单片机课程设计格式参考.doc

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1、单 片 机 课 程 设 计基于51单片机的智能数字电压表20142015学年第二学期 所在学校： 井 冈 山 大 学 所在学院： 电子与信息工程学院 课程名称： 单片机原理与应用课程设计 专业班级： 2012级电信本（一）班 学生姓名： 张 洪 指导老师： 程 娅 荔 2015 年 6月 25 日目 录一、设计题目1二、设计要求1三、设计目的1四、设计方案1五、硬件设计2（一） 单片机模块2（二） A/D转换模块4（三） 复位电路模块5（四） LED系统显示模块6六、软件分析6七、Proteus仿真8八、组员贡献9参考文献9附录：该设计的部分程序9一、设计题目 基于51单片机的智能数字电压表设

2、计二、设计要求题目要求：1、能用数码管显示电压值；2、精确度达0.05；3、系统具备复位功能；三、设计目的最近的几十年来，随着半导体技术、集成电路（IC）和微处理器技术的发展，数字电路和数字化测量技术也有了巨大的进步，从而促使了数字电压表的快速发展，并不断出现新的类型。数字电压表从1952年问世以来，经历了不断改进的过程，从最早采用继电器、电子管和形式发展到了现在的全固态化、集成化（IC化），另一方面，精度也从0.01%-0.005% 。目前，数字电压表的内部核心部件是A/D转换器，转换的精度很大程度上影响着数字电压表的准确度，因而，以后数字电压表的发展就着眼在高精度和低成本这两个方面。 这次

3、是以简易数字直流电压表的设计为研究内容，本系统主要包括三大模块：转换模块、数据处理模块及显示模块。其中，A/D转换采用ADC0808对输入的模拟信号进行转换，控制核心AT89C51再对转换的结果进行运算处理，最后驱动输出装置LED显示数字电压信号。四、设计方案数字电压表的设计方案很多，但采用集成电路来设计较流行。其设计主要是由模拟电路和数字电路两大部分组成，模拟部分包括A/D转换器，基准电源等;数字部分包括振荡器，数码显示，计数器等。其中，A/D转换器将输入的模拟量转换成数字量，它是数字电压表的一个核心部件，这里采用逐次逼近式A/D转换器。它的转换速度更快，而且精度更高，比如ADC0808、A

4、DC0809等，它们通常具有8路模拟选通开关及地址译码、锁存电路等，它们可以与单片机系统连接，将数字量送单片机进行分析和显示。这样电路设计简单，电路板布线不复杂，便于焊接、调试。五、 硬件设计核心元器件介绍（一） 单片机模块AT89C51介绍图（1）描述：AT89C51是一个低电压，高性能CMOS8位单片机带有4K字节的可反复擦写的程序存储器（PENROM）。和128字节的存取数据存储器（RAM），这种器件采用ATMEL公司的高密度、不容易丢失存储技术生产，并且能够与MCS-51系列的单片机兼容。片内含有8位中央处理器和闪烁存储单元，有较强的功能的AT89C51单片机能够被应用到控制领域中。引

5、脚描述VCC：电源电压GND：地P0口：P0口是一组8位漏极开路双向I/O口，即地址/数据总线复用口。作为输出口时，每一个管脚都能够驱动8个TTL电路。当“1”被写入P0口时，每个管脚都能够作为高阻抗输入端。P0口还能够在访问外部数据存储器或程序存储器时，转换地址和数据总线复用，并在这时激活内部的上拉电阻。P0口在闪烁编程时，P0口接收指令，在程序校验时，输出指令，需要接电阻。P1口：P1口一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动4个TTL电路。对端口写“1”，通过内部的电阻把端口拉到高电平，此时可作为输入口。因为内部有电阻，某个引脚被外部信号拉低时输出一个电流。闪烁编程时

6、和程序校验时，P1口接收低8位地址。P2口：P2口是一个内部带有上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动4个TTL电路。对端口写“1”，通过内部的电阻把端口拉到高电平，此时，可作为输入口。因为内部有电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器时，P2口线上的内容在整个运行期间不变。闪烁编程或校验时，P2口接收高位地址和其它控制信号。P3口：P3口是一组带有内部电阻的8位双向I/O口，P3口输出缓冲故可驱动4个TTL电路。对P3口写如“1”时，它们被内部电阻拉到高电平并可作为输

7、入端时，被外部拉低的P3口将用电阻输出电流。RST：复位输入。当震荡器工作时，RET引脚出现两个机器周期以上的高电平将使单片机复位。ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ALE以时钟震荡频率的1/16输出固定的正脉冲信号，因此它可对输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲时，闪烁存储器编程时，这个引脚还用于输入编程脉冲。如果必要，可对特殊寄存器区中的8EH单元的D0位置禁止ALE操作。这个位置后只有一条MOVX和MOVC指令ALE才会被应用。此外，这个引脚会微弱拉高，单片机执行

