简易数字电压表的设计大学论文.doc
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1、贵 州 大 学课 程 设 计设计题目:简易数字电压表 系 别:_班 级:_学 号:_姓 名:_指 导 教 师:_20 年 月 日课程设计任务书1 系 专业 班 姓名 学号 课程设计时间: 2012 年 7 月 2 日 至 2012 年 7 月 13 日课程设计题目:简易数字电压表的设计课程设计任务与要求一、 设计目的 单片机原理及应用是一门实践性很强的课程,通过本次课程设计使学生在掌握基础知识的同时,熟悉单片机系统的设计方法。二、设计任务 利用MCS-51单片机及相应元器件设计一台简易数字电压表。三、设计要求1、数字电压表应具有以下功能:(1)、可以测量0伏-5伏的3路输入电压值。(2)、在四
2、位LED数码管(其中3位显示电压,一位显示路)上轮流显示3路或单路选择显示。 (3)、测量最小分辨率0.019伏。 2、根据设计要求及参数在规定时间内完成设计任务。要求设计说明书以及电路原理图必须用Word和相关的制图软件完成。 课程设计进度计划安排2012年7月2日3日:查阅文资料,确定设计方案2012年7月4日6日:硬件原理图设计2012年7月9日11日:软件编程及调试2012年1月12日13日:编写设计说明书,绘制设计电路原理图指导教师(签名): 日期: 年 月 日目 录摘 要1 0引言11系统概述12数字电压表硬件电路设计22.1 实验所需元器件:22.2 原理框图2 2.3 主要芯片
3、介绍3 3. 显示设计83.1 LED显示的原理83.2 LED显示驱动94. 设计接线图105. 程序设计105.1 主程序设计图105.2 源程序126. 心得体会167. 参考文献16附图1731摘 要随着单片机技术的,单片机广泛的应用于测量技术中。以往的测量技术与之相比,只能将被测量通过指针仪表显示测量数据。但是指针仪表读数不方便,且不易于实现计算机控制,本文利用了单片机在测量技术中的应用,采用80C51单片机实现模拟电压信号的测量与显示,构成数字式电压表。以便与其它设备进行数据交换,便于实现智能化控制。0引言 在广泛的自动控制领域中,需要有类似微型计算机功能的支持,单常常有不能把计算
4、机安装在设备里面,因此,微型控制器的一个重要分支(单片机)应运而生。随着单片机技术的发展,单片机以其稳定可靠、体积小、功耗低、价格低廉的特点广泛应用于多重需要计算机控制功能的现场控制领域和实时控单片机控制系统。为了更好的学习和使用单片机,我们利用单片机制作了一数字电压表。1系统概述数字电压表主要由模数转换电路、单片机控制电路、显示电路等三部分组成。其中ADC0809等器件组成的转换电路,将输入的模拟量信号进行取样、转换、然后将转换后的数字信号送进单片机。单片机控制电路主要对数据进行程序处理,显示电路主要用于将单片机的信号数据转换后显示测量结果。2数字电压表硬件电路设计2.1 实验所需元器件:1
5、. 80C51芯片 1块2. ADC0809芯片 1块3. 4位一体数码 1个4. 按键开关 3个5. 2.2K电阻 1个6. 4.7K电阻 1个7. 10K电阻 3个8. 导线 若干9. 电容 3个10. 5V电源 1块2.2 原理框图图1. 数字电压原理框图2.3 主要芯片介绍a) ADC0809的内部结构ADC0809的内部逻辑结构图如图2所示。图2 ADC0809内部逻辑结构图中多路开关可选通8个模拟通道,允许8路模拟量分时输入,共用一个A/D转换器进行转换,这是一种经济的多路数据采集方法。地址锁存与译码电路完成对A、B、C 3个地址位进行锁存和译码,其译码输出用于通道选择,其转换结果
6、通过三态输出锁存器存放、输出,因此可以直接与系统数据总线相连。ADC0809对输入模拟量要求:信号单极性,电压范围是05V,若信号太小,必须进行放大;输入的模拟量在转换过程中应该保持不变,如若模拟量变化太快,则需在输入前增加采样保持电路。IN0IN7:8条模拟量输入通道地址输入和控制线:4条ALE为地址锁存允许输入线,高电平有效。当ALE线为高电平时,地址锁存与译码器将A,B,C三条地址线的地址信号进行锁存,经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。A,B和C为地址输入线,用于选通IN0IN7上的一路模拟量输入ADC0809的工作过程是:首先输入3位地址,并使ALE=1,将地址存入地址锁存
7、器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 AD转换,之后EOC输出信号变低,指示转换正在进行。直到AD转换完成,EOC变为高电平,指示AD转换结束,结果数据已存入锁存器,这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平 时,输出三态门打开,转换结果的数字量输出到数据总线上。b) 80C51芯片芯片的引脚描述 HMOS制造工艺的MCS-51单片机都采用40引脚的直插封装(DIP方式),制造工艺为CHMOS的80C51/80C31芯片除采用DIP封装方式外,还采用方型封装工艺,引脚排列如图。其中方型封装的CHMOS芯片有44只引脚,但其中4只引脚(标
