數(shù)字式電壓表的設(shè)計PAGEPAGE11TOC\o"1-3"\p""\h\z\u摘要………………………..2第一章硬件介紹…………..41.1AT89C51單片機(jī)的介紹………………….………………..41.2ADC0809芯片的介紹……………………...51.3LED動態(tài)數(shù)碼管的介紹…………………...6第二章系統(tǒng)設(shè)計和理論分析……………..72.1系統(tǒng)的設(shè)計思路…………..72.2系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)…………...72.3實(shí)現(xiàn)功能…………………...72.4理論分析…………………..72.5程序流程圖………………...7第三章程序設(shè)計與電路……….………….93.1主程序……………….…….93.2AD模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序模塊…………….…...93.3BCD碼轉(zhuǎn)換子程序模塊…………………103.4顯示子程序模塊………….113.5延時子程序和字節(jié)數(shù)據(jù)表模塊………….123.6PROTEUS仿真……………………...…...13第四章仿真結(jié)果分析……………………144.1仿真結(jié)果…………………14第五章課程設(shè)計總結(jié)……………………17參考文獻(xiàn)…………………..18摘要本次課程設(shè)計的主要目的，就是通過應(yīng)用8位并行模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809采集電壓信號，并進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳送給51單片機(jī)，在單片機(jī)內(nèi)部通過編寫程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最后通過單片機(jī)的I/O口控制LED顯示出所采集的電壓大小，量程為0—10伏；另外利用集成運(yùn)放放大10毫伏電壓的大小顯示在LED上，即設(shè)有毫伏檔可測10毫伏以下電壓。關(guān)鍵字：ADC0809AT89C51LED電壓量程AbstractTheaimofthistextistousethe8bitparallelanalogyconverterADC0809collectthevoltagesignal.Andtransfertheanalogysignalintothedigtalsignal.ThethedigtalsignalpassedtotheSingle-chip..ThethedigtalsignaloprratedintheSingle-chipbytheprogramewhichsetbytheprogrammerinadvance.AtlastthroughtheinputandtheoutputportcontroltheLEDlights.Andshowtheresultofthevoltagesignal.Therangeofthevoltagefrom0—10volt.Theusetheampliferamplifythe10milivoltsignal.AndshowtheresultwhichhavebeenamplifiedonthedynamicLEDlights.Whichmeansthatthedigtalvoltmetercanmeasurethesmallvoltagesignal.Keywords:ADC0809AT89C51LightEmittingDioxidetherangeofthevoltmeter第一章硬件介紹1.1AT89C51單片機(jī)的介紹AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，可提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4K字節(jié)閃存，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個I/O口線，兩個16位定時／計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0HZ的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時／計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。圖1AT89C51引腳圖引腳功能說明Vcc：電源電壓GND：地P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)位口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動8個邏輯門電路，對端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，此時P0激活內(nèi)部的上拉電阻。P1口：P1是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P1的輸出緩沖級可驅(qū)動（輸入或輸出）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可做輸入口。因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。