《2022年简易数字电压表的方案设计书2012.07 .pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年简易数字电压表的方案设计书2012.07 .pdf（21页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、贵 州 大 学课 程 设 计设计题目：简易数字电压表系别：_ 班级：_ 学号：_ 姓名： _ 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 21 页指导教师：_ 2 0年月日课程设计任务书系专业班姓名学号课程设计时间： 2012年 7 月 2日 至 2012年 7月 13日课程设计题目：简易数字电压表的设计课程设计任务与要求一、设计目的单片机原理及应用是一门实践性很强的课程，通过本次课程设计使学生在掌握基础知识的同时，熟悉单片机系统的设计方法。二、设计任务利用 MCS-51 单片机及相应元器件设计一台简易数字电压表。三、设计要求1、数
2、字电压表应具有以下功能：（1）、可以测量 0 伏-5伏的 3路输入电压值。（2）、在四位 LED 数码管（其中 3 位显示电压，一位显示路）上轮流显示3 路或单路选择显示。（3）、测量最小分辨率0.019伏。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 21 页 2、根据设计要求及参数在规定时间内完成设计任务。要求设计说明书以及电路原理图必须用 Word和相关的制图软件完成。课程设计进度计划安排2012年 7月 2日3 日：查阅文资料，确定设计方案2012年 7月 4日6 日：硬件原理图设计2012年 7月 9日11日：软件编程及调试
3、2012年 1月 12日13日：编写设计说明书，绘制设计电路原理图指导教师（签名）：日期：年月日目 录精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 21 页摘要- 1 - 0引言- 1 - 1系统概述 - 1 - 2数字电压表硬件电路设计- 2 - 2.1 实验所需元器件： - 2 - 2.2 原理框图 - 2 - 2.3 主要芯片介绍 - 3 - 3. 显示设计 - 8 - 3.1 LED 显示的原理 - 8 - 3.2 LED 显示驱动 - 9 - 4. 设计接线图 - 10 - 5. 程序设计 - 10 - 5.1 主程序设计图
4、 - 10 - 5.2 源程序- 12 - 6. 心得体会 - 16 - 7. 参考文献 - 16 - 附图- 17 -精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 21 页摘要随着单片机技术的，单片机广泛的应用于测量技术中。以往的测量技术与之相比，只能将被测量通过指针仪表显示测量数据。但是指针仪表读数不方便，且不易于实现计算机控制，本文利用了单片机在测量技术中的应用，采用80C51 单片机实现模拟电压信号的测量与显示，构成数字式电压表。以便与其它设备进行数据交换，便于实现智能化控制。0引言在广泛的自动控制领域中，需要有类似微型计算机
5、功能的支持，单常常有不能把计算机安装在设备里面，因此，微型控制器的一个重要分支（单片机）应运而生。随着单片机技术的发展，单片机以其稳定可靠、体积小、功耗低、价格低廉的特点广泛应用于多重需要计算机控制功能的现场控制领域和实时控单片机控制系统。为了更好的学习和使用单片机，我们利用单片机制作了一数字电压表。1系统概述数字电压表主要由模数转换电路、单片机控制电路、显示电路等三部分组成。其中ADC0809等器件组成的转换电路，将输入的模拟量信号进行取样、转换、然后将转换后的数字信号送进单片机。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 21
6、页单片机控制电路主要对数据进行程序处理，显示电路主要用于将单片机的信号数据转换后显示测量结果。2数字电压表硬件电路设计2.1 实验所需元器件：1.80C51 芯片 1块2.ADC0809芯片 1块3.4 位一体数码 1个4. 按键开关 3个5. 2.2K 电阻 1个6. 4.7K 电阻 1个7.10K 电阻 3个8. 导线若干9. 电容 3个10. 5V 电源 1块2.2 原理框图三路被测量模拟电压ADC0809模数转换电压信号 1电压信号 2电压信号 380C51单片机显示方式选择数码管显示图 1.数字电压原理框图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - -
