单片机数字电压表课程设计报告28742.pdf
内 容 摘 要 电压表是测量仪器中不可缺少的设备，目前广泛应用的是采用专用集成电路实现的数字电压表。本系统以 8051 单片机为核心，以逐次逼近式 A/D 转换器ADC0809、LED 显示器为主体，设计了一款简易的数字电压表，能够测量 05V的直流电压，最小分辨率为 0.02V。该设计大体分为以下几个局部，同时，各局部选择使用的主要元器件确定如下：1、单片机局部。使用常见的 8051 单片机，同时根据需要设计单片机电路。2、测量局部。该局部是实验的重点，要求将外部采集的模拟信号转换成数字信号，通过单片机的处理显示在显示器上，该局部决定了数字电压表的精度等主要技术指标。根据需要本设计采用逐次逼近型AD 转换器 ADC0809 进展模数转换。3、键盘显示局部。利用 46 矩阵键盘的一个按键控制量程的转换，3 或 4位 LED 显示。其中一位为整数局部，其余位小数局部。索引关键词：8051 模数转换 LED 显示 矩阵键盘 目 录 一 概 述 4 二 方案设计与论证 4 三 单元电路设计与参数计算 4 3.1.AD 转换器 0809 5 3.1.LED 数码显示 7 四 总原理图及参考程序 9 五 结论 10 六 心得体会 14 七 参考文献 15 一、概述 数字电压表的根本工作原理是利用 A/D 转换电路将待测的模拟信号转换成数字信号，通过相应换算后将测试结果以数字形式显示出来的一种电压表。较之于一般的模拟电压表，数字电压表具有精度高、测量准确、读数直观、使用方便等优点。电压表的数字化测量，关键在于如何把随时连续变化的模拟量转化成数字量，完成这种转换的电路叫模数转换器A/D。数字电压表的核心部件就是 A/D转换器，由于各种不同的 A/D 转换原理构成了各种不同类型的 DVM。一般说来，A/D 转换的方式可分为两类：积分式和逐次逼近式。积分式 A/D 转换器是先用积分器将输入的模拟电压转换成时间或频率，再将其数字化。根据转化的中间量不同，它又分为 U-T电压-时间式和 U-F电压-频率式两种。逐次逼近式 A/D 转换器分为比拟式和斜坡电压式，根据不同的工作原理，比拟式又分为逐次比拟式及零平衡式等。斜坡电压式又分为线性斜坡式和阶梯斜坡式两种。在高精度数字电压表中，常采用由积分式和比拟式相结合起来的复合式 A/D转换器。本设计以 8051 单片机为核心，以逐次比拟型 A/D 转换器 ADC0809、LEDV。二、方案设计与论证 该设计是基于 8051 的数字电压表，大体分为以下几个局部，同时，各局部选择使用的主要元器件确定如下：1 单片机局部 使用常见的 8051 单片机，同时根据需要设计单片机电路。2 测量局部 该局部是实验的重点，要求将外部采集的模拟信号转换成数字信号，通过单片机的处理显示在显示器上，该局部决定了数字电压表的精度等主要技术指标。根据需要本设计采用逐次逼近式 A/D 转换器 0809 进展模数转换。3 键盘显示局部 利用 46 矩阵键盘的一个按键控制量程的转换，3 或 4位 LED 显示。其中一位为整数局部，其余位小数局部。三、单元电路设计与参数计算 3.1 ADC0809(1)主要特性 18 路 8 位 A/D 转换器，即分辨率 8 位。2具有转换起停控制端。3转换时间约为 128s 4单个5V 电源供电 5模拟输入电压范围 05V，不需零点和满刻度校准。6工作温度范围为-4085 摄氏度 7低功耗，约 15mW。(2)内部构造 图 1 ADC0809 内部构造框图 ADC0809 是 CMOS 单片型逐次逼近式 A/D 转换器，内部构造如图 1 所示，它由 8 路模拟开关、地址锁存与译码器、比拟器、8 位开关树型 D/A 转换器、逐次逼近存放器、三态输出锁存器等其它一些电路组成。因此，ADC0809 可处理 8 路模拟量输入，且有三态输出能力，既可与各种微处理器相连，也可单独工作。输入输出与 TTL 兼容。(3)外部特性引脚功能 ADC0809 芯片有 28 条引脚，采用双列直插式封装，如上图所示。下面说明各引脚功能。IN0IN7：8 路模拟量输入端。D0D7：8 位数字量输出端。START：A/D 转换启动信号，输入，高电平有效。ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当 A/D 转换完毕时，此端输 入一个高电平，才能翻开输出三态门，输出数字量。CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。