P2口：P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅(qū)動（輸入或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作為輸入口。因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。在訪問外部程序存儲器獲16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX@DPTR指令）時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行MOVX@RI指令）時，P2口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中R2寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不改變。P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級可驅(qū)動（輸入或輸出）4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時，他們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入口。此時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號，因此它可對輸出時鐘信號或用于定時。要注意的是：當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。閃存編程期時，該引腳還用于輸入編程脈沖。PSEN：程序存儲允許輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)AT89C51由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機(jī)器周期兩個PSEN有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，這兩次有效的PSEN信號不出現(xiàn)。EA/VPP:外部訪問允許。要使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000HFFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是;如果加密位LB1被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接VCC端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。XTAL1:振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。1.2ADC0809芯片的介紹 ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器，ADC0809是8通道8位CMOS逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換芯片，片內(nèi)有模擬量通道選擇開關(guān)及相應(yīng)的通道鎖存、譯碼電路，A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)由三態(tài)鎖存器輸出，由于片內(nèi)沒有時鐘需外接時鐘信號。 圖2ADC0809引腳圖芯片引腳功能說明：IN0～I(xiàn)N7：八路模擬信號輸入端。ADD-A、ADD-B、ADD-C：三位地址碼輸入端。CLOCK：外部時鐘輸入端。CLOCK輸入頻率范圍在10～1280KHz，典型值為640KHz，此時A/D轉(zhuǎn)換時間為100us。51單片機(jī)ALE直接或分頻后可與CLOCK相連。D0～D7：數(shù)字量輸出端。OE：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出允許控制端。當(dāng)OE為高電平時，允許A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果從D0～D7端輸出。ALE：地址鎖存允許信號輸入端。八路模擬通道地址由A、B、C輸入，在ALE信號有效時將該八路地址鎖存。START：啟動A/D轉(zhuǎn)換信號輸入端。當(dāng)START端輸入一個正脈沖時，將進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。EOC：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出端。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，EOC輸出高電平。Vref(+)、Vref(-)：正負(fù)基準(zhǔn)電壓輸入端。基準(zhǔn)正電壓的典型值為+5V。1.3LED動態(tài)數(shù)碼管的介紹本次課程設(shè)計使用LED動態(tài)數(shù)碼管，動態(tài)數(shù)碼顯示電路原理參考下圖3.圖3動態(tài)數(shù)碼管顯示電路本次課程設(shè)計用到80C51MCU模塊（C區(qū)），動態(tài)數(shù)碼顯示模塊（A5區(qū)），電路原理圖如上。第二章系統(tǒng)設(shè)計和理論分析2.1系統(tǒng)的設(shè)計思路利用模擬分壓電路產(chǎn)生電壓值，用ADC0809完成對模擬電路電壓值信號進(jìn)行模擬轉(zhuǎn)換，并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過51單片機(jī)的處理在LED數(shù)碼管上顯示出來方便單片機(jī)的操作并可以讀出其電壓值。