简易直流电压表的设计(共27页).docx

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1、精选优质文档-倾情为你奉上 目录简易直流电压表的设计 1技术要求以89s51单片机为核心芯片，设计一个简易直流电压表，要求如下：A、能够对直流电压进行相应的采集和转换；B、利用led对电压值进行显示，精确到小数点后一位。2基本原理对于数字电压表的设计，其主要功能从外界获取模拟电压信号，再通过相应的芯片（即ADC0809）转换为数字电压信号，用微处理芯片89C51芯片处理后在数码管上输出显示。其设计工作原理图如图1所示。时钟电路（在仿真时可不加，实物时一定要加） 复位电路A/D转换电路测量电压输入多位数字显示系统89C51 P1 P2 P2 P0 图1 设计工作原理图2.1设计的具体思想测量电压

2、输入：这是模拟电压的输入端，输入05V的电压，特别地，为了使电压能够连续输入到系统中，使用了滑动变阻器来控制输入电压的大小。为了能够与数字显示的电压大小相比较，在输入端加入了电压表。时钟电路：这部分电路是为了给89s51芯片提供时钟脉冲的，在proteus软件仿真时可以不加时钟电路，但在实际电路时，一定要加时钟电路。复位电路：这部分电路可以直接接80c51的引脚9，当输入高电平时，可进行复位操作，也可以在时钟电路部分加如开关，当无时钟信号输入时，同样可以达到复位的目的，两种方法都可以。A/D转换电路：这部分的功能是将模拟电压量转换为数字信号输入到89s51中。对于A/D转化芯片使用的是ADC0

3、809芯片，只要连好电路，不要线，这并不是很难。多位数字显示系统：这个系统是使用两个LED数码管显示需要输出的数字，特别要注意小数点的位数显示规则；也可以使用一个多位数码显示管，流水显示，这一点也可以达到实验要求。2.2主要芯片介绍2.2.1 89c51系列芯片介绍微处理芯片89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS8位，俗称。的可擦除可以反复擦除10000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。

4、由于将多功能8位CPU和闪烁组合在单个芯片中，ATMEL的89C51是一种高效微控制器，89C51是它的一种精简版本。89C单片机为很多提供了一种灵活性高且价廉的方案。因此这种芯片使用范围十分广泛，是初学者学习微处理器的敲门砖。89C51结构特点：8位CPU，一次处理8位字节的数据；具有片内振荡器和；32根I/O线，即4*8个数据交换端口；外部存贮器寻址范围ROM、RAM64K；2个16位的/计数器；5个，两个，使用INT和INTR、端口控制中断；觉有全双工；布尔处理器；89C51芯片的实物管脚图如图2所示图2 89c51芯片的管脚89C51芯片的管脚说明：VCC：供电电压，+5V。GND：接

5、地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为输入。P0能够用于外部程序数据，它可以被定义为数据/ 地址的低八位。在FIASH编程时，P0 口作为输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓

6、冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序或16位地址进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据进行读写时，P2口输出其的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故

7、。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：管脚 备选功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 /WR（写选通）P3.7 /RD（读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个的高电平时间。在设计时，正确使用，可以帮助结束死循环。ALE/PROG：当访问外部时，允许的用于锁存地址的地位字节。在FLASH期间，此用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出

8、正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该被略微拉高。如果在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部的选通信号。在由外部取指期间，每个 两次/PSEN有效。但在访问存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端

9、保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH期间，此也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。2.2.2 ADC0809芯片介绍芯片ADC0809是美国国家半导体公司生产的工艺8通道，8位逐次逼近式A/D。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据锁存后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。（1）ADC0809主要特性1）拥有8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位，由此可以确定芯片电压转换的灵敏度。2）具有转换起停控制端。3）芯片转换时间为100s(时钟为640kHz时)，130s（时钟

10、为500kHz时）4）使用单个+5V电源供电5）模拟输入电压范围0+5V，不需零点和满刻度校准。6）工作温度范围为-40+85摄氏度7）低功耗，约15mW。（2）ADC0809外部特性（引脚功能）ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式，如图所示。下面说明各引脚功能。IN0IN7：8路模拟量输入端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。START： A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。EOC： A/D转换结束信号，输出，当A/

