8路輸入模擬信號數值顯示電路單片機課程設計

1、<p><b>　　單片機課程設計</b></p><p>　　8路輸入模擬信號數值顯示電路</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本系統(tǒng)是基于AT89S52單片機設計的，由具有8通道的模數轉換芯片ADC0809采集模擬信號，并將采集到的數據送入AT89S52進行處理，其中ADC0

2、809的1MHZ時鐘脈沖直接由單片機的ALE腳輸出的六分頻時鐘信號經過74LS74二分頻得到。在設計中采用了精簡電路及充分利用軟件資源為原則，采用了軟件譯碼，并利用三極管擴流來驅動數碼管。同時兼顧系統(tǒng)的性能指標，采用了四位數碼管進行動態(tài)顯示，分別顯示模擬通道數以及采集到的模擬電壓的數值。本系統(tǒng)經設計調試達到了預期的設計要求，能夠標準地自動輪流顯示8路模擬電壓數值量，精度為0.02V，誤差系數為0.01。</p><p

3、><b>　　關 鍵 詞</b></p><p>　　模擬信號； AT89S52； ADC0809； 數值顯示</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、設計任務及要求5</p><p>　　二、 總體設計方案5</p>&

4、lt;p>　　三、 硬件電路設計6</p><p>　　1、模擬信號采集電路：6</p><p>　　2、數據處理模塊電路7</p><p>　　3、數碼顯示模塊電路8</p><p><b>　　四、 軟件設計9</b></p><p><b>　　1、主程序9&l

5、t;/b></p><p><b>　　2、初始化程序9</b></p><p><b>　　3、顯示子程序9</b></p><p>　　4、模數轉換測量子程序9</p><p>　　五、 檢測與調試10</p><p>　　六、 系統(tǒng)改進設想11</

6、p><p><b>　　七、 總結12</b></p><p><b>　　參考文獻12</b></p><p>　　附件一：總的電路原理圖13</p><p>　　附件二：程序清單14</p><p>　　附件三：數值量模擬量轉換對照表（ADC0809的參考電壓為5V）

7、19</p><p>　　附件四：元件清單21</p><p><b>　　設計任務及要求</b></p><p>　　設計一個8路輸入模擬信號數值顯示電路，具體要求如下：</p><p>　　a.8路模擬信號輸入；</p><p>　　b.自動輪流顯示8個通道模擬信號的數值；</p&g

8、t;<p>　　c.最小分辨率為0.02V；</p><p>　　d.最大顯示數值為255；</p><p>　　f.測量電壓最大值為5V。</p><p><b>　　二、 總體設計方案</b></p><p>　　8路輸入模擬信號數值顯示電路由A/D轉換、數據處理及顯示控制等組成。根據設計要求，要求能同

9、時輸入8路模擬信號，故在本設計中采用了8路的模數轉換器AD0809；由單片機AT89C52提供控制信號控制AD0809，并對采集到的數據進行處理，通過軟件編程實現8路模擬信號電壓數值自動輪流顯示；為得到8路模擬信號的數值進行輪流顯示，本設計中采用了四個數碼管，通過軟件直接譯碼，間接驅動4個共陽極數碼管，并通過動態(tài)顯示來輪流顯示4個數碼管。系統(tǒng)總體框圖設計如下圖所示：</p><p>　　圖一 系統(tǒng)總體設計框圖&

10、lt;/p><p>　　三、 硬件電路設計</p><p>　　1、模擬信號采集電路：</p><p>　　模擬信號采集需要用到模數轉換器，而ADC0809具有較高的轉換速度和精度，分辨率為8位，且受溫度影響較小，能較長時間保證精度，重現性好，功耗較低，且具有8路模擬開關，滿足本電路的設計要求，故在該電路模塊中采用了ADC0809進行8路模擬信號采集，模數轉換器ADC

11、0809各引腳功能如圖二所示：</p><p>　　IN7~IN0：8個模擬量輸入端；</p><p>　　START：啟動信號，當START為高電平時，A/D轉換開始；</p><p>　　EOC：轉換結束信號，當A/D轉換結束后，發(fā)出一個正脈沖，表示A/D轉換完畢。此信號可用做A/D轉換是否結束的檢測信號，或向CPU申請中斷的信號；</p><

