单片机课程设计数字电压表.doc
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1、单片机课程设计数字电压表332020年4月19日文档仅供参考,不当之处,请联系改正。目 录1 引言12设计原理及要求22.1数字电压表的实现原理22.2数字电压表的设计要求23软件仿真电路设计33.1设计思路33.2仿真电路图33.3设计过程43.4 AT89C51的功能介绍43.4.1简单概述43.4.2主要功能特性53.4.3 AT89C51的引脚介绍53.5 ADC0808的引脚及功能介绍73.5.1芯片概述73.5.2 引脚简介83.5.3 ADC0808的转换原理83.6 74LS373芯片的引脚及功能93.6.1芯片概述93.6.2引脚介绍93.7 LED数码管的控制显示93.7.
2、1 LED数码管的模型93.7.2 LED数码管的接口简介104系统软件程序的设计104.1 主程序104.2 A/D转换子程序114.3 中断显示程序125电压表的调试及性能分析135.1 调试与测试135.2 性能分析146电路仿真图147总结15参考文献16附录1 源程序17附录2 仿真原理电路231 引言随着微电子技术的不断发展,微处理器芯片的集成程度越来越高,单片机已能够在一块芯片上同时集成CPU、存储器、定时器计数电路,这就很容易将计算机技术与测量控制技术结合,组成智能化测量控制系统。 数字电压表(DigitalVoltmeter)简称DVM,它是采用数字化测量技术,把连续的模拟量
3、(直流输入电压)转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。与此同时,由DVM扩展而成的各种通用及专用数字仪器仪表,也把电量及非电量测量技术提高到崭新水平。本章重点介绍单片机A/D 转换器以及由它们构成的基于单片机的数字电压表的工作原当前,由各种单片A/D 转换器构成的数字电压表,已被广泛用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域,示出强大的生命力理。本设计AT89C51单片机的一种电压测量电路,该电路采用ADC0808一种基于A/D转换电路,测量范围直流 05V 的4路输入电压值,并在四位LED数码管上显示或单路选择显示。测量最小分辨率为0.019V,测量误差约为正负
4、0.02V。2设计原理及要求此次设计思路是利用单片机AT89C51与ADC0808设计一个数字电压表,测量05V之间的直流电压值,然后经过四位数码显示,为了设计简单化我使用的元器件数目较少。2.1数字电压表的实现原理 ADC0808是8位的A/D转换器。当输入电压为5.00V时,输出的数据值为255(0FFH),因此最大分辨率为0.0196(5/255)。ADC0808具有8路模拟量输入端口,经过3位地址输入端能从8路中选择一路进行转换。如每隔一段时间依次轮流改变3位地址输入端的地址,就能依次对8 路输入电压进行测量。LED数码管显示采用软件译码动态显示。经过按键选择可对8路循环显示,也可单路
5、显示,单路显示可经过按键选择显示的通道数。2.2数字电压表的设计要求能够测量05V范围内的3路直流电压值。在4位LED数码管上轮流显示各路电压值或单路选择显示,其中3位LED数码管显示电压值,显示范围为0.00V5.00V,1位LED数码管显示路数,3路分别为0-2。要求测量的最小分辨率为0.02V。3软件仿真电路设计3.1设计思路 多路数字电压表应用系统硬件电路由单片机、A/D转换器、数码管显示电路和按键处理电路组成,由于ADC0808在进行A/D转换时需要有CLK信号,本试验中ADC0808的CLK直接由外部电源提供为500kHz的方波。由于ADC0808的参考电压VREFVCC,因此转换
6、之后的数据要经过数据处理,在数码管上显示出电压值。实际显示的电压值(D/256*VREF) ADC0808采用逐次逼近法转换,把模拟电压转换成16进制的D,由于是对直流电压05V进行采集,因此D对应的电压为V0,我们的目的就是要把V0显示在LED显示器上,因为单片机不好进行小数点计算,因此有:V0=2*D扩大了100倍,扩大100倍后的结果高八位放寄存器B,低八位放寄存器A,分寄存器B为0或不为0的情况进行存取数据,得到的结果个位放入R0,十位放入R1,经过查表使之显示在LED显示器。3.2仿真电路图用Protues软件仿真设计的电路如图3-1所示。图3-1 仿真电路3.3设计过程简易数字电压
7、测量电路由A/D转换、数据处理及显示控制等组成。电路原理图见附录2。A/D转换由集成电路0808完成。0808具有8路模拟输入端口,地址(23-25)脚可决定对哪路模拟输入作A/D转换,22脚为地址锁存控制,当输入为高电平时,对地址信号进行锁存。6脚为测试控制,当输入一个2us宽高电平脉冲时,就开始A/D转换。7脚为A/D转换结束标志,当A/D转换结束时7脚输出高电平。9脚为A/D转换数据输出允许控制,当OE脚为高电平时,A/D转换数据从该端口输出。10脚为0808的时钟输入端,由外部信号源提供。单片机的P1、P3.0-P3.3端口作为四位LED数码管现实控制。P3.5端口用作单路显示/循环显
