基于AT89C51单片机的数字电压表设计(毕业论文)

2013届本科毕业设计基于AT89C51单片机的数字电压表设计学院：物理与电子工程学院专业班级：电子信息09-11班学生姓名：XXX指导教师：吴剑英老师答辩日期：2013年5月11日XXXXX大学教务处新疆师范大学2013届本科毕业生毕业设计1目录0引言...................................................................11系统整体设计思路及方案.................................................11.1设计思路..........................................................11.2设计方案..........................................................12数字电压表的硬件设计...................................................22.1主控制模块的设计..................................................22.1.1AT89C51性能简介.............................................22.1.2AT89C51各引脚功能...........................................22.1.3AT89C51的复位电路和时钟电路.................................42.2A/D转换模块的设计..............................................52.2.1ADC0808的主要特性.........................................62.2.2ADC0808各引脚功能..........................................62.3显示电路的设计..................................................72.4总体电路设计图..................................................93数字电压表的软件设计.................................................103.1设计流程图....................................................103.2各子程序简介..................................................114仿真................................................................114.1软件调试......................................................114.2误差分析......................................................115结论................................................................12参考文献...............................................................13附录...................................................................14致谢...................................................................16新疆师范大学2013届本科毕业生毕业设计1基于AT89C51单片机的数字电压表设计摘要：数字电压表是常用的对电子电路进行检测的较精密仪器之一。本文的设计思想是一种基于单片机的数字电压表设计方式。该设计主要由三个模块组成：A/D转换模块、数据处理主控模块和显示模块。A/D转换模块主要由芯片ADC0808来完成，它负责将采集到的模拟量转换为相应的数字量传送到数据处理模块（单片机）。数据处理主控模块由单片机AT89C51来完成，它负责将ADC0808传送过来的数字量经过一定的数据处理，产生相对应的显示码传送到显示模块进行显示。此外，它还控制芯片ADC0808的工作。经过仿真软件结果表明本设计中的电压表电路简单，所用元件较少，成本低且测量精度高。此电压表可以测量0—5V的模拟输入电压值，并通过一个四位一体的7段数码管显示出来。关键词：数字电压表；单片机；A/D转换；AT89C51；ADC0808新疆师范大学2013届本科毕业生毕业设计2ThedesignofdigitalvoltagemeterbasedonAT89C51singlechipmicrocomputerAbstract:digitalvoltagemeterisoneofthemorecommonlyuseddetectionprecisioninstrumentforelectroniccircuit.Thedesignisadesignmethodbasedonsinglechipdigitalvoltagemeter.Thedesignconsistsofthreemodules:A/Dmodule,dataprocessing,themaincontrolmoduleanddisplaymodule.TheA/DconversionmoduleismainlycompletedbytheADC0808,whichisresponsibleforconvertingthecollectedanalogtodigitalquantitycorrespondingtoadataprocessingmodule(MCU).DataprocessingbytheMCUAT89C51tocompletethemaincontrolmodule,whichisresponsibleforthedigitalADC0808transmissionafterdataprocessing,generatethecorrespondingdisplaycodeissenttothedisplaymodulefordisplaying.Inaddition,italsocontrolchipADC0808work.Thedesignofthevoltagemetercircuitissimple,lesselementsused,lowcostandhighmeasurementaccuracy.Theanaloginputvoltagecanbemeasuredin05Vofthevalueofthevoltagemeter,andthrough7digitaltubesafourintegrateddisplay.Keywords:digitalvoltagemeter；MCU；A/D；AT89C51；ADC0808新疆师范大学2013届本科毕业生毕业设计10引言在电量的测量中，电压、电流和频率是最基本的三个被测量，其中电压量的测量最为经常。而且随着电子技术的发展，更是经常需要测量高精度的电压，所以数字电压表就成为一种必不可少的测量仪器。数字电压表（DigitalVoltmeter)简称DAM,它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。传统的指针式电压表功能单一、精度低，不能满足数字化时代的需求，采用单片机的数字电压表，有精度高、抗干扰能力强、集成方便，还可与PC进行实时通信等优点[1]。目前，由各种单片机和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、自动测试系统等领域，显示出了它极强的生命力。与此同时，由DVM扩展而成的各种通用及专用数字仪表仪器，也把电量及非电量技术提高到崭新水平[2]。新型数字电压表以其高准确度、高可靠性、高分辨率、高性价比等优良特性备受人们的青睐。本文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[3]。1系统整体设计思路及方案1.1设计思路1）根据设计要求，选择AT89C51单片机为核心控制器件。2）A/D转换采用ADC0808实现，连接单片机的P0口和P3口的低四位引脚。3）电压显示采用4位一体的LED数码管。4）LED数码管的段码输入由端口P1产生；位码输入用端口P2高四位产生。1.2设计方案本设计选择AT89C51单片机作为核心控制器件。A/D转换采用ADC0808来实现。电压显示采用4位一体的LED数码管，LED数码管的段码输人由端口P1输出，位码输人由端口P2高四位输出。硬件电路设计由6个部分组成:A/D转换电路，AT89C51单片机系统，LED显示系统、时钟电路、复位电路以及测量电压输入电路。硬件电路设计如图1-1所示。新疆师范大学2013届本科毕业生毕业设计2图1-1系统设计框图2数字电压表的硬件设计2.1单片机主控制模块的设计2.1.1AT89C51性能简介AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含有4KB的可反复擦写的只读程序存储器和128字节的随机存储器。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，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，它为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案[4]。AT89C51功能性能:与MCS-51成品指令系统完全兼容；4KB可编程闪速存储器；寿命：1000次写/擦循环；数据保留时间：10年；全静态工作：0-24MHz；三级程序存储器锁定；128*8B内部RAM；32个可编程I/O口线；2个16位定时/计数器；5个中断源；可编程串行UART通道；片内震荡器和掉电模式[5]。2.1.2AT89C51各引脚功能AT89C51提供以下标准功能：4KB的Flash闪速存储器，128B内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内震荡器及时钟电路，同时，AT89C51可降至0Hz静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作，掉电方式保存RAM中的内容，但震荡器停止工作并禁止其他所有工作直到下一个硬件复位。AT89C51采用PDIP封装形式，引脚配置如图2-1所示[6]。时钟电路复位电路A/D转换测量电压显示系统AT89C51P0P3P2P1P2P1新疆师范大学2013届本科毕业生毕业设计3图2-1AT89C51引脚图AT89C51芯片的各引脚功能为：P0口：这组引脚共有8条，P0.0为最低位。这8个引脚有两种不同的功能，分别适用于不同的情况，第一种情况是89C51不带外存储器，P0口可以为通用I/O口使用，P0.0-P0.7用于传送CPU的输入/输出数据，这时输出数据可以得到锁存，不需要外接专用锁存器，输入数据可以得到缓冲，增加了数据输入的可靠性；第二种情况是89C51带片外存储器，P0.0-P0.7在CPU访问片外存储器时先传送片外存储器的低8位地址，然后传送CPU对片外存储器的读/写数据。P0口为开漏输出，在作为通用I/O使用时，需要在外部用电阻上拉。P1口：这8个引脚和P0口的8个引脚类