8路输入模拟信号数值显示电路单片机课程设计650.pdf

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1、 单片机课程设计 8 路输入模拟信号数值显示电路 姓 名:李 花 同 组 人:赵 家 专业班级:电信 0204 班 学 号:020910164 指导老师:付永红 职 称:副教授 -1-计算机与电子工程系教务办制 二 00 五年十二月 评审表 评审意见:-2-评定成绩:指导老师:年 月 日 摘 要 本系统是基于 AT89S52单片机设计的，由具有 8 通道的模数转换芯片 ADC0809采集模拟信号，并将采集到的数据送入 AT89S52进行处理，其中 ADC0809的 1MHZ-3-时钟脉冲直接由单片机的 ALE脚输出的六分频时钟信号经过 74LS74二分频得到。在设计中采用了精简电路及充分利用软

2、件资源为原则，采用了软件译码，并利用三极管扩流来驱动数码管。同时兼顾系统的性能指标，采用了四位数码管进行动态显示，分别显示模拟通道数以及采集到的模拟电压的数值。本系统经设计调试达到了预期的设计要求，能够标准地自动轮流显示 8路模拟电压数值量，精度为 0.02V，误差系数为 0.01。关 键 词 模拟信号；AT89S52；ADC0809；数值显示 目录 -4-一、设计任务及要求.-4-二、总体设计方案.-5-三、硬件电路设计.-5-1、模拟信号采集电路：.-5-2、数据处理模块电路.-7-3、数码显示模块电路.-8-四、软件设计.-9-1、主程序.-9-2、初始化程序.-9-3、显示子程序.-9

3、-4、模数转换测量子程序.-9-五、检测与调试.-10-六、系统改进设想.-11-七、总结.-11-参考文献.-12-附件一：总的电路原理图.-12-附件二：程序清单.-13-附件三：数值量模拟量转换对照表（ADC0809 的参考电压为 5V）-18-附件四：元件清单.-20-一、设计任务及要求 设计一个8 路输入模拟信号数值显示电路，具体要求如下：-5-a.8路模拟信号输入；b.自动轮流显示8 个通道模拟信号的数值；c.最小分辨率为0.02V；d.最大显示数值为255；f.测量电压最大值为5V。二、总体设计方案 8 路输入模拟信号数值显示电路由A/D转换、数据处理及显示控制等组成。根据设计要

4、求，要求能同时输入8 路模拟信号，故在本设计中采用了8 路的模数转换器AD0809；由单片机AT89C52提供控制信号控制 AD0809，并对采集到的数据进行处理，通过软件编程实现 8 路模拟信号电压数值自动轮流显示；为得到 8 路模拟信号的数值进行轮流显示，本设计中采用了四个数码管，通过软件直接译码，间接驱动4 个共阳极数码管，并通过动态显示来轮流显示4 个数码管。系统总体框图设计如下图所示：图一 系统总体设计框图 三、硬件电路设计 1、模拟信号采集电路：AD 0809 8 路模拟信号采集 AT89C52 控制信号 数据信号 数值 显示电路 -6-模拟信号采集需要用到模数转换器，而ADC08

5、09具有较高的转换速度和精度，分辨率为8 位，且受温度影响较小，能较长时间保证精度，重现性好，功耗较低，且具有8 路模拟开关，满足本电路的设计要求，故在该电路模块中采用了ADC0809进行8路模拟信号采集，模数转换器 ADC0809各引脚功能如图二所示：IN7IN0：8 个模拟量输入端；START：启动信号，当START为高电平时，A/D转换开始；EOC：转换结束信号，当A/D转换结束后，发出一个正脉冲，表示 A/D转换完毕。此信号可用做A/D转换是否结束的检测信号，或向 CPU申请中断的信号；ENABLE：输出允许信号。当此信号有效时，允许从A/D转换器的锁存器中读取数字量。此信号可作为AD

