1、目 錄1 引言12設(shè)計(jì)原理及要求12.1數(shù)字電壓表的實(shí)現(xiàn)原理12.2數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)要求13軟件仿真電路設(shè)計(jì)13.1設(shè)計(jì)思路13.2仿真電路圖23.3設(shè)計(jì)過(guò)程23.4 AT89C51的功能介紹23.4.1簡(jiǎn)單概述33.4.2主要功能特性33.4.3 AT89C51的引腳介紹33.5 ADC0808的引腳及功能介紹43.5.1芯片概述43.5.2 引腳簡(jiǎn)介43.5.3 ADC0808的轉(zhuǎn)換原理53.6 74HC245芯片的引腳及功能53.6.1芯片概述53.6.2引腳介紹53.7 LED數(shù)碼管的控制顯示53.7.1 LED數(shù)碼管的模型53.7.2 LED數(shù)碼管的接口簡(jiǎn)介64系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計(jì)64

2、.1 主程序64.2 A/D轉(zhuǎn)換子程序64.3 中斷顯示程序75電壓表的調(diào)試及性能分析85.1 調(diào)試與測(cè)試85.2 性能分析96電路96.1 電路仿真圖96.2 PCB圖97總結(jié)10參考文獻(xiàn)10附錄1 源程序11附錄2 仿真原理電路15摘要：隨著電子科學(xué)技術(shù)，傳感器技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，電子測(cè)量成為電子工作者的必須掌握的手段對(duì)測(cè)量的精度，手段要求越來(lái)越高，本文介紹了一種以AT89C 51為核心的數(shù)字電壓測(cè)量電路。通過(guò)ADC0809進(jìn)行轉(zhuǎn)換，74HC245進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。關(guān)鍵詞：A/D轉(zhuǎn)換 數(shù)字電壓表 AT89C51 數(shù)碼管 電壓測(cè)量1 引言隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，微處理器芯片的集成

3、程度越來(lái)越高，單片機(jī)已可以在一塊芯片上同時(shí)集成CPU、存儲(chǔ)器、定時(shí)器計(jì)數(shù)電路，這就很容易將計(jì)算機(jī)技術(shù)與測(cè)量控制技術(shù)結(jié)合，組成智能化測(cè)量控制系統(tǒng)。 本設(shè)計(jì)AT89C51單片機(jī)的一種電壓測(cè)量電路,該電路采用ADC0809本文介紹一種基于A/D轉(zhuǎn)換電路，測(cè)量范圍直流 05V 的8路輸入電壓值，并在四位LED數(shù)碼管上循環(huán)顯示，并顯示路數(shù)。測(cè)量最小分辨率為0.019V，測(cè)量誤差不超過(guò)正負(fù)0.02V。2設(shè)計(jì)原理及要求本設(shè)計(jì)是利用單片機(jī)AT89C51與ADC0809設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電壓表，測(cè)量05V之間的直流電壓值，四位數(shù)碼顯示，但要求使用的元器件數(shù)目最少。2.1數(shù)字電壓表的實(shí)現(xiàn)原理 ADC0809是8位的A/

4、D轉(zhuǎn)換器。當(dāng)輸入電壓為5.00V時(shí)，輸出的數(shù)據(jù)值為255（0FFH），因此最大分辨率為0.0196（5/255）。ADC0808具有8路模擬量輸入端口，通過(guò)3位地址輸入端能從8路中選擇一路進(jìn)行轉(zhuǎn)換。2.2數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)要求可以測(cè)量05V范圍內(nèi)的3路直流電壓值。在4位LED數(shù)碼管上輪流顯示各路電壓值或單路選擇顯示，其中3位LED數(shù)碼管顯示電壓值，顯示范圍為0.00V5.00V，1位LED數(shù)碼管顯示路數(shù),3路分別為0-2。要求測(cè)量的最小分辨率為0.02V。3軟件仿真電路設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)思路 多路數(shù)字電壓表應(yīng)用系統(tǒng)硬件電路由單片機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)碼管顯示電路和按鍵處理電路組成，由于ADC0808在

