1、 單片機技術單片機技術課程設計說明書課程設計說明書 數字電壓表院 、 部： 電氣與信息工程學院 學生姓名： 指導教師： 王韌 職稱 副教授 專 業： 班 級： 完成時間： 2013 年 12 月 摘摘 要要2隨著電子科學技術的發展，電子測量成為廣大電子工作者必須掌握的手段，對測量的精度和功能的要求也越來越高，而電壓的測量甚為突出。傳統的指針式電壓表功能單一、精度低，不能滿足數字化時代的需求，而采用單片機的數字電壓表，由于精度高、抗干擾能力強，可擴展性強、集成方便，還可與 PC 進行實時通信數字電壓表是采用數字化測量技術。該設計主要由四個模塊組成：A/D 轉換模塊，數據處理模塊、顯示模塊及獨立鍵

2、盤模塊。A/D 轉換主要由芯片 ADC0809 來完成，它負責把采集到的模擬量轉換為相應的數字量在傳送到數據處理模塊。數據處理則由芯片 AT89C52 來完成，它控制著 ADC0809 芯片工作，還負責把 ADC0809 傳送來的數字量經過一定的數據處理，產生相應的顯示碼送到顯示模塊進行顯示。本設計通過 A/D 轉換模塊，數據處理模塊及顯示模塊，實現了對模擬電壓的轉換，并通過軟件實現了在數碼管上顯示。雖然有一點誤差，但基本實現了技術指標中的要求。關鍵詞關鍵詞：數字電壓表；模數轉換；AT89S52；ADC0809 3ABSTRACTABSTRACTWith the development of

3、electronic technology, electronic measurement electronics workers must become the master of the method, the measurement accuracy and functional requirements are increasingly high, while the voltage measurement is very prominent. function pointer voltmeter traditional single, low accuracy, can not me

4、et the demand of digital era, and the use of singlechip digital voltage meter, because of high accuracy, strong anti-interference ability, expansibility, convenient integration with pc, can communicate in real time digital voltage meter is used in digital measurement technology.The design consists o

5、f three main modules: a/d conversion module, data processing module and display module. a/d conversion is mainly completed by the adc0809, it is responsible to collect the analog conversion to digital quantity corresponding to the transmitted to the data processing module. data processing is mainly

6、completed by the at89c52 chip, it controls the adc0809 chip, is also responsible for the digital adc0809 transmission after data processing, the generated code to display the display module to display the corresponding.This design through the a/d conversion, data processing module and display module

7、, realizes the conversion of the analog voltage, and realized by software in the digital tube display. although there is a little bit error, but the basic realization of the technical index requirements.KeyKey wordswords: digital voltage；a/d conversion;at89s52;adc08094目目 錄錄1 總體設計.61.1 設計目的.61.2 功能要求

8、.61.3 系統設計.61.4 設計思路.61.5 設計方案.61.6 總體設計框圖.72 硬件電路設計.82.1 核心元器件介紹.82.2 其它部分電路介紹.112.3 電路原理圖、CAD 電路原理圖、PCB 圖、元件布局圖.122.4 元件清單.123 軟件設計.133.1 ADC0809 模塊.133.2 單片機模塊.133.3 按鍵模塊.133.4 顯示模塊.133.5 程序流程圖.133.6 程序清單.163.7 程序說明.164 調試仿真及結論.174.1 仿真結果.174.2 設計體會.184.3 教學建議.18結束語.19致 謝.20參考文獻.21附 錄.21附錄 A 原理圖.

9、225附錄 B PCB.22附錄 C CAD 圖.25附錄 D 元器件布局圖.26附錄 E 元件清單.27附錄 F 程序清單.28 61 1 總體設計總體設計1.1 設計目的利用 52 單片機及 ADC0809 核心元件制作數字電壓表，精確到小數點后兩位，且更好加強與鞏固單片機技術及其應用。1.2 功能要求設計一個能夠測量直流電壓的數字電壓表。測量電壓范圍05V，測量精度小數點后兩位。該電壓表上電或按鍵復位后能自動顯示系統提示符“P.”，進入測量準備狀態，按測量開始鍵則開始測量，并將測量值顯示在顯示器上，按測量結束鍵則自動返回 “P.”狀態。1.3 系統設計該系統主要分為兩部分：硬件電路及軟件

