基于單片機的數(shù)字式電壓表課程設計報告

1、<p>　　課 程 設 計 報 告</p><p>　　設計題目: 基于單片機的數(shù)字式電壓表設計 </p><p>　　名 稱: 單片機原理與應用課程設計 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　引 言

2、I</b></p><p>　　一、課程設計的性質(zhì)和目的2</p><p>　　二、課程設計的要求2</p><p>　　三、主要儀器設備及軟件2</p><p>　　四、課程設計題目及要求2</p><p>　　五、課題分析及設計思路2</p><p>　　5.1、課題

3、分析及總體設計2</p><p>　　5.2、硬件設計2</p><p>　　5.2.1 系統(tǒng)總體設計框圖2</p><p>　　5.2.2 單片機系統(tǒng)3</p><p>　　5.2.3 AD轉(zhuǎn)換電路6</p><p>　　5.3、軟件設計8</p><p>　　六、程序主要代碼

4、與分析8</p><p>　　七、實驗結果截圖10</p><p><b>　　八、心得體會11</b></p><p><b>　　參考文獻12</b></p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　電子電壓表主要用于測量各種

5、高、低頻信號電壓，它是電子測量中使用最廣泛的儀器之一。根據(jù)測量結果的顯示方式及測量原理不同，電壓測量儀器可分為兩大類：模擬式電壓表(AVM）和數(shù)字式電壓表（DVM）。模擬式電壓表是指針式的，多用磁電式電流表作為指示器，并在表盤上刻以電壓刻度。數(shù)字式電壓表首先將模擬量經(jīng)模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字量，然后用電子計數(shù)器計數(shù)，并以十進制數(shù)字顯示被測電壓值。</p><p>　　眾所周知，模擬電壓表精度較高，曾經(jīng)有很廣闊

6、的市場，現(xiàn)在依然有不少工程師依然在使用模擬電壓表。的確模擬電壓表在顯示測量值方面精度校準，然而卻也存在問題。模擬電壓表采用用指針式，里面是磁電或電磁式結構，所以其響應速度較慢。</p><p>　　然而在高速發(fā)展的當今社會，高速信號處理的需求越來越多，由于模擬電壓表響應速度較慢已經(jīng)不適用與高速信號領域，取而代之的將是數(shù)字電壓表。但數(shù)字電壓表由于存在采樣誤差，精度不是很高。不過目前可以通過技術手段來縮小誤差。使其精

7、度達到與模擬電壓表一樣精確甚至更高?？梢妼頂?shù)字電壓表必將取代模擬電壓表。現(xiàn)在有越來越多的數(shù)字測量儀器的出現(xiàn)但原理皆與數(shù)字電壓表殊途同歸，因此研究數(shù)字電壓表有著很大現(xiàn)實意義。</p><p>　　一、課程設計的性質(zhì)和目的</p><p>　　通過課程設計，鞏固在課堂上學到的有關電子技術、單片機、微機原理等課程的基本知識和基本方法，強化知識的綜合運用和技能基本訓練，通過硬件電路的設計和相應軟

8、件的編寫，掌握軟硬結合的控制程序設計，達到能獨立閱讀、編制和調(diào)試一定規(guī)模的電子產(chǎn)品制作或仿真。</p><p><b>　　二、課程設計的要求</b></p><p>　　1、遵循軟硬件模塊化設計。</p><p>　　2、要求程序結構化設計。</p><p>　　3、要求程序結構合理，語句使用得當，并附有必要的注釋。&

9、lt;/p><p>　　4、適當追求編程技巧和程序運行效率。</p><p>　　三、主要儀器設備及軟件</p><p>　　PC機、Protrus繪圖軟件、Keil C仿真軟件等。</p><p>　　四、課程設計題目及要求</p><p>　　題目：基于單片機的數(shù)字電壓表設計</p><p>　