ADDA、ADDB、ADDC：3 位地址输入线，用于选通 8 路模拟输入中的一路。如表 1 所示。EOC：A/D 转换完毕信号，输出，当 A/D 转换完毕时，此端输出一个高电 平转换期间一直为低电平。VREF+、VREF-：基准电压。VCC：电源，接5V。GND：地。表 1 地址与通道对应关系 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器中。此地址经译码选通 8 路模拟输入之一到比拟器。START 上升沿将逐次逼近存放器复位。下降沿启动 A/D 转换，之后 EOC 输出信号变低，指示转换正在进展。直到 A/D 转换完成，EOC 变为高电平，指示 A/D 转换完毕，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，输出三态门翻开，转换结果的数字量输出到数据总线上。3.2 LED 数码显示 1LED 显示器 LED 是由假设干个发光二极管组成的。当发光二极管导通时，相应的一个点或一个笔划发亮。控制不同组合的二极管导通，就能显示出各种字符。这种笔划式的七段显示器，能显示的字符数量少，但控制简单、使用方便。发光二极管的阳极连在一起的称为共阳极显示器，阴极连在一起的称为共阴极显示器 2LED 构造及显示原理 通常的七段 LED 显示块中有八个发光二极管，故也有人叫做八段显示块。其中七个发光二极管构成七笔字形“8。一个发光二极管构成小数点。七段显示块与单片机接口非常容易。只要将一个 8 位并行输出口与显示块的发光二极管引脚相连即可。8 位并行输出口输出不同的字节数据即可获得不同的数字或字符。通常将控制发光二极管的 8 位字节数据称为段选码或段数据。一些字形的段选码如下表：3LED 的构造及其工作原理 点亮显示器有静态和动态两种方法。1静态显示：当显示某一个字符时，相应的发光二极管恒定地导通或截止。例如七段显示器的 a、b、c、d、e、f 导通，g、dp 截止，显示 0。静态显示的特点是：每一位都需要一个 8 位输出口控制，用于显示位数较少仅一、二位的场合。较小的电流能得到较高的亮度，可以由 8255 的输出口直接驱动。图示为三位显示器的接口逻辑。2动态显示：一位一位地轮流点亮各位显示器(扫描)。对于每一位显示器来说，每隔一段时间点亮一次。显示器的亮度既与导通电流有关，也和点亮时间与间隔时间的比例有关。假设显示器的位数不大于8 位，则控制显示器公共极电位只需一个 8 位并行口(称为扫描口或位选口)。控制各位显示器所显示的字形也需一个共用的 8 位口(称为段数据口)，用于显示位数稍多的场合，需编写扫描程序。四、总原理图及参考程序 1、总原理图 2、程序流程图及参考程序 1程序流程图 2参考程序 OUTBIT EQU 09002H OUTSEG EQU 09004H IN EQU 09001H LEDBUF EQU 60H LJMP MAIN LEDMAP:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DB,7DB,07H DB 7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H DELAY:MOV R7,#0 DELAYLOOP:DJNZ R7,DELAYLOOP DJNZ R6,DELAYLOOP RET DISPLAYLED:MOV R0,#LEDBUF MOV R1,#4 MOV R2,#000000001B LOOP:N Y START 选择 ADC0809 的转换轨道 设置定时器，提供时钟信号 启动 A/D 转换器 输出转换结果 数值转换 转换是否完毕？MOV A，R0 MOV DPTR，#OUTSEG MOVX DPTR，A MOV DPTR，#OUTBIT MOV A，R2 MOVX DPTR，A MOV R6，#01 CALL DELAY MOV A，R2 R1 A MOV R2，A INC R0 DJNZ R1，LOOP TESRKEY:MOV DPTR,#OUTBIT MOV A,#0 MOV A,#0 MOVX DPTR,A MOV DPTR,#IN MOVX A,DPTR CPL A ANL A,#0FH RET KEYTABLE:DB 16H,15H,14H,0FFH DB 13H,12H,11H,10H DB 0dH,0cH,0bH,0aH DB 0eH,03H,06H,09H DB 