2.2系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)本次課程設(shè)計的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)對模擬分壓電路電壓值的采集，并實(shí)現(xiàn)電壓值準(zhǔn)確的即時顯示。通過本次課程設(shè)計，提升自身對單片機(jī)這門課程的認(rèn)識以及加深對單片機(jī)知識的學(xué)習(xí)和芯片的熟悉和了解。2.3實(shí)現(xiàn)功能實(shí)現(xiàn)從0伏到10伏的電壓值的采集，并設(shè)有10毫伏電壓檔。2.4理論分析首先要設(shè)計分壓電路，因?yàn)锳DC0809智能檢測的最大電壓值是5伏，而要設(shè)計的數(shù)字電壓表量程是0—10伏，要測量電壓值，先要認(rèn)識ADC0809，ADC0809是CMOS單片型逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，具有8路模擬量輸入通道，有轉(zhuǎn)換起?？刂?，模擬輸入電壓范疇0—+5伏，轉(zhuǎn)換時間為100us，設(shè)定電壓為0伏時電路送出的模擬量為0V，此時A/D輸出的數(shù)字量為00H；LED數(shù)碼管顯示為0伏；當(dāng)電壓為10伏時分壓電路送出5伏，A/D輸出的數(shù)字量為0FFH,將此模擬數(shù)字量送入AT89C51芯片中，當(dāng)AT89C51接收到數(shù)據(jù)時，存入內(nèi)存中，接收完畢后，進(jìn)行BCD碼轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)送入四顯示的LED數(shù)碼管顯示電路，在數(shù)碼管上顯示出電壓值為10伏，若為0-10伏之間的電壓值，則轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的BCD碼輸出到LED中顯示，這就是整個數(shù)字電壓表采集系統(tǒng)的工作思路和原理。2.5程序流程圖主程序流程圖圖4如下：初始化開始調(diào)用AD轉(zhuǎn)換子程序調(diào)用BCD碼轉(zhuǎn)換子程序初始化開始調(diào)用AD轉(zhuǎn)換子程序調(diào)用BCD碼轉(zhuǎn)換子程序調(diào)用顯示子程序A/D轉(zhuǎn)換子程序流程圖圖5如下：啟動BDC碼轉(zhuǎn)換DING啟動BDC碼轉(zhuǎn)換DING開始選擇IN0通道A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束EOC=1?否是去數(shù)據(jù)(OE=0)結(jié)束 第三章程序設(shè)計與電路在程序設(shè)計中，我們主要分五個模塊來完成，分別是主程序，AD模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序，BCD碼轉(zhuǎn)換子程序，顯示程序和延時子程序這五大塊，下面將分別對每一個模塊的功能進(jìn)行分析3.1主程序各個子程序都是通過這個主程序調(diào)用進(jìn)來，再執(zhí)行各模塊的功能的。在主程序中首先對一些下面要用到的I/0口，數(shù)據(jù)存儲地址等進(jìn)行設(shè)置，接下來在進(jìn)行子程序的調(diào)用，進(jìn)而完成整個程序的功能。 主程序如下：ORG0000H LJMPSTART ORG0100HSTART:CLRA ;對儲存單元清零 MOVR0,#70H MOVR2,#05HL0:MOV@R0,A INCR0 DJNZR2,L0 MOVP0,#0FFH MOVSP,#50H MAIN:LCALLTEST ;調(diào)用轉(zhuǎn)換程序 LCALLTUNBCD ;調(diào)用BCD碼轉(zhuǎn)換程序 LCALLDISPLAY ;調(diào)用顯示程序 AJMPMAIN NOP NOP NOP LJMPSTART3.2AD模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序模塊這個模塊主要是利用8位并行模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD0809采集電壓信號，然后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號存在相應(yīng)的數(shù)據(jù)貯存地址中。AD模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序如下：TEST: CLRP2.0 ;選擇通道為IN0 CLRP2.1 CLRP2.2 CLRP2.3 ;啟動AD轉(zhuǎn)換 SETBP2.3 CLRP2.3 L1:JBP2.4,MOVD ;等待轉(zhuǎn)換結(jié)束 AJMPL1 MOVD:MOVR0,#75H ;讀取AD轉(zhuǎn)換結(jié)果 SETBP2.5 MOVA,P0 MOV@R0,A CLRP2.5 RET3.3BCD碼轉(zhuǎn)換子程序模塊這個模塊的主要功能就是對轉(zhuǎn)換成的數(shù)字信號進(jìn)行處理成LED能顯示的BCD碼，并把處理好的數(shù)據(jù)存放在相應(yīng)的地址存儲器中。 