單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐課程設(shè)計(jì)報(bào)告單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用綜合實(shí)踐課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目：簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)摘要隨著當(dāng)代技術(shù)越來越受到重視，單片機(jī)開始在各大產(chǎn)業(yè)上被大范圍運(yùn)用。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，而電壓的測(cè)量最為常見，而簡(jiǎn)易電壓表作為電氣行業(yè)以及日常生活中的一個(gè)必備品，也可以用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)。與單片機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)合，能夠更好的理解單片機(jī)，并且檢驗(yàn)所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)和動(dòng)手能力。本文主要設(shè)計(jì)了基于AT89C51芯片的簡(jiǎn)易電壓表。該設(shè)計(jì)的硬件平臺(tái)是主要是通過Proteus搭建實(shí)物，來進(jìn)行實(shí)物仿真。主要由單片機(jī)核心模塊電路、顯示模塊電路、控制模塊電路三部分組成。軟件采用KEIL5應(yīng)用C語言進(jìn)行編寫。該設(shè)計(jì)是運(yùn)用AT89C51為中央核心處理器，通過滑動(dòng)變阻器來操控電阻的改變，電壓通過ADC0808轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量并由LED數(shù)碼管顯示出具體電壓。簡(jiǎn)易電壓表具有記數(shù)準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)?？沙浞謶?yīng)用到教學(xué)、科學(xué)測(cè)量等教育，技術(shù)科研領(lǐng)域。關(guān)鍵詞單片機(jī)AT89C51ADC0808滑動(dòng)變阻器目錄第1章緒論 第1章緒論1.1設(shè)計(jì)背景微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，大規(guī)模集成電路的工藝水平在不斷提高，尤其是硅材料的應(yīng)用，為單片機(jī)的結(jié)構(gòu)模塊提供了快速發(fā)展的機(jī)會(huì)，硅材料的制作成本非常低、而可靠性和精密度則要高，這樣便于單片機(jī)的大規(guī)模生產(chǎn)。其次計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)性能的提高為嵌人式系統(tǒng)輔助設(shè)計(jì)提供了物理基礎(chǔ)，有助于將單片機(jī)的復(fù)雜算法得以實(shí)現(xiàn)，提高了單片機(jī)的工作效率。同時(shí)軟件技術(shù)也在不斷的進(jìn)步，特別是實(shí)施操作系統(tǒng)EOS為單片機(jī)應(yīng)用軟件提供了底層技術(shù)開發(fā)平臺(tái)。最后單片機(jī)開發(fā)工具得到發(fā)展，尤其是高性能的EDA開發(fā)工具的自動(dòng)化、智能化發(fā)展為單片機(jī)嵌入式設(shè)計(jì)提供了不同級(jí)別的開發(fā)集成環(huán)境。單片機(jī)是一種運(yùn)用大規(guī)模集成電路技術(shù)將中央處理器（CPU）和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM)、程序存儲(chǔ)器（RO）及一些其他I/O通信口集成于一塊芯片中。在單片機(jī)中主要包含CPU、只讀存儲(chǔ)器ROM和隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM等，多樣化數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)能夠讓單片機(jī)完成各項(xiàng)復(fù)雜的運(yùn)算，無論是對(duì)運(yùn)算符號(hào)進(jìn)行控制，還是對(duì)系統(tǒng)下達(dá)運(yùn)算指令都能通過單片機(jī)完成。單片機(jī)又稱單片微控制器，它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片，而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)，和計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)只缺少了I/O設(shè)備。它具有攜帶方便、小巧輕便、價(jià)錢實(shí)惠等優(yōu)點(diǎn)，能夠幫助我們深入了解其應(yīng)用和開發(fā)提供方便。現(xiàn)在單片機(jī)的運(yùn)用領(lǐng)域已經(jīng)非常普遍，如生活中的洗衣機(jī)、電風(fēng)扇等家庭器件，工業(yè)上的各種儀表等等都運(yùn)用著單片機(jī)，這使單片機(jī)在現(xiàn)在越來越不可或缺。由此可見，單片機(jī)憑借著強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理技術(shù)和計(jì)算功能可以在智能電子設(shè)備中充分應(yīng)用。1.2設(shè)計(jì)目的在電量的測(cè)量中，電壓、電流和頻率是最基本的三個(gè)被測(cè)量，而電壓的測(cè)量最為常見，現(xiàn)在學(xué)生使用的數(shù)字萬用表能夠測(cè)量多種電量，但是會(huì)由于。而設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表不僅顯示清晰直觀，而且可以避免人為測(cè)量誤差（例如視覺誤差），保證了讀數(shù)的客觀性與準(zhǔn)確性，同時(shí)它符合人們的讀數(shù)習(xí)慣，能縮短讀數(shù)和記錄的時(shí)間，具備其數(shù)值0.1V的分辨率以及單位符號(hào)。準(zhǔn)確度高，分辨率高，分辨率是指直接可以讀數(shù)刻度值，也被叫做分度值。數(shù)字電壓表利用單片機(jī)擴(kuò)展能力強(qiáng)，測(cè)量速率快，輸入阻抗高的優(yōu)點(diǎn)，在測(cè)量時(shí)從被測(cè)電路上吸取的電流極小，不會(huì)影響被測(cè)信號(hào)源的工作狀態(tài)，能減小由信號(hào)源內(nèi)阻引起的測(cè)量誤差?？垢蓴_能力強(qiáng)，集成度高，微功耗。1.3設(shè)計(jì)內(nèi)容用51單片機(jī)完成設(shè)計(jì)。測(cè)量范圍：0-5V，并在四位LED數(shù)碼管上顯示。測(cè)量最小分辨率為0.1V。