12、;p>　　ENABLE：輸出允許信號。當此信號有效時，允許從A/D轉換器的鎖存器中讀取數字量。此信號可作為ADC0809的片選信號，高電平有效；</p><p>　　CLOCLK：實時時鐘，可通過外接RC電路改變時鐘頻率； </p><p>　　ALE：地址鎖存允許，高電平有效。當ALE為高電平時，允許C，B，A所示的通道被選中，并把該通道的模擬量接入A/D轉換器；</p>

13、;<p>　　C，B，A：通道號選擇端子。C為最高位，A為最低位；</p><p>　　D7~D0：數字量輸出端；</p><p>　　VREF（+），VREF（-）：參考電壓端子。用以提供D/A轉換器權電阻的標準電平。對于一般單極性模擬量輸入信號，VREF（+）=+5V，VREF（-）=0V；</p><p>　　VCC：電源端子，接+5V；<

14、/p><p><b>　　GND：接地端。</b></p><p>　　ADC0809是由單一電源，+5V供電，模擬電壓的輸入范圍為0~5V，故本設計允許輸入的模擬電壓最大值為5V。該電路模塊的工作過程：第22腳ALE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START為測試控制，當輸入一個2us寬高電平脈沖時，就開始A/D轉換；7腳EOC為A/D轉換結束

15、標志，當A/D轉換結束時，7腳輸出高電平；9腳ENABLE為A/D轉換數據輸出允許控制，當ENABLE腳為高電平時，A/D轉換數據從端口輸出；則可讀出數據。ADC0809的轉換速度取決于芯片的時鐘頻率，要求時鐘頻率范圍為：10~1280KHZ，在本設計中我們采用了由單片機ALE腳的六分頻晶振信號再通過14024二分頻得到，故ADC0809的工作頻率為1MHZ，轉換時間為1US。</p><p>　　圖二 模

16、擬信號采集電路</p><p>　　2、數據處理模塊電路</p><p>　　該電路主要完成將接受到的ADC0809轉換輸出的二進制數值進行BCD碼的轉換，并根據設計要求完成8路數值輪流顯示的功能，故需借助單片機來完成編程功能。</p><p>　　在本設計中，采用了AT89S52單片機，AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程

17、Flash 存儲器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80C51 產品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，由單片機P0口接收二進制數據。</p><p>　　設計中單片機中的I/O口都用做普通的輸入輸出口，由P1口接受AD0809送來的二進制數值，P0口是數碼管數值輸出口，P3.0~P3

18、.3作為數碼管的位驅動口。為得到AD0809的時鐘信號，在設計中，利用了單片機的ALE端口。ALE/PROG：地址鎖存控制信號（ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8 位地址的輸出脈沖。在一般情況下，ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖， 為了得到1MHZ的時鐘頻率，在電路中采用了74LS74帶預置和清除端的雙D觸發(fā)器74LS74，通過總原理圖的接法，可以得到二分頻器，連接至ALE端之后，可以得到滿足AD0809轉換的時鐘脈沖。7

19、4LS74的引腳功能表如下表一所示。</p><p>　　表一 74LS74功能表</p><p>　　單片機的P2口輸出控制信號，以此來控制ADC0809的轉換。具體的數據處理過程，將在軟件設計中進行詳細介紹。</p><p>　　3、數碼顯示模塊電路</p><p>　　根據設計要求，要求自動輪流顯示模擬通道數，以及8路模擬電壓數值，根

20、據功能要求，結合實際的布局布線復雜程度及調試的難易程度，為簡化電路起見，在設計中我們采用了動態(tài)顯示，并用四個連接的共陽數碼管取代了單個的數碼管，以做到調試簡單，實現容易。由于根據數碼管的參數要求，要求其驅動電流在10MA~20MA之間，在電路中采用9012三極管進行擴流來驅動四個數碼管；在本設計中段碼顯示是由P0口進行輸出，為防止數碼管灌入單片機的電流超出了允許的電流范圍，在數碼管與單片機的P1口之間接入了510歐姆的電阻。硬件電路圖如

21、圖 所示。</p><p>　　同樣為了簡化電路，且充分利用單片機的資源，采用了軟件譯碼代替硬件譯碼的方式，來進行數值顯示。由于人眼的視覺暫留時間為0.1S（100MS），所以每位顯示的間隔不能超過20MS，并保持延時一段時間，以造成視覺暫留效果，給人看上去每個數碼管總在亮，在本設計中每位數值的顯示時間為1MS，一個通道的數值顯示包括了通道數及電壓數值輪流顯示，共輪番顯示255次，所以每個通道的停留時間為1S。