7、 - - -第 6 页，共 21 页2.3 主要芯片介绍a) ADC0809 的内部结构ADC0809 的内部逻辑结构图如图2 所示。图 2 ADC0809内部逻辑结构图中多路开关可选通8 个模拟通道，允许8 路模拟量分时输入，共用一个A/D 转换器进行转换，这是一种经济的多路数据采集方法。地址锁存与译码电路完成对A、B、C 3 个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于通道选择，其转换结果通过三态输出锁存器存放、输出，因此可以直接与系统数据总线相连。ADC0809对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是05V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则
8、需在输入前增加采样保持电路。IN0精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 21 页IN7：8 条模拟量输入通道地址输入和控制线：4 条ALE 为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE 线为高电平时，地址锁存与译码器将A，B，C 三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。A，B 和 C为地址输入线，用于选通IN0IN7 上的一路模拟量输入ADC0809 的工作过程是：首先输入3 位地址，并使 ALE=1 ，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8 路模拟输入之一到比较器。START 上升沿将逐
9、次逼近寄存器复位。下降沿启动 AD转换，之后 EOC 输出信号变低，指示转换正在进行。直到AD转换完成，EOC变为高电平，指示AD 转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。b) 80C51芯片芯片的引脚描述HMOS 制造工艺的MCS-51单片机都采用40 引脚的直插封装（DIP 方式），制造工艺为CHMOS 的 80C51/80C31 芯片除采用DIP封装方式外，还采用方型封装工艺，引脚排列如图。其中方型封装的 CHMOS 芯片有 44 只引脚，但其中4 只引脚（标有NC的引脚 1、12、23、34）是不使用
10、的。在以后的讨论中，除有特殊说明以外，所述内容皆适用于CHMOS 芯片。如图 3 所示，是 MCS-51的逻辑符号图。在单片机的40 条引脚中有 2 条专用于主电源的引脚，2 条外接晶体的引脚， 4 条控制或与精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 21 页其它电源复用的引脚， 32 条输入/ 输出（I/O ）引脚。图 3 80C51 引脚图下面按其引脚功能分为四部分叙述这40 条引脚的功能。1、 主电源引脚 VCC 和 VSS VCC （40 脚）接 +5V电压；VSS （20 脚）接地。2、外接晶体引脚 XTAL1和 XTA
11、L2 XTAL1 （19 脚）接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。当采用外部振荡器时，对HMOS 单片机，此引脚应接地；对CHMOS 单片机，此引脚作为驱动端。XTAL2 （18 脚）接外晶体的另一端。在单片机内部，接至上述振荡器的反相放大器的输出端。采用外部振荡器时，对HMOS 单片机，该引脚接外部振荡器的信号，即把外部振荡器的信号直接接到精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 21 页内部时钟发生器的输入端；对XHMOS，此引脚应悬浮。3、 控 制 或与 其 它 电源复
12、 用引 脚RST/VPD 、 ALE/PROG 、 PSEN和EA/VPP 。RST/VPD （9 脚）当振荡器运行时，在此脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。推荐在此引脚与VSS引脚之间连接一个约 8.2k 的下拉电阻，与VCC 引脚之间连接一个约10F 的电容，以保证可靠地复位。VCC掉电期间，此引脚可接上备用电源，以保证内部RAM的数据不丢失。当VCC主电源下掉到低于规定的电平，而VPD在其规定的电压范围（ 50.5V）内， VPD就向内部 RAM 提供备用电源。ALE/PROG （30 脚）：当访问外部存贮器时，ALE （允许地址锁存）的输出用于锁存地址的低位字节。即使不访问外
