河南科技學(xué)院河南科技學(xué)院 20102010 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目 設(shè)計(jì)題目 基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 學(xué)生姓名 所在院系 所在院系 所學(xué)專業(yè) 所學(xué)專業(yè) 導(dǎo)師姓名 導(dǎo)師姓名 完成時(shí)間 完成時(shí)間 2011 05 252011 05 25 摘要摘要 本文介紹了一種基于單片機(jī)的簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì) 該設(shè)計(jì)主要由三個(gè) 模塊組成 A D 轉(zhuǎn)換模塊 數(shù)據(jù)處理模塊及顯示模塊 A D 轉(zhuǎn)換主要由芯片 ADC0832 來完成 它負(fù)責(zé)把采集到的模擬量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量在傳送到數(shù)據(jù) 處理模塊 數(shù)據(jù)處理則由芯片 AT89C51 來完成 其負(fù)責(zé)把 ADC0832 傳送來的數(shù) 字量經(jīng)過一定的數(shù)據(jù)處理 產(chǎn)生相應(yīng)的顯示碼送到顯示模塊進(jìn)行顯示 此外 它 還控制著 ADC0832 芯片工作 該系統(tǒng)的數(shù)字電壓表電路簡(jiǎn)單 所用的元件較少 成本低 且測(cè)量精度和 可靠性較高 此數(shù)字電壓表可以測(cè)量 0 5V 的 1 路模擬直流輸入電壓值 并通過 一個(gè)四位一體的 7 段數(shù)碼管顯示出來 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞 單片機(jī) 數(shù)字電壓表 A D 轉(zhuǎn)換 AT89C51 ADC0832 Design of Simple Digital Voltmeter Based on Single chip Microcontroller Abstract This paper which introduces a kind of simple digital voltmeter is based on single chip microcontroller design The circuit of the voltage meter is mainly consisted of three mould pieces A D converting mould piece A D converting is mainly completed by the ADC0832 it converts the collected analog data into the digital data and transmits the outcome to the manifestation controlling mould piece Data processing is mainly completed by the AT89C51 chip it processes the data produced by the ADC0832 chip and generates the right manifestation codes also transmits the codes to the manifestation controlling mould piece Also the AT89C51 chip controls the ADC0832 chip to work The voltmeter features in simple electrical circuit lower use of elements low cost moreover its measuring precision and reliability The voltmeter is capable of measuring voltage inputs from 1 route ranging from 0 to 5 volt and displaying the measurements though a digital code tube of 7 pieces of LED Keywords Single chip microcontroller Digital voltmeter A D converter AT89C51 ADC0832 目目 錄錄 1 緒論 1 1 2 設(shè)計(jì)總體方案 2 2 1 設(shè)計(jì)要求 2 2 2 設(shè)計(jì)思路 2 2 3 設(shè)計(jì)方案 2 3 硬件電路設(shè)計(jì) 3 3 1 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 3 3 2 ADC0832 介紹 6 3 2 1 ADC0832 主要特點(diǎn) 7 3 2 2 ADC0832 管腳介紹 7 3 2 3 單片機(jī)對(duì) ADC0832 的控制原理 8 3 3 LED 數(shù)碼管 10 3 3 1 LED 數(shù)碼管的主要技術(shù)參數(shù) 10 3 3 2 LED 數(shù)碼管的引腳說明 11 3 3 3 LED 數(shù)碼管編碼說明 12 3 4 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 13 3 5 AD0832 電路 14 3 6 四位數(shù)碼管顯示電路 14 3 7 電路原材料清單 15 3 8 使用工具及儀表清單 16 4 軟件設(shè)計(jì) 17 4 1 程序設(shè)計(jì)總方案 17 4 2 系統(tǒng)子程序設(shè)計(jì) 17 4 2 1 初始化程 17 4 2 2 AD 轉(zhuǎn)換子程序 17 4 2 3 顯示子程序 18 5電壓表的調(diào)試及性能分析 19 5 1 調(diào)試與測(cè)試 19 5 2 性能分析 19 6 總結(jié) 