6、C0809的片选信号，高电平有效；CLOCLK：实时时钟，可通过外接RC电路改变时钟频率；ALE：地址锁存允许，高电平有效。当ALE为高电平时，允许C，B，A 所示的通道被选中，并把该通道的模拟量接入A/D转换器；C，B，A：通道号选择端子。C 为最高位，A 为最低位；D7D0：数字量输出端；VREF（+），VREF（-）：参考电压端子。用以提供D/A转换器权电阻的标准电平。对于一般单极性模拟量输入信号，VREF（+）=+5V，VREF（-）=0V；VCC：电源端子，接+5V；GND：接地端。ADC0809是由单一电源，+5V供电，模拟电压的输入范围为05V，故本设计允许输入的模拟电压最大值为

7、5V。该电路模块的工作过程：第22脚ALE为地址锁存控制，当输入为高电平时，对地址信号进行锁存；6 脚START为测试控制，当输入一个2us宽高电平脉冲时，就开始A/D转换；7 脚EOC为A/D转换结束标志，当A/D转换结束时，7 脚输出高电平；9 脚ENABLE为A/D转换数据输出允许控制，当ENABLE脚为高电平时，A/D转换数据从端口输出；则可读出数据。ADC0809的转换速度取决于芯片的时钟频率，要求时钟频率范围为：101280KHZ，在本设计中我们采用了由单片机ALE脚的六分频晶振信号再通过14024二分频得到，故ADC0809的工作频率为1MHZ，转换时间为D6543P002617

8、U14模 拟 输 入（05V）-7-1US。图二 模拟信号采集电路 2、数据处理模块电路 该电路主要完成将接受到的ADC0809转换输出的二进制数值进行BCD码的转换，并根据设计要求完成8 路数值轮流显示的功能，故需借助单片机来完成编程功能。在本设计中，采用了AT89S52单片机，AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，由单片

9、机P0口接收二进制数据。设计中单片机中的I/O口都用做普通的输入输出口，由P1口接受AD0809送来的二进制数值，P0口是数码管数值输出口，P3.0P3.3作为数码管的位驱动口。为得到AD0809的时钟信号，在设计中，利用了单片机的ALE端口。ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8 位地址的输出脉冲。在一般情况下，ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，为了得到1MHZ的时钟频率，在电路中采用了74LS74带预置和清除端的双D 触发器74LS74，通过总原理图的接法，可以得到二分频器，连接至ALE端之后，可以得到满足AD0809转换的时钟脉冲。74LS7

10、4的引脚功能表如下表一所示。3456ABCD6543TitleNumberRevisionSizeBDate:28-Dec-2005Sheet of File:E:ziliao电 子 制 作 大 赛protelMyDesign.ddb Drawn By:P00P01P02Rd11D21CP31Sd41Q51Q6GND72Q82Q92Sd102CP112D122Rd13VCC14U1374LS74/RDALEP03P04P05P06P07P20P21P22P23P24P25IN-026msb2-1212-220IN-1272-3192-418IN-2282-582-615IN-312-714ls

11、b2-817IN-42EOC7IN-53ADD-A25IN-64ADD-B24ADD-C23IN-75ALE22ref(-)16ENABLE9START6ref(+)12CLOCK10GND13Vcc11U14AD0809模 拟 输 入（05V）+5VGND-8-表一 74LS74功能表 单片机的P2口输出控制信号，以此来控制ADC0809的转换。具体的数据处理过程，将在软件设计中进行详细介绍。3、数码显示模块电路 根据设计要求，要求自动轮流显示模拟通道数，以及8 路模拟电压数值，根据功能要求，结合实际的布局布线复杂程度及调试的难易程度，为简化电路起见，在设计中我们采用了动态显示，并用四个连接

12、的共阳数码管取代了单个的数码管，以做到调试简单，实现容易。由于根据数码管的参数要求，要求其驱动电流在10MA20MA之间，在电路中采用9012三极管进行扩流来驱动四个数码管；在本设计中段码显示是由P0口进行输出，为防止数码管灌入单片机的电流超出了允许的电流范围，在数码管与单片机的P1口之间接入了510欧姆的电阻。硬件电路图如图 所示。同样为了简化电路，且充分利用单片机的资源，采用了软件译码代替硬件译码的方式，来进行数值显示。由于人眼的视觉暂留时间为0.1S（100MS），所以每位显示的间隔不能超过 20MS，并保持延时一段时间，以造成视觉暂留效果，给人看上去每个数码管总在亮，在本设计中每位数值

