基于AT89C52单片机的四档数字电压表课程设计.doc

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1、目 录绪论1第1章 系统总体结构与工作原理21.1 系统总体方案选择与说明21.1.1 通道转换方案设计21.1.2 显示部分方案设计2系统总体方案总结31.3 系统结构框图31.4 工作原理4第2章 硬件设计及计算方法52.1 单片机的选择及时钟电路52.2 LED显示器件选择62.3 A/D转换模块及转化电路设计72.3.1 ADC0804简介7转换以及量程选择电路8第3章 软件设计与说明93.1 数字电压表系统软件设计方案确定9第4章 总结12参考文献14附录1 系统原理图15附录2 系统源程序16绪论传统的模拟式（即指针式）电压表已有100多年的发展史，虽然不断改进与完善，仍无法满足现

2、代电子测量的需要，数字电压表自1952年问世以来，显示强大的生命力，现已成为在电子测量领域中应用最广泛的一种仪表。数字电压表简称DVM（Digital Voltmeter），它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量（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。智能化数字电压表则是最大规模集成电路（LSI）、数显技术、计算机技术、自动测试技术（ATE）的结晶。一台典型的直流数字电压表主要由输入电路、A/D转换器、控制逻辑电路、计数器（或寄存器）、显示器，以及电源电路等级部分组成。本设计采用了以单片机为开发平台，控制系采用AT89C52单片机，A/D转换采用ADC0804。系统除能确

3、保实现要求的功能外，还可以方便进行8路其它A/D转换量的测量、远程测量结果传送等扩展功能。简易数字电压测量电路由A/D转换、数据处理、显示控制等组成。关键词: 单片机 AT89C52 A/D转换 ADC0804 数据处理第1章 系统总体结构与工作原理1.1 系统总体方案选择与说明实现数字电压表的方案很多，目前广泛采用的时基于74系列逻辑器件，本设计将介绍基于单片机实现的方案。方案设计此设计包含两个模块，通道转换和显示部分方案。 通道转换方案设计方案一：考虑到ADC0804的8路模拟量输入本质上也是模拟开关，因此可以利用其8个模拟通道中的3个作为通道转换器，即根据通道对应的电压测量范围确定对应的

4、电压方法倍数设计对应的放大电路。方案二：利用手动开关实现通道转换。该方案可简化控制程序，消减系统开销。缩短反应时间，不足之处在于操作麻烦。综上所述：方案二所需元件少、成本低且易于实现，则选此方案。1. 显示部分方案设计方案一：单片机的P0口接74HC573芯片来驱动四位数码管方案二：直接用单片机的P1、P2口驱动数码管，此处把ADC0804的输出端接P1口 ，因为P1口能够驱动数码管。综上所述，两个方案都可行，但方案一所需方便快捷，则选择此方案。系统总体方案总结根据数字电压表的功能实现要求，选用AT89C51单片机作控制系统 ，低电压经放大器选用OPA820实现放大10倍、高电压经大电阻分压从

5、而控制输入ADC0804的信号在2V左右实现AD转换经AT89C51接74HC573送入LED显示。其精度和显示可以精确控制，且电路相对简单成本低，稳定性较高，故采用此设计。 系统结构框图根据项目要求，确定该系统的设计方案，图1-3-1为该系统设计方案的结构框图。硬件电路由6各部分组成，即单片机、时钟电路、复位电路、LED显示电路、A/D装唤器和测量电压输入电路。图1-3-1 系统结构框图 工作原理对待测模拟电压值按不同的范围，分为200mv、2v、20v、200v四个档位，对于高于2V的档位，采用高电阻分压电路，等比例转换为05V的电压值，对于200mv档位，等比例放大10倍左右，再将电压送

6、入AD进行转换，再将处理的信号送入单片机进行处理并显示。 在本系统设计中采用AT89C51单片机的端口P1.0 P 1.7作为 4位 LED数码管的显示控制, P2.0 P 2.2锁存器端口控制。P 2.3 P 2.6 作为档位识别控制端口。P3作为AD输入端口，P0作为AD转换控制端口。AT89C51单片机的晶体振荡器振荡频率为11.0592MHz 。4位LED数码管的采用动态显示方式显示。两个74HC573控制4位LED数码管的段和位显示。第2章 硬件设计及计算方法 根据设计要求与思路，确定该系统的设计方案。硬件电路由5个部分组成，即单片机时钟电路、复位电路、4位显示器电路、A/D转换电路

7、和键盘及测量电路。2.1 单片机的选择及时钟电路根据初步设计方案的分析，设计这样一个简单的应用系统，可以选择带有EPROM的单片机，应用程序直接存储在片内，不用在外部扩展程序存储器，电路可以简化。此电路选择Atmel公司生产的AT89C51。AT89系列与MCS-51系列单片机相比有两大优势：第一，片内程序存储器采用闪速存储器，使程序的写入更加方便;第二，提供了更小尺寸的芯片，使整个电路体积更小。它以较小的体积、良好的性价比倍受青睐。单片机工作的时间基准是由时钟电路提供的。在单片机的XTAL1和XTAL2两个管脚，接一只晶振及两只电容就构成了单片机的时钟电路，如图2-1-1所示。图2-1-1

