單片機課程設(shè)計----數(shù)字電壓表

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　第1章 課題的設(shè)計要求、目的、意義1</p><p>　　1.1課題的設(shè)計要求：1</p><p>　　1.2課題的設(shè)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(zhuǎn)換方

2、案設(shè)計2</p><p>　　2.2顯示部分方案設(shè)計2</p><p>　　第3章 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖與工作原理3</p><p>　　3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3</p><p>　　3.2 工作原理4</p><p>　　第4章 各單元硬件設(shè)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(fù)位電路的設(shè)計6</p><p>　　4.3LED顯示電路設(shè)計與器件選擇7</p><p>　　4.4 A/D轉(zhuǎn)換電路和測量電路的設(shè)計9</p><p>　　第5章 軟件設(shè)計與說明11</p><p>　　5.1系統(tǒng)軟件設(shè)計（流程圖）11</p>

4、<p>　　5.2 程序設(shè)計12</p><p>　　第6章 使用說明與調(diào)試結(jié)果13</p><p><b>　　總結(jié)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(shè)計要求、目的、意義</p><p>　　1.1課題的設(shè)計要求：</p><p>　　設(shè)計并制作用單片機控制一個數(shù)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(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成工程量在LED數(shù)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(shè)計目的與意義：</p><p>　　課程設(shè)計是讓我熟練掌握了課本上的一些理論知識，課程設(shè)計也是一個學(xué)習(xí)新知識、鞏固加深所學(xué)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(yīng)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(xiàn)數(shù)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(shè)計將介紹基于單片機實現(xiàn)的方案。</p><p>　　2.1通道轉(zhuǎn)換方案設(shè)計</p><p>　　方案一：考慮到ADC0808的8路模擬量輸入本質(zhì)上也是模擬開關(guān)，因此可以利用其8個模擬通道中的3個作為通道轉(zhuǎn)換器，即根據(jù)通道對應(yīng)的電壓測量范圍確定對應(yīng)的電壓方法倍數(shù)設(shè)計對應(yīng)的放大電路。</p><p>　　方案二：利用手動開關(guān)實現(xiàn)通

8、道轉(zhuǎn)換。該方案可簡化控制程序，消減系統(tǒng)開銷?？s短反應(yīng)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(xiàn)，則選此方案。</p><p>　　2.2顯示部分方案設(shè)計</p><p>　　方案一：單片機的P0、P2口分別接74LS248和ULN2003A芯片來驅(qū)動四位數(shù)碼管</p><p>　　方案二：直

9、接用單片機的P1、P2口驅(qū)動數(shù)碼管，此處把ADC0808的輸出端接P1口 ，因為P1口能夠驅(qū)動數(shù)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(jié)構(gòu)框圖與工作原理</p><p>　　3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 </p><p>　　根據(jù)項目要求，確定該系統(tǒng)的設(shè)計方案

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

11、生中斷信號。利用中斷設(shè)置單片機的P2.4口取反產(chǎn)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(yīng)通道，單片機軟件設(shè)置ADC0808開始A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束ADC0808的EOC端口產(chǎn)生高電平，同時將ADC0808的EO端口置為高電平，單片機將轉(zhuǎn)換后結(jié)果存到片內(nèi)RAM。系統(tǒng)調(diào)出顯示子程序，將保存結(jié)果轉(zhuǎn)化為0.00-5.00V分別保存在片內(nèi)RAM;系統(tǒng)調(diào)出顯示子程序，將轉(zhuǎn)化后數(shù)據(jù)查表，輸出到L

12、ED顯示電路，將相應(yīng)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(shè)計說明及計算方法</p><p>　　根據(jù)設(shè)計要求與思路，確定該系統(tǒng)的設(shè)計方案。硬件電路由5個部分組成，即單片機時鐘電路、復(fù)位電路、4位顯示器電路、A/D轉(zhuǎn)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(shè)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(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器、4KB的程序存儲器、定時器/計數(shù)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(fù)位電路的設(shè)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(nèi)部有一個高增益反相放大器，用于構(gòu)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(gòu)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(nèi)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(diào)作用。調(diào)節(jié)它們可以達到微調(diào)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(fù)位信號輸入端口。復(fù)位信號是高電平有效，高電平有效的持續(xù)時間應(yīng)為2個機器周期以上。單片機的復(fù)位方式有上電自動復(fù)位和手工復(fù)位兩種。圖

16、4-2所示是51系列單片機常用的上電復(fù)位電路，只要Vcc上升時間不超過1ms，它們都能很好地工作。復(fù)位以后，單片機內(nèi)各部件恢復(fù)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(fù)位按鍵，也可以選擇輕觸開關(guān)。</p><p>　　電路圖如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-2 時鐘電路與