13、的显示时间为 1MS，一个通道的数值显示包括了通道数及电压数值轮流显示，共轮番显示255次，所以每个通道的停留时间为 1S。4321DabfcgdeVCC1234567abcdefg8dpdp9U11AMBERCAg个 位abcfggaR104.7KabfcgdeVCC1234567abcdefg8dpdp9U10AMBERCAbT89012T79012fbeT69012ca百 位bR94.7K十 位deR13dR14R15R16R17R18R19510*7abfcgdeVCC1234567abcdefg8dpdp9U5AMBERCAffgfcdcP30aP31eeeP32dR74.7KP33

14、abT59012R84.7KabfcgdeVCC1234567abcdefg8dpdp9U9AMBERCA+5Vgdc显 示 通 道P10P11P12P13P14P15P16-9-图三 数码显示模块电路 由于本设计中显示的数值不是实际的模拟电压值，而只是由AD0809采集的到模拟电压显示的二进制数，为使使用者能够通过数值得到实际的模拟电压数值，可以通过下表进行查阅，例如：如果数码管显示的数值为2136，则表示，模拟通道IN2的电压值为由数值量136代表的模拟电压2.6656V。详细转换情况见附件三。四、软件设计 1、主程序 当进行一次测量后，将显示出每一通道的A/D转换值。每个通道的数据显示时

15、间在1s左右。主程序在调用显示程序和测试程序之间循环，其流程图如图四所示。2、初始化程序 系统上电时，将70H77H内存单元清零，P2口置零。3、显示子程序 采用动态扫描法实现四位数码管的数值显示。测量所得的A/D转换数据放在70H77H内存单元中。测量数据在显示时需经过转换成为十进制 BCD码放在78H7BH中，其中7BH存放通道标志数。寄存器 R3用来作为8 路循环控制，R0用做显示数据地址指针。4、模数转换测量子程序 模数转换测量子程序是用来控制对0809 8路模拟输入电压的A/D转换，并将对应的数值移入70H77H内存单元，其程序流程如图五所示。具体程序清单见附件二。开始 初始化 启动

16、测试 开始 -10-图四 主程序流程图 图五 A/D转换测量程序流程图 程序的资源分配：内部RAM70H77H是8 路模拟信号经过AD转换得到的二进制数存储单元，78H7BH是分别作为数码管的的模拟通道数，电压数值的百位、十位、个位。五、检测与调试 按照总的电路图进行布局和布线，焊接完成之后，进行了系统检测，本电路的检测步骤如下：a.在通电之前，先检查电源与地端之间的电阻大小，在正常情况下，电阻值为无穷大，但实际情况为几千欧姆。如果电阻小，则说明电路中存在短路现象，可通-11-过定点与动点结合的试触法进行测试，检查短路的引脚，并矫正。b.通电之后，检测单片机是否工作正常，通过检测单片机的30脚

17、ALE看是否有正弦波输出，且其电压值是否为电源电压的一半。如果单片机没工作，则看振荡电路是否正常，检测18，19脚的电压是否在2.2V左右。c.检测复位电路是否工作正常，按下复位开关之后，单片机的第9 脚是否有高电平。如果没有，则检查复位电路是否连接正确。d.检测各集成芯片是否工作正常，即检测各芯片的电源端是否有电压。经检测完毕无异常情况之后，可以通过烧写器下载程序进行调试。以下是在本次调试过程当中遇到的问题：a.数码管只亮了后面两个，经检测数码管是好的，通过检测电路焊接情况，由于存在虚焊的情况，经矫正之后数码管亮了三个，为检查唯一一个不亮的数码管，采用了程序检测与硬件检测相结合的方法，最后得