11、D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。OE：允许信号，输入，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。CLK：时钟脉冲输入端。要求不高于640KHZ。REF（+）、REF（-）：基准电压。Vcc：电源，单一+5V电压。GND：接地引脚。（3）ADC0809工作过程首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入中。此地址经选通8路模拟输入之一到。START上升沿将逐次逼近复位。下降沿启动 A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入，这个信号可用作中断申请

12、。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上。ADC0809的管脚图如图3所示。 图3 ADC0809的管脚图转换数据的传送 A/D转换后得到的数据应及时传送给进行处理。的关键问题是如何确认A/D转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行传送。为此可采用下述三种方式。1）定时传送方式对于一种A/D来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。例如ADC0809转换时间为128s，相当于6MHz的MCS-51单片机共64个。可据此设计一个延时，A/D转换启动后即调用此子程序，延迟时间一到，转换肯定已经完成了，接着就可进行。2）查询方式A/D转换芯片由表明转换完成的状态信号，例

13、如ADC0809的EOC端。因此可以用查询方式，测试EOC的状态，即可确认转换是否完成，并接着进行。3）把表明转换完成的状态信号（EOC）作为信号，以中断方式进行数据传送。 芯片ADC0809的通道选择表如表1所示。表1 ADC0808通道选择表地址码 对应的输入通道 C B A 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 不管使用上述哪种方式，只要一旦确定转换完成，即可通过指令进行数据传送。首 先送出口地址并以信号有效时，OE信号即有效，把转换数据送上，供单片机接受。2.2.3

14、 LED基本结构LED是发光二极管显示器的缩写。LED由于结构简单、价格便宜、与单片机接口方便等优点而得到广泛应用。LED显示器是由若干个发光二极管组成显示字段的显示器件6。在单片机中使用最多的是七段数码显示器。LED七段数码显示器由8个发光二极管组成显示字段，其中7个长条形的发光二极管排列成“日”字形，另一个圆点形的发光二极管在显示器的右下角作为显示小数点用，其通过不同的组合可用来显示各种数字。LED引脚排列顺序如下图4所示:图4 LED引脚排列2.2.4 LED显示器的选择在应用系统中，设计要求不同，使用的LED显示器的位数也不同，因此就生产了位数，尺寸，型号不同的LED显示器供选择，在本

15、设计中，选择4位一体的数码型LED显示器，简称“4-LED”。本系统中前一位显示电压的整数位，即个位，后两位显示电压的小数位。4-LED显示器引脚如图5所示，是一个共阴极接法的4位LED数码显示管，其中a，b，c，e，f，g为4位LED各段的公共输出端，1、2、3、4分别是每一位的位数选端，dp是小数点引出端，4位一体LED数码显示管的内部结构是由4个单独的LED组成，每个LED的段输出引脚在内部都并联后，引出到器件的外部。 图5 4位LED引脚对于这种结构的LED显示器，它的体积和结构都符合设计要求，由于4位LED阴极的各段已经在内部连接在一起，所以必须使用动态扫描方式（将所有数码管的段选线

16、并联在一起，用一个I/O接口控制）显示，即我们常说的流水显示。3建立模型描述3.1方案一（1）时钟电路部分：时钟电路如图6所示，使用晶体振荡器来得到时钟电路，与之相关的电容的大小决定了振荡频率的大小，C1=C2=30pF，C3=10uF，R1=10K。图6 时钟电路部分（2）测量电压输入：使用5V电压输入，且用滑动变阻器控制输入电压的大小，电压表的读数与数字显示的电压相比较，分析出误差来。测量电压输入的电路图如图7所示。 误差计算公式：误差=（模拟电压-数字电压）/模拟电压 图7测量电压输入（3）A/D转换电路：这部分的功能是将模拟电压量转换为数字信号输入到89s51中。对于A/D转化芯片使用

