课程设计(论文)基于单片机的05v数字电压表设计.doc
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1、摘 要本文介绍了用ADC0809集成电压转换芯片和AT89S51单片机设计制作的多路数据采集系统。在测量仪器中,电压表是必须的,而且电压表的好坏直接影响到测量精度。具有一个精度高、转换速度快、性能稳定的电压表才能符合测量的要求。为此,我们设计了数字电压表,此作品主要由A/D0809转换器和单片机AT89S51构成,A/D转换器在单片机的控制下完成对模拟信号的采集和转换功能,最后由数码管显示采集的电压值。此设计通过调试完全满足设计的指标要求。电路设计简单,设计制作方便,有较强的实用性关键字:ADC0809;单片机AT89S51;数字电压表 AbstractThe introduction to
2、this text is designed with ADC0809 integratedvoltage chip and AT89S51 one-chip computer. In the voltmeter, the collection of the data is necessary, the quality of and the data collector influences the precision of measurement of the measuring instrument directly. The voltmeter with high, quickly, st
3、eady performance of conversion speed of a precision could accord with the demands for measurement. For this reason, we have designed the digital voltmeter, this device is formed by A/D0809 converter and one-chip computer AT89S51 mainly, A/D converter finishes to the collection of the analog signal a
4、nd conversion function under the control of the one-chip computer, shown the voltage value gathered by the digital tube finally. This designs and totally meets the index demand designed through debugging.The circuit is simple in design. Design and make it conveniently,so that there is stronger pract
5、icability.Keywords: ADC0809;AT89S51;digital voltmeter目 录引言11. 设计内容及要求 21.1 设计要求 21.2 设计方案 21.3 方案选择及论证21.3.1 单片机系统21.3.2 A/D模数转换电路21.3.3 数码管显示电路32. 系统电路总设计 32.1电路设计原理 32.1.1 AT89S51单片机简介 32.2单片机最小系统图 72.3显示部分 72.4数模转换器ADC0809部分 82.4.1 A/D模数转换电路82.4.2 ADC0809的内部逻辑结构82.4.3 信号引脚 93. 程序流程图 104. 组装调试内容及步
6、骤 114.1 所用元器件 114.2需要仪器仪表 114.3软件工具 114.4制作过程 114.5调试过程 114.5.1 硬件调试 114.5.2 软件调试124.5.3 误差分析125. 总结设计电路的特点和方案的优缺点及课题的核心 136. 结论及心得体会 13谢辞 15参考文献 16附录 17引言课程设计,是锻炼大学生动手能力的一门课程,为以后走上工作岗位提供一个很好的锻炼机会。运用自己学到的知识,通过查找资料,制定设计方案,绘制原理图,制作PCB板,焊接元器件,组装调试电路,通过测试电路参数,计算理论与实际的误差,论证自己的设计方案。遇到问题及时解决问题,从中总结经验与教训,最后
7、写出设计论文。电子技术日新越益的发展,各种新型电子器件和集成电路应用越来越广泛,电子系统功能越来越强大,电路图也越来越复杂,印刷电路板的走线越来越复杂和精密,以往用手工的方法绘制电路原理图和设计线路板已经很难适应当前电子工业飞速发展的形势。所幸的是计算机的发展和普及较好地解决了这个问题。目前,人们可以在计算机上利用各种商品化的软件对电子线路进行各种有效的分析和设计。课程设计即为电子电路的设计、仿真、安装、调试、印制电路板的设计。单片机以其高可靠性,高性价比,低电压,低功耗等一系列优点,今几年得到迅猛发展和大范围推广,广泛应用于工业控制系统,数据采集系统,智能化仪器仪表,及通讯设备和日常消费类产
