基于单片机的数字电压表设计-课程设计

物理与电子工程学院《单片机原理与接口技术》课程设计报告书设计题目：基于单片机的数字电压表设计专业：自动化班级：11级2班学生姓名:胡云峰学号:2011341210指导教师：成燕平2014年12月14日物理与电子工程学院2011级本科课程设计II物理与电子工程学院课程设计任务书专业：自动化班级：2班学生姓名xxxx学号2011341210课程名称单片机原理与接口技术设计题目基于单片机的数字电压表设计设计目的、主要内容（参数、方法）及要求设计目的：1、掌握由单片机控制的硬件电路和软件程序的设计方法。2、掌握KeiluVision编程软件和ProteusProfessional仿真软件的使用方法。设计主要内容及要求：1、设计数字电压表的总体方案，将连续的模拟量如直流电压转换成不连续的离散的数字形式并加以显示。2、单片机的选型。3、模数转换芯片的选项及其模数转换电路的设计。4、电压显示电路设计。5、根据技术要求进行硬件设计，画出系统电路原理图，软件设计（系统流程图、编写源代码程序），最后对系统进行调试。工作量2周时间，每天3学时，共计42学时进度安排第1天：明确课程设计的目的和意义，根据课程设计要求查找相关资料第2-3天：学习课程设计中用到的单片机相关知识第4-6天：根据课程设计的要求完成硬件主要芯片选型及硬件电路设计。第7-10天：学习KeiluVision编程软件，完成软件系统设计。第11-12天：学习ProteusProfessional仿真软件，并进行仿真调试。第13-14天：撰写课程设计报告。主要参考资料[1]宋雪松,李冬明,催长胜.手把手教你学51单片机（C语言版）[M].清华大学出版社,2014.4[2]汤嘉立,李林，胡羽等.单片机应用技术实例教程[M].人民邮电出版社,2014.11[3]徐爱钧.单片机原理实用教程-基于Proteus虚拟仿真（第2版）[M].电子工业出版社,2012.12[4]徐爱钧,徐阳.Keil单片机高级语言应用编程与实践[M].电子工业出版社,2013.12指导教师签字教研室主任签字物理与电子工程学院2011级本科课程设计III摘要数字电压表的基本工作原理是利用A/D转换电路将待测的模拟信号转换成数字信号，通过相应换算后将测试结果以数字形式显示出来的一种电压表。较之于一般的模拟电压表，数字电压表具有精度高、测量准确、读数直观、使用方便等优点。随着电子科学技术的发展，电子测量成为广大电子工作者必须掌握的手段，对测量的精度和功能的要求也越来越高，而电压的测量甚为突出，因为电压的测量最为普遍。本文介绍一种基于AT89C51单片机的一种电压测量电路。该电路采用高精度、双积分A/D转换电路，测量范围为直流0-+5伏，使用LED数码管显示。论文简单介绍了双积分电路的原理、ADC0808的引脚及功能介绍、74LS373芯片的引脚及功能，重点描述了高精度数字电压表的设计思想，分析了软、硬件各部分电路的工作原理、设计过程和调试过程，最后给出详细的测试数据并且进行了分析。关键词：数字电压表；AT89C51单片机；高精度物理与电子工程学院2011级本科课程设计IV目录1引言................................................................................................12设计原理及要求............................................................................12.1数字电压表的实现原理................................................................12.2数字电压表的设计要求................................................................13系统硬件电路设计........................................................................13.1硬件电路原理图............................................................................13.2AT89C51的功能介绍....................................................................33.3ADC0808的引脚及功能介绍.......................................................53.474LS373芯片的引脚及功能.........................................................63.5LED数码管的控制显示................................................................74系统软件程序的设计....................................................................84.1主程序设计...................................................................................84.2A/D转换子程序设计.....................................................................94.3中断显示子程序设计.................................................................105电压表的