1、1.緒論31.1 課程設計要求31.2 數字電壓表介紹32.硬件單元電路設計32.1數字電壓表結構框圖32.1.1 AT89C51單片機簡介42.1.2 ADC0832轉換器簡介42.1.3 時鐘電路62.1.4 復位電路62.1.5 LED顯示電路73.軟件單元電路設計73.1 主程序流程圖73.2顯示子程序流程圖83.3 A/D轉換子程序流程圖93.4 數據處理子程序流程圖94.數字電壓表仿真設計圖與實物圖104.1 仿真圖104.2 器件清單104.3 硬件電路實物圖115.程序代碼126.項目設計總計197.參考文獻191. 緒論1.1 課程設計要求使用單片機AT89C51和ADC08

2、32設計一個數字電壓表，能夠測量05V之間的直流電壓值，兩位數碼顯示。在單片機的作用下，能監測兩路的輸入電壓值，用8位串行A/D轉換器，8位分辨率，逐次逼近型，基準電壓為 5V；能用兩位LED進行輪流顯示或單路選擇顯示，顯示精度0.1伏。1.2 數字電壓表介紹數字電壓表簡稱DVM，數字電壓表基本原理是將輸入的模擬電壓信號轉化為數字信號，再進行輸出顯示。而A/D轉換器的作用是將連續變化的模擬信號量轉化為離散的數字信號，器基本結構是由采樣保持，量化，編碼等幾部分組成。因此AD轉換是此次設計的核心元件。輸入的模擬量經過AD轉換器轉換，再由驅動器驅動顯示器輸出，便得到測量的數字電壓。2. 硬件單元電路

3、設計2.1數字電壓表結構框圖結構如（圖1）所示 圖12.1.1 AT89C51單片機簡介AT89C51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS-51指令系統及80C51引腳結構，芯片內集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，AT89C51在眾多嵌入式控制應用系統中得到廣泛應用。51單片機內包含以下幾個部件：1) 8位微處理器（CPU）。2) 數據存儲器（128B R

4、AM）。3) 程序存儲器（ROM/EPROM）。4) 4個8位可編程并行I/O口（P0口，P1口，P2口，P3口）。5) 1個全雙工的異步串行口。6) 2個16定時器/計數器。7) 中斷系統。8) 特殊功能寄存器（SFR）。圖2單片機片內結構如（圖2）所示： 2.1.2 ADC0832轉換器簡介ADC0832 是美國國家半導體公司生產的一種8 位分辨率、雙通道A/D轉換芯片。由于它體積小，兼容性強，性價比高而深受單片機愛好者及企業歡迎，其目前已經有很高的普及率。學習并使用ADC0832 可是使我們了解A/D轉換器的原理，有助于我們單片機技術水平的提高。芯片如下（圖3）所示：圖3芯片接口說明如下

5、：CS_ 片選使能，低電平芯片使能。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 數據信號輸入，選擇通道控制。DO 數據信號輸出，轉換數據輸出。CLK 芯片時鐘輸入。Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入（復用）。工作原理如下：正常情況下ADC0832 與單片機的接口應為4條數據線，分別是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端與DI端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的，所以電路設計時可以將DO和DI 并聯在一根數據線上使用。當ADC0832未工作時其CS輸入端應為高電平，此時芯片禁用，CLK 和DO/

6、DI 的電平可任意。當要進行A/D轉換時，須先將CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉換完全結束。此時芯片開始轉換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端CLK 輸入時鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數據信號。在第1 個時鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示啟始信號。在第2、3個脈沖下沉之前DI端應輸入2 位數據用于選擇通道功能。當此2 位數據為“1”、“0”時，只對CH0 進行單通道轉換。當2位數據為“1”、“1”時，只對CH1進行單通道轉換。當2 位數據為“0”、 “0”時，將CH0作為正輸入端IN+，CH1作為負輸入端IN-進行輸入。當2 位數據為“0”、“1”時，將C