8、有NC的引脚1、12、23、34)是不使用的。在以后的讨论中,除有特殊说明以外,所述内容皆适用于CHMOS芯片。 如图3所示,是MCS-51的逻辑符号图。在单片机的40条引脚中有2条专用于主电源的引脚,2条外接晶体的引脚,4条控制或与其它电源复用的引脚,32条输入/输出(I/O)引脚。 图3 80C51引脚图下面按其引脚功能分为四部分叙述这40条引脚的功能。 1、 主电源引脚VCC和VSS VCC(40脚)接+5V电压; VSS(20脚)接地。 2、 外接晶体引脚XTAL1和XTAL2 XTAL1(19脚)接外部晶体的一个引脚。在单片机内部,它是一个反相放大器的输入端,这个放大器构成了片内振荡
9、器。当采用外部振荡器时,对HMOS单片机,此引脚应接地;对CHMOS单片机,此引脚作为驱动端。 XTAL2(18脚)接外晶体的另一端。在单片机内部,接至上述振荡器的反相放大器的输出端。采用外部振荡器时,对HMOS单片机,该引脚接外部振荡器的信号,即把外部振荡器的信号直接接到内部时钟发生器的输入端;对XHMOS,此引脚应悬浮。 3、控制或与其它电源复用引脚RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPP 。RST/VPD(9脚)当振荡器运行时,在此脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。推荐在此引脚与VSS引脚之间连接一个约8.2k的下拉电阻,与VCC引脚之间连接一个约10F的电容,
10、以保证可靠地复位。 VCC掉电期间,此引脚可接上备用电源,以保证内部RAM的数据不丢失。当VCC主电源下掉到低于规定的电平,而VPD在其规定的电压范围(50.5V)内,VPD就向内部RAM提供备用电源。 ALE/PROG(30脚):当访问外部存贮器时,ALE(允许地址锁存)的输出用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器,ALE端仍以不变的频率周期性地出现正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。因此,它可用作对外输出的时钟,或用于定时目的。然而要注意的是,每当访问外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。ALE端可以驱动(吸收或输出电流)8个LS型的TTL输入电路。 对于EPROM单片机(如8
11、751),在EPROM编程期间,此引脚用于输入编程脉冲(PROG)。 PSEN(29脚):此脚的输出是外部程序存储器的读选通信号。在从外部程序存储器取指令(或常数)期间,每个机器周期两次PSEN有效。但在此期间,每当访问外部数据存储器时,这两次有效的PSEN信号将不出现。PSEN同样可以驱动(吸收或输出)8个LS型的TTL输入。 EA/VPP(引脚):当EA端保持高电平时,访问内部程序存储器,但在PC(程序计数器)值超过0FFFH(对851/8751/80C51)或1FFFH(对8052)时,将自动转向执行外部程序存储器内的程序。当EA保持低电平时,则只访问外部程序存储器,不管是否有内部程序存
12、储器。对于常用的80C51来说,无内部程序存储器,所以EA脚必须常接地,这样才能只选择外部程序存储器。 对于EPROM型的单片机(如8751),在EPROM编程期间,此引脚也用于施加21V的编程电源(VPP)。4、输入/输出(I/O)引脚P0、P1、P2、P3(共32根) P0口(39脚至32脚):是双向8位三态I/O口,在外接存储器时,与地址总线的低8位及数据总线复用,能以吸收电流的方式驱动8个LS型的TTL负载。 P1口(1脚至8脚):是准双向8位I/O口。由于这种接口输出没有高阻状态,输入也不能锁存,故不是真正的双向I/O口。P1口能驱动(吸收或输出电流)4个LS型的TTL负载。对805
13、2、8032,P1.0引脚的第二功能为T2定时/计数器的外部输入,P1.1引脚的第二功能为T2EX捕捉、重装触发,即T2的外部控制端。对EPROM编程和程序验证时,它接收低8位地址。 P2口(21脚至28脚):是准双向8位I/O口。在访问外部存储器时,它可以作为扩展电路高8位地址总线送出高8位地址。在对EPROM编程和程序验证期间,它接收高8位地址。P2可以驱动(吸收或输出电流)4个LS型的TTL负载。 P3口(10脚至17脚):是准双向8位I/O口,在MCS-51中,这8个引脚还用于专门功能,是复用双功能口。P3能驱动(吸收或输出电流)4个LS型的TTL负载。 作为第一功能使用时,就作为普通
14、I/O口用,功能和操作方法与P1口相同。作为第二功能使用时,各引脚的定义如表所示。值得强调的是,P3口的每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入输出或第二功能。 如表1所示为P3口的第二功能。表1 P3口第二功能引脚列表口线引脚第二功能P3.010RXD(串行输入口)P3.111TXD(串行输出口)P3.212INT0(外部中断0)P3.313INT1(外部中断1)P3.414T0(定时器0外部输入)P3.515T1(定时器1外部输入)P3.616WR(外部数据存储器写脉冲)P3.717RD(外部数据存储器读脉冲)3. 显示设计3.1 LED显示的原理 本设计中采用的是四个七段LED数码管来显示