调试及性能分析..........................................................105.1调试与测试.................................................................................115.2性能分析......................................................................................126总结..............................................................................................12参考文献....................................................................................13附录..............................................................................................14物理与电子工程学院2011级本科课程设计11引言随着微电子技术的不断发展，微处理器芯片的集成程度越来越高，单片机已可以在一块芯片上同时集成CPU、存储器、定时器／计数电路，这就很容易将计算机技术与测量控制技术结合，组成智能化测量控制系统。数字电压表（DigitalVoltmeter）简称DVM，它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量（直流输入电压）转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。与此同时，由DVM扩展而成的各种通用及专用数字仪器仪表，也把电量及非电量测量技术提高到崭新水平。本章重点介绍单片A/D转换器以及由它们构成的基于单片机的数字电压表的工作原目前，由各种单片A/D转换器构成的数字电压表，已被广泛用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域，示出强大的生命力。本设计AT89C51单片机的一种电压测量电路,该电路采用ADC0808本文介绍一种基于A/D转换电路，测量范围直流0～5V的4路输入电压值，并在四位LED数码管上显示或单路选择显示。测量最小分辨率为0.019V，测量误差约为正负0.02V。2设计原理及要求本设计是利用单片机AT89C51与ADC0808设计一个数字电压表，测量0－5V之间的直流电压值，四位数码显示，但要求使用的元器件数目最少。2.1数字电压表的实现原理ADC0808是8位的A/D转换器。当输入电压为5.00V时，输出的数据值为255（0FFH），因此最大分辨率为0.0196（5/255）。ADC0808具有8路模拟量输入端口，通过3位地址输入端能从8路中选择一路进行转换。如每隔一段时间依次轮流改变3位地址输入端的地址，就能依次对8路输入电压进行测量。LED数码管显示采用软件译码动态显示。通过按键选择可对8路循环显示，也可单路显示，单路显示可通过按键选择显示的通道数。2.2数字电压表的设计要求可以测量0～5V范围内的3路直流电压值。在4位LED数码管上轮流显示各路电压值或单路选择显示，其中3位LED数码管显示电压值，显示范围为0.00V～5.00V，1位LED数码管显示路数,3路分别为0-2。要求测量的最小分辨率为0.02V。3系统硬件电路设计3.1硬件电路原理图物理与电子工程学院2011级本科课程设计2多路数字电压表应用系统硬件电路由单片机、A/D转换器、数码管显示电路和按键处理电路组成，由于ADC0808在进行A/D转换时需要有CLK信号，本试验中ADC0808的CLK直接由外部电源提供为500kHz的方波。由于ADC0808的参考电压VREF＝VCC，所以转换之后的数据要经过数据处理，在数码管上显示出电压值。实际显示的电压值(D/256*VREF)ADC0808采用逐次逼近法转换，把模拟电压转换成16进制的D，由于是对直流电压0～5V进行采集，所以D对应的电压为V0，我们的目的就是要把V0显示在LED显示器上，因为单片机不好进行小数点计算，所以有：V0=2*D扩大了100倍，扩大100倍后的结果高八位放寄存器B，低八位放寄存器A，分寄存器B为0或不为0的情况进行存取数据，得到的结果个位放入R0，十位放入R1，通过查表使之显示在LED显示器。硬件电路原理图如图3-1所示。图3-1电路原理图简易数字电压测量电路由A/D转换、数据处理及显示控制等组成。电路原理图见附录2。A/D转换由集成电路0808完成。0808具有8路模拟输入端口，地址(23-25)脚可决定对哪路模拟输入作A/D转换，22脚为地址锁存控制，当输入为高电平时，对地址信号进行锁存。6脚为测试控制，当输入一个2us宽高电物理与电子工程学院2011级本科课程设计3平脉冲时，就开始A/D转换。7脚为A/D转换结束标志，当A/D转换结束时7脚输出高电平。9脚为A/D转换数据输出允许控制，当OE脚为高电平时，A/D转换数据从该端口输出。10脚为0808的时钟输入端，由外部信号源提供。单片机的P1、P3.0-P3.3端口作为四位LED数码管现实控制。P3.5端口用作单路显示/循环显示转换按钮，P3.6端口用作单路显示时选择通道。P0端口作A/D转换数据读入用，P2端口用作0808的A/D转换控制。3.2AT89C51的功能介绍AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C51是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，A