20 參考文獻(xiàn) 21 謝辭 22 附錄 23 附錄一程序源代碼 23 附錄二電路圖 27 1 1 1 緒論緒論 在電量的測(cè)量中 電壓 電流和頻率是最基本的三個(gè)被測(cè)量 其中電壓量 的測(cè)量最為經(jīng)常 而且隨著電子技術(shù)的發(fā)展 更是經(jīng)常需要測(cè)量高精度的電壓 所以數(shù)字電壓表就成為一種必不可少的測(cè)量儀器 數(shù)字電壓表簡(jiǎn)稱 DVM 它是 采用數(shù)字化測(cè)量技術(shù) 把連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換成不連續(xù) 離散的數(shù)字形式并加以 顯示的儀表 由于數(shù)字式儀器具有讀數(shù)準(zhǔn)確方便 精度高 誤差小 測(cè)量速度 快等特而得到廣泛應(yīng)用 傳統(tǒng)的指針式刻度電壓表功能單一 進(jìn)度低 容易引起視差和視覺疲勞 因而不能滿足數(shù)字化時(shí)代的需要 采用單片機(jī)的數(shù)字電壓表 將連續(xù)的模擬量 如直流電壓轉(zhuǎn)換成不連續(xù)的離散的數(shù)字形式并加以顯示 從而精度高 抗干擾 能力強(qiáng) 可擴(kuò)展性強(qiáng) 集成方便 還可與 PC 實(shí)時(shí)通信 數(shù)字電壓表是諸多數(shù)字 化儀表的核心與基礎(chǔ) 以數(shù)字電壓表為核心 可以擴(kuò)展成各種通用數(shù)字儀表 專用數(shù)字儀表及各種非電量的數(shù)字化儀表 目前 由各種單片機(jī)和 A D 轉(zhuǎn)換器 構(gòu)成的數(shù)字電壓表作全面深入的了解是很有必要的 最近的幾十年來 隨著半導(dǎo)體技術(shù) 集成電路 IC 和微處理器技術(shù)的發(fā) 展 數(shù)字電路和數(shù)字化測(cè)量技術(shù)也有了巨大的進(jìn)步 從而促使了數(shù)字電壓表的 快速發(fā)展 并不斷出現(xiàn)新的類型 數(shù)字電壓表從 1952 年問世以來 經(jīng)歷了不斷 改進(jìn)的過程 從最早采用繼電器 電子管和形式發(fā)展到了現(xiàn)在的全固態(tài)化 集 成化 IC 化 另一方面 精度也從 0 01 0 005 目前 數(shù)字電壓表的內(nèi)部核心部件是 A D 轉(zhuǎn)換器 轉(zhuǎn)換的精度很大程度上 影響著數(shù)字電壓表的準(zhǔn)確度 因而 以后數(shù)字電壓表的發(fā)展就著眼在高精度和 低成本這兩個(gè)方面 本文是以簡(jiǎn)易數(shù)字直流電壓表的設(shè)計(jì)為研究內(nèi)容 本系統(tǒng)主要包括三大模 塊 轉(zhuǎn)換模塊 數(shù)據(jù)處理模塊及顯示模塊 其中 A D 轉(zhuǎn)換采用 ADC0832 對(duì)輸 入的模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換 控制核心 AT89C51 再對(duì)轉(zhuǎn)換的結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算處理 最 后驅(qū)動(dòng)輸出裝置 LED 顯示數(shù)字電壓信號(hào) 2 2 2 設(shè)計(jì)總體方案設(shè)計(jì)總體方案 2 1 設(shè)計(jì)要求 以 MCS 51 系列單片機(jī)為核心器件 組成一個(gè)簡(jiǎn)單的直流數(shù)字電壓表 采用 1 路模擬量輸入 能夠測(cè)量 0 5V 之間的直流電壓值 電壓顯示用 4 位一體的 LED 數(shù)碼管顯示 至少能夠顯示兩位小數(shù) 盡量使用較少的元器件 2 2 設(shè)計(jì)思路 根據(jù)設(shè)計(jì)要求 選擇 AT89C51 單片機(jī)為核心控制器件 A D 轉(zhuǎn)換采用 ADC0832 實(shí)現(xiàn) 電壓顯示采用 4 位一體的 LED 數(shù)碼管 LED 數(shù)碼的段碼輸入 由并行端口 P2 產(chǎn)生 位碼輸入 用并行端口 P0 產(chǎn)生 2 3 設(shè)計(jì)方案 硬件電路設(shè)計(jì)由 6 個(gè)部分組成 A D 轉(zhuǎn)換電路 AT89C51 單片機(jī)系統(tǒng) LED 顯示系統(tǒng) 時(shí)鐘電路 復(fù)位電路以及測(cè)量電壓輸入電路 硬件電路設(shè)計(jì)框圖如 圖 1 所示 時(shí)鐘電路 復(fù)位電路 A D 轉(zhuǎn)換電路測(cè)量電壓輸入 顯示系統(tǒng) AT89C51 P1 P0 P 2 圖 1 數(shù)字電壓表系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖 3 3 3 硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路設(shè)計(jì) 3 13 1 單片機(jī)的介紹單片機(jī)的介紹 40 個(gè)引腳 4k bytes flash 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器 128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器 ram 32 個(gè)外部雙向輸入 輸出 i o 口 5 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí) 2 層中斷 嵌套中斷 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 2 個(gè)全雙工串行通信口 看門狗 wdt 電路 片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器 AT89S52 單片機(jī)是一種低功耗高性能的 CMOS8 位微控制器 內(nèi)置 8KB 可在 線編程閃存 該器件采用 Atmel 公司的高密度非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn) 