10、程序。硬件電路包括：單片機，模擬信號采集電路，A/D 轉換電路，數碼管顯示電路，按鍵電路，下載電路，電源電路及 555 定時電路。軟件的程序可選擇 C 語言或匯編，這里采用匯編語言。1.4 設計思路1 根據技術指標要求，這里采用 AT89S52 單片機為核心控制器件。2 A/D 轉換采用 ADC0809，與單片機 P0 口引腳相接。 顯示電壓采用 4 位一體的 LED 共陽數碼管。 LED 數碼的段碼輸入,由并行端口 P0 控制：位碼用并行端口 P2 低四位控制。 利用 NE555 定時器產生時鐘信號提供給 ADC0809。1.5 設計方案采用單片機來計數字電壓表。硬件電路設計由 7 個部分組

11、成：A/D 轉換電路，AT89S52 單片機系統，LED 數碼顯示系統、獨立鍵盤電路，時鐘電路、復位電路，采集電壓電路，下載電路及電源電路。硬件電路設計框圖如圖 1 所示。其中，A/D 轉換器是將采集的模擬量轉換成數字量，它是數字電壓表的一個核心部件。本設計 A/D 采用逐次逼近式 A/D 轉換器。它的轉換速度更快，而且精度更高，比如 ADC0808、ADC0809 等。它們具有 8 路模擬選通開關及相應通道地址鎖7存與譯碼電路，它們與單片機系統連接，將轉換的數字量送單片機進行分析并在數碼管顯示。這樣電路設計簡單，精確度高，方便焊接、調試。這里采用這種方案。顯示部分可以采用各類數碼管或用 LC

12、D 顯示器顯示。在此簡化采用 4 位八段共陽數碼管對 A/D 轉換變換后的結果加以顯示。1.6 總體設計框圖AT89S52單片機電電源源電電路路振蕩電路復位電路下載電路被測電壓AD轉換顯示器鍵盤NE555定時圖 1 硬件電路設計框圖通過片選選擇 8 路通道中的一路，將該路采集的電壓送入 ADC0809，轉換完后 EOC 端口產生高電平，同時將 A OE 端口置為高電平，A/D 將轉換后結果送回單片機。應用軟件將轉換為二進制的數據轉換成十進制數，再按十進制數調出段控碼，并輸出到 LED 顯示電路，將相應電壓顯示出來。82 硬件電路設計2.1 核心元器件介紹AT89S52AT89S52a. 描述：

13、AT89S52是一個低電壓，高性能CMOS8位單片機帶有8K字節的可反復擦寫的程序存儲器（PENROM）和256字節的存取數據存儲器（RAM），這種器件采用ATMEL公司的高密度、不容易丟失存儲技術生產。片內含有8位中央處理器和閃爍存儲單元，有較強的功能的AT89S52單片機能夠被應用到控制領域中。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89S52是一種高效微控制器。b.主要特性： 8K 字節可編程閃爍存儲器 。 32 個雙向 I/O 口；1288 位內部 RAM 。 2 個 16 位可編程定時 /計數器中斷 。 可編程串行通道 。 5 個中斷源。 2 個讀寫中斷口

14、線 。 片內振蕩器和時鐘電路 。c c單片機 AT89C52 引腳描述VCCVCC：電源電壓 GNDGND：地P0P0 口口：這組引腳共有 8 條，P0.0 為最低位。這 8 個引腳有兩種不同的功能，分別適用于不同的情況，第一種情況是 89S52 不帶外存儲器，P0 口可以為通用I/O 口使用，P0.0-P0.7 用于傳送 CPU 的輸入/輸出數據，這時輸出數據可以得到鎖存，不需要外接專用鎖存器，輸入數據可以得到緩沖，增加了數據輸入的可靠性；第二種情況是 89S52 帶片外存儲器，P0.0-P0.7 在 CPU 訪問片外存儲器時先傳送片外存儲器的低 8 位地址，然后傳送 CPU 對片外存儲器的

15、讀/寫數據。9P0 口為開漏輸出，在作為通用 I/O 使用時，需要在外部用電阻上拉。P1P1 口口：這 8 個引腳和 P0 口的 8 個引腳類似，P1.7 為最高位，P1.0 為最低位，當 P1 口作為通用 I/O 口使用時，P1.0-P1.7 的功能和 P0 口的第一功能相同，也用于傳送用戶的輸入和輸出數據。P2P2 口口：這組引腳的第一功能與上述兩組引腳的第一功能相同即它可以作為通用I/O 口使用，它的第一功能和 P0 口引腳的第二功能相配合，用于輸出片外存儲器的高 8 位地址，共同選中片外存儲器單元，但并不是像 P0 口那樣傳送存儲器的讀/寫數據。P3P3 口口：這組引腳的第一功能和其余

