1、單片機課程設計任務書 專業(yè)年級專業(yè)年級 學號學號 學生姓名學生姓名 任任務務下下達達日日期期： 設計日期：設計日期： 設計題目：設計題目： 單片機電壓采集裝置 設計專題題目：設計專題題目：單片機系統(tǒng)設計 設計主要內(nèi)容：設計主要內(nèi)容： 制作單片機電壓采集裝置 設計要求：設計要求： 1、基本要求 制作單片機電壓采集裝置電壓采集功能在ADC0809的0通道輸入05V 電壓，實時顯示被測電壓值（顯示精度0.001V，即顯示1位整數(shù)，3位小數(shù)） 。 2、擴展要求 指定通道采集，模式 0：通道 0 模擬信號采集，模式 1：指定通道模 擬信號采集，模式 2：8 通道模擬信號自動循環(huán)采集，模式 3：設定報警上

2、 限值，模式 4：設定報警下限值。系統(tǒng)有三個按鍵，分別是：模式切換、加、 減按鈕，模式切換：1 號按鍵，模式加 1；加：2 號按鍵，則值加 1；模式 1 下改變通道，模式 3 下改變報警值；減：3 號按鍵，則值減 1， 模式 1 下 改變通道， 模式 3 下改變報警值。 報警設置：設置報警上限、下限，超過上線或者低于下線時 LED 會亮，并 發(fā)出警報聲。 3、創(chuàng)新部分 將數(shù)碼管換成LCD1602顯示模式通道及電壓值。 指導教師簽字：指導教師簽字： 摘摘 要要 本設計介紹了基于用 89S52 單片機和 AD0809 進行電壓采集的基本電路。 系統(tǒng)硬件電路是由主板電路和擴展板電路兩部分組成。主板電

3、路包括單片 機的最小系統(tǒng)，鍵盤電路和 8 個 LED 數(shù)碼顯示電路，這部分電路已制成電 路板。擴展電路中包含了 A/D 轉(zhuǎn)換電路，單片機電壓采集電路，通過調(diào)節(jié) 電位器來改變輸入的電壓值，在主板電路的數(shù)碼管中顯示出所采集的電壓 值，該部分電路的布線部分是由自己手工完成的。 。通過程序調(diào)試各個部分 的功能，運用 C 語言編程，完成各功能模塊，通過下載軟件下載到單片機 芯片中，最終實現(xiàn)電壓采集功能和擴展功能。 關 鍵 詞：單片機 ； ADC0809 芯片 ； C 語言編程 ； 模數(shù)轉(zhuǎn)換 目 錄 1 1 緒論緒論.5 1.11.1 系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述.5 1.21.2 系統(tǒng)設計方案系統(tǒng)設計方案.5 2

4、2 硬件電路設計硬件電路設計.6 2.12.1 單片機電路單片機電路.6 2.1.12.1.1 單片機電路板單片機電路板.6 2.1.22.1.2 單片機最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng).6 2.1.32.1.3 單片機的復位電路單片機的復位電路.7 2.1.42.1.4 鍵盤電路鍵盤電路.7 2.1.52.1.5 顯示譯碼電路顯示譯碼電路.8 2.2A/D2.2A/D 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換.9 2.2.12.2.1 ADC0809ADC0809 內(nèi)部結(jié)構內(nèi)部結(jié)構.10 2.2.22.2.2 ADC0809ADC0809 轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換原理.10 2.2.32.2.3 ADAD 轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路.12 2.2.42.