第2章方案選擇及論證2.1方案選擇方案一：選擇MC14433A/D轉(zhuǎn)換器、CD4511等元器件設(shè)計(jì)電路。如圖2.1所示，方案一的設(shè)計(jì)方案思路。圖2.1方案一設(shè)計(jì)思路圖方案二：利用單片機(jī)設(shè)計(jì)電路。如圖2.2所示，方案二的設(shè)計(jì)思路圖。設(shè)計(jì)使用Proteus軟件仿真電路設(shè)計(jì)及編程方法，采用AT89C51單片機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換器ADC0808和共陰數(shù)碼管為主要硬件分析了數(shù)字電壓表。將單片機(jī)應(yīng)用于測(cè)量技術(shù)中，采用ADCO808將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，用AT89C51實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理。通過數(shù)碼管以掃描的方式完成顯示。圖2.2方案二設(shè)計(jì)思路圖2.2方案比較方案1：方案一為半雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器MC14433轉(zhuǎn)換精度為讀數(shù)的±0.05%±1字，并能很方便地判斷出是否超欠量程，以便于量程的自動(dòng)切換功能的實(shí)現(xiàn)、其中集成了雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器所有的CMOS模擬電路和數(shù)字電路。具有輸入阻抗高。功耗低、電源電壓范圍寬、精度高等特點(diǎn)。并且具有自動(dòng)校零和自動(dòng)極性轉(zhuǎn)換功能。缺點(diǎn)是工作速度低、且外圍電路需配基準(zhǔn)電源。短譯碼驅(qū)動(dòng)器和位驅(qū)動(dòng)器、電路較復(fù)雜。方案2：設(shè)計(jì)電路簡(jiǎn)單。易于控制，且性能穩(wěn)定，單調(diào)試過程需要一定的編程基礎(chǔ)、可利用Proteus軟件仿真電路設(shè)計(jì)和調(diào)試。Proteus軟件是一種電路分析和實(shí)物模擬仿真軟件。它運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)上，可以進(jìn)行仿真、分析。SPICE各種模擬器件和集成電路，是集單片機(jī)和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能強(qiáng)大。具有系統(tǒng)資源豐富、硬件投入少、形象直觀等優(yōu)點(diǎn)。因此可用此軟件方便調(diào)試電路。經(jīng)過以上兩種方案的特點(diǎn)比較，方案二中的電路設(shè)計(jì)采用比較常見的元器件。對(duì)這種方案有一定的專業(yè)基礎(chǔ)、故采用第二種方案。2.3方案論證簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表可以測(cè)量0~5V的8路輸入電壓值、并在4位LED數(shù)碼管上顯示出來。采集8個(gè)通道的模擬量在數(shù)碼管顯示出來。模擬量值的測(cè)量范圍是0-255，第一個(gè)數(shù)碼管用于顯示哪一個(gè)通道。后三個(gè)數(shù)碼管用于顯示采集的模擬量的值。每秒鐘顯示切換一下通道。