17、的是ADC0809芯片，只要连好电路，不要线，这并不是很难。注意PROTEUS软件LBL功能的应用，这样可以使得电路变得简单，清楚。A/D转换电路如图8所示。 图8 A/D转换电路（4）多位数字显示系统：这一部分的电路输出数字显示信号，与模拟电压相比较，注意在选择显示器是要注意是选择共阳极还是共阴极。多位数字显示系统如图9所示。 图9 多位数字显示系统电路的仿真总图如下图10所示。 图10电路的仿真总图3.2方案二 方案二与方案一的很多地方有相同之处，因此相同的地方在这里不再介绍。（1） 时钟电路部分：在这里与方案一相比较，加入了复位按钮，使得可以方便控制电路的输出。时钟电路部分如图11所示。

18、 图11 时钟电路部分（2） 测量电压输入：测量电压输入如下图12所示。 图12 测量电压输入（3） A/D转换电路：此部分电路与方案一相同，A/D转换电路如图13所示。 图13 A/D转换电路（4） 多位数字显示系统：为了提高显示的精度，可以使用多位显示数码管，使精度精确到小数点后两位，但89c51只有3组输出端口，只好使用串口显示电路，即动态显示结果（一个I/O端口，多个控制位）。多位数字显示系统如图14所示。 图14 多位数字显示系统综上分析得到电路的仿真总图。特别注意，这个电路中使用了P1端口作为了输出口，因此一定要使用上拉电阻，且这是必不可少的。仿真总图如下图15所示。 图15 电路

19、的仿真总图4模块功能分析或源程序代码4.1方案一代码ORG 0000HAJMP STARORG 000BHLJMP INT_T0ORG 0030HSTAR: MOV 80H,#00H ;设置单片机的工作状态 MOV 0A0H,#00H MOV TMOD,#02H MOV TH0,#245 MOV TL0,#00H MOV IE,#82H SETB TR0WAIT: CLR P3.0 ；将该端口清零 SETB P3.0 ；将该端口置一 CLR P3.0 JNB P3.6,$ SETB P3.7 MOV R6,P1XIA50: CJNE R6,#50,JUD50 MOV A,#B MOV P0,A

20、 MOV A,#B MOV P2,A JMP WAITJUD50: JNC XIA100 MOV A,#B MOV P0,A MOV A,R6XHC1: MOV B,#5 DIV AB CJNE A,#0,OU1 MOV 0A0H,#B JMP WAITOU1: CJNE A,#1,OU2 ;输出显示控制 MOV 0A0H,#B JMP WAITOU2: CJNE A,#2,OU3 MOV 0A0H,#B JMP WAITOU3: CJNE A,#3,OU4 MOV 0A0H,#B JMP WAITOU4: CJNE A,#4,OU5 MOV 0A0H,#B JMP WAITOU5: CJNE

21、 A,#5,OU6 MOV 0A0H,#B JMP WAITOU6: CJNE A,#6,OU7 MOV 0A0H,#B JMP WAITOU7: CJNE A,#7,OU8 MOV 0A0H,#B JMP WAITOU8: CJNE A,#8,OU9 MOV 0A0H,#B JMP WAITOU9: CJNE A,#9,WAIT MOV 0A0H,#B JMP WAITXIA100: CJNE R6,#100,JUD100 MOV A,#B MOV P0,A MOV A,#B MOV P2,A JMP WAITJUD100: JNC XIA150 MOV A,#B MOV P0,A CLR

22、C MOV A,R6 SUBB A,#50 LJMP XHC1XIA150: CJNE R6,#150,JUD150 MOV A,#B MOV P0,A MOV A,#B MOV P2,A ;SETB P0.0 LJMP WAITJUD150: JNC XIA200 MOV A,#B MOV P0,A CLR C MOV A,R6 SUBB A,#100 LJMP XHC1XIA200: CJNE R6,#200,JUD200 MOV A,#B MOV P0,A MOV A,#B MOV P2,A ;SETB P0.0 LJMP WAITJUD200: JNC XIA250 MOV A,#B