7、H0作為負輸入端IN-，CH1 作為正輸入端IN+進行輸入。到第3 個脈沖的下沉之后DI端的輸入電平就失去輸入作用，此后DO/DI端則開始利用數據輸出DO進行轉換數據的讀取。從第4個脈沖下沉開始由DO端輸出轉換數據最高位DATA7，隨后每一個脈沖下沉DO端輸出下一位數據。直到第11個脈沖時發出最低位數據DATA0，一個字節的數據輸出完成。也正是從此位開始輸出下一個相反字節的數據，即從第11個字節的下沉輸出DATD0。隨后輸出8位數據，到第19 個脈沖時數據輸出完成，也標志著一次A/D轉換的結束。最后將CS置高電平禁用芯片，直接將轉換后的數據進行處理就可以了。2.1.3 時鐘電路XTAL1是片內

8、振蕩器的反相放大器輸入端，XTAL2則是輸出端，使用外部振蕩器時，外部振蕩信號應直接加到XTAL1，而XTAL2懸空。內部方式時，時鐘發生器對振蕩脈沖二分頻，如晶振為12MHz，時鐘頻率就為6MHz。晶振的頻率可以在1MHz-24MHz內選擇。電容取30PF左右。系統的時鐘電路設計是采用的內部方式，即利用芯片內部的振蕩電路如下（圖4）所示：圖42.1.4 復位電路由電容串聯電阻構成,由圖并結合"電容電壓不能突變"的性質,可以知道,當系統一上電,RST腳將會出現高電平,并且,這個高電平持續的時間由電路的RC值來決定.典型的51單片機當RST腳的高電平持續兩個機器周期以上就將復

9、位,所以,適當組合RC的取值就可以保證可靠的復位.一般教科書推薦C 取10u,R取8.2K.當然也有其他取法的,原則就是要讓RC組合可以在RST腳上產生不少于2個機周期的高電平.至于如何具體定量計算,可以參考電路分析相關書籍.復位電路如下（圖5）所示。圖52.1.5 LED顯示電路本項目所用顯示屏為4位LED顯示屏。本LED顯示器為8段（DP為小數點段），每一段為一個發光二極管。發光二極管有共陽極和共陰極兩種。本顯示器的發光二極管為共陽極數碼管。發光二極管的陽極連接在一起，通常在此共陽極接正電壓，當某個發光二極管的陰極接低電平時，發光二極管被點亮，相應的段被顯示。通過給LED顯示器提供不同的代

10、碼，是這些不同的LED顯示器相應的段發光顯示不同的字型，這些代碼稱為段碼。本項目所用段碼值如下 （表 1） 所示：顯示字符0123456789共陽極段碼0x030x9f0x250x0d0x990x490x410x1f0x0109表13. 軟件單元電路設計3.1 主程序流程圖主程序流程圖如下（圖6）所示：圖63.2顯示子程序流程圖顯示子程序流程圖如下（圖7）所示：圖73.3 A/D轉換子程序流程圖A/D轉換子程序流程圖如下（圖8）所示： 圖83.4 數據處理子程序流程圖數據處理子程序流程圖，如下（圖9）所示：圖9 4. 數字電壓表仿真設計圖與實物圖4.1 仿真圖如下（圖10）所示：圖104.2

11、器件清單表2如下（表2）所示所用器件名稱型號及大小個數單片機開發板AT89C51一個滑動變阻器10K兩個AD轉換器ADC0832一個LED共陽一個跳線插口-若干跳線-若干4.3 硬件電路實物圖圖11電路實物圖如下（圖11）所示：圖12電路實物圖如下（圖12）所示：5. 程序代碼#include <reg51.h>#include <intrins.h>/*端口定義*/sbit CS = P35;sbit Clk = P33;sbit DATI = P34;sbit DATO = P34;sbit P20=P24 ;/*定義全局變量*/unsigned char dat