5、2.4 電路設計電路設計.12 2.2.52.2.5 采集數(shù)據(jù)和對應電壓的轉(zhuǎn)換采集數(shù)據(jù)和對應電壓的轉(zhuǎn)換.12 2.32.3 芯片芯片 74LS0274LS02 內(nèi)部電路內(nèi)部電路.13 3 3 軟件設計軟件設計.14 3.13.1 設計任務設計任務.14 3.23.2 按鍵定義及顯示標志按鍵定義及顯示標志.14 3.33.3 程序設計程序設計.14 3.3.13.3.1 主程序框圖主程序框圖.14 3.3.23.3.2 正正常采集常采集.15 3.3.33.3.3 指定采集指定采集.17 3.3.53.3.5 報警設置報警設置.17 4 4 系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試.18 4.14.1 硬件部分硬件部分

6、.18 4.24.2 軟件部分軟件部分.18 5 5 總結(jié)總結(jié).19 1 1 緒論緒論 1.11.1 系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述 基于單片機的電壓數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過AD0809采集8路模擬信號，轉(zhuǎn)換成 數(shù)字信號由單片機處理，利用數(shù)碼管顯示相應的電壓值，具有超限聲光報 警功能。 1.21.2 系統(tǒng)設計方案系統(tǒng)設計方案 本次實驗要求設計電壓采集裝置，課程設計分設計、制作和調(diào)試三個 部分。設計選題以單片機為核心，基本內(nèi)容應包括單片機最小系統(tǒng)、鍵盤 和LED顯示電路，以及設計系統(tǒng)涉及的其他電路。 系統(tǒng)硬件電路由標準電路和自制電路兩部分組成。標準電路包括單片 機最小系統(tǒng)、8個LED數(shù)碼管電路和鍵盤電路，這部分電路已

7、制成電路板， 可根據(jù)設計需要進行配置選用。自制電路需自行設計焊接，包含標準電路 不具備的其他電路。 設計中采用了模數(shù)轉(zhuǎn)換器，利用 AD0809 型 8 位 MOS 型 A/D 轉(zhuǎn)換器?？蓪?現(xiàn) 8 路模擬信號的分時采集，片內(nèi)有 8 路模擬選通開關，以及相應的通道 地址鎖存用譯碼電路，實現(xiàn)模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。控制部分采用單 片機 89C52 來完成。顯示部分利用 LED 數(shù)碼管顯示模塊，來顯示采集到的 電壓分量。 系統(tǒng)設計原理框圖系統(tǒng)設計原理框圖 CPU 電路 復位 電路 晶振 電路 數(shù)碼管顯示電路 按鍵電路 LED顯示電路 電路框圖 2 2 硬件電路設計硬件電路設計 系統(tǒng)硬件電路由標準電

8、路和自制電路兩部分組成。標準電路包括單片 機最小系統(tǒng)、8 個 LED 數(shù)碼管電路和鍵盤電路，這部分電路已制成電路板， 可根據(jù)設計需要進行配置選用。自制電路需自行設計焊接，包含標準電路 不具備的其他電路。 2.12.1 單片機電路單片機電路 2.1.12.1.1 單片機電路板單片機電路板 2.1.22.1.2 單片機最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng) CPU 原理圖 該原理圖包含單片機以及外部連接譯碼，鎖存電路端口，其中的 ALE,REST 為高電平時用來啟動 ADC0809.P0、P2 口控制數(shù)碼輸出顯示，P3 口的 P3.3、P3.4、P3.5 控制按鍵，P1.1P1.3 控制通道選擇。 晶振采用 12

9、MHZ，該頻率有利于提高串口的通信可靠性，同時又保證單 片機有較高的運行速度。 2.1.32.1.3 單片機的復位電路單片機的復位電路 復位電路 當開關斷開的時候，VCC 對電容充電，RESET 端為低電平；在開關閉合 時電容放電，RESET 端為高電平。 2.1.42.1.4 鍵盤電路鍵盤電路 1 號按鍵 P3.0-模式切換 2 號按鍵 P3.1-通道、報警限加 3 號按鍵 P3.2-通道、報警限減 4 號按鍵 P3.3- 查詢法，接收 ad 轉(zhuǎn)換狀態(tài) （不作為按鍵使用） 中斷法，收 ad 結(jié)束中斷信號 2.1.52.1.5 顯示譯碼電路顯示譯碼電路 LED 顯示電路可提供 8 位 LED