23、MOV P0,A MOV A,R6 SUBB A,#150 LJMP XHC1XIA250: CJNE R6,#250,JUD250 MOV A,#B MOV P0,A MOV A,#B MOV P2,A ;SUBB A,#200 LJMP WAITJUD250: JNC XIA300 MOV A,#B MOV P0,A MOV A,R6 SUBB A,#200 LJMP XHC1XIA300: LJMP WAITINT_T0: CPL P3.1 RETIDELAY: MOV R7,#07FH ；延时函数 DJNZ R7,$ RETEND4.2方案二代码LED_0 EQU 30H LED_1

24、EQU 31H ；设置初始地址 LED_2 EQU 32H ADC EQU 35H CLOCK BIT P2.4 ；设置端口 ST BIT P2.5 EOC BIT P2.6 OE BIT P2.7 ORG 00H SJMP START ORG 0BH LJMP INT_T0 START: MOV LED_0, #00H ；使89c51工作在正常状态 MOV P2, #0FFH MOV LED_1, #00H MOV LED_2, #00H MOV DPTR, #TABLE MOV TMOD, #02H MOV TH0, #45H MOV TL0, #00H MOV IE, #82H SETB

25、 TR0 WAIT: CLR ST ：有输入值计算输出值，为显示做准备 SETB ST CLR ST JNB EOC, $ SETB OE MOV ADC, P1 CLR OE MOV A, ADC MOV B, #51 DIV AB MOV LED_2, A MOV A, B MOV B, #5 DIV AB MOV LED_1, A MOV LED_0, B LCALL DISP SJMP WAITINT_T0: CPL CLOCK ；时钟中断 RETIDISP: MOV A, LED_0 ；输出显示 MOVC A, A+DPTR CLR P2.3 MOV P0, A LCALL DELA

26、Y ；调用延时函数 SETB P2.3 MOV A, LED_1 MOVC A,A+DPTR CLR P2.2 MOV P0, A LCALL DELAY SETB P2.2 MOV A, LED_2 MOVC A, A+DPTR CLR P2.1 ORL A, #80H MOV P0, A LCALL DELAY SETB P2.1 RETDELAY: MOV R6, #10 ；延时函数D1: MOV R7, #250 DJNZ R7, $ DJNZ R6, D1 RETTABLE: DB 3FH, 06H, 5BH, 4FH, 66H ；与输出配合使用 DB 6DH, 7DH, 07H,

27、7FH, 6FH END5调试过程及结论对于方案一，按照电路图在PROTEUS软件中画出仿真电路图，再在Keil软件中使用汇编语言编写代码，检查调试程序运行无误后方可进行下一步，有错误时可以更具提供的错误提示加以改正，将写好的代码生成.HEX文件，再将该文件写入89c51中，运行仿真电路。先调节滑动变阻器的阻值，使得输入电压的大小发生变化，读出电压表的读数，再读出数字显示器的电压大小，两者相互比较，比较后发现它们之间的误差在允许的范围内，改变滑阻的大小，从而改变输入的电压的大小，重复多次上述步骤，每次取值的间隔大致相同，这样便于比较差别。发现误差都在允许范围内，则该方案达到了设计要求符设计目的

28、。方案一测量数据及误差分析如下表2所示。在表中加入了误差分析等内容，这时判断设计是否达标的重要指标。分析表中数据知这个数字电压表的设计满足设计要求，位数达到小数点后一位，误差精度也在设计的范围内。 表二 测量数据及误差分析标准电压值/V简易电压表测量值/V绝对误差/V误差百分比0.000.00.000.500.50.001.001.00.001.501.50.002.002.00.002.502.50.003.003.00.003.503.50.004.004.00.004.995.00.00对于方案二，与方案一类似，先按照电路图在PROTEUS软件中画出仿真电路图，再在Keil软件中使用汇编

