单片机实训设计.doc

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1、基于51单片机的数字电压表设计报告作者 王兆奇 学号 年级专业 10电子信息工程 一、设计要求1利用单片机AT89S51 芯片与ADC0809 芯片以及74HC245芯片设计一个数字电压表2能够测量05V 之间的直流电压3能连续，稳定的显示所测电压4误差要求小于0.025能够脱机稳定工作二、 器件清单： 1 . AT89S51 芯片 1块 2 . ADC0809 芯片 1块 3 . 74HC245 芯片 1块 4 . 数码管 1个 5 . 12MHZ 晶振 1个 6 . 30pF 电容 2个 7 . 10uF 电解电容 1个 8 . 复位电容 1个 9 . 510电阻 8个 10. 10K电阻

2、 1个 11. 导线 若干三、 元件介绍 1.AT89S51AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，AT89S51在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。主要性能特点1、4k Bytes Flash片内程序存储器； 2、128 bytes的随机存取数据存储器（RAM）； 3、32个外部双向输

3、入/输出（I/O）口； 4、2个中断优先级、2层中断嵌套中断； 5、6个中断源； 6、2个16位可编程定时器/计数器； 7、2个全双工串行通信口； 8、看门狗（WDT）电路； 9、片内振荡器和时钟电路； 10、与MCS-51兼容； 11、全静态工作：0Hz-33MHz； 12、三级程序存储器保密锁定； 13、可编程串行通道； 14、低功耗的闲置和掉电模式2.ADC0809ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D模数转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。是目前国内应用最广泛的8位

4、通用A/D芯片 主要性能特点 1）8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位。 2）具有转换起停控制端。 3）转换时间为100s(时钟为640kHz时)，130s（时钟为500kHz时） 4）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。 四、 程序设计本设计采用AT89S51 单片机配合 ADC0809 模/数转换器构成一个简易的数字电压表。该电路通过 ADC0809 芯片采样输入口 AI0 输入的05V 的模拟量电压，经过模/数转换后，产生相应的数字量经过其输出通道D0D7 传送给 AT89S51

5、 芯片的F0口。AT89C51负责把接收到的数字量经过数据处理，产生正确的7段数码管的显示段码，并通过P1 口传送给数码管。同时它还通过其三位 I/O 口 P3.0、P3.1、P3.2 产生位片选信号，控制数码管的亮灭。另外，AT89S51 还控制着 ADC0809 的工作。其ALE管脚为 ADC0809提供了 1MHZ 工作的时钟脉冲；P2.3 控制 ADC0809 的地址锁存端（ALE）; P2.4 控制 ADC0809 的启动端（START）; P2.5 控制 ADC0809 的输出允许端(OE); P3.7 控制 ADC0809 的转换结束信号（EOC）。五、 实验原理图六、 程序设计

6、1、主程序设计由于ADC0809 在进行A/D转换时需要有CKL 信号，而此时的 ADC0809 的CLK 是连接在 AT89C51 单片机的30管脚，也就是要求从30管脚输出CLK 信号供 ADC0809 使用。因此产生 CLK 信号的方法就等于从软件产生。电压表系统有主程序，A/D 转换子程序和显示子程序，如下流程1-2所示：图1-2主程序流程图调用显示程序调用数据处理程序调用A/D转化程序初始化开始2、A/D 转换子程序启动 ADC0809 对模拟量输入信号进行转换，通过判断 EOC（P3.7）来确定转换是否完成， 若EOC 为0则继续等待；若 EOC为1，则把OE 置位，将转换完成的数