10、　要求：1..利用單片機設計數(shù)字電壓表，用4段數(shù)碼管顯示；</p><p>　　2.能夠較準確的測量0~5V之間的直流電壓值，測量最小分辨率為0.02V。</p><p>　　五、課題分析及設計思路</p><p>　　5.1、課題分析及總體設計</p><p>　　通過滑動變阻器產(chǎn)生可變電壓；用ADC0809采集模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；將此

11、數(shù)字信號用七段數(shù)碼管顯示。</p><p><b>　　5.2、硬件設計</b></p><p>　　5.2.1 系統(tǒng)總體設計框圖 </p><p>　　本系統(tǒng)采樣Atmel89C52單片機作為控制核心，以ADC0809為數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)，實現(xiàn)被測電壓的數(shù)據(jù)采樣；使用系列比較器檢測輸入電壓的范圍，用共陰極數(shù)碼管顯示結果。</p>&

12、lt;p><b>　　圖1</b></p><p>　　5.2.2 單片機系統(tǒng)</p><p>　　單片機最小系統(tǒng)包括復位電路，晶振電路，電源電路，仿真時需搭建復位電路和晶振電路。</p><p><b>　　晶振電路：</b></p><p><b>　　圖2</b>

13、</p><p><b>　　復位電路：</b></p><p><b>　　圖3</b></p><p>　　單片機最小系統(tǒng)如下所示，其中P2口用于驅(qū)動數(shù)碼管，P1口用于數(shù)碼管顯示，P0口用于接收ADC0809轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，P3接74LS74 D觸發(fā)器電路。</p><p><b>　　

14、單片機最小系統(tǒng)：</b></p><p><b>　　圖4</b></p><p>　　5.2.3 AD轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　ADC0809的特性：ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關以及微處理機兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機直接接口。 （1）ADC0809的內(nèi)部邏輯結

15、構 </p><p>　　由下圖可知，ADC0809由一個8路模擬開關、一個地址鎖存與譯碼器、一個A/D轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當OE端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。</p><p>　?。?）．ADC0809引腳結構 </p>

16、<p>　　ADC0809各腳功能如下：D7-D0：8位數(shù)字量輸出引腳。IN0-IN7：8位模擬量輸入引腳。VCC：+5V工作電壓。GND：地。REF（+）：參考電壓正端。REF（-）：參考電壓負端。START：A/D轉(zhuǎn)換啟動信號輸入端。ALE：地址鎖存允許信號輸入端。（以上兩種信號用于啟動A/D轉(zhuǎn)換）.EOC：轉(zhuǎn)換結束信號輸出引腳，開始轉(zhuǎn)換時為低電平，當轉(zhuǎn)換結束時為高電平。OE：輸出允許控制端，用以打

17、開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。CLK：時鐘信號輸入端（一般為500KHz）。A、B、C：地址輸入線。 </p><p>　　ADC0809對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是0－5V，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。 </p><p>　　地址輸入和控制線：4條 </p><p

18、>　　ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當ALE線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線的地址信號進行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進入轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。A，B和C為地址輸入線，用于選通IN0－IN7上的一路模擬量輸入。通道選擇表如下表所示。</p><p>　　數(shù)字量輸出及控制線：11條 </p><p>　　ST為轉(zhuǎn)換啟動信號。當ST上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清

19、零；下跳沿時，開始進行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST應保持低電平。EOC為轉(zhuǎn)換結束信號。當EOC為高電平時，表明轉(zhuǎn)換結束；否則，表明正在進行A/D轉(zhuǎn)換。OE為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE＝1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE＝0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7－D0為數(shù)字量輸出線。 </p><p>　　CLK為時鐘輸入信號線。因ADC0809的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提

20、供，通常使用頻率為500KHZ， </p><p>　　VREF（＋），VREF（－）為參考電壓輸入。 </p><p>　　2． ADC0809應用說明 </p><p>　　（1）ADC0809內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與AT89S51單片機直接相連。 </p><p>　?。?）初始化時，使ST和OE信號全為低電平。 </p>