22、</p><p>　　圖三 數碼顯示模塊電路</p><p>　　由于本設計中顯示的數值不是實際的模擬電壓值，而只是由AD0809采集的到模擬電壓顯示的二進制數，為使使用者能夠通過數值得到實際的模擬電壓數值，可以通過下表進行查閱，例如：如果數碼管顯示的數值為2136，則表示，模擬通道IN2的電壓值為由數值量136代表的模擬電壓2.6656V。詳細轉換情況見附件三。</p>

23、<p><b>　　四、 軟件設計</b></p><p><b>　　1、主程序</b></p><p>　　當進行一次測量后，將顯示出每一通道的A/D轉換值。每個通道的數據顯示時間在1s左右。主程序在調用顯示程序和測試程序之間循環(huán)，其流程圖如圖四所示。</p><p><b>　　2、初始化程序&

24、lt;/b></p><p>　　系統(tǒng)上電時，將70H～77H內存單元清零，P2口置零。</p><p><b>　　3、顯示子程序</b></p><p>　　采用動態(tài)掃描法實現四位數碼管的數值顯示。測量所得的A/D轉換數據放在70H～77H內存單元中。測量數據在顯示時需經過轉換成為十進制BCD碼放在78H～7BH中，其中7BH存放通道

25、標志數。寄存器R3用來作為8路循環(huán)控制，R0用做顯示數據地址指針。 </p><p>　　4、模數轉換測量子程序</p><p>　　模數轉換測量子程序是用來控制對0809 8路模擬輸入電壓的A/D轉換，并將對應的數值移入70H～77H內存單元，其程序流程如圖五所示。</p><p>　　具體程序清單見附件二。</p><p>　　圖四

26、主程序流程圖 圖五 A/D轉換測量程序流程圖</p><p><b>　　程序的資源分配：</b></p><p>　　內部RAM70H~77H是8路模擬信號經過AD轉換得到的二進制數存儲單元，78H~7BH是分別作為數碼管的的模擬通道數，電壓數值的百位、十位、個位。</p><p><b>　　

27、五、 檢測與調試</b></p><p>　　按照總的電路圖進行布局和布線，焊接完成之后，進行了系統(tǒng)檢測，本電路的檢測步驟如下：</p><p>　　a.在通電之前，先檢查電源與地端之間的電阻大小，在正常情況下，電阻值為無窮大，但實際情況為幾千歐姆。如果電阻小，則說明電路中存在短路現象，可通過定點與動點結合的試觸法進行測試，檢查短路的引腳，并矯正。</p><

28、;p>　　b.通電之后，檢測單片機是否工作正常，通過檢測單片機的30腳ALE看是否有正弦波輸出，且其電壓值是否為電源電壓的一半。如果單片機沒工作，則看振蕩電路是否正常，檢測18，19腳的電壓是否在2.2V左右。</p><p>　　c.檢測復位電路是否工作正常，按下復位開關之后，單片機的第9腳是否有高電平。如果沒有，則檢查復位電路是否連接正確。</p><p>　　d.檢測各集成芯片

29、是否工作正常，即檢測各芯片的電源端是否有電壓。</p><p>　　經檢測完畢無異常情況之后，可以通過燒寫器下載程序進行調試。</p><p>　　以下是在本次調試過程當中遇到的問題：</p><p>　　a.數碼管只亮了后面兩個，經檢測數碼管是好的，通過檢測電路焊接情況，由于存在虛焊的情況，經矯正之后數碼管亮了三個，為檢查唯一一個不亮的數碼管，采用了程序檢測與硬件

30、檢測相結合的方法，最后得出結論三極管是壞的，換掉三極管之后，數碼管工作完全正常。</p><p>　　b.在數碼管顯示時，發(fā)現數碼管在初次采樣顯示為00，經調節(jié)程序的順序并修改，從程序上電之初就開始輪流采集八路模擬電壓，通過數碼管顯示，可以得到標準的電壓數值量。</p><p>　　c.為檢測得到的電壓數值量與其代表的模擬電壓是否相一致，用數字電壓表測量模擬量與理論計算得到的模擬量進行比較

31、，在開始檢測時出現了較大的差值，經過檢測發(fā)現，電壓輸入端存在虛焊的現象，經矯正，得到的測量值與理論值之間的誤差為0.01左右，滿足題目的精度要求。</p><p><b>　　六、 系統(tǒng)改進設想</b></p><p>　　本設計可進一步進行指標和性能的完善，比如：可以擴大電壓的量程范圍，可以通過自動量程轉換來實現；可以采用C語言來編寫，提高顯示數值顯示精度，并可顯示