10、顯示；可顯示 P1（P3）口狀態(tài)；也可顯 示輸入按鍵狀態(tài) LED 顯示電路 顯示電路采用 6 位共陰極 LED 動態(tài)掃描顯示，CD4511 輸出所需字形， 74LS138 選擇字位。在動態(tài)方式中，逐個地循環(huán)地點亮各位顯示器。小數(shù)點 P2.7， bcd 碼輸出P2.3P2.0，字位選擇 cba=P2.6P2.4。如圖 7 所示： 數(shù)碼管顯示電路 顯示譯碼電路部分由 P0 口或 P2 口輸出顯示、控制信號，信號包含： 4 位 BCD 碼 （DCBA） 1 位小數(shù)點控制信號（DOT） 3 位位選控制信號（SEL0、SEL1、SEL2） 圖 8：顯示譯碼電路 顯示譯碼電路 顯示譯碼器采用 CD4511

11、 芯片：輸入：BCD 輸出：七段碼 74LS138 芯片是用來控制顯示時候的字位的，由于單片機的管腳是有限 的通過使用 138 芯片可以避免少使用些單片機的管腳，當輸入 001 時， 譯碼可得:輸入：07 輸出：低電平 74LS138 2.2A/D2.2A/D 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 startstartclockclock 輸出允許 （1,輸入信號） 轉(zhuǎn)換結(jié)束（1,輸出） 地址鎖存，輸 入信號 500KHz1MHz 啟動（高電平脈沖,輸入） 2.2.1ADC08092.2.1ADC0809 內(nèi)部結(jié)構內(nèi)部結(jié)構 ADC0809 由 8 路模擬開關、地址鎖存與譯碼器、比較器、256 電阻階梯、 樹狀開關、逐次逼

12、近式寄存器 SAR、控制電路和三態(tài)輸出鎖存器等組成。 ADC0809 結(jié)構圖 2.2.2ADC08092.2.2ADC0809 轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換原理 ADC0809 轉(zhuǎn)換工作時序 工作原理： 當單片機端的 P3.3 接低電平時，可以使兩個非門打開 （1）當模擬量送至某一輸入通道后，CPU 將標識該通道編碼的三位地 址信號經(jīng)數(shù)據(jù)線或地址線輸入到 ADDC、ADDB、ADDA 引腳上。 （2）地址鎖存允許 ALE 鎖存地址信號，啟動命令 START 啟動 A/D 轉(zhuǎn)換。 （3）轉(zhuǎn)換開始,EOC 變低電平，轉(zhuǎn)換結(jié)束，EOC 變?yōu)楦唠娖?。EOC 可作 為中斷請求信號。 （4）轉(zhuǎn)換結(jié)束后，可通過執(zhí)行 IN

13、指令，設法在輸出允許 OE 腳上形成 一個正脈沖，打開三態(tài)緩沖器把轉(zhuǎn)換的結(jié)果輸入到 DB，一次 A/D 轉(zhuǎn)換便完 成。 IN-0 26 msb2-1 21 2-2 20 IN-1 27 2-3 19 2-4 18 IN-2 28 2-5 8 2-6 15 IN-3 1 2-7 14 lsb2-8 17 IN-4 2 E OC 7 IN-5 3 AD D-A 25 IN-6 4 AD D-B 24 AD D-C 23 IN-7 5 AL E 22 ref(-) 16 E NABL E 9 STA RT 6 ref(+) 12 CL OCK 10 IC12 AD C0809 1 2 3 4 5 6

14、 7 8 J1 CO N8 VCC 1213 DBNO T2F 7404 1 1 2 2 W 3WR1 5.1K VCC CA DP 0.1U AD CCLK NE OC CH 0 1 2 3 74L S02A 4 5 6 74L S02B AD CCS PD7 PD6 CH 3 CH 4 CH 5 CH 6 CH 7 1 AD CH 0 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 A0 A1 A2 CH 2 CH 1 GN D IN0，通道 0 參考電壓： 5V 轉(zhuǎn)換時鐘： 接單片機ALE輸出 經(jīng)分頻后得到 啟動和地址鎖存信號 輸出使能信號 通道地址信號 輸出數(shù)據(jù) /WR /RD 片選信