12、= 0x00; /AD值unsigned char count = 0x00; /定時器計數unsigned char CH; /通道變量unsigned char dis = 0x00, 0x00,0x00; /顯示數值/*共陽LED段碼表*/unsigned char code tab=0x03,0x9f,0x25,0x0d,0x99,0x49,0x41,0x1f,0x01,0x09;char code tablewe= 0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xfe ;/*函數功能:AD轉換子程序入口參數:CH出口參數:dat*/unsigned char adc0832(u

13、nsigned char CH) unsigned char i,test,adval; adval = 0x00; test = 0x00; Clk = 0; /初始化 DATI = 1; _nop_(); CS = 0; _nop_(); Clk = 1; _nop_(); if ( CH = 0x00 ) /通道選擇 Clk = 0; DATI = 1; /通道0的第一位 _nop_(); Clk = 1; _nop_(); Clk = 0; DATI = 0; /通道0的第二位 _nop_(); Clk = 1; _nop_(); else Clk = 0; DATI = 1; /通道

14、1的第一位 _nop_(); Clk = 1; _nop_(); Clk = 0; DATI = 1; /通道1的第二位 _nop_(); Clk = 1; _nop_(); Clk = 0; DATI = 1; for( i = 0;i < 8;i+ ) /讀取前8位的值 _nop_(); adval <<= 1; Clk = 1; _nop_(); Clk = 0; if (DATO) adval |= 0x01; else adval |= 0x00; for (i = 0; i < 8; i+) /讀取后8位的值 test >>= 1; if (DA

15、TO) test |= 0x80; else test |= 0x00; _nop_(); Clk = 1; _nop_(); Clk = 0; if (adval = test) /比較前8位與后8位的值，如果不相同舍去。若一直出現顯示為零，請將該行去掉 dat = test; nop_(); CS = 1; /釋放ADC0832 DATO = 1; Clk = 1; return dat;/*函數功能:延時子程序入口參數:出口參數:*/void delay(void) int k; for(k=10;k<500;k+);/*函數功能:將0-255級換算成0.00-5.00的電壓數值入

16、口參數:i出口參數:*/void convdata(unsigned char i) dis0 = i/51; /個位 dis1 = (i%51)*10/51; /小數點后第一位 dis2 = (i%51)*10%51)*10/51; /小數點后第二位/*函數功能:數碼管顯示子程序入口參數:出口參數:*/void display(void) P2=0xff; P0=tabdis0& 0xfe; /顯示個位和小數點11111110delay(); P2=0xdf; /11011111 delay(); P2=0xff; P0=tabdis1; /顯示小數點后第一位delay(); P2=

17、0xbf; /10111111 delay(); P2=0xff; P0=tabdis2; /顯示小數點后第二位delay(); P2=0x7f; /01111111 delay(); P2=0xff; P0=0xff; /顯示小數點后第二位delay(); P2=0xef; /11101111delay();/*函數功能:主程序入口參數:出口參數:*/void main(void) P2=0xff; /端口初始化 P0=0xff; delay();/延時 CH = 0x00; /在這里選擇通道 0x00或0x01 TMOD = 0x01; /設置中斷 TH0=(65536-50000)/25

18、6;/定時器1初值定時50msTL0=(65536-50000)%256; IE = 0x82; TR0 = 1; while(1) /主循環 dat = adc0832(CH); convdata(dat); /數據轉換 display(); /顯示數值 /*函數功能:定時器中斷延時程序 這一段的作用時隔一段時間抽樣一次 否側顯示的最后一位會不穩定入口參數:出口參數:*/void timer0(void) interrupt 1 TMOD = 0x01; TH0=(65536-50000)/256;/定時器1初值定時50msTL0=(65536-50000)%256; IE = 0x82; TR0 = 1; count+; if (count = 0x01) count = 0x00; dat = adc0832(CH); 6. 項目設計總計通過這次設計，使我深入了解了AT89C51單片機和ADC0832（AD轉換器）的結構和特點及數字電壓表的工作原理，加深了對課本理論知識的理解，鍛煉了實踐動手能