13、部存储器，ALE 端仍以不变的频率周期性地出现正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6 。因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。然而要注意的是，每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE 脉冲。ALE 端可以驱动（吸收或输出电流）8 个 LS 型的 TTL 输入电路。对于 EPROM 单片机（如 8751），在 EPROM 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲（ PROG）。PSEN （29 脚）：此脚的输出是外部程序存储器的读选通信号。在从外部程序存储器取指令（或常数）期间，每个机器周期两次 PSEN有效。但在此期间，每当访问外部数据存储器时，这两次有精选学习资料 - - - - - -
14、- - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 21 页效的 PSEN信号将不出现。 PSEN同样可以驱动（吸收或输出）8 个LS型的 TTL输入。EA/VPP （引脚）：当 EA端保持高电平时，访问内部程序存储器，但在 PC （程序计数器）值超过0FFFH （对 851/8751/80C51）或1FFFH （对 8052）时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。当 EA保持低电平时，则只访问外部程序存储器，不管是否有内部程序存储器。对于常用的80C51来说，无内部程序存储器，所以EA脚必须常接地，这样才能只选择外部程序存储器。对于 EPROM 型的单片机（如8751）
15、，在 EPROM 编程期间，此引脚也用于施加 21V的编程电源（ VPP ）。4、输入 / 输出（ I/O ）引脚 P0、P1、P2、P3（共 32 根）P0 口（39 脚至 32 脚）：是双向 8 位三态 I/O 口，在外接存储器时，与地址总线的低8 位及数据总线复用，能以吸收电流的方式驱动 8 个 LS型的 TTL负载。P1 口（1 脚至 8 脚）：是准双向8 位 I/O 口。由于这种接口输出没有高阻状态，输入也不能锁存，故不是真正的双向I/O口。P1 口能驱动（吸收或输出电流）4 个 LS 型的 TTL 负载。对 8052、8032，P1.0 引脚的第二功能为T2 定时/ 计数器的外部输
16、入， P1.1 引脚的第二功能为T2EX 捕捉、重装触发，即T2 的外部控制端。对EPROM 编程和程序验证时，它接收低8 位地址。P2 口（21 脚至 28 脚）：是准双向8 位 I/O 口。在访问外部存储器时，它可以作为扩展电路高8 位地址总线送出高8 位地址。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 21 页在对 EPROM 编程和程序验证期间，它接收高8 位地址。 P2 可以驱动（吸收或输出电流） 4 个 LS型的 TTL负载。P3 口（10 脚至 17 脚）：是准双向8 位 I/O 口，在 MCS-51中，这 8 个引
17、脚还用于专门功能，是复用双功能口。P3 能驱动（吸收或输出电流） 4 个 LS型的 TTL负载。作为第一功能使用时，就作为普通I/O口用，功能和操作方法与 P1口相同。作为第二功能使用时，各引脚的定义如表所示。值得强调的是， P3 口的每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入输出或第二功能。如表 1 所示为 P3口的第二功能。表 1 P3 口第二功能引脚列表口线引脚第二功能P3.0 10 RXD（串行输入口）P3.1 11 TXD（串行输出口）P3.2 12 INT0（外部中断 0）P3.3 13 INT1（外部中断 1）P3.4 14 T0（定时器 0 外部输入）P3.5 15 T1（定时器
18、1 外部输入）P3.6 16 WR（外部数据存储器写脉冲）P3.7 17 RD（外部数据存储器读脉冲）3. 显示设计3.1 LED 显示的原理本设计中采用的是四个七段LED数码管来显示电压值，其中最高位显示通道号，其他三位显示电压值。LED具有耗电低、亮度高、视角大、线路简单、耐震及寿命长等优点，数码管是由 8 个发光二极精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 21 页管构成的显示器件，其外形如图4 所示。 ag 和 h 为 8 个发光二极管。在数码管中，若将二极管的阳极连在一起，称为共阳极数码管；若将二极管的阴极接在一起，就