0FH,02H,05H,08H DB 00H,01H,04H,07H GETKEY:MOV DPTR,#OUTBIT MOV P2,DPH MOV R0,#IN MOV R1,#00100000B MOV R2,#6 KLOOP:MOV A,R1 CPL A MOVX DPTR,A MOVX A,R0 CPL A ANL A,#0FH JNZ GOON1 GOON1:MOV R1,A MOV A,R2 DEC A RL A RL A MOV R2,A MOV A,R1 MOV R1,#2 LOOPC:RRC A JC EXIT INC R2 DJNZ R1,LOOPC EXIT:MOV A,R2 MOV DPTR,#KEYTABLE MOVC A,A+DPTR MOV R2,A WAITRELEASE:MOV DPTR,#OUTBIT CLR A MOVX DPTR,A MOV R6,#10 CALL DELAY CALL TESTKEY JNZ WAITRELEASE MOV A,R2 RET MAIN:MOV DPTR,#8000H MOVX DPTR,A HERE:JNB P3.3,HERE MOVX A,DPTR MOV P1,A MOV R5,A CALL DISPLAYLED CALL TESTKEY JZ L5 CALL GETKEY MOV 40H,A L5:MOV 63H,#00H MOV A,R5 MOV B,#51 MOV AB MOV 62H,A MOV A,B JZ LOOP1 RL A SUBB A,#2 MOV B,#10 DIV AB MOV 61H,A MOV 60H,B AJMP MLOOP LOOP1:MOV 61H,#00 MOV 60H,#00 AJMP MLOOP MLOOP:MOV R0,#LEDBUF FILLBUF:MOV A,R0 MOV DPTR,#LEDMAP MOVC A,A+DPTR MOV 50H,A CLR C MOV A,40H ADD A,41H ANL A,#01H MOV 41H,A RRC A MOV 40H,#00H JC WEI2 WEI1:CJNE R0,#62H,XS01 MOV A,50H ADD A,#80H SJMP XS1 XS01:MOV A,50H XS1:MOV R0,A INC R0 CJNE R0,#LEDBUF+3,FILLBUF LJMP START WEI2:CJNE R0,#63H,XS0 MOV A,50H ADD A,#80H SJMP XS XS0:MOV A,50H XS:MOV R0,A INC R0 CJNE R0,#LEDBUF+4,FILLBUF LJMP START END 七、结论 本设计以 8051 单片机为控制核心，通过集成摸数转换芯片 ADC0809 将被测信号转换成数字信号，经单片机内部程序处理后，由 LED 八段数码管显示测量结果。仿真测试说明，系统性能良好，测量读数稳定易读、更新速度合理，直流电压测量范围为 05V，最小分辨率为 0.02V，满足任务书指标要求。但是，该系统也存在一定程度的缺乏，例如：1、假设能将测量的电压值实时保存，使用时将更方便。2、ADC0809 可实现对 8 个通道的输入信号轮流转换，本设计仅仅使用了其中一个通道，造成了较大的资源浪费。假设能对电路稍加改良，实现对多路信号的轮流测量并自动保存相应结果，其应用价值将会更大。八、心得体会 在这次单片机课程设计实习里，通过对单片机的学习与应用明白实际操作和课本上的知识有很大联系，但又高于课本，体会到了理论与实践相结合的重要性，同时查阅相关文献资料、组织材料、团队合作等的能力都得到了相应的提高。在这次实习中，在收获知识的同时，还收获了阅历。在此过程中，通过查找相关资料，请教教师，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，组织材料、团队合作等能力也得到了相应的提高，而且在与教师和同学的交流过程中，互动学习，能更好的将知识融会贯穿，到达了事半功倍的效果。更重要是我从中学到：要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。不管怎样，这些都是一种锻炼，只有不断的积累这些最根底的，才可以更进一步，取得更好的成绩。总之，这次实习稳固了单片机这门课程的知识，并且对提高自己的动手能力与设计能力有了很大帮助。九、参考文献 胡辉 单片机原理与应用 中国水利水电出版社
