單片機(jī)課程設(shè)計(jì)---數(shù)字電壓表

1、<p>　　單片機(jī)原理及系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)</p><p>　　專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 </p><p>　　班 級(jí)： </p><p>　　姓 名： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p&

2、gt;　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　2012 年 7月 1日</p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　在電量的測(cè)量中，電壓、電流和頻率是最基本的三個(gè)被測(cè)量，其中電壓量的測(cè)量最為經(jīng)常。而且隨著電子技術(shù)的發(fā)展，更是經(jīng)常需要測(cè)量高精度的電壓，所以數(shù)字電壓表就成為一種必不可少的測(cè)量?jī)x器

3、。較之于一般的模擬電壓表，數(shù)字電壓表具有精度高、測(cè)量準(zhǔn)確、讀數(shù)直觀、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　傳統(tǒng)的指針式刻度電壓表功能單一，進(jìn)度低，因而不能滿足數(shù)字化時(shí)代的需要。采用單片機(jī)的數(shù)字電壓表，將連續(xù)的模擬量如直流電壓轉(zhuǎn)換成不連續(xù)的離散的數(shù)字形式并加以顯示，從而精度高、抗干擾能力強(qiáng)，可擴(kuò)展性強(qiáng)、集成方便，還可與PC實(shí)時(shí)通信。以數(shù)字電壓表為核心，可以擴(kuò)展成各種通用數(shù)字儀表、專用數(shù)字儀表及各種非電量的數(shù)字化儀表

4、。</p><p>　　這里以簡(jiǎn)易數(shù)字直流電壓表的設(shè)計(jì)為研究?jī)?nèi)容，該系統(tǒng)主要包括三大模塊：轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和顯示模塊。本次設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表可以測(cè)量0～5V的8路輸入電壓值，并且在液晶上顯示出實(shí)時(shí)的電壓值。</p><p><b>　　2 設(shè)計(jì)方案及原理</b></p><p><b>　　2.1 方案提出</b>&

5、lt;/p><p>　　(1) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選擇AT89C51單片機(jī)為核心控制器件。</p><p>　　(2) A/D轉(zhuǎn)換采用ADC0808實(shí)現(xiàn)，與單片機(jī)的接口為P1口和P2口的高四位引腳。</p><p>　　(3) 電壓顯示采用4位一體的LED數(shù)碼管。</p><p>　　(4) 數(shù)碼管的段碼輸入,由并行端口P0產(chǎn)生：位碼輸入，用并行端口

6、P2低四位產(chǎn)生。</p><p>　　系統(tǒng)除能確保實(shí)現(xiàn)要求的功能外，還可以方便地進(jìn)行8路其它A/D轉(zhuǎn)換量的測(cè)量、遠(yuǎn)程測(cè)量結(jié)果傳送等擴(kuò)展功能。</p><p>　　2.2 各芯片的基本原理</p><p>　　2.2.1 ADC0808逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器原理</p><p>　　ADC0808逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器是由一個(gè)比較器、A/D轉(zhuǎn)換

7、器、存儲(chǔ)器及控制電路組成。它利用內(nèi)部的寄存器從高位到低位一次開始逐位試探比較。其原理框圖如圖1所示。</p><p>　　圖1 逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器原理圖</p><p>　　轉(zhuǎn)換過程為：開始時(shí)，寄存器各位清零，轉(zhuǎn)換時(shí)，先將最高位置1，把數(shù)據(jù)送入A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果與輸入的模擬量比較，如果轉(zhuǎn)換的模擬量比輸入的模擬量小，則1保留，如果轉(zhuǎn)換的模擬量比輸入的模擬量大，則1不保留，然后從第

8、二位依次重復(fù)上述過程直至最低位，最后寄存器中的內(nèi)容就是輸入模擬量對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)字量。</p><p>　　2.2.2 AT89C51芯片</p><p>　　AT89C51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含有4kB可反復(fù)擦寫的只讀存儲(chǔ)器和128字節(jié)的隨機(jī)存儲(chǔ)器。</p><p>　　2.2.3 LED顯示系統(tǒng)原理</p>

9、<p>　　LED顯示器是由若干個(gè)發(fā)光二極管組成顯示字段的顯示器件。在單片機(jī)中使用最多的是七段數(shù)碼顯示器。LED七段數(shù)碼顯示器由8個(gè)發(fā)光二極管組成顯示字段，其通過不同的組合可用來顯示各種數(shù)字。</p><p>　　此設(shè)計(jì)中選擇4位一體的數(shù)碼型LED顯示器。4-LED顯示器，是一個(gè)共陰極接法的4位LED數(shù)碼顯示管。對(duì)于這種結(jié)構(gòu)的LED顯示器，它的體積和結(jié)構(gòu)都符合設(shè)計(jì)要求，由于4位LED陰極的各段已經(jīng)在內(nèi)