16、三個端口的第一功能相同，第二功能為控制功能，每個引腳并不完全相同，如下表 1 所示：表 1 P3 口各位的第二功能RSTRST：復位線。當輸入的復位信號延續 2 個機器周期以上高電平即為有效。ALE/ALE/：地址鎖存允許線 ALE 用于控制把 P0 口輸出的低八位地址送入鎖存PROG器鎖存起來。在不訪問片外存儲器時，89C51 自動在 ALE 線上輸出頻率為 1/6震蕩器頻率的脈沖序列。該脈沖序列可以作為外部時鐘源或定時脈沖使用。PSENPSEN：片外 ROM 的選通線，在讀外部 ROM 時低電平有效，作為片外 ROM 芯片的讀選通信號。/EA/EA：片外存儲器訪問選擇線。若/EA=1，則允

17、許使用片內 ROM, 若/EA=0，則只使用片外 ROM。XTAL1XTAL1、XTAL2XTAL2：當使用片內時鐘時，這兩個引腳用于外接石英晶體振蕩器和微P3 口各位第二功能P3.0 RXT（串行口輸入）P3.1 TXD（串行口輸出）P3.2（外部中斷 0 輸入）0INTP3.3 (外部中斷 1 輸入)1INTP3.4T0（定時器/計數器 0 的外部輸入）P3.5T1（定時器/計數器 1 的外部輸入）P3.6（片外數據存儲器寫允許）WRP3.7（片外數據存儲器讀允許）RD10調電容。ADC0809ADC0809 芯片芯片a.a. 主要特性主要特性 1）8 路輸入通道，8 位數據輸出端。 2）

18、具有轉換起停控制端。 3）轉換時間為 100s。 4）單個5V 電源供電 5）模擬輸入電壓范圍 05V，不需零點和滿刻度校準。 6）工作溫度范圍為-4085 攝氏度 。b.b. 外部特性（引腳功能）外部特性（引腳功能）IN0IN0IN7IN7：8 路模擬量輸入端。 DB0-DB7DB0-DB7：8 位數字量輸出端。 ADDAADDA、ADDBADDB、ADDCADDC：3 位地址輸入線，用于選通 8 路模擬輸入中的一路表 2 ADC0808 通道選擇表地址碼 C B A 對應的輸入通道 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 IN0 IN

19、1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 ALEALE：地址鎖存允許信號輸入，高電平有效。 STARTSTART： AD 轉換啟動脈沖輸入端，輸入一個正脈沖（至少 100ns 寬）使其啟動（脈沖上升沿使 0809 復位，下降沿啟動 A/D 轉換）。 EOCEOC： AD 轉換結束信號，輸出，當 AD 轉換結束時，此端輸出一個高電平（轉換期間一直為低電平）。 OEOE：數據輸出允許信號，輸入，高電平有效。當 AD 轉換結束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態門，輸出數字量。 CLKCLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于 640KHZ。 11REFREF（+ +） 、REFREF

20、（- -）：）：基準電壓。 VccVcc：電源，5V。 GNDGND：接地。2.2 其它部分電路介紹（1）.四位八段共陽極數碼管在本設計中，選擇 4 位一體的數碼型 LED 顯示器。前一位顯示電壓的整數位，即個位，后兩位顯示電壓的小數位。四位 LED 數碼顯示管中，a，b，c，e，f，g 為 4 位 LED 各段的公共輸出端，1、2、3、4 分別是每一位的位數選端，dp 是小數點引出端，4 位一體 LED 數碼顯示管的內部結構是由 4 個單獨的 LED 組成，每個 LED 的段輸出引腳在內部都并聯后，引出到器件的外部。本設計 LED 采用軟件編程來實現，因為簡化硬件線路設計。軟件顯示使用四位共

21、陽數碼管段控碼，顯示程序通常為查表法。由于本設計采用的是共陽極LED，其對應的字符和字段碼如下表 2 所示：表 3 共陽極字段碼表顯示字符共陰極字段碼0C0H1F9H2A4H3B0H499H592H682H7F8H880H990HA88HB83HCC6HDA1HE86H F8EH 滅FFH12（2）. 鍵盤部分鍵盤有獨立式鍵盤和行列式鍵盤，本設計使用。鍵盤是單片機不可缺少的人機交互設備，手按下鍵閉合，手放開鍵釋放，單片機通過與鍵盤接口技術，以實現通過鍵盤掃描發現閉合鍵并產生鍵碼，然后執行相應的鍵功能程序。（3）.下載電路通過在電路中插入下載口以實現把總功能程序下載進單片機完成設計要求。（4）.