8、外部程序时，应设置ALE无效。PSEN：程序储存允许输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C51由外部程序存储器读取指令时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号不出现。EA/VPP：外部访问允许。欲使中央处理器仅访问外部程序存储器，EA端必须保持低电平。需要注意的是：如果加密位LBI被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平，CPU则执行内部程序存储器中的指令。闪烁存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电压VPP，当然这必须是该器件是使用12V编程电压VPP。（二） A/D转换模块现实世界的物理量都是模拟量

9、，能把模拟量转化成数字量的器件称为模/数转换器（A/D转换器），A/D转换器是单片机数据采集系统的关键接口电路，按照各种A/D芯片的转化原理可分为逐次逼近型，双重积分型等等。双积分式A/D转换器具有抗干扰能力强、转换精度高、价格便宜等优点。与双积分相比，逐次逼近式A/D转换的转换速度更快，而且精度更高，比如ADC0809、ADC0808等，它们通常具有8路模拟选通开关及地址译码、锁存电路等，它们可以与单片机系统连接，将数字量送到单片机进行分析和显示。一个n位的逐次逼近型A/D转换器只需要比较n次，转换时间只取决于位数和时钟周期，逐次逼近型A/D转换器转换速度快，因而在实际中广泛使用。图（2）A

10、DC0808主要特性 ADC0808是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，带有使能控制端，与微机直接接口，片内带有锁存功能的8路模拟多路开关，可以对8路0-5V输入模拟电压信号分时进行转换，由于ADC0808设计时考虑到若干种模/数变换技术的长处，所以该芯片非常适应于过程控制，微控制器输入通道的接口电路，智能仪器和机床控制等领域。ADC0808主要特性:8路8位A/D转换器，即分辨率8位；具有锁存控制的8路模拟开关；易与各种微控制器接口；可锁存三态输出，输出与TTL兼容；转换时间：128s；转换精度：0.2%；单个+5V电源供电；模拟输入电压范围0-+5V，无需外部零点和满度调整；低功耗，约

11、15mW。（三） 复位电路模块单片机在启动运行时都需要复位，使CPU和系统中的其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。MCS-51单片机有一个复位引脚RST,采用施密特触发输入。当震荡器起振后，只要该引脚上出现2个机器周期以上的高电平即可确保时器件复位1。复位完成后，如果RST端继续保持高电平，MCS-51就一直处于复位状态，只要RST恢复低电平后，单片机才能进入其他工作状态。单片机的复位方式有上电自动复位和手动复位两种，图6是51系列单片机统常用的上电复位和手动复位组合电路，只要Vcc上升时间不超过1ms，它们都能很好的工作。 图（3）（四） LED显示系统模块LED是发光二

12、极管显示器的缩写。LED由于结构简单、价格便宜、与单片机接口方便等优点而得到广泛应用。LED显示器是由若干个发光二极管组成显示字段的显示器件6。在单片机中使用最多的是七段数码显示器。LED七段数码显示器由8个发光二极管组成显示字段，其中7个长条形的发光二极管排列成“日”字形，另一个圆点形的发光二极管在显示器的右下角作为显示小数点用，其通过不同的组合可用来显示各种数字。 图（4）六、软件分析根据模块的划分原则，将该程序划分初始化模块，A/D转换子程序和显示子程序，这三个程序模块构成了整个系统软件的主程序：图（5）1.A/D转换子程序A/D转换子程序用来控制对输入的模块电压信号的采集测量，并将对应

13、的数值存入相应的内存单元，其转换流程图如图：图（6）2.显示子程序显示子程序采用动态扫描实现四位数码管的数值显示，在采用动态扫描显示方式时，要使得LED显示的比较均匀，又有足够的亮度，需要设置适当的扫描频率，当扫描频率在70HZ左右时，能够产生比较好的显示效果，一般可以采用间隔10ms对LED进行动态扫描一次，每一位LED的显示时间为1ms 。在本设计中，为了简化硬件设计，主要采用软件定时的方式，即用定时器0溢出中断功能实现11s定时，通过软件延时程序来实现5ms的延时。七、Proteus仿真Proteus软件用于系统的仿真，编译软件采用keil UV4。程序的仿真用英国的labcenter公

14、司的Proteus V7.7。其结果如下图：图（7）八、组员贡献姓名职务贡献度各成员所完成的任务王昆组长50%负责整个课题程序的编写以及Proteus仿真张洪组员50%负责课程设计名称、设计目的、设计要求、设计方案参考文献1胡健.单片机原理及接口技术.北京：机械工业出版社，2004年10月。2王毓银.数字电路逻辑设计.高等教育出版社，2005年12月。3于殿泓、王新年.单片机原理与程序设计实验教程.西安电子科技大学出版社，2007年5月。4谢维成、杨加国.单片机原理与应用及C51程序设计实例.电子工业出版社，2006年3月。5李广弟.单片机基础.北京航空航天大学出版社，2007年5月。6姜志海