10、部連接在一起，所以必須使用動(dòng)態(tài)掃描方式（將所有數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一起，用一個(gè)I/O接口控制）顯示。在LED驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)上，可以利用單片機(jī)P0口上外接的上拉電阻來實(shí)現(xiàn)</p><p><b>　　3 硬件電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　(1) 硬件電路設(shè)計(jì)由6個(gè)部分組成：A/D轉(zhuǎn)換電路，AT89C51單片機(jī)系統(tǒng)，LED顯示系統(tǒng)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路以及測(cè)量電壓輸

11、入電路。硬件電路設(shè)計(jì)框圖如圖2所示。</p><p>　　圖2 數(shù)字電壓表系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　(2) 總體電路設(shè)計(jì)</p><p>　　綜上所述，設(shè)計(jì)出基于單片機(jī)的簡(jiǎn)易數(shù)字直流電壓表硬件電路原理圖如圖3所示。</p><p>　　圖3 簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表電路圖</p><p>　　此電路的工作原理是：+5

12、V模擬電壓信號(hào)通過變阻器VR1分壓后由ADC08008的IN0通道進(jìn)入，經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換后，產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)字量經(jīng)過其輸出通道D0-D7傳送給AT89C51芯片的P1口，AT89C51負(fù)責(zé)把接收到的數(shù)字量經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，產(chǎn)生正確的7段數(shù)碼管的顯示段碼傳送給四位LED，同時(shí)它還通過其四位I/O口P2.0、P2.1、P2.2、P2.3產(chǎn)生位選信號(hào)控制數(shù)碼管的亮滅。此外，AT89C51還控制ADC0808的工作。其中，單片機(jī)AT89C51通過定時(shí)器中

13、斷從P2.4輸出方波，接到ADC0808的CLOCK,P2.6發(fā)正脈沖啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，P2.5檢測(cè)A/D轉(zhuǎn)換是否完成，轉(zhuǎn)換完成后，P2.7置高從P1口讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果送給LED顯示出來。</p><p><b>　　4 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1 程序設(shè)計(jì)總方案</p><p>　　根據(jù)模塊的劃分原則，將該程序劃分初始化模塊，A/

14、D轉(zhuǎn)換子程序和顯示子程序，這三個(gè)程序模塊構(gòu)成了整個(gè)系統(tǒng)軟件的主程序，如圖4所示。</p><p>　　圖4 數(shù)字式直流電壓表主程序流程圖</p><p>　　4.2 系統(tǒng)子程序設(shè)計(jì)</p><p>　　4.2.1 初始化程序</p><p>　　系統(tǒng)上電時(shí)，初始化程序?qū)?0H～77H內(nèi)存單元清0，P2口置0。</p><p

15、>　　4.2.2 A/D轉(zhuǎn)換子程序</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換子程序用來控制對(duì)輸入的模塊電壓信號(hào)的采集測(cè)量，并將對(duì)應(yīng)的數(shù)值存入相應(yīng)的內(nèi)存單元，其轉(zhuǎn)換流程圖如圖5(a)所示。</p><p>　　(a) A/D轉(zhuǎn)換流程圖 (b) 數(shù)碼管顯示流程圖</p><p>　　圖5 子程序流程圖</p>

16、<p>　　4.2.3 數(shù)碼管顯示子程序</p><p>　　數(shù)碼管顯示功能在T1中完成，此設(shè)計(jì)中中斷每隔4ms發(fā)生一次，其顯示子程序流程圖如圖5(b)所示。</p><p><b>　　5 仿真</b></p><p><b>　　5.1 顯示結(jié)果</b></p><p>　　(1)

17、 當(dāng)IN0口輸入電壓值為0V時(shí)，顯示結(jié)果如圖6所示。</p><p>　　圖6 輸入電壓為0V時(shí)，LED的顯示結(jié)果</p><p>　　(2) 當(dāng)IN0口輸入電壓值為3.50V時(shí)，顯示結(jié)果如圖7所示。</p><p>　　圖7 輸入電壓為3.50V時(shí)，LED的顯示結(jié)果</p><p><b>　　6 結(jié)論</b><