19、称为共阴极数码管，如( 图 5)所示。当发光二极管导通时，它就会发光。每个二极管就是一个笔画，若干个二极管发光时，就构成了一个显示字符。将单片机的 I/O 口与数码管的 ag 及 h 相连，高电平的位对应的发光二极管亮，这样，由I/O口输出不同的代码，就可以控制数码管显示不同的字符。例如：当I/O口输出的代码为0011 1111时，数码管显示的字符为0。这样形成的显示字符的代码称为显示代码或段选码。3.2 LED 显示驱动在微型计算机控制系统中，常用的显示方法有动态显示和静态显示两种。在动态显示的方式下，各数码管的8 个引脚（ a-h ）并联在一起。与单片机的一个I/O相连，每个数码管的共阴端
20、（位选信号端）与单片机的另一I/O相连，控制数码管轮流被选中，轮流显示。 LED的驱动问题是一个非常重要的问题，因为一般I/O接口芯片的驱动能力是有限的，在LED 显示器接口电路中，输出口所能提图 5共阳接法与共阴接法图 4结构精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 21 页供驱动电流是够的，尤其在设计中需要用到多位LED,此时就需要增加驱动电路，驱动电路有多种，常用的是TTL或 MOS 集成电路驱动器，动态显示的一位数据的显示是由段和位选信号共同配合完成，因此必须考虑段和位的驱动能力，而且段的驱动能力决定位的驱动能力。本设计
21、中对于LED的驱动，本设计中使用了单片机的P2 口和数码管相连。 P2 口与数码管的 ag 及 dp 相连，高电平的位对应的发光二极管亮， ag 高电平为显示字符，dp 高电平时代表有小数点，这样，由P2 口输出不同的代码，就可以控制数码管显示不同的电压值。4. 设计接线图见附图5. 程序设计5.1 主程序设计图整个主程序就是在A/D 转换，数据处理及显示程序循环执行。整个程序流程框图如图6 所示。启动 ADC0809 对模拟量输入信号进行转换，通过查询P1.6 引脚来确定转换是否完成，若完成则把数据通过 P3端口读入，经过数据处理后在数码管上显示。精选学习资料 - - - - - - - -
22、 - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 21 页开始初始化启动 ADC0809转换结束P3口读取转换数据对读取的数据进行处理并存储输出显示结束YN图 6 程序流程图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 21 页5.2 源程序本设计主程序编写如下：ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H RETI ORG 000BH RETI ORG 0013H RETI ORG 001BH RETI ORG 002B RETI MAIN: MOV A, #FFH 。初始化MOV P0 ， A MOV
23、 P1 ， A MOV P3 ， A CLR A MOV P2 ， A MOV R0 ， #70H MOV R2 ， #06H LOP: MOV R0 ， A INC R0 DJNZ R2， LOP JNB P1.0， TD0 。选择通道JNB P1.1， TD1 JNB P1.2， TD2 TD0： CLR A 。A/D 转换子程序通道0 MOV P2 ， A MOV R0 ， #70H 。转换值放到70H 单元中SETB P2.7 SETB P1.5 CLR P2.4 CLR P2.5 CLR P2.6 JNB P1.6， $ 。检查是否转换完毕MOV A, P3 MOV R0 ， A L
24、CALL BCD0 LCALL DISP 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 21 页JNB P1.0， TD1 JNB P1.1， TD0 JNB P1.2， TD2 TD1： CLR A 。A/D 转换子程序通道1 MOV P2 ， A MOV R0 ， #70H 。转换值放到70H 单元中SETB P2.7 SETB P1.5 SETB P2.4 CLR P2.5 CLR P2.6 JNB P1.6， $ 。检查是否转换完毕MOV A, P3 MOV R0 ， A LCALL BCD1 LCALL DISP JNB
25、P1.0， TD2 JNB P1.1， TD0 JNB P1.2， TD1 TD2： CLR A 。A/D 转换子程序通道2 MOV P2 ， A MOV R0 ， #70H 。转换值放到70H 单元中SETB P2.7 SETB P1.5 CLR P2.4 SETB P2.5 CLR P2.6 JNB P1.6， $ 。检查是否转换完毕MOV A, P3 MOV R0 ， A LCALL BCD2 LCALL DISP LJMP MAIN BCD0: MOV A, #01H MOV 74H, A 。把通道 0 存入 74H 单元LJMP BCD BCD1：MOV A, #02H MOV 74