其指令 與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 80C51 指令集兼容 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器允許重復(fù)在線編程 允許程 序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)內(nèi)通過 SPI 串行口改寫或用同用的非易失性存儲(chǔ)器改寫 通過 把通用的 8 位 CPU 與可在線下載的 Flash 集成在一個(gè)芯片上 AT89S52 便成為 一個(gè)高效的微型計(jì)算機(jī) 它的應(yīng)用范圍廣 可用于解決復(fù)雜的控制問題 且成 本較低 其結(jié)構(gòu)框圖如圖 3 1 所示 圖 3 1 AT89S52 結(jié)構(gòu)框圖 4 圖 3 2 AT89S52 此外 AT89S52 設(shè)計(jì)和配置了震蕩頻率可為 12MHZ 并可通過軟件設(shè)置省電 模式 空閑模式下 cpu 暫停工作 而 ram 定時(shí)計(jì)數(shù)器 串行口 外中斷系統(tǒng) 可繼續(xù)工作 掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 ram 的數(shù)據(jù) 停止芯片其它功能直至 外中斷激活或硬件復(fù)位 同時(shí)該芯片還具有 pdip tqfp 和 plcc 等三種封裝形 式 以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求 主要功能特性 主要功能特性 兼容 mcs 51 指令系統(tǒng) 4k 可反復(fù)擦寫 1000 次 isp flash rom 32 個(gè)雙向 i o 口 4 5 5 5v 工作電壓 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí) 計(jì)數(shù)器 時(shí)鐘頻率 0 33mhz 全雙工 uart 串行中斷口線 128x8bit 內(nèi)部 ram 2 個(gè)外部中斷源 低功耗空閑和省電模式 中斷喚醒省電模式 3 級(jí)加密位 看門狗 wdt 電路 軟件設(shè)置空閑和省電功能 靈活的 isp 字節(jié)和分頁編程 5 雙數(shù)據(jù)寄存器指針 按照功能 AT89S52 的引腳可分為主電源 外接晶體振蕩或振蕩器 多功 能 I O 口 控制和復(fù)位等 1 多功能 I O 口 AT89S52 共有四個(gè) 8 位的并行 I O 口 P0 P1 P2 P3 端口 對(duì)應(yīng)的引腳 分別是 P0 0 P0 7 P1 0 P1 7 P2 0 P2 7 P3 0 P3 7 共 32 根 I O 線 每根線可以單獨(dú)用作輸入或輸出 P0 端口 該口是一個(gè) 8 位漏極開路的雙向 I O 口 在作為輸出口時(shí) 每 根引腳可以帶動(dòng) 8 個(gè) TTL 輸入負(fù)載 當(dāng)把 1 寫入 P0 時(shí) 則它的引腳可用作 高阻抗輸入 當(dāng)對(duì)外部程序或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí) P0 可用作多路復(fù)用的低 字節(jié)地址 數(shù)據(jù)總線 在該模式 P0 口擁有內(nèi)部上拉電阻 在對(duì) Flash 存儲(chǔ)器 進(jìn)行編程時(shí) P0 用于接收代碼字節(jié) 在校驗(yàn)時(shí) 則輸出代碼字節(jié) 此時(shí)需要外 加上拉電阻 P1 端口 該口是帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I O 端口 P1 口的輸出緩 沖器可驅(qū)動(dòng) 吸收或輸出電流方式 4 個(gè) TTL 輸入 對(duì)端口寫 1 時(shí) 通過內(nèi) 部的上拉電阻把端口拉到高電位 此時(shí)可用作輸入口 P1 口作輸入口使用時(shí) 因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻 那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流 在對(duì) Flash 編程和程序校驗(yàn)時(shí) P1 口接收低 8 位地址 另外 P1 0 與 P1 1 可以配置成定時(shí) 計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入端 P1 0 T2 與定時(shí) 計(jì)數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入端 P1 0 T2EX 如圖 3 3 所示 端口引腳復(fù)用功能 P1 0 T2 定時(shí)器 計(jì)算器 2 的外部輸入端 P1 1 T2EX 定時(shí)器 計(jì)算器 2 的外部觸發(fā)端和雙向控制 P1 5 MOSI 用于在線編程 P1 6 MISO 用于在線編程 P1 7 SCK 用于在線編程 圖 3 3 P1 口管腳復(fù)用功能 P2 端口 該口是帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I O 端口 P2 口的輸出 緩沖器可驅(qū)動(dòng) 吸收或輸出電流方式 4 個(gè) TTL 輸入 對(duì)端口寫 1 時(shí) 通過 內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位 此時(shí)可用作輸入口 P2 口作輸入口使用時(shí) 因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻 那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流 在訪問外部程序存儲(chǔ)器或 16 位的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí) P2 