17、復(fù)位電路</p><p>　　4.3LED顯示電路設(shè)計與器件選擇</p><p>　　單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，通常都需要進行人機對話。這包括人對應(yīng)用系統(tǒng)的狀態(tài)干預(yù)與數(shù)據(jù)輸入，以及應(yīng)用系統(tǒng)向人們顯示運行狀態(tài)與運行結(jié)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(qū)動是一個非常重要的問題，此設(shè)計不采用段驅(qū)動芯片和位驅(qū)動芯片，直接由單

18、片機的P1，P2口驅(qū)動，實驗證明可行。</p><p>　　在應(yīng)用系統(tǒng)中，設(shè)計要求不同，使用的LED顯示器的位數(shù)也不同，因此生產(chǎn)廠家就生產(chǎn)了多種位數(shù)、尺寸、型號不同的LED顯示器。在我們的設(shè)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(zhuǎn)換通道，2、3和4位顯示電壓表數(shù)值。</p><p>　　4.4 A/D轉(zhuǎn)換電路和測量電路的設(shè)計</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換器的功能是將模擬量轉(zhuǎn)換為與其大小成正比的數(shù)字量信號。能實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的原理和方法很多，此設(shè)計采用ADC0808轉(zhuǎn)換器。ADC0808是一種逐次逼近型的8位A/D轉(zhuǎn)換器件，片內(nèi)有8路模

20、擬開關(guān)，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(shù)據(jù)輸入端，1Q～8Q為數(shù)據(jù)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(yīng)ADC0808的ALE端，P2.5對應(yīng)EOC端，P2

21、.6對應(yīng)OE端,P3.3對應(yīng)CLK端，用軟件設(shè)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(jù)選擇的通道，ADC0808選擇測量相應(yīng)通道的電位。電路圖如圖4-4所示。</p><p>　　圖4-4 A/D轉(zhuǎn)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(shè)計與說明</p><p>　　5.1系統(tǒng)軟件設(shè)計（流程圖）</p><p

23、>　　圖5.1為程序軟件設(shè)計流程圖 其中(a)為主程序流程圖，（b）為A/D轉(zhuǎn)換子程序流程圖。 </p><p>　　其中A/D轉(zhuǎn)換子程序是將0808轉(zhuǎn)化后的數(shù)字量，需通過轉(zhuǎn)化子程序轉(zhuǎn)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(shè)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(zhuǎn)換，通過延時等待8路采集完畢。</p><p>　?。?）數(shù)據(jù)讀入 控制0808芯片的ALE、START、EOC和OE，STRT為正脈沖時轉(zhuǎn)換開始，EOC為低電平時A/D轉(zhuǎn)化結(jié)束，OE為高電平時轉(zhuǎn)換結(jié)果送到數(shù)據(jù)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>　?。?）消抖 防抖動的時間是10ms。</p><p>　?。?）通道轉(zhuǎn)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(diào)試結(jié)果</p><p>　　該數(shù)字電壓表可以同時測量8路直流數(shù)據(jù)，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(jīng)調(diào)試后該系統(tǒng)能達到目標要求。</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　這次課程設(shè)計對我來說學(xué)到的不僅是那些知識，更多的是團隊和合作?，F(xiàn)在想來，也許學(xué)校安排的課程設(shè)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(shè)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(shè)計來說，這是至關(guān)重要的，缺少每一個人都會對我們的設(shè)計產(chǎn)生影響。還有要感謝指導(dǎo)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(shè)計對我來說的意義，它不僅僅是讓我們把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)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(xué)間的團結(jié)，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(xiàn)、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(xué)習(xí)、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(yīng)用與實踐教程.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008 </p><p>　　2王迎旭.單

31、片機原理與應(yīng)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(xué)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(zhuǎn)換數(shù)值&l

35、t;/p><p>　　JB P3.4,AAA1 </p><p>　　LCALL DELAY ;調(diào)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(zhuǎn)換數(shù)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(zhuǎn)換數(shù)據(jù)開始轉(zhuǎn)化為工程量</p><p>　　MOV ADC,A</p><p>　　CLR P2.6</p><p>　　LCALL CONV ;調(diào)用轉(zhuǎn)換子程序</p><p>　　LCALL DISP ;調(diào)用顯示子程序</p><p>　　LCALL

42、 DELAY ;調(diào)用延時程序</p><p>　　LJMP START1 </p><p>　　CONV: MOV A,ADC ;數(shù)值轉(zhuǎn)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(shù)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&