26、H, A 。把通道1存入 74H 单元LJMP BCD BCD2： MOV A, #03H MOV 74H, A 。把通道 2 存入 74H 单元精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 21 页LJMP BCD BCD: MOV A, R0 。BCD 码转换子程序MOV B, #51 。255/51=5.000V DIV AB MOV 73H, A 。个位数放入73H 单元MOV A, B 。余数大于19H，F0为 1，乘法溢出，结果加5 CLR F0 SUBB A, #1AH MOV F0, C MOV A, #10 MUL
27、 AB MOV B, #51 DIV AB JB F0, LOOP2 ADD A, #5 LOOP2: MOV 72H, A 。小数点后第一位放入72H 单元MOV A, B CLR F0 SUBB A, #1AH MOV F0, C MOV A, #10 MUL AB MOV B, #51 DIV AB JB F0, LOOP3 ADD A, #5 LOOP3: MOV 71H, A 。小数点后的第二位放入71H 单元MOV A, B CLR F0 SUBB A, #1AH MOV F0, C MOV A, #10 MUL AB MOV B, #51 DIV AB JB F0, LOOP4
28、ADD A, #5 LOOP4: MOV 6FH, A 。小数点后的第三位放入6FH 单元RET DISP: MOV R1, #71H 。共阴极显示子程序，显示内容在7174H 单元MOV R5, #0F1H 。数据在P0 口输出，列扫描在P2.0P2.3 PLAY: MOV P0, #0FFH MOV A, R5 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 21 页ANL P2 ， A MOV A, R1 MOV DPTR, #TAB MOVC A, A+DPTR MOV P0 ， A JNB P2.2，PLAY1 。小数点处理
29、SETB P0.7 。小数点显示（显示格式为XX.XX ）PLAY1: LCALL DL1MS INC R1 MOV A, P2 JB ACC.4, ENDOUT RL A MOV R5 ， A MOV P2, #0FFH AJMP PLAY ENDOUT: MOV P2, #0FFH MOV P0, #0FFH RET DL1MS: MOV R7, #2 。延时 1ms子程序DL1: MOV R6, 255 DJNZ R6, $ DJNZ R7, DL1 RET TAB:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7dh,07H,7FH,6FH ；段码表END 精选学习资料 - -
30、 - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 21 页6.心得体会这次数字电压表的设计让对我们对单片机的有了更深刻的了解。由于我们的水平有限，手头资料也不是很多，课程设计还并不十分完善，文中难免有不妥和疏漏之处，恳请老师批评指正。7.参考文献1 单片机原理及应用 . 北京：中国林业出版社，刘刚, 秦永左 . 2006.9 2 单 片机 控制 实习 与专 题制 作 . 北京 ：北京 航空航天大学出版 社，蔡朝洋.2006.11 3 51系列单片机设计实例 . 北京：北京航空航天大学出版社，楼然苗.2006.24 单片机原理及应用机械工业出版5 单片机应用
31、技术：系西安电子科技大学出版社，刘守义，2007.8 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 21 页6 单片机课程设计指导：北京航空航天大学出版社，楼然苗，李光飞，2007.7 附图XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.
32、5/A1326P2.6/A1427P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115U380C512-1MSB21ADDB24ADDA25ADDC23VREF(+)12VREF(-)16IN31IN42IN53IN64IN75START62-58EOC7OUTPUTENABLE9CLOCK10VCC112-220GND132-7142-6152-8LSB172-4182-319IN228IN127IN026ALE22U7ADC0809+5v+5vR110k23 4 56 7891RP1R210kC110uF简易数字电压表的设计姓名班级学号精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 21 页