18、出结论三极管是坏的，换掉三极管之后，数码管工作完全正常。b.在数码管显示时，发现数码管在初次采样显示为00，经调节程序的顺序并修改，从程序上电之初就开始轮流采集八路模拟电压，通过数码管显示，可以得到标准的电压数值量。c.为检测得到的电压数值量与其代表的模拟电压是否相一致，用数字电压表测量模拟量与理论计算得到的模拟量进行比较，在开始检测时出现了较大的差值，经过检测发现，电压输入端存在虚焊的现象，经矫正，得到的测量值与理论值之间的误差为0.01左右，满足题目的精度要求。六、系统改进设想 本设计可进一步进行指标和性能的完善，比如：可以扩大电压的量程范围，可以通过自动量程转换来实现；可以采用C 语言来

19、编写，提高显示数值显示精度，并可显示模拟电压的实际值。七、总结 -12-在本系统的设计制作过程中，经过两人的合作与努力，虽然在设计与制作过程中出现了各种各样的问题和情况，但是我们都能够冷静地进行硬件和软件检测，并针对性地进行纠正，在进行了全面检测及反复调试之后，该系统已经完全实现了所有功能，并达到了预期的所有指标。参考文献 1李朝青单片机原理及接口技术北京1998166。2阎石数字电子技术基础北京1998.12150。3藩新民，王燕芳微型计算机控制技术北京2005.352。附件一：总的电路原理图 BCD65Rd1D1CP1Sd1Q1QGND2Q82Q92Sd102CP112D122Rd13VC

20、C14134LS74/RDIN-026msb2-12-2IN-1272-32-4IN-2282-52-6IN-312-7lsb2-8IN-42EOC7IN-53ADD-AIN-64ADD-BADD-CIN-75ALEref(-)16ENABLESTARTref(+)12CLOCK10GND13Vcc1114D0809模拟输入（05V）+5V-13-附件二：程序清单 主程序和中断程序入口 ORG 0000H ;程序执行开始地址 -14-LJMP START ;跳至 START 执行 ORG 0003H ;外中断 0 中断入口地址 RETI ;中断返回(不开中断)ORG 000BH ;定时器 T0

21、 中断入口地址 RETI ;中断返回(不开中断)ORG 0013H ;外中断 1 中断入口地址 RETI ;中断返回(不开中断)ORG 001BH ;定时器 T1 中断入口地址 RETI ;中断返回(不开中断)ORG 0023H ;串行口中断入口地址 RETI ;中断返回(不开中断)ORG 002BH ;定时器 T2 中断入口地址 RETI ;中断返回(不开中断);初始化程序中的各变量 CLEARMEMIO:CLR A ;MOV P2,A ;P2 口置 0 MOV R0,#70H ;内存循环清 0(70H7BH)MOV R2,#0CH LOOPMEM:MOV R0,A INC R0 DJNZ

22、R2,LOOPMEM MOV A,#0FFH MOV P0,A ;P0,P1,P3 端口置 1 MOV P1,A MOV P3,A RET ;子程序返回;主程序 START:LCALL CLEARMEMIO ;初始化 MAIN:LCALL TEST ;测量一次 -15-LCALL DISPLAY ;显示数据一次 AJMP MAIN ;返回 MAIN 循环 NOP ;PC 值出错处理 NOP ;空操作 NOP ;空操作 LJMP START ;重新复位启动 DISPLAY:MOV R3,#08H ;8 路信号循环显示控制 MOV R0,#70H ;显示数据初址(70H77H)MOV 7BH,#0

23、0H ;显示通道路数(07)DISLOOP1:MOV A,R0 ;显示数据转为三位十进制 BCD码存入 MOV B,#100 ;7AH,79H,78H 显示单元内 DIV AB ;显示数据除 100 MOV 7AH,A ;商入 7AH MOV A,#10 ;A 放入数 10 XCH A,B ;余数与数 10 交换 DIV AB ;余数除 10 MOV 79H,A ;商入 79H MOV 78H,B ;余数入 78H MOV R2,#0FFH ;每路显示时间控制 4ms*255 DISLOOP2:LCALL DISP ;调四位 LED 显示程序 DJNZ R2,DISLOOP2;每路显示时间控制