口送出高 8 位地 址 在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí) P2 口引腳上的內(nèi)容 就是專用寄存 器 SFR 區(qū)中 P2 寄存器的內(nèi)容 在整個(gè)訪問期間不會(huì)改變 在對(duì) Flash 編程 和程序校驗(yàn)期間 P2 口也接收高位地址或一些控制信號(hào) P3 端口 該口是帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I O 端口 P3 口的輸出 緩沖器可驅(qū)動(dòng) 吸收或輸出電流方式 4 個(gè) TTL 輸入 對(duì)端口寫 1 時(shí) 通過 內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位 此時(shí)可用作輸入口 P3 口作輸入口使用時(shí) 6 因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻 那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流 在 AT89S52 中 同樣 P3 口還用于一些復(fù)用功能 如表 3 2 所列 在對(duì) Flash 編程和程序校驗(yàn)期間 P3 口還接收一些控制信號(hào) 端口引腳復(fù)用功能 P3 0 RXD 串行輸入口 P3 1 TXD 串行輸出口 P3 2 INT0 外部中斷 0 P3 3 INT1 外部中斷 1 P3 4 T0 定時(shí)器 0 的外部輸入 P3 5 T1 定時(shí)器 1 的外部輸入 P3 6 WR 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 P3 7 RD 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 圖 3 4 P3 端口引腳與復(fù)用功能表 2 RST 復(fù)位輸入端 在振蕩器運(yùn)行時(shí) 在此腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電 平將使其單片機(jī)復(fù)位 看門狗定時(shí)器 Watchdog 溢出后 該引腳會(huì)保持 98 個(gè) 振蕩周期的高電平 在 SFR AUXR 地址 8EH 寄存器中的 DISRTO 位可以用于屏 蔽這種功能 DISRTO 位的默認(rèn)狀態(tài) 是復(fù)位高電平輸出功能使能 3 ALE PROG 地址鎖存允許信號(hào) 在存取外部存儲(chǔ)器時(shí) 這個(gè)輸出信號(hào)用 于鎖存低字節(jié)地址 在對(duì) Flash 存儲(chǔ)器編程時(shí) 這條引腳用于輸入編程脈沖 PROG 一般情況下 ALE 是振蕩器頻率的 6 分頻信號(hào) 可用于外部定時(shí)或時(shí)鐘 但是 在對(duì)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器每次存取中 會(huì)跳過一個(gè) ALE 脈沖 在需要時(shí) 可 以把地址 8EH 中的 SFR 寄存器的 0 位置為 1 從而屏蔽 ALE 的工作 而只有 在 MOVX 或 MOVC 指令執(zhí)行時(shí) ALE 才被激活 在單片機(jī)處于外部執(zhí)行方式時(shí) 對(duì) ALE 屏蔽位置 1 并不起作用 4 PSEN 程序存儲(chǔ)器允許信號(hào) 它用于讀外部程序存儲(chǔ)器 當(dāng) AT89S52 在 執(zhí)行來自外部存儲(chǔ)器的指令時(shí) 每一個(gè)機(jī)器周期 PSEN 被激活 2 次 在對(duì)外部數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)器的每次存取中 PSEN 的 2 次激活會(huì)被跳過 5 EA Vpp 外部存取允許信號(hào) 為了確保單片機(jī)從地址為 0000H FFFFH 的 外部程序存儲(chǔ)器中讀取代碼 故要把 EA 接到 GND 端 即地端 但是 如果鎖定 位 1 被編程 則 EA 在復(fù)位時(shí)被鎖存 當(dāng)執(zhí)行內(nèi)部程序時(shí) EA 應(yīng)接到 Vcc 在對(duì) Flash 存儲(chǔ)器編程時(shí) 這條引腳接收 12V 編程電壓 Vpp 6 XTAL1 振蕩器的反相放大器輸入 內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入 7 XTAL2 振蕩器的反相放大器輸出 3 23 2 ADC0832ADC0832 介紹介紹 ADC0832 是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種 8 位分辨率 雙通道 A D 轉(zhuǎn)換芯片 由于它體積小 兼容性強(qiáng) 性價(jià)比高而深受單片機(jī)愛好者及企業(yè)歡 7 迎 其目前已經(jīng)有很高的普及率 學(xué)習(xí)并使用 ADC0832 可是使我們了解 A D 轉(zhuǎn)換器的原理 有助于我們單片機(jī)技術(shù)水平的提高 3 2 1 ADC0832 主要特點(diǎn) 8 位分辨率 雙通道 A D 轉(zhuǎn)換 輸入輸出電平與 TTL CMOS 相兼容 5V 電源供電時(shí)輸入電壓在 0 5V 之間 工作頻率為 250KHZ 轉(zhuǎn)換時(shí)間為 32 S 一般功耗僅為 15mW 8P 14P DIP 雙列直插 PICC 多種封裝 商用級(jí)芯片溫寬為 0 C to 70 C 工業(yè)級(jí)芯片溫寬為 40 C to 85 C 3 2 2ADC0832 管腳介紹 圖 3 5 ADC0832 引腳圖 CS 片選使能 低電平芯片使能 8 CH0 模擬輸入通道 0 或作為 IN 使用 CH1 模擬輸入通道 1 或作為 IN 使用 GND 芯片參考 0 電位 地 DI 數(shù)據(jù)信號(hào)輸入 選擇通道控制 DO 