8、示转换按钮,P3.6端口用作单路显示时选择通道。P0端口作A/D转换数据读入用,P2端口用作0808的A/D转换控制。3.4 AT89C51的功能介绍3.4.1简单概述AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器(FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压、高性能CMOS 8位微处理器,俗称单片机。AT89C51是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器能够重复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容
9、。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器,AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图3-2所示。图3-2 AT89C51芯片模型3.4.2主要功能特性(1) 4K字节可编程闪烁存储器。 (2) 32个双向I/O口;1288位内部RAM 。(3) 2个16位可编程定时/计数器中断,时钟频率0-24MHz。 (4) 可编程串行通道。 (5) 5个中断源。 (6) 2个读写中断口线。 (7) 低功耗的闲置和掉电模式。(8) 片内振荡器和时钟电路。3.4.3
10、AT89C51的引脚介绍89C51单片机多采用40只引脚的双列直插封装(DIP)方式,下面分别简单介绍。(1)电源引脚电源引脚接入单片机的工作电源。Vcc(40引脚):+5V电源。GND(20引脚):接地。(2)时钟引脚XTAL1(19引脚):片内振荡器反相放大器和时钟发生器电路的输入端。XTAL2(20引脚):片内振荡器反相放大器的输出端。图3-3 电源接入方式(3)复位RST(9引脚)在振荡器运行时,有两个机器周期(24个振荡周期)以上的高电平出现在此引脚时,将使单片机复位,只要这个脚保持高电平,51芯片便循环复位。(4)/Vpp(31引脚)为外部程序存储器访问允许控制端。当它为高电平时,
11、单片机读片内程序存储器,在PC值超过0FFFH后将自动转向外部程序存储器。当它为低电平时,只限定在外部程序存储器,地址为0000HFFFFH。Vpp为该引脚的第二功能,为编程电压输入端。(5)ALE/(30引脚)ALE为低八位地址锁存允许信号。在系统扩展时,ALE的负跳沿江P0口发出的第八位地址锁存在外接的地址锁存器,然后再作为数据端口。为该引脚的第二功能,在对片外存储器编程时,此引脚为编程脉冲输入端。(6)(29引脚)片外程序存储器的读选通信号。在单片机读片外程序存储器时,此引脚输出脉冲的负跳沿作为读片外程序存储器的选通信号。(7) pin39-pin32为P0.0-P0.7输入输出脚,称为
12、P0口。P0是一个8位漏极开路型双向I/O口。内部不带上拉电阻,当外接上拉电阻时,P0口能以吸收电流的方式驱动八个LSTTL负载电路。一般在使用时外接上拉电阻,用来驱动多个数码管。 在访问外部程序和外部数据存储器时,P0口是分时转换的地址(低8位)/数据总线,不需要外接上拉电阻。(8)Pin1-Pin8为P1.0-P1.7输入输出脚,称为P1口,是一个带内部上拉电阻的8位双向I/0口。P1口能驱动4个LSTTL负载。(9)Pin21-Pin28为P2.0-P2.7输入输出脚,称为P2口。P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口能驱动4个LSTTL负载。端口置1时,内部上拉电阻将端口
13、拉到高电平,作输入用。对内部Flash程序存储器编程时,接收高8位地址和控制信息。在访问外部程序和16位外部数据存储器时,P2口送出高8位地址。而在访问8位地址的外部数据存储器时其引脚上的内容在此期间不会改变。 (10)Pin10-Pin17为P3.0-P3.7输入输出脚,称为P3口。P3口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口能驱动4个LSTTL负载,这8个引脚还用于专门的第二功能。端口置1时,内部上拉电阻将端口拉到高电平,作输入用。对内部Flash程序存储器编程时,接控制信息。3.5 ADC0808的引脚及功能介绍3.5.1芯片概述ADC0808是一种典型的A/D转换器。它是由8位
14、A/D转换器,一个8路模拟量开关,8位模拟量地址锁存译码器和一个三态数据输出锁存器组成; +5V单电源供电,转化 时间在100us左右;内部没有时钟电路,故需外部提供时钟信号。芯片模型如图3-4所示。图3-4ADC0808芯片模型3.5.2 引脚简介 (1) IN0IN7:8路模拟量输入端。(2) D0D7:8位数字量输出端口。(3) START:A/D转换启动信号输入端。(4) ALE:地址锁存允许信号,高电平有效。(5) EOC:输出允许控制信号,高电平有效。(6) OE: 输出允许控制信号,高电平有效。(7) CLK:时钟信号输入端。(8)A、B、C:转换通道地址,控制8路模拟通道的切换
15、。A、B、C分别与地址线或数据线相连,三位编码对应8个通道地址端口,A、B、C=000111分别对应IN0IN7通道的地址端口。3.5.3 ADC0808的转换原理ADC 0808 采用逐次比较的方法完成A/D转换,由单一的+5V电源供电。片内带有锁存功能的8路选1的模拟开关,由A、B、C的编码来决定所选的通道。ADC0809完成一次转换需100s左右,它具有输出TTL三态锁存缓冲器,可直接连接到AT89C51的数据总线上。经过适当的外接电路,ADC0808可对05V的模拟信号进行转换。3.674LS373芯片的引脚及功能3.6.1芯片概述74LS373是一种带有三态门的8D锁存器,其在本设计
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