOV LED_1,A</p><p>　　

45、MOV A,B</p><p>　　CLR F0</p><p>　　SUBB A,#1AH</p><p>　　MOV F0,C</p><p>　　MOV A,#10</p><p>　　MUL AB</p><p>　　MOV

46、 B,#51</p><p>　　DIV AB</p><p>　　JB F0,LOOP2</p><p>　　ADD A,#5</p><p>　　LOOP2:MOV LED_0,A</p><p><b>　　RETI</b></p>

47、<p>　　DISP:MOV DPTR,#TABLE ;數碼顯示子程序</p><p>　　MOV A,LED_3</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p><p>　　CLR P2.0</p><p>　　MOV P1,A</p><p>　　L

48、CALL DELAY</p><p>　　SETB P2.0</p><p>　　MOV A,LED_0</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p><p>　　CLR P2.3</p><p>　　MOV P1,A</p><p>　

49、　LCALL DELAY</p><p>　　SETB P2.3</p><p>　　MOV A,LED_1</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p><p>　　CLR P2.2</p><p>　　MOV P1,A</p><p>　　

50、LCALL DELAY</p><p>　　SETB P2.2</p><p>　　MOV A,LED_2</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p><p>　　CLR P2.1</p><p>　　ORL A,#80H</p><p>　

51、　MOV P1,A</p><p>　　LCALL DELAY</p><p>　　SETB P2.1</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　CLK: MOV TMOD,#02H; ;初始化脈沖信號</p><p>　　MOV

52、 TH0,#245;</p><p>　　MOV TL0,#245;</p><p>　　SETB EA</p><p>　　SETB TR0</p><p>　　SETB ET0</p><p>　　INT0:CPL P3.3</p><p><b>　　R

53、ETI</b></p><p>　　DELAY:MOV R6,#1 ;延時子程序</p><p>　　D1: MOV R7,#250</p><p>　　DJNZ R7,$</p><p>　　DJNZ R6,D1</p><p><b>　　RET</b&