微机原理课程设计05V和010V可选量程数字电压表.doc
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1、交通与汽车工程学院课程设计说明书课 程 名 称: 微机原理及应用课程设计 课 程 代 码: 8234570 题 目:0-5V和0-10V可选量程数字电压表 年级/专业/班: 09级/车辆/理科班 学 生 姓 名: 学 号: 开 始 时 间: 2012 年 07 月 02 日完 成 时 间: 2012 年 07 月 06 日课程设计成绩:学习态度及平时成绩(30)技术水平与实际能力(20)创新(5)说明书(计算书、图纸、分析报告)撰写质量(45)总 分(100)指导教师签名: 年 月 日目 录摘要.1摘 要41 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整
2、体设计思路框图及原理图33.1设计思路33.2设计过程34 AT89C51及硬件的功能介绍54.1 AT89C51简介54.1.1简单概述54.1.2主要功能特性54.1.3 AT89C52的引脚介绍64.2 ADC0808的引脚及功能介绍74.2.1芯片概述74.2.2 引脚简介84.2.3 ADC0808的转换原理84.3 LED数码管的控制显示94.3.1 LED数码管的模型9LED数码管模型如图3-6所示。94.3.2 LED数码管的接口简介95. 所用软件环境介绍105.1 proteus软件环境介绍105.2KEIL C51简介116.系统软件程序的设计136.1 主程序136.2
3、 A/D转换子程序146.3 中断显示程序157电压表的调试及性能分析177.1 调试与测试177.2 性能分析188电路仿真图和PCB图199总 结20致 谢20摘 要 本设计是基于89C51单片机为控制核心的数字电压表设计。系统采用了美国DALLAS公司的A/D0808芯片构成了模数电路,实现了电压的显示。在系统显示部分,采用了共阴极的LED数码管构成了显示模块,此模块用于实时的显示信息。本设计说明书对该系统的硬件电路,工作原理进行了详细的介绍。同时给出了软件设计的流程图和主要源代码。数字电压表的设计即将连续的模拟电压信号经过A/D转换器转换成二进制数值,再经由单片机软件编程转换成十进制数
4、值并通过显示屏显示。 按系统实现要求,决定控制系统采用AT89C51单片机,A/D转换由于仿真这里用ADC0808,它和ADC0809区别很小。关键词: 89C51单片机 A/D0808芯片 LED显示器1 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,单片机已可以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(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
5、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目前,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本文介绍一种基于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,测量最小精度为0.01V。2设计原理及要求本设计是利用单片机AT89C51与ADC0808设计一个数字电压表,测
6、量05V之间的直流电压值,四位数码显示,但要求使用的元器件数目最少。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,通过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。通过按键选择可对8路循环显示,也可单路显示,单路显示可通过按键选择显示的通道数。2.2数字电压表的设计要求可以测量05V范围内的3路直流电压值。在4位LED数码
7、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。3整体设计思路框图及原理图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,所以转换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,所以
8、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,所以有:V0=2*D扩大了100倍,扩大100倍后的结果,通过查表使之显示在LED显示器。3.2设计过程简易数字电压测量电路由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
9、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。 模拟电 压AT89C51 单片机ADC0808转换数据显 示图3-1 整体框图系统通过软件设置单片机的内部定时器T1产生中断信号。通过片选选择8路通道中的一路,将该路电压送入ADC0808的EOC端口产生高电平,同时将ADC0808的OE端口置为高电平,单片机将转换后结
10、果存到片内RAM。系统调出转换显示程序,将转换为二进制的数据在转换成十进制数并输出到LCD显示电路,将相应电压显示出来。原理图见下附录图 图3-24 AT89C51及硬件的功能介绍4.1 AT89C51简介4.1.1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可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造
11、技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。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4-1 AT89C52芯片模型4.1.2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
12、置和掉电模式。(8) 片内振荡器和时钟电路。4.1.3 AT89C52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4-2 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(3
13、1引脚)为外部程序存储器访问允许控制端。当它为高电平时,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) p
14、in39-pin32为P0.0-P0.7输入输出脚,称为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。通常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
15、能驱动4个LSTTL负载。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。4.2 ADC0808的引脚及功能介绍4.2.1芯
16、片概述ADC0808是一种典型的A/D转换器。它是由8位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4-3ADC0808芯片模型4.2.2 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
17、。(8)A、B、C:转换通道地址,控制8路模拟通道的切换。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。4.2.3 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。通过适当的外接电路,ADC0808可对05V的模拟信号进行转换。 (3) G:数据输入锁存选通信号。当加到该引脚的信
18、号为高电平时,外部数据选通到内部锁存器,负跳变时,数据锁存到锁存器中。(4):数据输出允许信号,低电平有效。当该信号为低电平时,三态门打开,锁存器中的数据输出到数据输出线上,当该信号为高电平时,输出线为高阻态。4.3 LED数码管的控制显示4.3.1 LED数码管的模型LED数码管模型如图3-6所示。图4-4 LED数码管模型4.3.2 LED数码管的接口简介LED 的段码端口AG分别接至AT89C52的P1.0P1.7口,位选端14分别接至P3.3、P32、P3.1、P3.0,如图3-7所示。 图4-5 LED数码管模型5. 所用软件环境介绍5.1 proteus软件环境介绍本系统的硬件设计
19、首先是在Proteus软件环境中仿真实现的。Proteus软件是来自英国Labcenter electronics公司的EDA工具软件,Proteus软件有十多年的历史,在全球广泛使用,除了具有和其它EDA工具一样的原理布图、PCB自动或人工布线及电路仿真的功能外,其革命性的功能是,它的电路仿真是互动的。针对微处理器的应用,还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程,并实现软件源码级的实时调试。如果有显示及输出,配合系统配置的虚拟仪器如示波器、逻辑分析仪等,还能看到运行后输入输出的效果。Proteus建立了完备的电子设计开发环境,尤其重要的是Proteus Lite可以完全免费,也可以花微不足道的
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- 微机 原理 课程设计 05 010 可选 量程 数字 电压表
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