15、號： P3.3=0 /INT0 CC4060_7AD_CS 2.2.32.2.3ADAD 轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路 2.2.42.2.4 電路設計電路設計 硬件資源分配 數(shù)碼管顯示電路：用 P2 口：bcd 碼輸出P2.3P2.0；字位選擇 CBA=P2.6P2.4 ；小數(shù)點 P2.7 鍵盤電路：3 個鍵P3(3-5) ADC0809 電壓轉(zhuǎn)換電路控制信號： /WR=P3.6 /RD=P3.7 EOC=P3.2 CS= P3.3 （可以不要，使 0809 常選通） 數(shù)據(jù)輸出：=P0 轉(zhuǎn)換通道選擇地址線：CBA =P1(3-1) 2.2.52.2.5 采集數(shù)據(jù)和對應電壓的轉(zhuǎn)換采集數(shù)據(jù)和對應電壓的轉(zhuǎn)換 一

16、個 8 位二進制的 AD 采集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 5 位 10 進制顯示數(shù)據(jù)。對應關 系：00HFFH 0.000V5.000V；AD 分辨率為：5/25519.6mV；算 法： Y=X19.6=X196/10 轉(zhuǎn)換結(jié)束：EOC1 具體步驟： 1、求 YX 196 ,結(jié)果為雙字節(jié)二進制數(shù) 2、將 Y 轉(zhuǎn)換為十進制數(shù), 最大是一個 5 位的十進制數(shù) 3、去掉十進制數(shù)的最低位，相當于除 10 2.32.3 芯片芯片 74LS0274LS02 內(nèi)部電路內(nèi)部電路 3 3 軟件設計軟件設計 3.13.1 設計任務設計任務 3.1.13.1.1基本任務基本任務 進行電壓采集并顯示。 3.1.23.1.2擴展任務擴

17、展任務 1、指定通道采集。 2、報警設置：報警上限、報警下限。 3、將數(shù)碼管換成LCD1602顯示模式通道及電壓值。 3.23.2按鍵定義及顯示標志按鍵定義及顯示標志 系統(tǒng)有三個按鍵，分別是：模式切換、加、減按鈕。 模式切換：1 號按鍵，模式加 1； 加：2 號按鍵，則值加 1；模式 1 下改變通道，模式 3 下改變報警值； 減：3 號按鍵，則值減 1， 模式 1 下改變通道，模式 3 下改變報警 值。 3.33.3 程序程序設計設計 3.3.13.3.1主程序框圖主程序框圖 開始 系統(tǒng)初始化 顯示初始化 讀鍵值 顯示 模模式式0 0 模式1 模式2 N N 通道0模擬信 號采集 指定通道模

18、擬信號采集 8通道模擬信號 自動循環(huán)采集 N Y Y Y 模式3 模式4 N 設定報警上 限值 設定報警下 限值 Y Y N 主程序框圖 3.3.23.3.2 正常采集正常采集 把采集的電壓值轉(zhuǎn)化為十進制， 顯示在數(shù)碼管的后四位。顯示 三位小數(shù)。 開始 系統(tǒng)初始化 顯示初始化 讀鍵值 顯示 光熱敏電阻采集信號： void keyscan() if(jian1=0) /AD 采集 delays(10); while(jian1=0) t=2;key=1; z=0; /標志位 ad_adda=0; ad_addb=0; ad_addc=0; /送地址信號 if(jian5=0) /光敏電阻 del

19、ays(10); while(jian5=0) key=2;t=3; ad_adda=0; ad_addb=0; ad_addc=1; /送地址信號 z=0; /標志位 正常采集程序框圖 if(jian13=0) /熱敏電阻 delays(10); while(jian13=0) key=3; t=4; ad_adda=1; ad_addb=0; ad_addc=1; /送地址信號 z=0; /標志位 huan(); 3.3.33.3.3 指定采集指定采集 指定采集 再按 1數(shù)碼管最左端顯示 1，此時為指定通道 按 2：通道1， 按 3：通道1。 開始 系統(tǒng)初始化 顯示初始化 讀模式 顯示 模