21、<p>　?。?）送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到A，B，C端口上。 </p><p>　　（4）在ST端給出一個至少有100ns寬的正脈沖信號。 </p><p>　　（5）是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)EOC信號來判斷。 </p><p>　?。?） 當EOC變?yōu)楦唠娖綍r，這時給OE為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機了。 </p><p>

22、;<b>　　3． 實驗任務 </b></p><p>　　如下圖所示，從ADC0809的通道IN0輸入0－5V之間的模擬量，通過ADC0809轉(zhuǎn)換成數(shù)字量在數(shù)碼管上以十進制形成顯示出來。ADC0809的VREF接＋5V電壓。 </p><p>　　ADC0809與單片機的連接：</p><p><b>　　圖6</b>&

23、lt;/p><p>　　5.2.3 觸發(fā)電路</p><p>　　74ls74中文資料 </p><p>　　74LS74內(nèi)含兩個獨立的D上升沿雙d觸發(fā)器，每個觸發(fā)器有數(shù)據(jù)輸入（D）、置位輸入（）復位輸入（）、時鐘輸入（CP）和數(shù)據(jù)輸出（Q、）。、的低電平使輸出預置或清除，而與其它輸入端的電平無關。當、均無效（高電平式）時，符合建立時間要求的D數(shù)據(jù)在CP上升沿作用下傳送

24、到輸出端。</p><p>　　74ls74功能表: </p><p><b>　　3． 實驗任務 </b></p><p>　　如下圖所示，通過74LS74產(chǎn)生時鐘源，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程需要在外部工作時鐘的控制下進行。</p><p>　　5.2.4 數(shù)碼管顯示電路</p><p><b>

25、　　四位數(shù)碼管引腳圖：</b></p><p>　　四位數(shù)碼管與單片機的連接：</p><p>　　5.3、軟件設計（設計思路及軟件流程圖） </p><p>　　軟件部分采用模塊化程序設計的方法，由單片機控制主程序、A/D轉(zhuǎn)換子程序、電壓檢測、七段數(shù)碼管顯示組成。系統(tǒng)軟件設計是在KeilC編譯環(huán)境下進行的，由于C語言程序可移植性好，所以提高了編程的效

26、率。</p><p><b>　　軟件程序流程圖：</b></p><p>　　顯示函數(shù) 主程序</p><p>　　六、程序主要代碼與分析（關鍵代碼要有注釋）：</p><p>　　#include <reg52.h> </p><p>　　U

27、nsigned char code dispbitcode[ ]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7, 0xef,0xdf,0xbf,0x7f}; </p><p>　　Unsigned char code dispcode[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66, 0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00}; </p><p>　　unsigned

28、 char dispbuf[8]={10,10,10,10,10,0,0,0}; </p><p>　　unsigned char dispcount; </p><p>　　unsigned char getdata; </p><p>　　unsigned int temp; </p><p>　　long int i; </p&

29、gt;<p>　　unsigned int R1; </p><p>　　sbit ST=P3^0; </p><p>　　sbit OE=P3^1; </p><p>　　sbit EOC=P3^2; </p><p>　　sbit CLK=P3^3; </p><p>　　void main(void

30、) </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　ST=0; //ST正脈沖信號啟動A/D轉(zhuǎn)換；</p><p>　　OE=0; //EOC為高電平后，若使OE為高電平，轉(zhuǎn)換結果DATA便可鎖存到D0~D7上，CPU讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)后，再使OE變?yōu)榈碗娖剑淮蜛/D轉(zhuǎn)換過程結束。</p><p>　　ET0

31、=1;//啟動T0中斷；</p><p>　　ET1=1;//啟動T1中斷；</p><p>　　EA=1;//開總中斷；</p><p>　　TMOD=0x12;//設置T0定時方式2，T1定時方式1</p><p>　　TH0=216; //計數(shù)初值a=2^16-t.Fosc/12其中t以us為單位，F(xiàn)osc以MHZ為單位;(t=5ms，

32、T=12MHZ) 十進制</p><p><b>　　TL0=216; </b></p><p>　　TH1=(65536-5000)/256;//0XEC </p><p>　　TL1=(65536-5000)%256;//0X78</p><p>　　TR1=1; //啟動T1</p><p>