8、单片机的时钟电路电路中，电容C1和C2对震荡电路有微调的作用，通常的取值范围位（30+10）pF。石英晶体选择6MHz或12MHz都可以，其结果只是机器周期时间不同，影响计数器的计数初值，此设计取12MHz。本设计使用的是CLOCK时钟脉冲触发。2.2 LED显示器件选择单片机应用系统中，通常都需要进行人机对话。这包括人对应用系统的状态干预与数据输入，以及应用系统向人们显示运行状态与运行结果。显示器、键盘电路就是用来完成人机对话活动的人机通道。 图2-2-1 LED显示管脚LED显示器的驱动是一个非常重要的问题，由图2-2-1可知，显示电路由LED显示器、段驱动电路和位驱动电路组成。LED数码

9、管的显示控制。2.3 A/D转换模块及转化电路设计A/D转换器的功能是将模拟量转换为与其大小成正比的数字量信号。能实现这种转换的原理和方法很多，此设计采用ADC0804转换器。ADC0804是属于连续渐进式的A/D转换器，这类型的A/D转换器除了转换速度快（几十至几百us）、分辨率高外，还有价钱便宜的优点，普遍被应用于微电脑的接口设计上。2.3.1 ADC0804简介ADC0804的管脚图如图2-3-1所示图2-3-1 ADC0804管脚图它的主要电气特性如下：工作电压：5V，即VCC5V。模拟输入电压范围：05V，即0Vin5V。分辨率：8位，即分辨率为1/28=1/256，转换值介于025

10、5之间。转换时间：100us（fCK640KHz时）。转换误差：1LSB。参考电压：2.5V，即Vref2.5V。2.3.2A/D转换以及量程选择电路集成摸数转换芯片ADC0804实现的A/D转换电路被测信号由ADC0804模拟输入端输入，完成A/D转换后送入单片机，经相应处理后送出显示。系统硬件电路设计，对待测模拟电压值按不同的范围，分为200mv、2v、20v、200v四个档位，对于高于2V的档位，采用高电阻分压电路，等比例转换为05V的电压值，对于200mv档位，等比例放大10倍左右，再将电压送入AD进行转换，再将处理的信号送入单片机进行处理并显示，量程选择方式：手动。具体电路如图2-3

11、-2所示。图2-3-2 A/D转换以及量程选择电路第3章 软件设计与说明进行应用软件设计时可以采用模块化结构设计，其优点是：每个模块的程序结构简单，任务明确，易于编写、调试和修改；程序可读性好，对程序的修改可局部进行，其他部分可以保持不变，易于功能扩充和版本升级；易于使用频繁的子程序可以建立子程序，便于多个模块调用；便于分工合作，多个程序员同时进行程序的编写和调试工作，加快软件研制进度。3.1 数字电压表系统软件设计方案确定（1）根据设计要求，根据系统所要完成的功能，设计如图3-1-1所示的功能模块。 图3-1-1 数字电压表软件设计的模块（2）程序的设计主程序的设计 主程序的内容一般包括：主

12、程序的起始地址、中断服务额程序的起始地址、有关内存单元及相关部件的初始化和一些子程序调用等。根据设计要求，设计出如图3-1-2所示的主程序流程图。图3-1-2 主程序流程图 A/D转换子程序的设计 A/D转换程序的功能是采集数据，再整个系统设计中占有很高的地位。当系统置好后，单片机扫描转换结束管脚的输入电平状态，当输入为高电平则转换完成，将转换的数值转换并显示输出。若输入为低电平，则继续扫描。程序流程图如图3-1-3所示。图3-1-3 A/D转换子程序流程图数码转换及显示子程序的设计 由于人们日常习惯使用十进制数，而计算机的键盘输入、输出以及显示常采用二进制编码的十进制数（即BCD码）或ASC

13、II码。因此，在程序设计中经常要进行数码转换。 第4章 总结这一次的课程设计是大学生活最后一次课程设计，我觉得是十分有意义的，首先它可以检验我们在大学中学到的理论知识是否可以化为实践，其次这次课程设计为之后的毕业设计打下了基础。 此次智能仪器仪表课程设计，我做的是数字电压表这个基础的设计，虽然该设计十分简单，但是上课所学的很多知识都能应用在这个电压表设计中。确定课设内容后，我查找大量相关材料，然后知识汇总，把有关课题的内容经过对比与分析，最后来完成课程设计。电压测量在很多参考书上都有介绍，但运用到软件中时，出现各种不同的错误，在参考别人的程序时，在老师的指导下，根据书本上所讲的有关知识点加以改