5、進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)需要有CLK信號(hào)，本試驗(yàn)中ADC0809的CLK直接由外部電源提供為500kHz的方波。實(shí)際顯示的電壓值( ADC0809采用逐次逼近法轉(zhuǎn)換，把模擬電壓轉(zhuǎn)換成16進(jìn)制的D，由于是對(duì)直流電壓05V進(jìn)行采集，所以D對(duì)應(yīng)的電壓為V0，我們的目的就是要把V0顯示在LED顯示器上。3.2仿真電路圖用Protues軟件仿真設(shè)計(jì)的電路如圖3-1所示(因軟件中ADC0809不能用，并且ADC0808與ADC0809相同，所以用ADC0808代替)。圖3-1 仿真電路入端，由外部信號(hào)源提供。單片機(jī)的P1、P3.0-P3.3端口作為四位LED數(shù)碼管現(xiàn)實(shí)3.3設(shè)計(jì)過(guò)程簡(jiǎn)易數(shù)字電壓測(cè)量電路由A/D轉(zhuǎn)換

6、、數(shù)據(jù)處理及顯示控制等組成。電路原理圖見附錄2。A/D轉(zhuǎn)換由集成電路0808完成。0808具有8路模擬輸入端口，地址(23-25)腳可決定對(duì)哪路模擬輸入作A/D轉(zhuǎn)換，22腳為地址鎖存控制，當(dāng)輸入為高電平時(shí)，對(duì)地址信號(hào)進(jìn)行鎖存。6腳為測(cè)試控制，當(dāng)輸入一個(gè)2us寬高電平脈沖時(shí)，就開始A/D轉(zhuǎn)換。7腳為A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)7腳輸出高電平。9腳為A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出允許控制，當(dāng)OE腳為高電平時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)從該端口輸出。10腳為0808的時(shí)鐘輸控制。P3.5端口用作單路顯示/循環(huán)顯示轉(zhuǎn)換按鈕，P3.6端口用作單路顯示時(shí)選擇通道。P0端口作A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)讀入用，P2端口用作0808的A

7、/D轉(zhuǎn)換控制。3.4 AT89C51的功能介紹3.4.1簡(jiǎn)單概述AT89C51是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。外形及引腳排列如圖3-2所示。 圖3-2 AT89C51芯片模型3.4.2主要功能特性(1) 4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器。 (2) 32個(gè)雙向I/O口；1288位內(nèi)部RAM 。(3) 2個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷，時(shí)鐘頻率0-24MHz。 3.4.3 AT89C51的引腳介紹 (1)電源引腳電源引腳接入單片機(jī)的工作電源。Vcc (40引腳）：+5V電源。GND(20引腳)：接地。(2)時(shí)鐘引腳XT

8、AL1(19引腳)：片內(nèi)振蕩器反相放大器和時(shí)鐘發(fā)生器電路的輸入端。XTAL2(20引腳)：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。圖3-3 電源接入方式3.5 ADC0808的引腳及功能介紹3.5.1芯片概述ADC0808是一種典型的A/D轉(zhuǎn)換器。芯片模型如圖3-4所示。圖3-4ADC0808芯片模型3.5.2 引腳簡(jiǎn)介 (1) IN0IN7：8路模擬量輸入端。(2) D0D7：8位數(shù)字量輸出端口。(3) START：A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)輸入端。(4) ALE：地址鎖存允許信號(hào)，高電平有效。(5) EOC：輸出允許控制信號(hào)，高電平有效。(6) OE： 輸出允許控制信號(hào)，高電平有效。(7) CLK：時(shí)鐘信號(hào)