數(shù)據(jù)信號(hào)輸出 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出 CLK 芯片時(shí)鐘輸入 Vcc REF 電源輸入及參考電壓輸入 復(fù)用 ADC0832 為 8 位分辨率 A D 轉(zhuǎn)換芯片 其最高分辨可達(dá) 256 級(jí) 可以適應(yīng) 一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求 其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用 使得芯片的模擬 電壓輸入在 0 5V 之間 芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為 32 S 據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù) 校驗(yàn) 以減少數(shù)據(jù)誤差 轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng) 獨(dú)立的芯片使能輸入 使 多器件掛接和處理器控制變的更加方便 通過 DI 數(shù)據(jù)輸入端 可以輕易的實(shí) 現(xiàn)通道功能的選擇 3 2 3 單片機(jī)對(duì) ADC0832 的控制原理 正常情況下 ADC0832 與單片機(jī)的接口應(yīng)為 4 條數(shù)據(jù)線 分別是 CS CLK DO DI 但由于 DO 端與 DI 端在通信時(shí)并未同時(shí)有效并與單片機(jī)的 接口是雙向的 所以電路設(shè)計(jì)時(shí)可以將 DO 和 DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用 見圖 3 當(dāng) ADC0832 未工作時(shí)其 CS 輸入端應(yīng)為高電平 此時(shí)芯片禁用 CLK 和DO DI 的電平可任意 當(dāng)要進(jìn)行 A D 轉(zhuǎn)換時(shí) 須先將 CS 使能端置于低 電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束 此時(shí)芯片開始轉(zhuǎn)換工作 同時(shí)由處理 器向芯片時(shí)鐘輸入端 CLK 輸入時(shí)鐘脈沖 DO DI 端則使用 DI 端輸入通道功能 選擇的數(shù)據(jù)信號(hào) 在第 1 個(gè)時(shí)鐘脈沖的下沉之前 DI 端必須是高電平 表示啟 始信號(hào) 在第 2 3 個(gè)脈沖下沉之前 DI 端應(yīng)輸入 2 位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能 其功能項(xiàng)見圖3 6 9 圖 3 6 ADC0832 功能圖 如圖3 5 所示 當(dāng)此 2 位數(shù)據(jù)為 1 0 時(shí) 只對(duì) CH0 進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換 當(dāng) 2 位數(shù)據(jù)為 1 1 時(shí) 只對(duì) CH1 進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換 當(dāng) 2 位數(shù)據(jù)為 0 0 時(shí) 將 CH0 作為正輸入端 IN CH1 作為負(fù)輸入端 IN 進(jìn)行輸入 當(dāng) 2 位數(shù)據(jù)為 0 1 時(shí) 將 CH0 作為負(fù)輸入端 IN CH1 作為正輸入端 IN 進(jìn) 行輸入 到第 3 個(gè)脈沖的下沉之后 DI 端的輸入電平就失去輸入作用 此后 DO DI端則開始利用數(shù)據(jù)輸出 DO 進(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取 從第 4 個(gè)脈沖下沉 開始由 DO端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位 DATA7 隨后每一個(gè)脈沖下沉 DO 端輸出 下一位數(shù)據(jù) 直到第 11 個(gè)脈沖時(shí)發(fā)出最低位數(shù)據(jù) DATA0 一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù) 輸出完成 也正是從此位開始輸出下一個(gè)相反字節(jié)的數(shù)據(jù) 即從第 11 個(gè)字節(jié) 的下沉輸出 DATD0 隨后輸出 8 位數(shù)據(jù) 到第 19 個(gè)脈沖時(shí)數(shù)據(jù)輸出完成 也標(biāo)志著一次 A D 轉(zhuǎn)換的結(jié)束 最后將 CS 置高電平禁用芯片 直接將轉(zhuǎn)換 后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理就可以了 更詳細(xì)的時(shí)序說明請(qǐng)見圖3 6 10 圖 3 7ADC0832 時(shí)序圖 作為單通道模擬信號(hào)輸入時(shí) ADC0832 的輸入電壓是 0 5V 且 8 位分辨率時(shí)的電壓 精度為 19 53mV 如果作為由 IN 與 IN 輸入的輸入時(shí) 可是將電壓值設(shè)定在某一個(gè)較大 范圍之內(nèi) 從而提高轉(zhuǎn)換的寬度 但值得注意的是 在進(jìn)行 IN 與 IN 的輸入時(shí) 如果 IN 的電壓大于 IN 的電壓則轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)結(jié)果始終為00H 3 33 3 LEDLED 數(shù)碼管數(shù)碼管 3 3 13 3 1 LEDLED 數(shù)碼管主要技術(shù)參數(shù)數(shù)碼管主要技術(shù)參數(shù) 圖3 8 數(shù)碼管 數(shù)碼管使用條件 a 段及小數(shù)點(diǎn)上加限流電阻 b 