51单片机简单数字电压表

XX大学硬件实习报告单片机硬件实习任务书一、设计题目数字电压表设计二、设计内容及目标1）用MCS-51单片机及ADC0809，设计一种数字电压表。2）查相关资料，完成硬件设计和软件设计。3）用Protel绘制硬件电路原理图；画出程序流程图及写出程序清单。4）对开发关键技术、主要芯片加以介绍。5）按要求写硬件实习报告。6）用Proteus实现电路软硬件仿真。设计目标：通过电位器取得0~5V的电压，用ADC0809转换后用两位数字通过LED数码管显示。51单片机为8位处理器，当输入电压为5V时，ADC0809的输出数据为255，XX大学硬件实习报告因此最大分辨率为0.0196V(5/255),这就决定了该电压表的最大分辨率为0.0196V，测试时电压数值的变化以0.02V的幅度变化。设计目标只要求两位显示，精确到0.05V。三、进度安排第十七周星期一：题目安排；图书馆查相关资料；星期二至星期五：硬件设计及软件设计；第十八周星期一：设计成果检查；星期二至星期四：Proteus实现电路软硬件仿真。星期五：仿真结果检查。第十九周星期一~星期四：完善实习报告。星期五上午在实验现场进行结果演示及答辩。XX大学硬件实习报告星期五下午交实习报告。四、设计时间：2012年6月11日到2012年6月29日通信工程教研室指导教师：_常州大学硬件实习报告基于单片机的简易数字电压表的设计目录1引言...............................................................................................12设计总体方案...............................................................................22.1设计要求................................................................................22.2设计思路...............................................................................22.3设计方案...............................................................................23硬件电路设计...............................................................................33.1A/D转换模块.....................................................................33.2单片机系统.........................................................................73.3复位电路和时钟电路.........................................................93.4LED显示系统设计..........................................................103.5总体电路设计...................................................................134程序设计.....................................................................................154.1程序设计总方案...............................................................154.2系统子程序设计...............................................................155仿真...........................................................................................175.1软件调试...........................................................................175.2显示结果及误差分析.......................................................17结论................................................................................................22常州大学硬件实习报告参考文献.........................................................................................23附录程序代码和实物图...............................................................24心得体会...........................................................错误!未定义书签。常州大学硬件实习报告第1页共28页1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。数字电压表简称DVM，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。由于数字式仪器具有读数准确方便、精度高、误差小、测量速度快等特而得到广泛应用[1]。传统的指针式刻度电压表功能单一，进度低，容易引起视差和视觉疲劳，因而不能满足数字化时代的需要。采用单片机的数字电压表，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，从而精度高、抗干扰能力强，可扩展性强、集成方便，还可与PC实时通信。数字电压表是诸多数字化仪表的核心与基础[2]。以数字电压表为核心，可以扩展成各种通用数字仪表、专用数字仪表及各种非电量的数字化仪表。目前，由各种单片机和A/D转换器构成的数字电压表作全面深入的了解是很有必要的。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[4]。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[3]。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[11]。常州大学硬件实习报告第2页共28页2设计总体方案2.1设计要求⑴以MCS-51系列单片机为核心器件，组成一个简单的直流数字电压表。⑵采用1路模拟量输入，能够测量0-5V之间的直流电压值。⑶电压显示用4位一体的LED数码管显示，至少能够显示两位小数。⑷尽量使用较少的元器件。2.2设计思路⑴根据设计要求，选择AT89C51单片机为核心控制器件。⑵A/D转换采用ADC0809实现，与单片机的接口为P1口和P2口的高四位引脚。⑶电压显示采用4位一体的LED数码管。⑷LED数码的段码输入,由并行端口P0产生：位码输入，用并行端口P2低四位产生。2.3设计方案硬件电路设计由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。硬件电路设计框图如图1所示。图1数字电压表系统硬件设计框图时钟电路复位电路A/D转换电路测量电压输入显示系统AT89C51P1P2P2P0常州大学硬件实习报告第3页共28页3硬件电路设计3.1A/D转换模块现实世界的物理量都是模拟量，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[1]。3.1.1逐次逼近型A/D转换器原理逐次逼近型A/D转换器是由一个比较器、A/D转换器、存储器及控制电路组成。它利用内部的寄存器从高位到低位一次开始逐位试探比较。转换过程如下：开始时，寄存器各位清零，转换时，先将最高位置1，把数据送入A/D转换器转换，转换结果与输入的模拟量比较，如果转换的模拟量比输入的模拟量小，则1保留，如果转换的模拟量比输入的模拟量大，则1不保留，然后从第二位依次重复上述过程直至最低位，最后寄存器中的内容就是输入模拟量对应的二进制数字量[5]。其原理框图如图2所示：图2逐次逼近式A/D转换器原理图3.1.2ADC0809主要特性ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，带有使能控制端，与微机直接顺序脉冲发生器逐次逼近寄存器ADC电压比较器输入电压输入数字量常州大学硬件实习报告第4页共28页接口，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ADC0809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[5]。ADC0809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：128μs；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15mW[6]。3.1.3ADC0809的外部引脚特征ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，其引脚图如图3所示。图3ADC0809引脚图下面说明各个引脚功能:IN0-IN7（8条）：8路模拟量输入线，用于输入和控制被转换的模拟电压。地址输入控制（4条）：ALE:地址锁存允许输入线，高电平有效，当ALE为高电平时，为地址输入线，用于选择IN0-IN7上那一条模拟电压送给比较器进行A/D转换。ADDA,ADDB,ADDC:3位地址输入线，用于选择8路模拟输入中的一路，其对应关系如表1所示：表1ADC0809通道选择表常州大学硬件实习报告第5页共28页地址码对应的输入通道CBA000011110011001101010101IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7START：START为“启动脉冲”输入法，该线上正脉冲由CPU送来，宽度应大于100ns，上升沿清零SAR,下降沿启动ADC工作。EOC:EOC为转换结束输出线，该线上高电平表示A/D转换已结束，数字量已锁入三态输出锁存器。D1-D8：数