BCD碼轉(zhuǎn)換子程序如下： TUNBCD: MOVR0,#75H ;轉(zhuǎn)換成BCD碼 MOVA,@R0 MOVB,#51 DIVAB MOV73H,A MOVA,B CLRF0 SUBBA,#1AH MOVF0,C MOVA,#10 MULAB MOVB,#51 DIVAB JBF0,L2 ADDA,#5 L2:MOV72H,A MOVA,B CLRF0 SUBBA,#1AH MOVF0,C MOVA,#10 MULAB MOVB,#51 DIVAB JBF0,L3 ADDA,#5 L3: MOV71H,A CLRC MOVA,71H MOVB,#2 MULAB MOVB,#10 DIVAB MOV71H,B MOV70H,A MOVA,72H MOVB,#2 MULAB ADDA,70H MOVB,#10 DIVAB MOV72H,B MOV70H,A MOVA,73H MOVB,#2 MULAB ADDA,70H MOVB,#10 DIVAB MOV74H,A MOV73H,B RET3.4顯示子程序模塊主要功能是把上一個模塊所處理得到的數(shù)據(jù)，通過AT89C51單片機(jī)的I/O口輸出到LED上并顯示出來。顯示子程序如下：DISPLAY: MOVDPTR,#TAB ;顯示子程序MOVA,74H MOVC A,@A+DPTR;從高位到低位以此顯示MOV P1,AMOV P3,#0F7HLCALL D1msMOV P1,#00HMOV A,73HMOVC A,@A+DPTRMOV P1,ASETB P1.7MOV P3,#0FBHLCALL D1msMOV P1,#00HMOV A,72HMOVC A,@A+DPTRMOV P1,AMOV P3,#0FDHLCALL D1msMOV P1,#00HMOV A,71HMOVC A,@A+DPTRMOV P1,A MOV P3,#0FEHLCALL D1msMOV P1,#00HRET3.5延時子程序和字節(jié)數(shù)據(jù)表模塊這主要是為了顯示子程序模塊所需要用到的延時模塊，從此調(diào)用可在數(shù)碼管的顯示上輸出的電壓值。 延時子程序如下： D1ms:MOVR6,#249 ;1ms延時DL:NOP NOP DJNZR6,DL RET 共陰極LED數(shù)碼管從0到9的字節(jié)數(shù)據(jù)表如下：TAB:DB3FH,06H,05BH,04FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH END3.6PROTEUS仿真Proteus仿真時單片機(jī)需要加載程序，加載程序?yàn)?HEX文件。本設(shè)計利用KeilμVision2，在新建Keil項(xiàng)目時選擇AT89C51單片機(jī)作為CPU，將源程序?qū)耄凇癘ptionsForTarget”對話窗口中，選中“Output”選項(xiàng)中的“CreateHEXFile”，編譯鏈接后就可以生成.HEX文件。在ProteusISIS中，選中AT89C51并單擊鼠標(biāo)左鍵，對AT89C51進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置單片機(jī)時鐘頻率為12MHz，按照正確的文件路徑加載.HEX文件。對單片機(jī)設(shè)置完畢后就可以開始仿真了。仿真過程中如有硬件問題可在ProteusISIS中直接修改，如有軟件問題可在KeilμVision2中直接修改，通過Keil與Proteus的聯(lián)合調(diào)試就可以得到滿意的結(jié)果。利用Proteus實(shí)現(xiàn)了LED動態(tài)數(shù)碼管仿真,說明程序和電路圖都沒有問題。由于Proteus元件庫中仿真芯片ADC0809，在仿真中用和ADC0809功能相同的ADC0808代替。，仿真電路圖圖6如下：第四章仿真結(jié)果分析4.1仿真結(jié)果以下為電壓值不同時的仿真結(jié)果：當(dāng)電壓值為10伏時的仿真結(jié)果圖7如下：電壓值為5.17伏時的仿真結(jié)果圖8如下：當(dāng)電壓值為10毫伏時，用集成運(yùn)放放大一千倍在LED數(shù)碼管上顯示10毫伏仿真結(jié)果圖9如下：結(jié)果分析：由于ADC0809進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換時存在誤差，測量的電壓值范疇時0-10伏電壓值時，最小分辨率為0.0392伏，測量誤差為±0.04伏，所以當(dāng)測量有些電壓值時存在少許誤差。當(dāng)測量電壓值為0-10伏時，把開關(guān)SW2閉合，SW1、SW3斷開，把數(shù)據(jù)送入ADC0809中進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，再通過AT89C51進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，把電壓值顯示在LED數(shù)碼管上；當(dāng)測量10mv電壓值時，把開關(guān)SW1、SW3閉合，SW2斷開，經(jīng)過同樣的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和處理，把電壓值顯示在LED數(shù)碼管上，顯示結(jié)果是正確的。第五章課程設(shè)計總結(jié)兩周的單片機(jī)課程設(shè)計結(jié)束了，在此次課程設(shè)計中受益非淺，把之前學(xué)習(xí)的理論知識和實(shí)際操作結(jié)合起來，應(yīng)用在一項(xiàng)實(shí)踐設(shè)計中，能更進(jìn)一步的掌握的所學(xué)的知識。在這兩周的設(shè)計過程中，遇到了很多的問題和困難，在老師和同學(xué)的幫助下，我和搭檔都一步一步的去克服了。在此我衷心的感謝我的老師和同學(xué)。在還沒開始課程設(shè)計時，我已經(jīng)從圖書館找了好多關(guān)于課程設(shè)