9、輸入端。3.5.3 ADC0808的轉(zhuǎn)換原理ADC 0808 采用逐次比較的方法完成A/D轉(zhuǎn)換，由單一的+5V電源供電。片內(nèi)帶有鎖存功能的8路選1的模擬開關(guān)，由A、B、C的編碼來(lái)決定所選的通道。ADC0808完成一次轉(zhuǎn)換需100s左右，它具有輸出TTL三態(tài)鎖存緩沖器，可直接連接到AT89C51的數(shù)據(jù)總線上。3.6 74HC245芯片的引腳及功能3.6.1芯片概述245芯片一般就用著單片機(jī)的總線驅(qū)動(dòng)。它有8個(gè)輸入和8個(gè)輸出。第一腳為“方向選擇”。如果選擇接高電平，那么數(shù)據(jù)將從A傳到B。也就是從29輸入，分別從1811作為相應(yīng)的輸出。如果第一腳接低電平，那么數(shù)據(jù)傳輸方向就反過(guò)來(lái)。第10腳是公共地。

10、19腳為“使能”，是低電平有效。圖3-5芯片模型3.6.2引腳介紹(1) D0D7:8位數(shù)據(jù)輸入線；(2) Q0Q7:8位數(shù)據(jù)輸出線(3) G:數(shù)據(jù)輸入鎖存選通信號(hào)。 (4):數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，低電平有效。3.7 LED數(shù)碼管的控制顯示3.7.1 LED數(shù)碼管的模型LED數(shù)碼管模型如圖3-6所示。圖3-6數(shù)碼管顯示3.7.2 LED數(shù)碼管的接口簡(jiǎn)介L(zhǎng)ED 的段碼端口AG分別接至驅(qū)動(dòng)74LS245再接AT89C51的P0.0P0.7口，位選端14分別接至分別接至驅(qū)動(dòng)74LS245再接P2.0、P2.1、P2.2、P2.3。4系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計(jì)多路數(shù)字電壓表系統(tǒng)軟件程序主要有主程序、A/D轉(zhuǎn)換子程

11、序和中斷顯示程序組成。4.1 主程序 開始 顯示子程序 A/D轉(zhuǎn)換子程序 初始化圖4-1主程序流程圖對(duì)于單路顯示和循環(huán)顯示，系統(tǒng)設(shè)置了一個(gè)標(biāo)志位00H控制，初始化時(shí)00H位設(shè)置為0，默認(rèn)為循環(huán)顯示，當(dāng)它為1時(shí)改變?yōu)閱温凤@示控制，00H位通過(guò)單路、循環(huán)按鍵控制。流程圖如圖4-1所示。4.2 A/D轉(zhuǎn)換子程序A/D轉(zhuǎn)換子程序用于對(duì)ADC0808的4路輸入模擬電壓進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換的數(shù)值存入4個(gè)相應(yīng)的存儲(chǔ)單元中，A/D轉(zhuǎn)換子程序每隔一定時(shí)間調(diào)用一次，即隔一段時(shí)間對(duì)輸入電壓采樣一次，如圖4-2所示。4.3 中斷顯示程序設(shè)計(jì)中采用中斷的方式來(lái)讀取轉(zhuǎn)換完成的數(shù)據(jù)能節(jié)省CPU的資源進(jìn)行十六進(jìn)制調(diào)整 開

12、始A/D轉(zhuǎn)換調(diào)用延時(shí)存轉(zhuǎn)換后的十六進(jìn)制數(shù)數(shù)據(jù)指針加一入棧保護(hù)4路轉(zhuǎn)換次數(shù)減一顯示電壓值NY圖4-2轉(zhuǎn)換子程序流程圖 判斷是否為零 當(dāng)系統(tǒng)設(shè)置好后，一旦數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成，便會(huì)進(jìn)入外部中斷0，然后在中斷中讀取轉(zhuǎn)換的數(shù)值，處理數(shù)據(jù)并送數(shù)碼管顯示輸出。選中的一路數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。每路數(shù)據(jù)顯示時(shí)需經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換變成十進(jìn)制BCD碼，放于4個(gè)數(shù)碼管顯示緩沖區(qū)中。單路或多路循環(huán)顯示通過(guò)標(biāo)志位00H控制。在顯示控制程序中加入了對(duì)單路或多路循環(huán)按鍵的判斷如4-3所示。數(shù)字量送P0口取段碼地址P2.0=1？調(diào)用循環(huán)顯示程序調(diào)用單路顯示程序顯示的是第0路重新調(diào)用顯示程序NYNY圖4-3中斷顯示程序流程圖5電壓表的調(diào)試及性能分析5.