18、/p><p>　　仿真測(cè)試表明，系統(tǒng)性能良好，測(cè)量讀數(shù)穩(wěn)定易讀、更新速度合理，直流電壓測(cè)量范圍0～5V。但是，該系統(tǒng)也存在一定程度的不足：</p><p>　　(1) 輸入電壓易發(fā)生干擾不穩(wěn)定，且驅(qū)動(dòng)能力可能存在不足，需在被測(cè)信號(hào)的輸入端加上一部分驅(qū)動(dòng)電路，比如將量程轉(zhuǎn)換電路改成帶放大能力的自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換電路，將幅值較小的信號(hào)經(jīng)適當(dāng)放大后再測(cè)量，可顯著提高精度。</p><p

19、>　　(2) 若能將測(cè)量的電壓值實(shí)時(shí)保存，使用時(shí)將更方便。</p><p>　　(3) A/D可實(shí)現(xiàn)對(duì)8個(gè)通道的輸入信號(hào)輪流轉(zhuǎn)換，本設(shè)計(jì)僅僅使用了其中一個(gè)通道，造成了較大的資源浪費(fèi)。若能對(duì)電路稍加改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多路信號(hào)的輪流測(cè)量并自動(dòng)保存相應(yīng)結(jié)果，其應(yīng)用價(jià)值將會(huì)更大。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]

20、 胡健.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.10.</p><p>　　[2] 謝維成,楊加國(guó).單片機(jī)原理與應(yīng)用及C51程序設(shè)計(jì)實(shí)例[M].北京:電子工業(yè)出版社,2006.3. </p><p>　　[3] 姜志海,黃玉清.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2005.7.</p><p>　　[4] 魏立峰.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)[

21、M].北京大學(xué)出版社，2005. </p><p>　　[5] 丁向榮,賈萍.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)與開發(fā)技術(shù)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2009.9.</p><p>　　附 錄 匯編程序代碼</p><p>　　LED_0 EQU 30H</p><p>　　LED_1 EQU 31H</p><p>　　LED_2 E

22、QU 32H </p><p>　　ADC EQU 35H </p><p>　　CLOCK BIT P2.4 </p><p>　　ST BIT P2.5</p><p>　　EOC BIT P2.6</p><p>　　OE BIT P2.7</p><p>

23、　　ORG 00H </p><p>　　SJMP START </p><p><b>　　ORG 0BH</b></p><p>　　LJMP INT_T0 </p><p>　　START: MOV LED_0, #00H</p><p>　　MOV P2, #0F

24、FH</p><p>　　MOV LED_1, #00H</p><p>　　MOV LED_2, #00H</p><p>　　MOV DPTR, #TABLE </p><p>　　MOV TMOD, #02H </p><p>　　MOV TH0, #245H </p>&l

25、t;p>　　MOV TL0, #00H</p><p>　　MOV IE, #82H</p><p>　　SETB TR0 </p><p>　　WAIT: CLR ST</p><p><b>　　SETB STH</b></p><p>　　CLR ST &l

26、t;/p><p>　　JNB EOC, $ </p><p>　　SETB OE </p><p>　　MOV ADC, P1 </p><p>　　CLR OE </p><p>　　MOV A, ADC </p><p>　　MOV B, #51<

27、;/p><p>　　DIV AB </p><p>　　MOV LED_2, A </p><p><b>　　MOV A, B</b></p><p><b>　　MOV B, #5</b></p><p>　　DIV AB </p>

28、<p>　　MOV LED_1, A</p><p>　　MOV LED_0, B </p><p>　　LCALL DISP </p><p><b>　　SJMP WAIT</b></p><p>　　INT_T0:CPL, CLOCK </p><p>&l

29、t;b>　　RETI</b></p><p>　　DISP: MOV A, LED_0 </p><p>　　MOVC A, @A+DPTR</p><p><b>　　CLR P2.3</b></p><p><b>　　MOV P0, A</b></p>

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

31、;p>　　MOV P0, A </p><p>　　LCALL DELAY</p><p><b>　　SETB P2.2</b></p><p>　　MOV A, LED_2</p><p>　　MOVC A, @A+DPTRL</p><p><b>　　CLR P2

32、.1</b></p><p>　　ORL A, #80H </p><p><b>　　MOV P0, A</b></p><p>　　LCALL DELAY</p><p><b>　　SETB P2.1</b></p><p><b>

33、　　RET</b></p><p>　　DELAY:MOV R6, #10 </p><p>　　D1: MOV R7, #250 </p><p>　　DJNZ R7, $ </p><p>　　DJNZ R6, D1</p><p><b>　　RE