使用電壓 段 根據(jù)發(fā)光顏色決定 小數(shù)點(diǎn) 根據(jù)發(fā)光顏色決定 11 c 使用電流 靜態(tài) 總電流 80mA 每段 10mA 動(dòng)態(tài) 平均電流 4 5mA 峰值電流 100mA 上面這個(gè)只是七段數(shù)碼管引腳圖 其中共陽極數(shù)碼管引腳圖和共陰極的是一樣 的 4 位數(shù)碼管引腳圖數(shù)碼管使用注意事項(xiàng)說明 數(shù)碼管表面不要用手觸摸 不要用手去弄引角 焊接溫度 度 焊接時(shí)間 表面有保護(hù)膜的產(chǎn)品 可以在使用前撕下來 3 3 23 3 2 LEDLED數(shù)碼管的引腳說明數(shù)碼管的引腳說明 這類數(shù)碼管可以分為共陽極與共陰極兩種 共陽極就是把所有 LED 的陽極連 接到共同接點(diǎn) com 而每個(gè) LED 的陰極分別為 a b c d e f g 及 dp 小 數(shù)點(diǎn) 共陰極則是把所有 LED 的陰極連接到共同接點(diǎn) com 而每個(gè) LED 的陽 極分別為 a b c d e f g 及 dp 小數(shù)點(diǎn) 如下圖所示 圖中的 8 個(gè) LED 分別與上面那個(gè)圖中的 A DP 各段相對(duì)應(yīng) 通過控制各個(gè) LED 的亮滅來顯示 數(shù)字 圖 3 9 共陽數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu) 12 圖 3 10 共陰數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu) 對(duì)于單個(gè)數(shù)碼管來說 從它的正面看進(jìn)去 左下角那個(gè)腳為 1 腳 以逆時(shí)針 方向依次為 1 10 腳 左上角那個(gè)腳便是 10 腳了 上面兩個(gè)圖中的數(shù)字分別與 這 10 個(gè)管腳一一對(duì)應(yīng) 注意 3 腳和 8 腳是連通的 這兩個(gè)都是公共腳 還有一種比較常用的是四位數(shù)碼管 內(nèi)部的 4 個(gè)數(shù)碼管共用 a dp 這 8 根數(shù)據(jù)線 為人們的使用提供了方便 因?yàn)槔锩嬗?4 個(gè)數(shù)碼管 所以它有 4 個(gè) 公共端 加上 a dp 共有 12 個(gè)引腳 下面便是一個(gè)共陰的四位數(shù)碼管的內(nèi)部 結(jié)構(gòu)圖 共陽的與之相反 引腳排列依然是從左下角的那個(gè)腳 1 腳 開始 以逆時(shí)針方向依次為 1 12 腳 下圖中的數(shù)字與之一一對(duì)應(yīng) 圖 3 11 位共陽數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu) 3 3 33 3 3 數(shù)碼管編碼說明數(shù)碼管編碼說明 4位數(shù)碼管編碼說明 如圖3 12所示 P2 7P2 6P2 5P2 4P2 3P2 2P2 1P2 0 eddpcgbfa 00010100028H 111101011EBH 20011001032H 310100010A2H 411100001E1H 510100100A4H 60010010024H 13 711101010EAH 80010000020H 910100000A0H H0110000161H L001100013DH 11110111F7H C001111003CH 圖 3 12 控制命令表 3 43 4 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 圖 3 13 單片機(jī)最小系統(tǒng) 1 單片機(jī) 9 腳接復(fù)位電路 可按復(fù)位按鈕 S1 給單片機(jī)復(fù)位 2 晶振采用 12MHZ 3 由于單片機(jī)只訪問片內(nèi) Flash ROM 并執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令 因 此單片機(jī)的 31 腳接高電平 VCC 3 53 5 ADC832ADC832 電路電路 14 圖 3 14 ADC0832 電路 ADC0832 的 1 腳片選接 P1 3 2 腳通道 0 接電位器的抽頭 4 腳接低 5 腳 和 6 腳是數(shù)據(jù)接 P1 2 7 腳時(shí)鐘接 P1 0 8 腳接 VCC 3 63 6 四位數(shù)碼管顯示電路四位數(shù)碼管顯示電路 15 圖 3 15 數(shù)碼管顯示電路 4 位數(shù)碼管為共陽管 由于單片機(jī)輸出電流比較小 故用 4 個(gè) PNP 型的三極 管 9015 來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管 單片機(jī)輸出低電平時(shí)三極管導(dǎo)通 使數(shù)碼管的 4 各公共 端 1 4 5 和 12 腳為高電平 此時(shí)數(shù)碼管的數(shù)據(jù)端輸入低電平后數(shù)碼管被點(diǎn)亮 120 歐電阻 R12 到 R19 為三極管的限流電阻 3 73 7 電路原材料清單電路原材料清單 序號(hào)名稱型號(hào)單位數(shù)量備注 1電阻 1K 支1 2電阻 200 支5 3傳感器 支 4電阻 510 支8 5電阻 5 6K 支1 6電阻 10K 支4 7晶振12MHz支1 16 8普通電容33pF支2 9電解電容10uF 50V支1 105 號(hào)電池節(jié)3 11小按鈕支4 12三極管9012支4 三極管9013支1 蜂鳴器支 數(shù)碼管支 單片機(jī) S 2支 3 83 8 使用工具及儀表清單使用工具及儀表清單 序號(hào)名稱型號(hào)單位數(shù)量備注 萬用表塊 內(nèi)熱式電烙鐵 焊錫絲若干 直流穩(wěn)壓電源臺(tái) 編程燒寫器臺(tái) 導(dǎo)線若干 17 4 4 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì) 4 14 1 程序設(shè)計(jì)總方案程序設(shè)計(jì)總方案 根據(jù)模塊的劃分原則 