24、 INC R0 ;显示下一路 INC 7BH ;通道显示数值加 1 DJNZ R3,DISLOOP1;8 路显示未完转 DISLOOP1 再循环 RET ;8 路显示完子程序结束;LED 共阳显示子程序,显示内容在 78H7BH,数据在 P1 输出,列扫描在P3.0P3.3 口 DISP:MOV R1,#78H ;赋显示数据单元首址 -16-MOV R5,#0FEH ;扫描字 PLAY:MOV P1,#0FFH ;关显示 MOV A,R5 ;取扫描字 ANL P3,A ;开显示 MOV A,R1 ;取显示数据 MOV DPTR,#TAB ;取段码表首址 MOVC A,A+DPTR ;查显示数据

25、对应段码 MOV P1,A ;段码放入 P1 口 LCALL DL1MS ;显示 1ms INC R1 ;指向下一地址 MOV A,P3 ;取 P3 口扫描字 JNB ACC.3,ENDOUT;四位显示完转 ENDOUT 结束 RL A ;扫描字循环右移 MOV R5,A ;扫描字放入 R5 暂存 MOV P3,#0FFH ;显示暂停 AJMP PLAY ;转 PLAY 循环 ENDOUT:MOV P3,#0FFH ;显示结束,端口置 1 MOV P1,#0FFH RET ;子程序返回;LED 数码显示管用共阳段码表,分别对应 09,最后一个是熄灭符 TAB:DB 0C0H,0F9H,0A4H

26、,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH;1ms 延时子程序,LED 显示用 DL1ms:MOV R6,#14H DL1:MOV R7,#19H DL2:DJNZ R7,DL2 DJNZ R6,DL1 RET;模数转换测量子程序 TEST:CLR A ;清累加器 A -17-MOV P2,A ;清 P2 口 MOV R0,#70H ;转换值存放首址 MOV R7,#08H ;转换 8 次控制 LCALL TESTART ;启动测试 WAIT:JB P3.7,MOVD ;等 A/D 转换结束后转 MOVD AJMP WAIT ;P3.7 为 0 等待 TESTART

27、:SETB P2.3 ;锁存测试通道地址 NOP ;延时 2us NOP CLR P2.3 ;测试通道地址锁存完毕 SETB P2.4 ;启动测试,发开始脉冲 NOP ;延时 2us NOP CLR P2.4 ;发启动脉冲完毕 NOP ;延时 4us NOP NOP NOP RET ;子程序调用结束;取 A/D 转换数据至 70H77H 内存单元 MOVD:SETB P2.5 ;0809 输出允许 MOV A,P0 ;将 A/D 转换值移入 A MOV R0,A ;放入内存单元 CLR P2.5 ;关闭 0809 输出 INC R0 ;内存地址加 1 MOV A,P2 ;通道地址移入 A IN

28、C A ;通道地址加 1 MOV P2,A ;通道地址送 0809 CLR C ;清进位标志 -18-CJNE A,#08H,TESTCON;通道地址不等于 8 转 TESTCONT再测试 JC TESTCON ;通道地址小于 8 转 TESTCONT 再测试 CLR A ;大于或等于 8,A/D 转换结束,恢复端口 MOV P2,A ;P2 口置 1 MOV A,#0FFH ;MOV P0,A ;P0 置 1 MOV P1,A ;P1 置 1 MOV P3,A ;P3 置 1 RET ;取 A/D 转换数据结束 TESTCON:LCALL TESTART;再发测试启动脉冲 LJMP WAIT

29、 ;跳至 WAIT 等待 A/D 转换结束信号 END ;程序结束 附件三：数值量模拟量转换对照表（ADC0809 的参考电压为 5V）数值量 模拟量 数值量 模拟量 数值量 模拟量 数值量 模拟量 数值量 模拟量 数值量 模拟量 1 0.0196 51 0.9996 101 1.9796 151 2.9596 201 3.9396 251 4.9196 -19-2 0.0392 52 1.0192 102 1.9992 152 2.9792 202 3.9592 252 4.9392 3 0.0588 53 1.0388 103 2.0188 153 2.9988 203 3.9788 25