7、据存储到 70H 中。程序流程图如图1-3 所示开始A/D转换结束？（P3.7=1？）启动A/D转化器初始化是P2.5置位，允许输出将转换得到的数据存储结 束开始图1-3 A/D转换程序流程图3、数据处理子程序数据处理子程序主要根据标度变换公式1-1，把0255十进制数转换为0.005.00V. AX=A0+(Am-A0)(NX-N0/Nm-N0) （1-1） Ax: 模拟测量值； A0: 模拟输入最小值； Am： 模拟输入最大值； NX: 模数转换后的值； N0：模/数转换后的最小值； Nm：模/数转换后的最大值 。在本设计中，根据要求知：A0=0V，Am=5V，N0=0，Nm=255，则公

8、式1-1可化简为： AX=A0+(Am-A0)(NX-N0/Nm-N0)=5NX/255=NX/51 （1-2）程序流程图如图1-4所示：从70H中取数据，除以51得到个位，存放在70H中，余数移入A 余数与51的一半即1AH借位相减比较，以便四舍五入，利用P0开始余数10，再除以51 商放入A中 P0=1?是 四舍否 数据调整，相当于五入 A放入79H中，得到十分位再将余数放入A中，进行除51操作P0=1? 是否A = A + 5四舍A放入7AH中，得到百分位结 束图1-4 数据处理子程序流程图 4、显示子程序显示子程序采用动态扫描法实现三位数码管的数值显示。测量所得的A/D转换数据放在70

9、H内存单元中，测量数据在显示时需转换成10进制BCD码放在78H7AH单元中。寄存器R1用作显示数据地址指针。程序流程图如1-5所示： R1 A 查表取得相应段码 输出显示置位P1.7点亮小数点 图1-5 显示子程序流程图结 束 R1 A 查表取得相应段码 输出显示 R1=R1+1 R1 A 查表取得相应段码 输出显示 初 始 化 R1=78H,P1置高，P2置低 R1=R1+1开始七 程序代码 ORG 0000H LJMP START ORG 0030H；初始化参数 START: CLR A SETB P3.7 ；初始化EOC CLR P3.0 ；初始化LED位选，全不选中。 CLR P3.

10、1 CLR P3.2 MOV P2，A ；初始化P2口，清除对ADC0809的控制信号。 MOV 70H, A ；初始化数据采样后存储空间。 MOV 78H, A ；初始化数据处理后3位有效数字的存储空间 MOV 79H, A MOV 7AH, A MOV A ,#0FFH ；初始化P0，P1口，写入高电平 MOV P0， A MOV P1， A ；主程序 MAIN: LCALL AD_SUB ；调用A/D转换子程序，开始采样并转换。 LCALL TURN_SUB ；调用数码转换子程序，将采样转换来的 0-255转换成意义对应的；0.00-5.00 LCALL DISP_SUB ；调用显示子程

11、序。 LJMP MAIN；A/D转换子程序 AD_SUB: CLR A MOV P2， A ；初始化P2口，清除对ADC0809的控制信号。 MOV R0，#70H LCALL AD_SUB ；调用采样子程序 WAIT: JB P3.7，DATASAVE ；判断采样转换是否完毕，完毕则跳转到DATASAVE进行存储。 AJMP WAIT ；否则继续等待。 ；启动采样，送脉冲时序 AD_SUB: SETB P2.3 ；ALE 脉冲时序 NOP NOP CLR P2.3 SETB P2.4 ；START脉冲时序 NOP NOP CLR P2.4 NOP NOP RET ；采样转换的数据存储 DAT

12、ASAVE: SETB P2.5 ；置位OE端，允许ADC0809输出数据 MOV A , P0 ；将转换的数据存储到70H中 MOV R0，A CLR P2.5 CLR A ；初始化P0，P1，P2口 MOV P2 ,A MOV A,#0FFH MOV P0 ,A MOV P1 ,A RET ；将0-255转换为0.00-5.00TURN_SUB: MOV A ,R0 MOV A ,#51 DIV AB MOV 78H, A ；以上这一段是整数部分放入78H MOV A , B ；余数部分放入A CLR F0 SUBB A ,#1AH ；余数和51的一半即1AH比较，以便四舍五入 MOV F