32、模擬電壓的實際值。</p><p><b>　　七、 總結</b></p><p>　　在本系統(tǒng)的設計制作過程中，經過兩人的合作與努力，雖然在設計與制作過程中出現了各種各樣的問題和情況，但是我們都能夠冷靜地進行硬件和軟件檢測，并針對性地進行糾正，在進行了全面檢測及反復調試之后，該系統(tǒng)已經完全實現了所有功能，并達到了預期的所有指標。</p><p&g

33、t;<b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]李朝青．單片機原理及接口技術．北京．1998166。</p><p>　　[2]閻石．數字電子技術基礎．北京．1998.12．150。</p><p>　　[3]藩新民，王燕芳．微型計算機控制技術．北京．2005.3．52。</p><p>　　附件一：總的電路

34、原理圖</p><p><b>　　附件二：程序清單</b></p><p>　　主程序和中斷程序入口</p><p>　　ORG 0000H ;程序執(zhí)行開始地址</p><p>　　LJMP START ;跳至START執(zhí)行</p><p>　　ORG 0003H

35、 ;外中斷0中斷入口地址</p><p>　　RETI ;中斷返回(不開中斷)</p><p>　　ORG 000BH ;定時器T0中斷入口地址</p><p>　　RETI ;中斷返回(不開中斷)</p><p>　　ORG 0013H ;外中斷1中斷入口地址</p

36、><p>　　RETI ;中斷返回(不開中斷)</p><p>　　ORG 001BH ;定時器T1中斷入口地址</p><p>　　RETI ;中斷返回(不開中斷)</p><p>　　ORG 0023H ;串行口中斷入口地址</p><p>　　RET

37、I ;中斷返回(不開中斷)</p><p>　　ORG 002BH ;定時器T2中斷入口地址</p><p>　　RETI ;中斷返回(不開中斷)</p><p>　　;初始化程序中的各變量</p><p>　　CLEARMEMIO:CLR A ;</p>&l

38、t;p>　　MOV P2,A ;P2口置0</p><p>　　MOV R0,#70H ;內存循環(huán)清0(70H~7BH)</p><p>　　MOV R2,#0CH </p><p>　　LOOPMEM: MOV @R0,A </p><p>　　INC R0 </p>

39、<p>　　DJNZ R2,LOOPMEM </p><p>　　MOV A,#0FFH </p><p>　　MOV P0,A ;P0,P1,P3端口置1</p><p>　　MOV P1,A </p><p>　　MOV P3,A </p><p>　　RET

40、 ;子程序返回</p><p><b>　　;主程序</b></p><p>　　START: LCALL CLEARMEMIO ;初始化</p><p>　　MAIN: LCALL TEST ;測量一次</p><p>　　LCALL DISP

41、LAY ;顯示數據一次</p><p>　　AJMP MAIN ;返回MAIN循環(huán)</p><p>　　NOP ;PC值出錯處理</p><p>　　NOP ;空操作</p><p>　　NOP ;空

42、操作</p><p>　　LJMP START ;重新復位啟動</p><p>　　DISPLAY: MOV R3,#08H ;8路信號循環(huán)顯示控制</p><p>　　MOV R0,#70H ;顯示數據初址(70H~77H)</p><p>　　MOV 7BH,#00H

43、 ;顯示通道路數(0~7)</p><p>　　DISLOOP1: MOV A,@R0 ;顯示數據轉為三位十進制BCD碼存入</p><p>　　MOV B,#100 ;7AH,79H,78H顯示單元內</p><p>　　DIV AB ;顯示數據除100</p><p>　　MOV

44、7AH,A ;商入7AH</p><p>　　MOV A,#10 ;A放入數10</p><p>　　XCH A,B ;余數與數10交換</p><p>　　DIV AB ;余數除10</p><p>　　MOV 79H,A ;商入79H</p>

45、<p>　　MOV 78H,B ;余數入78H</p><p>　　MOV R2,#0FFH ;每路顯示時間控制4ms*255</p><p>　　DISLOOP2: LCALL DISP ;調四位LED顯示程序</p><p>　　DJNZ R2,DISLOOP2 ;每路顯示時間控制</p>

46、<p>　　INC R0 ;顯示下一路</p><p>　　INC 7BH ;通道顯示數值加1</p><p>　　DJNZ R3,DISLOOP1 ;8路顯示未完轉DISLOOP1再循環(huán)</p><p>　　RET ;8路顯示完子程序結束</p><p&g