30、3 4.9588 4 0.0784 54 1.0584 104 2.0384 154 3.0184 204 3.9984 254 4.9784 5 0.098 55 1.078 105 2.058 155 3.038 205 4.018 255 4.998 6 0.1176 56 1.0976 106 2.0776 156 3.0576 206 4.0376 7 0.1372 57 1.1172 107 2.0972 157 3.0772 207 4.0572 8 0.1568 58 1.1368 108 2.1168 158 3.0968 208 4.0768 9 0.1764 59 1.1

31、564 109 2.1364 159 3.1164 209 4.0964 10 0.196 60 1.176 110 2.156 160 3.136 210 4.116 11 0.2156 61 1.1956 111 2.1756 161 3.1556 211 4.1356 12 0.2352 62 1.2152 112 2.1952 162 3.1752 212 4.1552 13 0.2548 63 1.2348 113 2.2148 163 3.1948 213 4.1748 14 0.2744 64 1.2544 114 2.2344 164 3.2144 214 4.1944 15

32、0.294 65 1.274 115 2.254 165 3.234 215 4.214 16 0.3136 66 1.2936 116 2.2736 166 3.2536 216 4.2336 17 0.3332 67 1.3132 117 2.2932 167 3.2732 217 4.2532 18 0.3528 68 1.3328 118 2.3128 168 3.2928 218 4.2728 19 0.3724 69 1.3524 119 2.3324 169 3.3124 219 4.2924 20 0.392 70 1.372 120 2.352 170 3.332 220 4

33、.312 21 0.4116 71 1.3916 121 2.3716 171 3.3516 221 4.3316 22 0.4312 72 1.4112 122 2.3912 172 3.3712 222 4.3512 23 0.4508 73 1.4308 123 2.4108 173 3.3908 223 4.3708 24 0.4704 74 1.4504 124 2.4304 174 3.4104 224 4.3904 25 0.49 75 1.47 125 2.45 175 3.43 225 4.41 26 0.5096 76 1.4896 126 2.4696 176 3.449

34、6 226 4.4296 27 0.5292 77 1.5092 127 2.4892 177 3.4692 227 4.4492 -20-28 0.5488 78 1.5288 128 2.5088 178 3.4888 228 4.4688 29 0.5684 79 1.5484 129 2.5284 179 3.5084 229 4.4884 30 0.588 80 1.568 130 2.548 180 3.528 230 4.508 31 0.6076 81 1.5876 131 2.5676 181 3.5476 231 4.5276 32 0.6272 82 1.6072 132

35、 2.5872 182 3.5672 232 4.5472 33 0.6468 83 1.6268 133 2.6068 183 3.5868 233 4.5668 34 0.6664 84 1.6464 134 2.6264 184 3.6064 234 4.5864 35 0.686 85 1.666 135 2.646 185 3.626 235 4.606 36 0.7056 86 1.6856 136 2.6656 186 3.6456 236 4.6256 37 0.7252 87 1.7052 137 2.6852 187 3.6652 237 4.6452 38 0.7448

36、88 1.7248 138 2.7048 188 3.6848 238 4.6648 39 0.7644 89 1.7444 139 2.7244 189 3.7044 239 4.6844 40 0.784 90 1.764 140 2.744 190 3.724 240 4.704 41 0.8036 91 1.7836 141 2.7636 191 3.7436 241 4.7236 42 0.8232 92 1.8032 142 2.7832 192 3.7632 242 4.7432 43 0.8428 93 1.8228 143 2.8028 193 3.7828 243 4.76

37、28 44 0.8624 94 1.8424 144 2.8224 194 3.8024 244 4.7824 45 0.882 95 1.862 145 2.842 195 3.822 245 4.802 46 0.9016 96 1.8816 146 2.8616 196 3.8416 246 4.8216 47 0.9212 97 1.9012 147 2.8812 197 3.8612 247 4.8412 48 0.9408 98 1.9208 148 2.9008 198 3.8808 248 4.8608 49 0.9604 99 1.9404 149 2.9204 199 3.9004 249 4.8804 50 0.98 100 1.96 150 2.94 200 3.92 250 4.9 附件四：元件清单 元件类型 名 称 数 量