15、电压值,其中最高位显示通道号,其他三位显示电压值。LED具有耗电低、亮度高、视角大、线路简单、耐震及寿命长等优点, 数码管是由8个发光二极管构成的显示器件,其外形如图4所示。ag和h为8个发光二极管。在数码管中,若将二极管的阳极连在一起,称为共阳极数码管;若将二极管的阴极接在一起,就称为共阴极数码管,如(图5)所示。当发光二极管导通时,它就会发光。每个二极管就是一个笔画,若干个二极管发光时,就构成了一个显示字符。 图5共阳接法与共阴接法图4结构将单片机的I/O口与数码管的ag及h相连,高电平的位对应的发光二极管亮,这样,由I/O口输出不同的代码,就可以控制数码管显示不同的字符。例如:当I/O口
16、输出的代码为0011 1111时,数码管显示的字符为0。这样形成的显示字符的代码称为显示代码或段选码。3.2 LED显示驱动 在微型计算机控制系统中,常用的显示方法有动态显示和静态显示两种。在动态显示的方式下,各数码管的8个引脚(a-h)并联在一起。与单片机的一个I/O相连,每个数码管的共阴端(位选信号端)与单片机的另一I/O相连,控制数码管轮流被选中,轮流显示。 LED的驱动问题是一个非常重要的问题,因为一般I/O接口芯片的驱动能力是有限的,在LED显示器接口电路中,输出口所能提供驱动电流是够的,尤其在设计中需要用到多位LED,此时就需要增加驱动电路,驱动电路有多种,常用的是TTL或MOS集
17、成电路驱动器,动态显示的一位数据的显示是由段和位选信号共同配合完成,因此必须考虑段和位的驱动能力,而且段的驱动能力决定位的驱动能力。 本设计中对于LED的驱动,本设计中使用了单片机的P2口和数码管相连。P2口与数码管的ag及dp相连,高电平的位对应的发光二极管亮,ag高电平为显示字符,dp高电平时代表有小数点,这样,由P2口输出不同的代码,就可以控制数码管显示不同的电压值。4. 设计接线图见附图5. 程序设计5.1 主程序设计图整个主程序就是在A/D转换,数据处理及显示程序循环执行。整个程序流程框图如图6所示。启动ADC0809对模拟量输入信号进行转换,通过查询P1.6引脚来确定转换是否完成,
18、若完成则把数据通过P3端口读入,经过数据处理后在数码管上显示。 图6 程序流程图5.2 源程序本设计主程序编写如下:ORG 0000HLJMP MAINORG 0003HRETIORG 000BHRETIORG 0013HRETIORG 001BHRETIORG 002BRETIMAIN: MOV A, #FFH ;初始化MOV P0, AMOV P1, AMOV P3, ACLR AMOV P2, AMOV R0, #70HMOV R2, #06HLOP: MOV R0, AINC R0DJNZ R2, LOPJNB P1.0, TD0 ;选择通道JNB P1.1, TD1JNB P1.2,
19、 TD2TD0: CLR A ;A/D转换子程序通道0MOV P2, AMOV R0, #70H ;转换值放到70H单元中SETB P2.7SETB P1.5CLR P2.4CLR P2.5CLR P2.6JNB P1.6, $ ;检查是否转换完毕MOV A, P3MOV R0, ALCALL BCD0LCALL DISPJNB P1.0, TD1JNB P1.1, TD0JNB P1.2, TD2TD1: CLR A ;A/D转换子程序通道1MOV P2, AMOV R0, #70H ;转换值放到70H单元中SETB P2.7SETB P1.5SETB P2.4CLR P2.5CLR P2.
20、6JNB P1.6, $ ;检查是否转换完毕MOV A, P3MOV R0, ALCALL BCD1LCALL DISPJNB P1.0, TD2JNB P1.1, TD0JNB P1.2, TD1TD2: CLR A ;A/D转换子程序通道2MOV P2, AMOV R0, #70H ;转换值放到70H单元中SETB P2.7SETB P1.5CLR P2.4SETB P2.5CLR P2.6JNB P1.6, $ ;检查是否转换完毕MOV A, P3MOV R0, ALCALL BCD2LCALL DISPLJMP MAINBCD0: MOV A, #01HMOV 74H, A ;把通道0
21、存入74H单元LJMP BCDBCD1:MOV A, #02HMOV 74H, A ;把通道1存入74H单元LJMP BCDBCD2: MOV A, #03HMOV 74H, A ;把通道2存入74H单元LJMP BCDBCD: MOV A, R0 ;BCD码转换子程序MOV B, #51 ;255/51=5.000VDIV ABMOV 73H, A ;个位数放入73H单元MOV A, B ;余数大于19H,F0为1,乘法溢出,结果加5CLR F0SUBB A, #1AHMOV F0, CMOV A, #10MUL ABMOV B, #51DIV ABJB F0, LOOP2ADD A, #5
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