將該程序劃分初始化模塊 A D 轉(zhuǎn)換子程序和顯示 子程序 這三個(gè)程序模塊構(gòu)成了整個(gè)系統(tǒng)軟件的主程序 如圖 4 1 所示 開始 初始化 調(diào)用 A D 轉(zhuǎn)換子程序 調(diào)用顯示子程序 結(jié)束 圖 4 1 數(shù)字式直流電壓表主程序框圖 4 24 2 系統(tǒng)子程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)子程序設(shè)計(jì) 4 2 1 初始化程序 所謂初始化 是對(duì)將要用到的 MCS 51 系列單片機(jī)內(nèi)部部件或擴(kuò)展芯片進(jìn)行 初始工作狀態(tài)設(shè)定 初始化子程序的主要工作是設(shè)置定時(shí)器的工作模式 初值 預(yù)置 開中斷和打開定時(shí)器等 18 4 2 2 A D 轉(zhuǎn)換子程序 A D 轉(zhuǎn)換子程序用來控制對(duì)輸入的模塊電壓信號(hào)的采集測(cè)量 并將對(duì)應(yīng)的 數(shù)值存入相應(yīng)的內(nèi)存單元 其轉(zhuǎn)換流程圖如圖 4 2 所示 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換 A D 轉(zhuǎn)換結(jié)束 輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果 數(shù)值轉(zhuǎn)換 顯示 結(jié)束 圖 4 2 A D 轉(zhuǎn)換流程圖 4 2 3 顯示子程序 顯示子程序采用動(dòng)態(tài)掃描實(shí)現(xiàn)四位數(shù)碼管的數(shù)值顯示 在采用動(dòng)態(tài)掃描顯 示方式時(shí) 要使得 LED 顯示的比較均勻 又有足夠的亮度 需要設(shè)置適當(dāng)?shù)膾?描頻率 當(dāng)掃描頻率在 70HZ 左右時(shí) 能夠產(chǎn)生比較好的顯示效果 一般可以采 用間隔 10ms 對(duì) LED 進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描一次 每一位 LED 的顯示時(shí)間為 1ms 在本設(shè)計(jì)中 為了簡(jiǎn)化硬件設(shè)計(jì) 主要采用軟件定時(shí)的方式 即用定時(shí)器 0 溢出中斷功能實(shí)現(xiàn) 11 s 定時(shí) 通過軟件延時(shí)程序來實(shí)現(xiàn) 5ms 的延時(shí) 開始 19 5 5 電壓表的調(diào)試及性能分析電壓表的調(diào)試及性能分析 5 1 調(diào)試與測(cè)試 本設(shè)計(jì)應(yīng)用 Proteus6 及 KEIL51 軟件 首先根據(jù)自己設(shè)計(jì)的電路圖用 Proteus6 軟件畫出電路模型 關(guān)于這個(gè)軟件的使用通過查一些資料和自己的摸 索學(xué)習(xí) 然后我們用 KEIL51 軟件對(duì)所編寫的程序進(jìn)行編譯 鏈接 如果沒有 錯(cuò)誤和警告便可生成程序的 hex 文件 將此文件加到電路圖上使軟硬件結(jié)合運(yùn) 行 最后進(jìn)行端口電壓的對(duì)比測(cè)試 測(cè)試的第一路對(duì)比見圖 5 1 中標(biāo)準(zhǔn)電壓值 采用 Proteus6 軟件中的模擬電壓表測(cè)得 圖 5 1 從圖中可以看出 簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表與 標(biāo)準(zhǔn) 數(shù)字電壓表測(cè)得的絕對(duì)誤差 均在 0 02V 以內(nèi) 這與采用 8 位 A D 轉(zhuǎn)換器所能達(dá)到的理論誤差精度相一致 在一般的應(yīng)用場(chǎng)合可以完全滿足要求 5 2 性能分析 由于單片機(jī)為 8 位處理器 當(dāng)輸入電壓為 5 00V 時(shí) 輸出數(shù)據(jù)值為 255 FFH 因此單片機(jī)最大的數(shù)值分辨率為 0 0196V 5 255 這就決定了該 電壓表的最大分辨率 精度 只能達(dá)到 0 0196V 測(cè)試時(shí)電壓數(shù)值的變化一般 以 0 02V 的電壓幅度變化 如要獲得更高的精度要求 應(yīng)采用 12 位 13 位的 A D 轉(zhuǎn)換器 簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表測(cè)得的值基本上均比標(biāo)準(zhǔn)值偏大 0 01 0 02V 這可以通過 校正 0832 的基準(zhǔn)電壓來解決 因?yàn)樵撾妷罕碓O(shè)計(jì)時(shí)直接用 7805 的供電電源作 為基準(zhǔn)電壓 電壓可能有偏差 另外可以用軟件編程來校正測(cè)量值 20 6 6 總結(jié)總結(jié) 經(jīng)過一段時(shí)間的努力 畢業(yè)論文 基于單片機(jī)的簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表基本完成 但設(shè)計(jì)中的不足之處仍然存在 這次設(shè)計(jì)是我第一次設(shè)計(jì)電路 并用 Proteus 實(shí)現(xiàn)了仿真 在這過程中 我對(duì)電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)的使用等都有了新的認(rèn)識(shí) 通過這次設(shè)計(jì)學(xué)會(huì)了 Proteus 和 Keil 軟件的使用方法 掌握了從系統(tǒng)的需要 方案的設(shè)計(jì) 功能模塊的劃分 原理圖的設(shè)計(jì)和電路圖的仿真的設(shè)計(jì)流程 積 累了不少經(jīng)驗(yàn) 基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表使用性強(qiáng) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 