单片机数字电压表课程设计报告

1内容摘要电压表是测量仪器中不可缺少的设备，目前广泛应用的是采用专用集成电路实现的数字电压表。本系统以8051单片机为核心，以逐次逼近式A/D转换器ADC0809、LED显示器为主体，设计了一款简易的数字电压表，能够测量0～5V的直流电压，最小分辨率为0.02V。该设计大体分为以下几个部分，同时，各部分选择使用的主要元器件确定如下：1、单片机部分。使用常见的8051单片机，同时根据需要设计单片机电路。2、测量部分。该部分是实验的重点，要求将外部采集的模拟信号转换成数字信号，通过单片机的处理显示在显示器上，该部分决定了数字电压表的精度等主要技术指标。根据需要本设计采用逐次逼近型A∕D转换器ADC0809进行模数转换。3、键盘显示部分。利用4×6矩阵键盘的一个按键控制量程的转换，3或4位LED显示。其中一位为整数部分，其余位小数部分。索引关键词：8051模数转换LED显示矩阵键盘2目录一概述…………………………………………………………………4二方案设计与论证……………………………………………………………4三单元电路设计与参数计算…………………………………………………43.1.A∕D转换器0809……………………………………………………53.1.LED数码显示………………………………………………………7四总原理图及参考程序………………………………………………………9五结论…………………………………………………………………………10六心得体会……………………………………………………………………14七参考文献……………………………………………………………………153一、概述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。电压表的数字化测量，关键在于如何把随时连续变化的模拟量转化成数字量，完成这种转换的电路叫模数转换器（A/D）。数字电压表的核心部件就是A/D转换器，由于各种不同的A/D转换原理构成了各种不同类型的DVM。一般说来，A/D转换的方式可分为两类：积分式和逐次逼近式。积分式A/D转换器是先用积分器将输入的模拟电压转换成时间或频率，再将其数字化。根据转化的中间量不同，它又分为U-T（电压-时间）式和U-F（电压-频率）式两种。逐次逼近式A/D转换器分为比较式和斜坡电压式，根据不同的工作原理，比较式又分为逐次比较式及零平衡式等。斜坡电压式又分为线性斜坡式和阶梯斜坡式两种。在高精度数字电压表中，常采用由积分式和比较式相结合起来的复合式A/D转换器。本设计以8051单片机为核心，以逐次比较型A/D转换器ADC0809、LED显示器为主体，构造了一款简易的数字电压表，能够测量1路0～5V直流电压，最小分辨率0.02V。二、方案设计与论证该设计是基于8051的数字电压表，大体分为以下几个部分，同时，各部分选择使用的主要元器件确定如下：（1）单片机部分使用常见的8051单片机，同时根据需要设计单片机电路。（2）测量部分该部分是实验的重点，要求将外部采集的模拟信号转换成数字信号，通过单片机的处理显示在显示器上，该部分决定了数字电压表的精度等主要技术指标。根据需要本设计采用逐次逼近式A/D转换器0809进行模数转换。（3）键盘显示部分利用4×6矩阵键盘的一个按键控制量程的转换，3或4位LED显示。其中一位为整数部分，其余位小数部分。三、单元电路设计与参数计算43.1ADC0809(1)主要特性1）8路8位A/D转换器，即分辨率8位。2）具有转换起停控制端。3）转换时间约为128μs4）单个＋5V电源供电5）模拟输入电压范围0～＋5V，不需零点和满刻度校准。6）工作温度范围为-40～＋85摄氏度7）低功耗，约15mW。(2)内部结构图1ADC0809内部结构框图ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，内部结构如图1所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型D/A转换器、逐次逼近寄存器、三态输出锁存器等其它一些电路组成。因此，ADC0809可处理8路模拟量输入，且有三态输出能力，既可与各种微处理器相连，也可单独工作。输入输出与TTL兼容。5(3)外部特性（引脚功能）ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如上图所示。下面说明各引脚功能。IN0～IN7：8路模拟量输入端。D0～D7：8位数字量输出端。START：A/D转换启动信号，输入，高电平有效。ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路。如表1所示。EOC：A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。VREF（+）、VREF（-）：基准电压。VCC：电源，接＋5V。GND：地。6表1地址与通道对应关系ADC0809的工作过程是：首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。3.2LED数码显示（1）LED显示器LED是由若干个发光二极管组成的。当发光二极管导通时，相应的一个点或一个笔划发亮。控制不同组合的二极管导通，就能显示出各种字符。这种笔划式的七段显示器，能显示的字符数量少，但控制简单、使用方便。发光二极管的阳极连在一起的称为共阳极显示器，阴极连在一起的称为共阴极显示器（2）LED结构及显示原理通常的七段LED显示块中有八个发光二极管，故也有人叫做八段显示块。其中七个发光二极管构成七笔字形“8”。一个发光二极管构成小数点。七段显示块与单片机接口非常容易。