8、品,玩具等。并且已经深入到工业生产的各个环节以及人民生活的各层次中。如车间流水线控制、自动化系统等、智能型家用电器(冰箱、空调、彩电)等,无不含有CPU控制器,即单片机。本设计是用单片机系统和一个集成数模转换芯片ADC0809实现把模拟电压转换成数字显示。本系统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。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、自动测试系统等领域,显示出强大的生命力。与此同时,由数模集成转换芯片扩展而成的各种通用及专用数字仪器仪表,也把电量及非电量测量技术提高到崭新水平。
9、1 设计内容及要求1.1 设计要求此次课程设是设计一个数字电压表,其具体指标要求如下:(1) 采集数据范围: 05 V(2) 供电电压: 5V(3) 数据显示: 4位有效数字(4) 显示方式: LED或LCD显示1.2 设计方案基于本电路的设计要求,以89s51单片机为核心芯片同时辅以外围电路。硬件电路如下图所示。硬件电路结构由4 部分组成,即单片机部分, LED 显示部分,A/D 转换部分。简而言之,就是以89s51 为主芯片,它通过编程完成对电压的测量,然后数据通过单片机的P2、P3口输出到外围电路进行显示,不过,我们在这之前首先要经过A/D 转换,将转换后的数字量送入单片机。显示部分用的
10、是4 位8 段的共阴数码管,用来显示具体的电压值,小数点部分由单片机控制。显示部分是用共阴数码管,由4个单个构成,数码管显示处理简单,工作电流要在1mA左右,用单片机的P1口做段选控制,P3.0,、P3.1,P3.2,P3.3口做位选控制。A/D 转换部分用ADC0809。ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器,可以和单片机直接接口。1.3 方案选择及论证1.3.1 单片机系统方案一:采用专用的数字信号处理器(例如DSP),其特点是处理速度快,精度高、效果好,但此类处理器价格昂贵,市场上少有,不易购买。方案二:采用
11、通用的微处理器(如MCS-51系列);这种处理器的性能优良、价格便宜,容易购买。对于要求较高的数字处理场合不适用,但本系统设计要求不高,所以本系统采用 AT89S51。1.3.2 A/D模数转换电路A/D转换器芯片种类繁多,按其变换原理分类,双积分式、量化反馈式、逐次比较式等A/D转换器。方案一:双积分式A/D转换器双积分式A/D转换器是一种间接A/D转换技术。首先将模拟电压转换成积分时间,然后用数字脉冲计时方法转换成计数脉冲数,最后转换成二进制数或BCD码输出。因此,双积分式A/D转换时间较长,一般大于4050ms。但其外接元件少,使用方便,具有极高的性价比。本设计要求采样频率fs8kHz(
12、即采样周期Ts125ms),因此,双积分式A/D转换器转换速度过低,不适合用。方案二:并行A/D转换器并行式A/D转换器是一种转换速度最快、转换原理最直观的A/D转换技术。并行A/D转换需要大量的低漂移电压比较器,不容易实现,市场难以买到,且价格昂贵。方案三:逐次比较式A/D转换器这种A/D转换器目前种类多、数量大、应用广,且价格便宜,该芯片有8通道。本设计要求字长为8位,该芯片能够满足设计需要。因此选用该种类中的ADC0809作为A/D转换的芯片。1.3.3 数码管显示电路:一般采用LCD点阵式模块作为显示,它能显示丰富的字符,耗电省,但目前价格稍贵,不适合本系统,所以我采用四位LED数码管
13、作为显示器,虽然它耗电量大,显示单一,但已经完全满足本系统的要求。2 系统电路总设计2.1 电路设计原理 本次设计的电路由AT89S51单片机,4位数码管,74LS02与非门,ADC0809芯片构成。 图2.1 硬件电路模块系统要采集数据为5V电压。系统开启后,系统启动自检程序,然后启动ADC0809芯片进行数据采集和转换,当转换成功结束后,单片机把A/D输出的数字量数据读入并进行相应的数据处理,最后通过软件译码把采集的电压值显示在数码管显示器上。2.1.1 AT89S51单片机简介MCS-51单片机是目前应用最广、品种最多的单片机。它具有集成度高,系统结构简单,扩展方便,可靠性高,处理功能强