第3章硬件的選擇本課程設(shè)計(jì)的電路主要由單片機(jī)AT89C51、轉(zhuǎn)換器ADC0808，4位共陰極數(shù)碼管。3.1AT89C51AT89C51是美國INTEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CM0S8位單片機(jī)，片內(nèi)含業(yè)4kbytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器(PEROA1)和128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RA)，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCs-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器(CPU)和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大AT89C51單片機(jī)能提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。AT89C51管腳說明，如圖3.1所示：圖3.1AT89C51管腳圖P0口：P0口是一個(gè)8位漏極開路的雙向端口，分別為P0.0～P0.7口，可獨(dú)立控制。P0口在作為低8位地址/數(shù)據(jù)總線使用時(shí)不需接上拉電阻；作為一般的I/O口使用時(shí)，由于內(nèi)部沒有上拉電阻，在使用時(shí)需要接上拉電阻。一般選用10k?電阻作為上拉電阻P1口：P1口是一個(gè)帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向端口，分別為P1.0～P1.7口，可獨(dú)立控制，也可做輸入或輸出口使用。P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位，在給出地址“1”時(shí)，利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口是一個(gè)帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向端口，分別為P3.0～P3.7口，可獨(dú)立控制。是一個(gè)雙用途端口，可做輸入或輸出口使用，功能和P1口相似。它還具有第二功能，如表1。表1P3口特殊功能表P3.0RXD串行輸入口P3.1TXD串行輸出口P3.2/INT0外部中斷0P3.3/INT1外部中斷1P3.4T0記時(shí)器0外部輸入P3.5T1記時(shí)器1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P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PRO：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是:每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí),ALE只有在執(zhí)行MOYX，MOVC指令是ALE才起作用。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí),則在此期間外部程序存儲(chǔ)器(0000-FFFFH)，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12Y程電源(VPP)。XTAL：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2:來自反問振蕩器的輸出。3.2轉(zhuǎn)換器ADC0808ADC0808是含8位A/D

轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)，以及與微型計(jì)算機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件，其轉(zhuǎn)換方法為逐次逼近型。ADCO808的精度為1/2LSB。在AD轉(zhuǎn)換器內(nèi)部有一個(gè)高阻抗斬波穩(wěn)定比較器，一個(gè)帶模擬開關(guān)樹組的256電阻分壓器，以及一個(gè)逐次逼近型寄存器。8路的模擬開關(guān)的通斷由地址鎖存器和譯碼器控制，可以在8個(gè)通道中任意訪問一個(gè)單邊的模擬信號(hào)。ADC0808管腳說明，如圖3.2所示：圖3.2ADC0808管腳圖ADC0808芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝。各引腳功能如下：1~5和26~28(INO~IN7):8路模擬量輸入端。8、14、15和17~21:8位數(shù)字量輸出端。22(ALE)：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。6(START):A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖輸入端，輸入一個(gè)正脈沖（至少100ns寬）使其啟動(dòng)（脈沖上升沿使0808復(fù)位，下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換）。7(EOC):A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。9(OE)：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。10(CLK)：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ。12(VREF(+)）和16(VREF(-)):參考電壓輸入端11(Vcc)：主電源輸入端。13(GND)：接地。23~25(ADDA、ADDB、ADDC):3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。3.34位共陰極數(shù)碼管四位一體數(shù)碼管是把4個(gè)七段數(shù)碼管做在一起，它一共有12個(gè)引腳，8個(gè)段引腳，4個(gè)位引腳，它的功能主要是清晰地顯示電阻的電壓值，讓讀數(shù)變得簡(jiǎn)單，如3.3圖所示，4位共陰極數(shù)碼管：圖3.34位共陰極數(shù)碼管