只要将一个8位并行输出口与显示块的发光二极管引脚相连即可。8位并行输出口输出不同的字节数据即可获得不同的数字或字符。通常将控制发光二极管的8位字节数据称为段选码或段数据。7一些字形的段选码如下表：（3）LED的结构及其工作原理点亮显示器有静态和动态两种方法。1）静态显示：当显示某一个字符时，相应的发光二极管恒定地导通或截止。例如七段显示器的a、b、c、d、e、f导通，g、dp截止，显示0。静态显示的特点是：每一位都需要一个8位输出口控制，用于显示位数较少（仅一、二位）的场合。较小的电流能得到较高的亮度，可以由8255的输出口直接驱动。图示为三位显示器的接口逻辑。82）动态显示：一位一位地轮流点亮各位显示器(扫描)。对于每一位显示器来说，每隔一段时间点亮一次。显示器的亮度既与导通电流有关，也和点亮时间与间隔时间的比例有关。若显示器的位数不大于8位，则控制显示器公共极电位只需一个8位并行口(称为扫描口或位选口)。控制各位显示器所显示的字形也需一个共用的8位口(称为段数据口)，用于显示位数稍多的场合，需编写扫描程序。四、总原理图及参考程序1、总原理图92、程序流程图及参考程序（1）程序流程图NYSTART选择ADC0809的转换轨道设置定时器，提供时钟信号启动A/D转换器输出转换结果数值转换显示转换是否结束？10（2）参考程序OUTBITEQU09002HOUTSEGEQU09004HINEQU09001HLEDBUFEQU60HLJMPMAINLEDMAP:DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DB,7DB,07HDB7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71HDELAY:MOVR7,#0DELAYLOOP:DJNZR7,DELAYLOOPDJNZR6,DELAYLOOPRETDISPLAYLED:MOVR0,#LEDBUFMOVR1,#4MOVR2,#000000001BLOOP:MOVA，@R0MOVDPTR，#OUTSEGMOVX@DPTR，AMOVDPTR，#OUTBITMOVA，R2MOVX@DPTR，AMOVR6，#01CALLDELAYMOVA，R2R1AMOVR2，AINCR0DJNZR1，LOOPTESRKEY:MOVDPTR,#OUTBITMOVA,#0MOVA,#0MOVX@DPTR,AMOVDPTR,#INMOVXA,@DPTRCPLAANLA,#0FH11RETKEYTABLE:DB16H,15H,14H,0FFHDB13H,12H,11H,10HDB0dH,0cH,0bH,0aHDB0eH,03H,06H,09HDB0FH,02H,05H,08HDB00H,01H,04H,07HGETKEY:MOVDPTR,#OUTBITMOVP2,DPHMOVR0,#INMOVR1,#00100000BMOVR2,#6KLOOP:MOVA,R1CPLAMOVX@DPTR,AMOVXA,@R0CPLAANLA,#0FHJNZGOON1GOON1:MOVR1,AMOVA,R2DECARLARLAMOVR2,AMOVA,R1MOVR1,#2LOOPC:RRCAJCEXITINCR2DJNZR1,LOOPCEXIT:MOVA,R2MOVDPTR,#KEYTABLEMOVCA,@A+DPTRMOVR2,AWAITRELEASE:MOVDPTR,#OUTBITCLRA12MOVX@DPTR,AMOVR6,#10CALLDELAYCALLTESTKEYJNZWAITRELEASEMOVA,R2RETMAIN:MOVDPTR,#8000HMOVX@DPTR,AHERE:JNBP3.3,HEREMOVXA,@DPTRMOVP1,AMOVR5,ACALLDISPLAYLEDCALLTESTKEYJZL5CALLGETKEYMOV40H,AL5:MOV63H,#00HMOVA,R5MOVB,#51MOVABMOV62H,AMOVA,BJZLOOP1RLASUBBA,#2MOVB,#10DIVABMOV61H,AMOV60H,BAJMPMLOOPLOOP1:MOV61H,#00MOV60H,#00AJMPMLOOPMLOOP:MOVR0,#LEDBUFFILLBUF:MOVA,@R0MOVDPTR,#LEDMAPMOVCA,@A+DPTR13MOV50H,ACLRCMOVA,40HADDA,41HANLA,#01HMOV41H,ARRCAMOV40H,#00HJCWEI2WEI1:CJNER0,#62H,XS01MOVA,50HADDA,#80HSJMPXS1XS01:MOVA,50HXS1:MOV@R0,AINCR0CJNER0,#LEDBUF+3,FILLBUFLJMPSTARTWEI2:CJNER0,#63H,XS0MOVA,50HADDA,#80HSJMPXSXS0:MOVA,50HXS:MOV@R0,AINCR0CJNER0,#LEDBUF+4,FILLBUFLJMPSTARTEND七、结论本设计以8051单片机为控制核心，通过集成摸数转换芯片ADC0809将被测信号转换成数字信号，经单片机内部程序处理后，由LED八段数码管显示测量结果。仿真测试表明，系统性能良好，测量读数稳定易读、更新速度合理，直流电压测量范围为0～5V，最小分辨率为0.02V，满足任务书指标要求。但是，该系14统也存在一定程度的不足，例如：1、若能将测量的电压值实时保存，使用时将更方便。2、ADC0809可实现对8个通道的输入信号轮流转换，本设计仅仅使用了其中一个通道，造成了较大的资源浪费。若能对电路稍加改进，实现对多路信号的轮流测量并自动保存相应结果，其应用价值将会更大。八、心得体会在这次单片机课程设计实习里，通