33、;　　TR0=1; //啟動T0</p><p>　　ST=1; //ST產(chǎn)生正脈沖</p><p><b>　　ST=0; </b></p><p><b>　　while(1) </b></p><p><b>　　{ </b></p><p>　

34、　if(EOC==1) //EOC為高電平后，若使OE為高電平，轉(zhuǎn)換結果DATA便可鎖存到D0~D7上，CPU讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)后，再使OE變?yōu)榈碗娖?，一次A/D轉(zhuǎn)換過程結束。</p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　OE=1; </b></p><p>　　getdata=P0; </p&

35、gt;<p><b>　　OE=0;</b></p><p>　　i=getdata*196; //轉(zhuǎn)換為十進制；5V i/o口為八個5\256=196MV</p><p>　　dispbuf[5]=i/10000; </p><p>　　i=i%10000; </p><p>　　dispbuf[6]=i

36、/1000;</p><p>　　i=i%1000; </p><p>　　dispbuf[7]=i/100; </p><p><b>　　ST=1; </b></p><p><b>　　ST=0; </b></p><p><b>　　} &

37、lt;/b></p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　} </b></p><p>　　void t0(void) interrupt 1 using 0 //定時器0 中斷服務</p><p><b>　　{ </b>

38、</p><p>　　CLK=~CLK; </p><p><b>　　} </b></p><p>　　void t1(void) interrupt 3 using 0 //定時器1 中斷服務</p><p><b>　　{ </b></p><p>

39、　　TH1=(65536-6000)/256; </p><p>　　TL1=(65536-6000)%256; </p><p><b>　　P2=0xff;</b></p><p>　　P1=dispcode[dispbuf[dispcount]]; </p><p>　　P2=dispbitcode[dispcou

40、nt]; </p><p>　　if(dispcount==5) </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　P1=P1 | 0x80; </p><p><b>　　} </b></p><p>　　dispcount++; </p>&l

41、t;p>　　if(dispcount==8) </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　dispcount=0; </p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　} </b></p><p><

42、b>　　七、實驗結果截圖</b></p><p><b>　　實物圖：</b></p><p>　　作為模擬電壓的輸入，滑動變阻器的變化不可以過快；要求：調(diào)一次滑動變阻器使得電壓變化0.02V；所以要求2^n>5/0.02=250,因此ADC要選擇8位的，滑動變阻器的精確度為0.02.</p><p><b>

43、　　八、心得體會</b></p><p>　　本次試驗的難度雖不大，但在此過程中我學到了很多知識，同時也遇到了一些問題。例如：1. 仿真時用的是ADC0808但是實際生活中是用ADC0809，需要通過網(wǎng)上查找資料知道兩者的異同；2. 在網(wǎng)上有許多關于基于單片機的數(shù)字電壓表的設計資料每份的整體思想一樣，但是所用的芯片是不同的，需要自己根據(jù)老師提供的器件做相應的修改；3.作為模擬電壓的輸入，滑動變阻器的變

44、化不可以過快；4.用#define SEG P0不可以加；號；5.無窮循環(huán)while(1)后也不可以加；號；6.在仿真中不必將復位電路和晶振電路連接上，但是實際實驗中卻必須加上;7.各芯片都需要接地和接電源才能工作，仿真時不需要，但是實際中必須加上；8.在焊接時要判斷清楚芯片的引腳接線，合理的排版，才能更高效的連線并節(jié)省連線和焊接的時間。</p><p>　　另外，軟硬件一致也是很重要的。若編寫的程序在Kei

45、lc中正確，但載入芯片中所要求的功能本電路卻未能實現(xiàn)，原因有以下兩種：1.程序雖無語法錯誤，但是有可能是軟硬件不協(xié)調(diào)或程序邏輯錯誤。2.Proteus中電路連接錯誤。應認真細心檢查。</p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　[1] 曾屹.單片機原理與應用.湖南：中南大學出版社，2009</p><p>　　[2] 林