14、进，编了一个新的程序，来实现功能。编程我运用的是C语言来说，C语言在很多领域的功能都很强大使用C语言，感觉比较简洁清晰，函数关系较为清晰，并可以减少程序的冗长。通过这次课程设计我也发现了自身存在的不足之处，虽然感觉理论上已经掌握，但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑，经过一番努力才得以解决。这也激发了我今后努力学习的兴趣，我想这将对我以后的学习产生积极的影响。总体来说，这次实习使我受益匪浅。在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中，特别有趣，培养了我的设计思维，增加了实际操作能力。在让我体会到了设计电路的艰辛的同时，更让我体会到成功的喜悦和快乐。通过这两个星期的学习让我把书本上的知识转

15、换成实际可操作的东西，虽然也做过实验，但课程设计这种系统和具有一定规模收获是更多的。三周的设计完满结束了，经过自己的努力和同学的帮忙终于有了成果，特别离不开指导老师李老师悉心教导，相信他的工作作风和知识筑成都是我们学习榜样，给我很大的启迪。感谢这些老师不畏辛劳，热心精心的指导。在这里向他们说声谢谢，你辛苦了。参考文献1 彭为等.单片机典型系统设计实例精讲M.北京：电子工业出版社，20062 张毅刚等。单片机原理与应用设计M.北京：电子工业出版社，2008 3 王迎旭.单片机原理与应用.北京：机械工业出版社，4 周向红.51系列单片机应用与实践教程.北京：北京航空航天大学出版社，5 刘国荣.单片

16、机微型计算机技术.北京：机械工业出版社，19966 周坚.单片机轻松入门（第2版）.北京：北京航空航天大学出版社，附录1 系统原理图附录2 系统源程序#include#includesbit adcs=P20;sbit adrd=P21;sbit adwr=P22;sbit duanla=P26;sbit weila=P27;sbit v1=P30;sbit v2=P31;sbit v3=P32;sbit v4=P33;unsigned long int adval;unsigned char qian,bai,shi,ge,a;/段低电平有效，位高电平有效unsigned char tabl

17、e=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90, /不带小数点 0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10, ;/带小数点编码void delay(unsigned int z) /延时函数unsigned char x,y;for(x=z;x0;x-);for(y=110;y0;y-);main()for(;)adcs=0;adwr=1;_nop_();adwr=0;_nop_();adwr=1;for(a=10;a0;a-)P1=0xff;adrd=1;_nop_();adrd=

18、0;_nop_();adval=P1;adrd=1;if(v1=0)/2v档位adval=500*adval/256;qian=adval/1000;bai=adval/100%10;shi=adval%100/10;ge=adval%10;weila=1;P0=0x01;weila=0;P0=0xff;duanla=1;P0=0xff;duanla=0;delay(65535);delay(65535);weila=1;P0=0x02;weila=0;P0=0xff;duanla=1;P0=tablebai+10;duanla=0;delay(65535);delay(65535);weil

19、a=1;P0=0x04;weila=0;P0=0xff;duanla=1;P0=tableshi;duanla=0;delay(65535);delay(65535);weila=1;P0=0x08;weila=0;P0=0xff;duanla=1;P0=tablege;duanla=0;delay(65535);delay(65535);else if(v2=0)/20v档位adval=500*adval/256;qian=adval/1000;bai=adval/100%10;shi=adval%100/10;ge=adval%10;weila=1;P0=0x02;weila=0;P0=0

20、xff;duanla=1;P0=tablebai;duanla=0;delay(65535);delay(65535);weila=1;P0=0x04;weila=0;P0=0xff;duanla=1;P0=tableshi+10;duanla=0;delay(65535);delay(65535);weila=1;P0=0x08;weila=0;P0=0xff;duanla=1;P0=tablege;duanla=0;delay(65535);delay(65535); else if(v3=0)/200v档位adval=500*adval/256;qian=adval/1000;bai=a

21、dval/100%10;shi=adval%100/10;ge=adval%10;weila=1;P0=0x02;weila=0;P0=0xff;duanla=1;P0=tablebai;duanla=0;delay(65535);delay(65535);weila=1;P0=0x04;weila=0;P0=0xff;duanla=1;P0=tableshi;duanla=0;delay(65535);delay(65535);weila=1;P0=0x08;weila=0;P0=0xff;duanla=1;P0=tablege;duanla=0;delay(65535);delay(655

22、35);else if(v4=0)/200mv档位adval=500*adval/256;qian=adval/1000;bai=adval/100%10;shi=adval%100/10;ge=adval%10;weila=1;P0=0x02;weila=0;P0=0xff;duanla=1;P0=tablebai;duanla=0;delay(65535);delay(65535);weila=1;P0=0x04;weila=0;P0=0xff;duanla=1;P0=tableshi;duanla=0;delay(65535);delay(65535);weila=1;P0=0x08;w

23、eila=0;P0=0xff;duanla=1;P0=tablege;duanla=0;delay(65535);delay(65535);else/空档显示weila=1;P0=0x02;weila=0;P0=0xff;duanla=1;P0=table0;duanla=0;delay(65535);delay(65535);weila=1;P0=0x04;weila=0;P0=0xff;duanla=1;P0=table0;duanla=0;delay(65535);delay(65535);weila=1;P0=0x08;weila=0;P0=0xff;duanla=1;P0=table0;duanla=0;delay(65535);delay(65535);