13、1 調(diào)試與測(cè)試本設(shè)計(jì)應(yīng)用Proteus及KEIL2軟件,首先根據(jù)自己設(shè)計(jì)的電路圖用Proteus軟件畫出電路模型，然后我們用KEIL2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4-1中標(biāo)準(zhǔn)電壓值采用Proteus。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

14、，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。6電路圖 6.1 電路仿真圖 圖6-1電路仿真圖6.2 PCB圖 圖6-2 PCB圖7總結(jié)經(jīng)過(guò)一周的努力終于設(shè)計(jì)成功，LED的顯示結(jié)果和直接用數(shù)字電壓表測(cè)試模擬量輸入所得結(jié)果幾乎一致，誤差完全在合理的范圍之內(nèi)。由于儀器誤差，LED顯示最大值只能是4.9V，離標(biāo)準(zhǔn)最大值5.0V已經(jīng)不遠(yuǎn)，達(dá)到預(yù)期目的，設(shè)計(jì)成功。 本設(shè)計(jì)參考了教材上第十一章89C51與ADC0809轉(zhuǎn)換的接口連線，設(shè)計(jì)出電路圖的連線，從并中理解了許多基本的知識(shí)和接線方法，在程序的設(shè)計(jì)與電壓表調(diào)試的過(guò)程中中遇到了很多的問(wèn)題，剛開始時(shí)四個(gè)數(shù)碼管根本不顯示，后來(lái)發(fā)現(xiàn)用的是共陽(yáng)

15、極的數(shù)碼管，而設(shè)計(jì)是共陰極的，更換后數(shù)碼管終于顯示，顯示的程序，功夫不負(fù)有心人，最后終于調(diào)試成功。參考文獻(xiàn)1 張毅剛，彭喜元.單片機(jī)原理及接口技術(shù).人民郵電出版社2 馬光.單片機(jī)原理及應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版社3 徐愛鈞.智能化測(cè)量控制儀表原理與設(shè)計(jì).北京:北京航空航天大學(xué)出版社4 吳金戌,沈慶陽(yáng),郭庭吉.8051單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用.北京:清華大學(xué)出版社5 高峰.單片微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù).北京科學(xué)出版社6 劉偉,趙俊逸,黃勇.一種基予C8051F單片機(jī)的SOC型數(shù)據(jù)采錄器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)附錄1 源程序ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH AJMP STORG 0030H MAIN:

16、MOV DPTR,#TAB MOV SP,#60HMOV TMOD,#02HMOV R1，#20MOV R3，#00HMOV R2，#00H MOV TH0,#245 MOV TL0,#00H MOV P2，#00H MOV IE,#82HSETB TR0MAIN1: LOOP: LCALL REC LCALL TRA LCALL DISDJNZ R1，LOOPMOV R1，#20INC R2MOV R2，ACLR P2.4CLR P2.5CLR P2.6SWAP AORL A,P2MOV P2，A CJNZ R2,#08,LOOPMOV R2，#00HSJMP MAIN1REC: CLR P

17、3.4CLR P3.6SETB P3.6 NOPNOPCLR P3.6JNB P3.5,$ SETB P3.4 MOV 50H,P1RETTRA: MOV B,#33H MOV A,50H DIV AB MOV 51H,A XCH A,B MOV B,#05H DIV AB MOV 52H,A MOV A ,#02H MUL AB MOV 53H,A RETST: CPL P3.7 RETIDIS: MOV A,51H MOVC A,A+DPTR CLR P2.0SETB P2.1MOV P0,#00H MOV P0,A CLR P0.7 LCALL DELAY MOV A,52H MOVC A,A+DPTR CLR P2.1SETB P2.