22、電源電路為單片機、DAC0809 及其他各芯片和部分電路提供工作電壓，以實現該數字電壓表正常工作。（5）.NE555 定時電路 通過外接硬件 NE555 定時器產生 500KHz 時鐘信號給 ADC0809，使之正常轉換2.3 電路原理圖、CAD 電路原理圖、PCB 圖、元件布局圖電路原理圖、PCB 圖、CAD 電路原理圖、元件布局圖分別見附錄 A,附錄B、附錄 C 與附錄 D2.4 元件清單 元件清單見附錄 E133 3 軟件設計軟件設計3.1 ADC0809 模塊軟件是單片機系統最重要的組成部分，本設計中 A/D 轉換中，用軟件定義ADC0809 的采集信號輸入端、開啟 A/D 轉換。3.

23、2 單片機模塊軟件定義單片機控制對外尋址，以達到單片機控制 A/D 輸入端,讀取 A/D 轉換后的數字量，并把讀取的數字量轉換成十進制，用查表法查找相應段控碼，并選中位控、配合延時程序在數碼管上顯示出來。3.3 按鍵模塊 以軟件調用鍵掃描程序，定義鍵功能程序來實現不同按鍵功能。本設計兩個按鍵，一個按鍵開啟測量電壓功能，另一個按鍵復位并顯示”P.”。3.4 顯示模塊以表格方式把段控碼建立表格， ，供單片機查詢并輸出到數碼管顯示，在上電后數碼管顯示“P.” 。3.5 程序流程圖14（1）.主程序NO YES圖 2 主程序流程圖（2）.鍵功能程序開始數碼顯示 P.判斷是否有鍵按下是否按鍵0是否按鍵1

24、返回子程序 鍵 0 功能程序鍵 1 功能程序復位15系統初始化啟動 A/D 轉換采集 A/D 轉換值數據轉換Y調用顯示三位是否顯示完？完？完？讀電壓值YNEND圖 3 鍵功能程序轉換結束？YN開始163.6 程序清單 程序清單見附錄 F3.7 程序說明先調用顯示程序上電顯示“P.”再調用鍵掃程序，查看是否有鍵按下，當沒有鍵按下，顯示“P.”；當有鍵按下時，執行相應鍵功能程序。開啟功能：開始轉換，轉換程序先定義 ADC0809 控制線，ADC0809 是 8 位A/D 轉換，對 05V 的模擬量轉換成 00HFFH 的數字量，即 0255。要轉換成對應十進制的 BCD 碼才能顯示。將轉換來的數據

25、除上 51，即為個位數，將其余數除以 5 即為第一位小數，這個余數即為第二位小數。復位功能：當復位鍵按下時，即執行復位功能程序顯示“P.”。174 4 調試仿真及結論調試仿真及結論4.1 仿真結果電路在 proteus 中的仿真圖如下：圖 4 仿真結果仿真結果：當采集電壓范圍由 05V 變化時，設計的數字電壓表可以測量，并在數碼管顯示相應值。測量的前兩位精確，百分位不作精確。精度與要求的一致。誤差分析：由于二進制化十進制時的誤差和基準電壓漂移的原因導致誤差。184.2 設計體會通過本次設計，我對單片機這門課有了進一步的了解，硬件連接方面還是在軟件方面都有不少的提高。通過這次設計，對它的工作原理

26、有了更深的理解。在這次課程設計中，我遇到了硬件及軟件的多方面問題，如數碼管不顯示數，或數碼管一個數有某些部分不亮，經過硬件、軟件一層一層的拍出，查出問題，一步一步接近設計技術指標，最終基本實現了數字電壓表的功能。在調試過程中遇到很多問題，硬件上的理論知識學得不夠扎實，對電路的額外功能的設計業不太熟練使用。4.3 教學建議這學期剛學單片機是對單片機一片茫然，好多不懂得地方，從單片機內部結構也是不清其功能，程序更是一頭霧水，完全不會編。在王老師嚴格要求下，雖然我們有時會很累，但更多的是在學習當中的樂趣，我們本學期學了很多，過的很充實。王老師嚴謹治學，經驗豐富，使我們受益匪淺。（1） 王老師多跟我們