47、t;　　;LED共陽顯示子程序,顯示內容在78H~7BH,數據在P1輸出,列掃描在P3.0~P3.3口</p><p>　　DISP: MOV R1,#78H ;賦顯示數據單元首址</p><p>　　MOV R5,#0FEH ;掃描字</p><p>　　PLAY: MOV P1,#0FFH ;關顯示&l

48、t;/p><p>　　MOV A,R5 ;取掃描字</p><p>　　ANL P3,A ;開顯示</p><p>　　MOV A,@R1 ;取顯示數據</p><p>　　MOV DPTR,#TAB ;取段碼表首址</p><p>　　MOVC A,

49、@A+DPTR ;查顯示數據對應段碼</p><p>　　MOV P1,A ;段碼放入P1口</p><p>　　LCALL DL1MS ;顯示1ms</p><p>　　INC R1 ;指向下一地址</p><p>　　MOV A,P3 ;取P3口

50、掃描字 </p><p>　　JNB ACC.3,ENDOUT ;四位顯示完轉ENDOUT結束</p><p>　　RL A ;掃描字循環(huán)右移</p><p>　　MOV R5,A ;掃描字放入R5暫存</p><p>　　MOV P3,#0FFH ;顯示暫停

51、</p><p>　　AJMP PLAY ;轉PLAY循環(huán)</p><p>　　ENDOUT: MOV P3,#0FFH ;顯示結束,端口置1</p><p>　　MOV P1,#0FFH </p><p>　　RET ;子程序返回</p><p>

52、　　;LED數碼顯示管用共陽段碼表,分別對應0~9,最后一個是"熄滅符"</p><p>　　TAB:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH</p><p>　　;1ms延時子程序,LED顯示用</p><p>　　DL1ms: MOV R6,#14H</p

53、><p>　　DL1: MOV R7,#19H</p><p>　　DL2: DJNZ R7,DL2</p><p>　　DJNZ R6,DL1</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　;模數轉換測量子程序</p><p>

54、;　　TEST: CLR A ;清累加器A</p><p>　　MOV P2,A ;清P2口</p><p>　　MOV R0,#70H ;轉換值存放首址</p><p>　　MOV R7,#08H ;轉換8次控制</p><p>　　LCALL TESTART

55、 ;啟動測試</p><p>　　WAIT: JB P3.7,MOVD ;等A/D轉換結束后轉MOVD</p><p>　　AJMP WAIT ;P3.7為0等待</p><p>　　TESTART: SETB P2.3 ;鎖存測試通道地址</p><p>　　NOP

56、 ;延時2us</p><p>　　NOP </p><p>　　CLR P2.3 ;測試通道地址鎖存完畢</p><p>　　SETB P2.4 ;啟動測試,發(fā)開始脈沖</p><p>　　NOP ;延時2us</p><p>　

57、　NOP </p><p>　　CLR P2.4 ;發(fā)啟動脈沖完畢</p><p>　　NOP ;延時4us</p><p>　　NOP </p><p>　　NOP </p><p>　　NOP

58、 </p><p>　　RET ;子程序調用結束</p><p>　　;取A/D轉換數據至70H~77H內存單元</p><p>　　MOVD: SETB P2.5 ;0809輸出允許</p><p>　　MOV A,P0 ;將A/D轉換值移入A</p>

59、<p>　　MOV @R0,A ;放入內存單元</p><p>　　CLR P2.5 ;關閉0809輸出</p><p>　　INC R0 ;內存地址加1</p><p>　　MOV A,P2 ;通道地址移入A</p><p>　　INC A ;

60、通道地址加1</p><p>　　MOV P2,A ;通道地址送0809</p><p>　　CLR C ;清進位標志</p><p>　　CJNE A,#08H,TESTCON ;通道地址不等于8轉TESTCONT再測試</p><p>　　JC TESTCON ;通道地址小于8轉TESTC

61、ONT再測試</p><p>　　CLR A ;大于或等于8,A/D轉換結束,恢復端口</p><p>　　MOV P2,A ;P2口置1</p><p>　　MOV A,#0FFH ;</p><p>　　MOV P0,A ;P0置1</p><p>　

62、　MOV P1,A ;P1置1</p><p>　　MOV P3,A ;P3置1</p><p>　　RET ;取A/D轉換數據結束</p><p>　　TESTCON: LCALL TESTART ;再發(fā)測試啟動脈沖</p><p>　　LJMP WAIT ;跳至