29、语言编写代码，有错误时根据错误提示加以改正，知道没有错误。调试没有错误后，将写好的代码生成.HEX文件，再将该文件写入89c51中，运行仿真电路。与方案一相同的检验步骤，只是方案二精确到小数点后两位，这个精度更加高。经检验发现误差都在允许范围内，则该方案达到了设计要求符设计目的。方案二设计成功。比较方案一和方案二可知：方案二有明显的优势，它的精度高，可扩展能力强，显示方式更加人性化。但方案一的编码简单，结构也简单，操作起来更加方便。方案二测量数据及误差分析如表3所示 表三 测量数据及误差分析标准电压值/V简易电压表测量值/V绝对误差/V误差百分比0.000.000.0000.500.510.0

30、10.021.001.000.0001.501.510.010.00672.002.000.0002.502.500.0003.003.000.0003.503.500.0004.004.000.0004.995.000.010.0026心得体会这次课程设计是在陈梦玮老师的指导下完成的，在这里再次感谢陈老师对我这次课设的悉心指导。这次的课设并不是很难，在这门课设之前有了一门专门的单片机课程设计课程，因此对于各种软件的用法，设计的思想已经有了一定了解，再加上老师的指导和自己的努力，这次课设保质保量的完成不是什么大问题。对于这次课设的重点是PROTEUS和KEIL软件的使用，这两个软件在以前的学习

31、中也已经用到过了，这次只要好好回忆起以前的用法以及相关的操作即可，特别注意用汇编语言写代码设计是，最后保存文件的后缀写为.asm，这与用C语言写代码最大的区别。本次的课程设计涉及到的电路图的连接只是停留在仿真阶段，并没有实物接线，因此只要能够好好接好仿真电路图即可。在接线的过程中要有耐心，可以适当使用LBL功能，可以使得电路更加清楚明了。在进行电路设计之前，要查阅相关资料，了解89c51单片机的结构、工作原理，以及工作方式。使芯片工作在正常状态下。对于89c51芯片以前的学习中已经有所接触，因此使用起来并不是很困难。而对于ADC0809芯片是第一次接触到，要重点学习它的构造，这个芯片的管脚十分

32、特别，在使用时要特别注意。其它的器件，如数码显示器这些都比较容易，认真做下来不会有太大的问题。在熟悉了芯片的功能和用法之后，再就是电路图的工作原理，只有掌握了原理，才可以清楚地设计电路图，才有了后面的进一步设计。代码的编写是这次课设的重难点。特别是要求使用汇编语言书写更是困难，因此要努力做好准备工作，了解程序的的代码作用和结构，特别是具体的实现代码。编写完成后，在错误提示的帮助下，修改其中的错误，知道编译没有出错为止。虽然这次课设的主题方向并不是很难，但涉及到很多细节问题，无论是连接电路的过程中，还是编写代码的时候，一些小的细节常常导致运行失败，这些小问题在以后的学习中可能会再次发生，尽量解决

33、掉这些问题。为了更好地掌握这门课设的知识，可以多设计几种方案。更有利于学好知识。这次课设的时间虽然很短，但让我学到了很多东西，让我受益匪浅。希望在以后的学习中能够继续发扬这种精神，努力发扬刻苦的精神，持之以恒，不断进步。7参考文献1 余春暄.8086/Pentium微机原理与接口技术M.第二版.北京:机械工业出版社,2010.82高锋.单片微型计算机原理与接口技术M.第二版.北京：科学出版社，2007.43 赵嘉蔚，张家栋. 单片机原理与接口技术.第一版.清华大学出版社，2010.024 赵建领. 51系列单片机开发宝典.第二版. 电子工业出版社， 2012.25 林红，张士军. 数字电路与逻辑设计.第二版. 清华大学出版社，2009.46边春远.MCS-51单片机应用开发实用子程序M .北京:人民邮电出版社，2005.97魏立峰.单片机原理及应用技术.北京大学出版社，2005本科生课程设计成绩评定表姓 名李三思性 别 男专业、班级电信科1001班课程设计题目：简易直流电压表的设计课程设计答辩或质疑记录：成绩评定依据：评定项目考察点分数所占比例折合分数总成绩（百分制）方案设计及预答辩设计方案的合理性答辩30电路布线及调试电路布线的合理性电路的调试30说明书及答辩说明书撰写的规范性答辩40最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字： 年 月 日专心-专注-专业