27、交流單片機型號及應用，讓我們開闊視野（2）王老師多給學生動手，更多加強與學生之間的交流。19結束語結束語通過這次設計，我學到了許多課外的東西，加深了對單片機等知識的了解，提高了應用思考和設計能力。實物制作到電路板，程序編寫，調試，遇到很多很多困難，但是始終沒有放棄。在這過程中，我對電路設計，單片機的使用等都有了新的認識。掌握了從系統的需要、方案的設計、功能模塊的劃分、原理圖的設計和電路圖的仿真的設計流程，積累了不少經驗。在分析設計課題，查閱資料，了解設計原理并進行仿真的過程中盡管遇到了些許問題，但在老師的指導下，最終獨立地完成了任務，不僅鍛煉了分析解決問題的能力，更重要的是加強了我對單片機學習

28、的興趣。在設計的過程中老師給予一定的啟發和指導，我們獨立認真完成本次課程設計，在此表示衷心的感謝。20致致 謝謝首先，我們要感謝我們的指導老師王韌對我們的指導和關懷。他淵博的知識、嚴謹的治學態度和敏銳的分析能力，使我們受益匪淺。本次設計得以順利完成，也與學院其他老師的幫助分不開的，在我們沒有頭緒的時候，學院老師給我們建議，也給我們提供實驗室場地，他們給了我寶貴的經驗使我們的設計能更快速的完成。最后，我們要感謝我們的家人朋友和同學，有他們在背后對其的支持，使我更有底氣面對困難和挑戰。謝謝大家！21參考文獻參考文獻1 李廣第，朱月秀，冷祖祁.單片機基礎M.北京：北京航空航天大學出版社，2007.6

29、LiGuang first, ZhuYueXiu, LengZuQi. Single chip microcomputer based M. Beijing: Beijing university of aeronautics &astronautics press, 2007.62 康華光.電子技術基礎 模擬部分(第五版) M.北京：高等教育出版社，2006kang uh guano. Electronic technology foundation simulation part (fifth edition) M. Beijing: higher education press,

30、 20063 閻石.數字電子技術基礎(第五版) M.北京：高等教育出版社，2006YanShi, digital electronic technology foundation (fifth edition) M. Beijing: higher education press, 20064 邱光源.電路(第五版) M.北京：高等教育出版社，2006QiuGuangYuan. Circuit (fifth edition) M. Beijing: higher education press, 20065 陳忠平.基于 proteus 的 AVR 單片機 C 語言程序設計與仿真M. 北京:

31、電子工業出版社 ChenZhongPing proteus. Based on the AVR microcontroller C language program design and simulation M. Beijing: publishing house of electronics industry附附 錄錄22附錄 A 原理圖附錄 B PCB頂層圖23PCB 底層圖2425附錄 C CAD 圖26附錄 D 元器件布局圖27附錄 E 元件清單共陽四位數碼管1 個12M 晶振1 個電阻 4708 個下載口1 個電位器 1K1 個鎖緊座1 個74HC5731 個5V 電源1 個AT8

32、9S521 個按鍵2 個74LS021六角開關1 個ADC08091 個排阻 10K1 個電容 33pF2 個9012PNP1 個蜂鳴器1 個NE555 定時器1 個28附錄 F 程序清單*項目名稱:數字電壓表設計者：陳超設計日期：2013 年 12 月 24 日功能要求：設計數字電壓表，上電顯示“P”,按開啟鍵啟動 A/D 轉換，按復位鍵在數碼管顯示“P.”*堆棧棧底 2FH*LED 數碼顯示器設定P0.7-P0.0 段控線，接 LED 的顯示段 dp,g,f,e,d,c,b,aP2.0-P2.3 位控線，接 LED 的 4，3，2，1*獨立式鍵盤設定;2 個按鍵接 P1 口，P1.0 和 P1.1*鍵功能程序;KEY_c1 K0 鍵功能程序KEY_c1 K1 鍵功能程序*子程序;DELAY 1 毫秒延時程序DK 數碼管顯示子程序KEY 鍵掃描子程序KEYCHULI P1 口數據處理子程序*ORG 0000HSTART: LJMP MAINMAIN: MOV SP,#2FHCLR EAMOV DPTR,#DKMOV A,#11MOVC A,A+