第4章電路設(shè)計(jì)4.1單片機(jī)主模塊電路根據(jù)要求可以畫出主體單片機(jī)電路，如圖4.1所示。該電路模塊目的是為了嵌入程序之后控制系統(tǒng)的運(yùn)行和對(duì)應(yīng)按鍵的操作。AT89C51有32個(gè)I/O口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，其中該實(shí)訓(xùn)運(yùn)用到了P0的所有口，P2的0~3口，P3的0~6口。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。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)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(gè)硬件復(fù)位。圖4.1主體單片機(jī)電路4.2控制模塊電路由于要實(shí)現(xiàn)0~5V的電壓測(cè)量，所以選擇了滑動(dòng)變阻器來控制電阻的大小，從而來控制電壓的大小，再利用ADC0808轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換講信息傳送給主體單片機(jī)電路。如下圖3.2所示，控制電路。圖4.2控制電路4.3顯示模塊電路此設(shè)計(jì)運(yùn)用6位共陽極數(shù)碼顯像管。此外，P0口需要連接一個(gè)排阻RESPACK-8為了上拉電阻，主要是P0口不能輸出高電平且輸出電流達(dá)不到1mA，無法為其接的負(fù)載提供電流。具體顯示模塊電路如圖4.4所示。顯示模塊程序主要進(jìn)行讀寫指令，以控制數(shù)碼顯像管的顯示。如下圖4.3所示，顯示模塊電路。圖4.3顯示模塊電路4.4總電路設(shè)計(jì)主要運(yùn)用C語言和單片機(jī)來進(jìn)行編程，程序主要分為三個(gè)部分，分別是：主模塊、顯示模塊和控制模塊。主模塊程序主要是初始化設(shè)置，并且處理所輸入的按鍵。鍵盤模塊程序主要是與ADC0808結(jié)合，讀取調(diào)整時(shí)間按鍵的情況。此電路以AT89C51為主體，通過滑動(dòng)變阻器來改變電阻大小，從而驗(yàn)證簡(jiǎn)易電壓器測(cè)電壓的能力。將單片機(jī)電路，控制模塊電路，顯示模塊電路三個(gè)模塊連接起來，然后得到總電路，如圖4.4所示，總電路，其可實(shí)現(xiàn)想要達(dá)到的目的和要求。圖4.4總電路

第5章調(diào)試與仿真5.1第一次仿真將滑動(dòng)變阻器滑到0Ω時(shí)，接入電路的電阻為0，故其兩端的電壓為0V。并且可以精確到小數(shù)點(diǎn)后一位。如圖5.1所示，0V電壓圖。圖5.1第一次仿真圖5.2第二次仿真將滑動(dòng)變阻器滑到中間附近的位置時(shí)，此時(shí)電壓為2.4V。如圖5.2所示。圖5.2第二次仿真圖5.3第三次仿真將滑動(dòng)變阻器滑到最大處，接入的是整個(gè)電阻，此時(shí)電壓為5V，這是電壓表量程上限，如圖5.3所示。圖5.3第三次仿真圖以上分別的三次仿真可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目的和要求，用51單片機(jī)完成設(shè)計(jì)，測(cè)量范圍為0-5V，并在四位LED數(shù)碼管上顯示，測(cè)量最小分辨率為0.1V。

結(jié)論通過今次單片機(jī)實(shí)訓(xùn)，使我對(duì)單片機(jī)的認(rèn)識(shí)有了更深刻的理解。系統(tǒng)以51單片機(jī)為核心部件，利用匯編軟件編程，通過ADC0808轉(zhuǎn)換器和數(shù)碼管顯示實(shí)現(xiàn)了電壓顯示功能。本文設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易電壓表，能夠在目測(cè)條件下LED顯示屏各點(diǎn)亮度均勻、充足，可顯示當(dāng)前電壓，顯示的電壓數(shù)值較穩(wěn)定、清晰。本系統(tǒng)具有硬件少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，性能穩(wěn)定可靠，成本低等特點(diǎn)。在此次設(shè)計(jì)中，我們得到以下結(jié)論：一、在這次電壓表設(shè)計(jì)的過程讓我進(jìn)一步熟悉KEIL5及Proteus的使用。二、本次設(shè)計(jì)結(jié)果仍有缺陷，只能通過電阻控制電壓，不能根據(jù)電壓控制電阻。三、通過這次簡(jiǎn)易電壓表的設(shè)計(jì)，重新復(fù)習(xí)并進(jìn)一步學(xué)習(xí)了ADC0808優(yōu)點(diǎn)并鞏固了對(duì)模擬量與數(shù)字量轉(zhuǎn)換的編程寫法，明確了研究目標(biāo)。四、本文設(shè)計(jì)的LED顯示屏能夠?qū)崿F(xiàn)在目測(cè)條件下LED顯示屏亮度均勻、充足，可顯示明確的數(shù)據(jù)，顯示的數(shù)據(jù)穩(wěn)定、清晰無串?dāng)_無亂碼。

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