20、式=1 指定采集 Y N k2按下通道+1 k3按下通道-1 指定采集程序框圖 3.3.53.3.5 報警設置報警設置 再按 1數(shù)碼管最右端顯示 3，此時為報警設置。電壓上下線顯示在 右邊第三四位。 按 2：電壓1， 按 3：電壓1 。 再按 1又進入正常采集，依次循環(huán) 開始 系統(tǒng)初始化 顯示初始化 讀模式 顯示 模式=3 報警設置 Y N k2按下電壓+1 k3按下電壓-1 報警設置程序框圖 （使用 visio 軟件畫程序框圖） 4 4 系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試 系統(tǒng)調(diào)試包括硬件調(diào)試和軟件調(diào)試兩部分，介紹一下我在這兩方面遇 到一些問題，以及如何解決的。 4.14.1 硬件部分硬件部分 硬件焊接分為單

21、片機板和擴展版兩部分。單片機版已經(jīng)焊接好，只需 焊接擴展版。 在焊接擴展版時，我事先沒有布局，任意焊接芯片，導致需要很長的 導線，布線不規(guī)整。我把芯片拆下，通過看其他同學的焊接，查看元件管 腳圖，自己在草稿紙上畫出各個芯片的位置。然后焊接，結(jié)果布線比較整 齊。 4.24.2 軟件部分軟件部分 開始對單片機 C 語言很陌生，看程序很困難，自己編寫不出程序。通 過老師的講解，和以前學過的 C 語言的知識，與單片機 C 語言基本相同， 有些區(qū)別，把其中的區(qū)別搞懂了，能夠編寫簡單的程序了。 前幾個程序通過問同學，反復調(diào)試編寫了出來，設定電壓上下線的程序 沒有編寫出來，通過看同學編寫的程序，明白了如何編

22、寫。 通過程序調(diào)試各個部分的功能，完成各功能模塊，把程序下載到單片機 中，最終實現(xiàn)電壓采集功能和擴展功能。 5 5 總結(jié)總結(jié) 參考文獻： 1 胡漢才.單片機原理及其接口技術.3 版.北京：清華大學出版社， 2010 2 謝自美， 電子線路設計實驗測試 （2 版） ，華中科技大學出版社 3 單片機實驗指導書 附錄附錄 附錄附錄 1 1、單片機板電路原理圖、單片機板電路原理圖 附錄附錄 2 2、ADC0809ADC0809 與單片機連接圖與單片機連接圖 GND 13 VCC 11 IN-0 26 msb2-1 21 2-2 20 IN-1 27 2-3 19 2-4 18 IN-2 28 2-5

23、8 2-6 15 IN-3 1 2-7 14 lsb2-8 17 IN-4 2 EOC 7 IN-5 3 ADD-A 25 IN-6 4 ADD-B 24 ADD-C 23 IN-7 5 ALE 22 ref(-) 16 ENAB LE 9 S TAR T 6 ref(+) 12 C LOC K 10 U1 ADC 0809 1 2 3 U2A 74LS 02 4 5 6 GND7VCC 14 U2B 74LS 02 1 1 2 2 W 3 R 1 10K 12 34 56 78 910 1112 1314 1516 JP1 HEADER 10X2 C IN 11 C OUT 9 C OUT

24、10 R S T 12 Q4 7 Q5 5 Q6 4 Q7 6 Q8 14 Q9 13 Q10 15 Q12 1 Q13 2 Q14 3 VCC 16 GND8 U4 4060 1 P32 1 P27 1 P36 1 P37 W R R D 1 ALE VC C 1 P11 1 P12 1 P13 1 2 3 4 5 6 7 8 P0 P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 VC C VC C 1 2 P1 VC C GND IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 VC C VC C 8 9 10 U2C 74LS 02 附錄附錄 3 3、元件清