15、,黄玉清等著.单片机原理及应用M.北京:电子工业出版社.2005年7月。附录：该设计的部分程序#include#include/库函数头文件，代码中引用了_nop_()函数/*ADC初始定义*/sbit start=P33; /转换开始控制sbit oe=P36; /输出允许控制sbit eoc=P37; /转换结束信号sbit clock=P34; /转换时钟sbit P0_2=P02; /蜂鸣器sbit P0_5=P05;sbit P0_6=P06;sbit P0_7=P07; /*1602液晶初始定义*/sbit RS=P30; /读控制sbit RW=P31; /写控制sbit E=P

16、32; /使能端sbit key=P35;unsigned char da0,da1,da2,da3,da4;unsigned int temp;unsigned int d1,d2,d3; unsigned char dat; /数字电压量unsigned char lcdd=;void lcd_w_cmd(unsigned char com); /写命令函数void lcd_w_dat(unsigned char dat); /写数据函数void display(unsigned char dat); /显示函数unsigned char lcd_r_start(); /读状态函数void

17、 int1(); /LCD初始化函数void delay(unsigned char t); /可控延时函数void delay1(); /软件实现延时函数，5个机器周期/*显示函数部分*/void display(unsigned char dat)temp=dat; da1=temp/51%10; /个位d1=temp%51;d1=d1*10; da2=d1/51; /十分位d2=d1%51;d2=d2*10;da3=d2/51; /百分位d3=d2%51;d3=d3*10;da4=d3/51; /千分位lcd_w_cmd(0x0c); /设置光标不显示、不闪烁delay(20);lcd_

18、w_cmd(0xc0); /第二行起始显示地址0x80delay(20);delay(2); lcd_w_dat(V); /显示字符串volatage is lcd_w_dat(o);lcd_w_dat(l); lcd_w_dat(a);lcd_w_dat(t);lcd_w_dat(a);lcd_w_dat(g);lcd_w_dat(e);lcd_w_dat( );/显示电压的大小 lcd_w_dat(lcddda1); /个位lcd_w_dat(.); /小数点 lcd_w_dat(lcddda2); /十分位lcd_w_dat(lcddda3); /百分位 lcd_w_dat(lcddda

19、4);/千分位lcd_w_dat(V); /单位 /*主函数*/void main()P0_2=1; /关蜂鸣器P0_5=P0_6=P0_7=0; /选择000第一通道int1(); /LCD初始化 while(1) start=0; start=1; /获得上升沿复位 start=0; /获得下降沿启动转换，同时ALE开锁存 do clock=clock; /时钟信号 while(eoc=0); /等待转换结束，eoc=1结束 oe=1; /三态锁存缓冲器打开 dat=P1;/数字电压信号输出 oe=0; /三态锁存缓冲器关闭 display(dat);if(key=0) delay(10)

20、; if(key=0) while(!key);P1=0; /*延时函数*/void delay(unsigned char t) unsigned char j,i; for(i=0;it;i+) for(j=0;j20;j+); /*延时函数1*/void delay1() _nop_(); _nop_(); _nop_();/*LCD初始化函数*/void int1() lcd_w_cmd(0x3c); / 设置工作方式 lcd_w_cmd(0x0c); / 设置光标 lcd_w_cmd(0x01); / 清屏 lcd_w_cmd(0x06); / 设置输入方式 lcd_w_cmd(0x

21、80); / 设置初始显示位置/*LCD读状态函数*/返回值：返回状态字，最高位D7=0，LCD控制器空闲；D7=1,LCD控制器忙unsigned char lcd_r_start() unsigned char s; RW=1; /RW=1，RS=0，读LCD状态 delay1(); RS=0; delay1(); E=1; /E端时序 delay1(); s=P2; /从LCD的数据口读状态 delay1(); E=0; delay1(); RW=0; delay1(); return(s); /返回读取的LCD状态字/*LCD写命令函数*/void lcd_w_cmd(unsigned

22、 char com) unsigned char i; do / 查LCD忙操作 i=lcd_r_start(); / 调用读状态字函数 i=i&0x80; / 与操作屏蔽掉低7位 delay(2); while(i!=0); / LCD忙，继续查询，否则退出循环RW=0;delay1();RS=0; / RW=0，RS=0，写LCD命令字delay1();E=1; /E端时序delay1();P2=com; /将com中的命令字写入LCD数据口delay1();E=0;delay1();RW=1;delay(255);/*LCD写数据函数*/void lcd_w_dat(unsigned char dat) unsigned char i; do / 查忙操作 i=lcd_r_start(); / 调用读状态字函数 i=i&0x80; / 与操作屏蔽掉低7位 delay(2); while(i!=0); / LCD忙，继续查询，否则退出循环RW=0;delay1();RS=1; / RW=1，RS=0，写LCD数据delay1();E=1; / E端时序delay1();P2=dat; / 将dat中的显示数据写入LCD数据口delay1();E=0;delay1();RW=1;delay(255);