14、、速度快,容易产品化等优点。综合以上因素,采用P87LPC76x单片机为核心原本应该是本次设计的最佳选择,然而P87LPC76x单片机很难买到,桂林市都没有卖的。另外使用P87LPC76x使外围电路变得简单,实现的功能不多。由于它与我们平时熟悉的51 系列差别很大,编程有一定难度。再加之它的价格偏贵,所以最终放弃了P87LPC76X系列单片机而选择了熟悉的AT89S51单片机为核心。 单片机AT89S51及其接口在这块芯片上,集成了一台微型计算机的各个部分。其中P0、P1、P2、P3为可编程IO口,程序计数器Pc是16位专用寄存器,用它来存放与指示下一条要执行的指令地址;指令寄存器是8位寄存器
15、,用于暂时存放指令、等待译码。另外还有指令译码器、数据指针寄存器DPTR、累加能ACC、算术逻辑部件ALU、程序状态字寄存器PSW等,它们都与内部总线连接,组成一台完整的计算机。AT89S51单片机芯片可以用MCS-51系列单片机芯片来代表。MCS51单片机芯片采用40引脚双列直插封装(DIP)方。a 引脚排列 b 逻辑符号 图2.2 MCS-51 系列单片机接口AT89S51是高性能单片机,因为受到集成电路芯片引脚数目的限制,所以有许多引脚具有双功能。这40 条引脚大致可分为地址总线和控制总线等几部分。它们的功能简要说明如下; (1)主电源引出端Vss和VccVss(第20引出端):接地。V
16、cc(第40引出端);主电源十5V。 (2)时钟振荡电路引脚XTALI和XTAL2: XTAL1 (第18引出端)内部振荡电路反相放大器输入端,是外接晶体的一个引脚。若采用外部振荡电路时,XTAL1必须接地。 XTAL2 (第19 引出端)内部振荡电路反相放大器输出端,是外接晶体的另一个引脚。所谓振荡是指中央处理器CPU用外部振荡器,此引脚接外部振荡源,用于输入外部振荡脉冲,该信号直接送至内部时钟电路。在使用内部振荡电路时,XTAL1、XTAL2这两个端用来外接石英晶体,振荡频率为晶振频率,振荡信号送至内部时钟电路产生时钟脉冲信号。 (3)控制总线: ALEPROG (第30 端) ALE为地
17、址锁存允许信号。在访问外部存储器时,ALE用来把扩展地址低8位锁存到外部锁存器。在不访问外部存储器时,ALE引脚以不变的频率(时钟振荡器频率的16)周期性地发出正脉冲信号,因而它又可用作外部定时或其他需要。但要注意,在遇到访问外部数据存储器时,会丢失一个ALE脉冲,ALE能驱动11个LSTTL门输入。在8751单片机内部EPROM编程期间,此引脚接编程脉冲(PROG功能)。RSTVPD(第9端)复位信号输入端。当RST引脚持续两个机器周期(24个时钟周期)以上的高电平时使单片机完成复位操作。复位不影响内部RAM中的数据。复位后,PC0000H,指向程序存储器0000H地址单元,使CPU从首地址
18、0000H单元开始重新执行程序。所以单片机系统在运行出错或进入死循环时,可按复位键重新启动。此引脚还可接上备用电源。当主电源VCC一旦发生断电(称掉电或失电),降到一定低电压值时,由VPD向内部RAM提供电源,以保护片内RAM中的信息不丢失,使上电后能继续正常运行。 PSEN (第29端)外部程序存储器ROM的选通信号。当从外部程序存储器取指令(或数据)期间,PSEN产生负脉冲作为外部ROM的选通信号。而在访问外部数据RAM或片内ROM时,不会产生有效的PSEN信号。PSEN可驱动八个LSTTL门输入端。 EA/VPP (第31端)EA访问外部程序存储器控制信号。对8051和8071,它们的片
19、内有4KB的程序存储器,当EA为高电平时,CPU访问程序存储器有两种情况:一种情况是访问的地址空间在04KB(0000H0FFFH)范围内,CPU访问片内程序存储器,另一种情况是访问的地址超出4KB 时,CPU 将自动执行外部程序存储器的程序,即访问外部ROM对于8031,EA必须接地,只能访问外部ROM。第二功能为对8751的EPROM编程期间,接21v编程电源。 (4)IO线P0、P1、P2和P3: P0 口(P0.0P0.7) (3239端)是一个8 位漏极开路的双向IO 口,每位能驱动八个LSTTL负裁。第二功能是在访问外部存储器时它分时作为低8位地址线和8位双向数据线。当P0口作为普
20、通输入口使用时,应先向口锁存器写“1”。 P1 口(Pl.0P1.7) (18端)是一个内部带上拉电阻的准双向IO 口,每位能驱动四个LSTTL负载。当P1口作为普通输入口使用时,应先向口锁存器写“1”。 P2 口(P2.0P2.7) (2128端)也是一个内部带上拉电阻的8 位准双向IO 口,每位能驱动四个LSTTL负载。第二功能是在访问外部存储器时,作为高8位地址线。 P3 口(P3.0P3.7) (1017端)也是一个内部带上拉电阻的8 位准双向IO 口,每位能驱动四个LSTTL负载P3口除了作为一般准双向口使用外,每个引脚还有各自的第二功能,详见表2-1。表2.1 P3 口各位的第二功
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