成本低 外接元件少 在 實(shí)際應(yīng)用工作應(yīng)能好 測(cè)量電壓準(zhǔn)確 精度高 系統(tǒng)功能 指標(biāo)達(dá)到了課題的 預(yù)期要求 系統(tǒng)在硬件設(shè)計(jì)上充分考慮了可擴(kuò)展性 經(jīng)過一定的改造 可以增 加功能 本文設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表測(cè)量一路電壓的功能 詳細(xì)說明 了從原理圖的設(shè)計(jì) 電路圖的仿真再到軟件的調(diào)試 通過本次設(shè)計(jì) 我對(duì)單片機(jī)這門課有了進(jìn)一步的了解 無論是在硬件連接 方面還是在軟件編程方面 本次設(shè)計(jì)采用了 AT89C51 單片機(jī)芯片 與以往的單 片機(jī)相比增加了許多新的功能 使其功能更為完善 應(yīng)用領(lǐng)域也更為廣泛 設(shè) 計(jì)中還用到了模 數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 ADC0832 以前在學(xué)單片機(jī)課程時(shí)只是對(duì)其理論知 識(shí)有了初步的理解 通過這次設(shè)計(jì) 對(duì)它的工作原理有了更深的理解 在調(diào)試 過程中遇到很多問題 硬件上的理論知識(shí)學(xué)得不夠扎實(shí) 對(duì)電路的仿真方面也 不夠熟練 總之這次電路的設(shè)計(jì)和仿真 基本上達(dá)到了設(shè)計(jì)的功能要求 在以后的實(shí) 踐中 我將繼續(xù)努力學(xué)習(xí)電路設(shè)計(jì)方面的理論知識(shí) 并理論聯(lián)系實(shí)際 爭(zhēng)取在 電路設(shè)計(jì)方面能有所提升 21 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 1 李朝青 單片機(jī)原理及接口技術(shù) 簡(jiǎn)明修訂版 杭州 北京航空航天大學(xué) 出版社 1998 2 李廣弟 單片機(jī)基礎(chǔ) 北京 北京航空航天大學(xué)出版社 1994 3 閻石 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 第三版 北京 高等教育出版社 1989 4 石東海等 單片機(jī)數(shù)據(jù)通信技術(shù)從入門到精通 西安 西安電子科技大學(xué)出版 社 2002 148 150 5 王忠飛 胥芳 MCS 一 51 單片機(jī)原理及嵌入式系 統(tǒng)應(yīng)用 M 西安 西安電子科技大學(xué)出版社 2007 P268 273 6 蔡朝洋 單片機(jī)控制實(shí)習(xí)與專題制作 M 北京 北京航空航天大學(xué)出版社 2006 7 張毅剛 彭喜源 譚曉昀等 MSC 51 單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì) M 哈爾濱 哈爾濱工業(yè) 大學(xué)出版社 1999 8 周堅(jiān) 單片機(jī) C 語言輕松入門 M 北京 北京航空航天大學(xué)出版社 2006 9 李全利 遲榮強(qiáng) 單片機(jī)原理及接口技術(shù) M 北京 高等教育出版社 2004 10 梅麗鳳 王艷秋 單片機(jī)原理及接口技術(shù) 修訂本 M 北京 清華大學(xué)出版 社 北京交通大學(xué)出版社 2006 11 閻石 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) M 北京 高等教育出版社 1998 12 廖常初 現(xiàn)場(chǎng)總線概述 J 電工技術(shù) 1999 13 王宜懷 劉曉升 嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程 北京 清華大學(xué)出版社 2005 7 14 邵貝貝等 單片機(jī)認(rèn)識(shí)與實(shí)踐 北京 航空航天大學(xué)出版社 2006 8 15 MC75 AT Command Set V03 Siemens Company 2006 16 Clark M Service Business Strategies and ArchItectures M Birmingham UK Wrox Press 2002 17 Dave Crane Eric Pascarello Darren James Ajax IN ACTION M Manning Publications CO 2006 22 謝辭謝辭 經(jīng)過幾個(gè)月的忙碌和工作 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲 作為一個(gè)本科生 的畢業(yè)設(shè)計(jì) 由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏 難免有許多考慮不周的地方 如果沒有導(dǎo)師的 督促指導(dǎo) 以及一起工作的同學(xué)們的支持 想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的 在這里要感謝唐俊英老師 他循導(dǎo)善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無 盡的啟迪 他嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致 一絲不茍的作風(fēng)一直是我們工作 學(xué)習(xí)中的榜樣 并將 積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作 然后要感謝大學(xué) 4 年來的所有老師 為我們打 下了電子專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ) 同時(shí)還要感謝 06 電氣所有的同學(xué)們 正是因?yàn)橛心?們的