25、單、元件清單 擴展板 符號名稱型號 參數(shù)數(shù)量備注 滑動變阻器 1 芯片 ADC08091 74LS021 CD40461 雙排針若干 短路帽若干 熱敏電阻 1 光敏電阻 1 200k 電阻 1 10k 電阻 1 單片機主板 符號名稱型號 參數(shù)數(shù)量備注 KP1/2/3/4/SWRST 1 微動開關 6*6*65 SWPIP1 撥碼開關 1 14P4 16P4 28P1 芯片座 40P11 U1AT89S521 U245111 U374HC1381 U5/6 芯片 74HC042 L18 發(fā)光二極管 8 紅 SEG16 LED 數(shù)碼管共陰極 6 SR18 電阻200 歐 8 R11K1 R210K

26、1 CRY1 晶振 12M1 C2/3 瓷片電容 20P2 C5 獨石電容 1041 C1 電解電容 22uF/25V1 RKP13.3K1 RKP21K1 RL110K1 RLED 排阻 4701 電路板 1 雙排針若干 短路帽若干 POW1 電源接口 1 附錄附錄 4 4、 實物圖實物圖 附錄附錄 5 5、 程序代碼程序代碼 #include #include #define NOP() _nop_() /* 定義空指令 */ #define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define delayNOP(); _nop_();

27、_nop_();_nop_();_nop_(); void delay(uchar x); /x*0.14MS void delay1(int ms); void huan(); void lcddisp(); void AD_change(); uchar cdis1 = .MWayU:; uchar cdis2 = Thank YOU !; sbit LCD_RW = P21; sbit LCD_RS = P22; sbit LCD_EN = P20; uchar m; sbit ad_eoc=P33;/ad0809 轉(zhuǎn)換結(jié)束標志， sbit ad_cs=P35; /ad0809 片選 s

28、bit ad_wr=P36; /ad0809 寫入信號 sbit ad_rd=P37; /ad0809 讀出信號 sbit ad_adda=P27;/ADDA sbit ad_addb=P26; /ADDB sbit ad_addc=P25;/ADDC sbit jian1=P30; sbit jian5=P31; sbit jian13=P32; uchar key,t,z=1,shuju,ad_data,disbuf18; uint ad_dianya; void timer() TMOD=0X11; TH1=(65536-500)/256; TL1=(65536-500)%256; ET

29、1=1; TR1=0; EA=1; void delays(uint i) uint j,k; for(j=i;j0;j-) for(k=110;k0;k-); void keyscan() if(jian1=0) /AD 采集 delays(10); while(jian1=0) t=2;key=1; z=0; /標志位 ad_adda=0; ad_addb=0; ad_addc=0; /送地址信號 if(jian5=0) /光敏電阻 delays(10); while(jian5=0) key=2;t=3; ad_adda=0; ad_addb=0; ad_addc=1; /送地址信號 z

30、=0; /標志位 if(jian13=0) /熱敏電阻 delays(10); while(jian13=0) key=3; t=4; ad_adda=1; ad_addb=0; ad_addc=1; /送地址信號 z=0; /標志位 huan(); void huan() disbuf0=12; disbuf1=17; disbuf2=t; disbuf3=0; disbuf4=13; disbuf5=14; disbuf6=15; disbuf7=17; disbuf8=key; disbuf9=0; disbuf10=16; disbuf11=17; disbuf12=ad_dianya

31、/1000+1; disbuf13=11; disbuf14=ad_dianya%1000/100+1; disbuf15=ad_dianya%100/10+1; disbuf16=ad_dianya%10+1; void AD_change() P1=0 xff; ad_cs=0; ad_rd=1; /選中 ad，輸出使能關 while(z=1)keyscan(); ad_wr =1;ad_wr =0; ad_wr =1;/啟動 AD while(ad_eoc=0); /查詢轉(zhuǎn)換結(jié)束 ad_rd=0; /輸出使能打開，準備讀取數(shù)據(jù) ad_rd=0; ad_rd=0; ad_rd=0; ad_data=P1; /從片外讀數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù) ad_rd=1; /輸出使能關 ad_dianya=ad_data*19.60784; bit lcd_busy() bit result; LCD_RS = 0; LCD_RW = 1; LCD_EN = 1; delayNOP(); result = (bit)(P0 LCD_EN = 0; return(result); void lcd_wcmd(uch