13、0 , C MOV A ,#10 MUL AB ；余数乘以10，以便再除以51 MOV B , #51 DIV AB JB F0，LOOP1 ；判断四舍五入，跳到LLOP1是“四舍” ADD A ,#5 ；这是“五入” LOOP1： MOV 79H,A ；十分位 MOV A ,B CLR F0 SUBB A ,#1AH MOV F0 ,C MOV A ,#10 MUL AB MOV B , #51 DIV AB JB F0，LOOP2 ADD A ,#5 LOOP2: MOV 7AH, A ；百分位 RET ；显示子程序 DISP_SUB: MOV R1 ,#78H ；R1辅助寄存器，用于存放

14、要显示的数据的地址 CLR A MOV P1，#0FFH ；初始化P1，P2口 ANL P2 ,A LCALL PLAY ；调用显示位码子程序 CLR P1.7 ；显示最高位后的小数点 SETB P3.2 ；选中最高位LED 数码管 LCALL DELAY ；调用延迟子程序 CLR P3.2 ；取消最高位位选 INC R1 ；提取第二位有效数字的数据地址 LCALL PLAY ；调用显示位码子程序 SETB P3.1 ；选中第二位LED 数码管 LCALL DELAY ；调用延迟子程序 CLR P3.1 ；取消第二位位选 INC R1 ；提取最低位有效数字的数据地址 LCALL PLAY ；调

15、用显示位码子程序 SETB P3.0 ；选中最低位LED 数码管 LCALL DELAY ；调用延迟子程序 CLR P3.0 ；取消最低位位选 RET ；位码显示 PLAY: MOV A,R1 ；送偏移量 MOV DPTR,#TAB ；送表首地址 MOVC A,A+DPTR ；查表得出相应LED段码 MOV P1， A ；输出显示 RET ；延时程序 DELAY: MOV R6，#10H DL1：MOV R7，#10H DL2：DJNZ R7，DL2 DJNZ R6，DL1 RET；09段码 TAB: DB 0C0H , 0F9H , 0A4H , 0B0H , 99H , 92H , 82H

16、 , 0F8H , 80H , 90H END八 调试过程及问题解决方法1首页接入仿真器进行仿真测试，能够正常显示，将烧制好程序的AT89S51芯片后插于电路脱机无法正常工作没有任何数值显示，重新根据电路图检查电路是否有焊接错误，核对后没有发现任何错误，于是重新焊接了一个晶振电路，再次进行测量后可以正常工作。2通过万用表测量AD0809的26管脚以及接地线测出实际电压跟数码管显示数值的大小进行比较，同时调节可变电阻，使得数字显示基本一致并保持稳定数值。具体测试结果如下图所示输入电压（V)01.002.453.515.00实际显示电压（V）0.001.012.453.525.00九 收获与心得通

17、过本次课程设计，我学到了许多书本上无法学到的知识,也深刻体会到单片机技术应用领域的广泛。不仅让我对学过的单片机知识有了很多的巩固，同时也对单片机这一门课程产生了更大的兴趣。本设计涉及到单片机原理及应用、微机原理与接口技术、数字电子技术、模拟电子技术等学科。让我对专业知识有了更深的理解。在本次课程设计过程中，我学会了在网络上查找有关本设计的各硬件的资源，其中包括：数字电压表原理、AT89S51单片机及其引脚说明、ADC0809脚图及其引脚功能等，为本次课程设计提供了一定的资料。这次课程设计，使我对单片机有了更为深入的了解，对一个课题如何画流程图，编程序等，有了一定的认识，进一步加强了自己的动手能力和运用专业知识的能力，从中学习到如何去思考和解决问题，以及如何灵活地改变方法去实现设计方案。特别是使我深刻体会到的是软件和硬件结合的重要性，以及两者的联系和配合作用。同时明白了办事只要有信心，有毅力，找对方法，就会成功!