单片机课程设计Word文档下载推荐.docx

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指导教师（职称）

陆媛宋洪儒

执行时间

2014~2015学年第2学期第14周

学生姓名

学号

承担任务

系统设计总体方案

系统硬件电路设计

系统程序设计

系统仿真

设计目的

1、进一步熟悉和掌握单片机的结构及工作原理。

2、掌握单片机的接口技术及相关外围芯片的外特性，控制方法。

3、通过课程设计，掌握以单片机核心的电路设计的基本方法和技术，了解有关电路参数的计算方法。

4、通过程序设计和仿真，逐步掌握模块化程序设计方法和仿真软件的使用。

5、通过完成一个包括电路设计和程序开发的完整过程，使学生了解开发单片机应用系统的全过程，为今后从事相应打下基础。

设计要求

以单片机为核心，设计一个数字电压表。

采用中断方式，对2路0～5V的模拟电压进行循环采集，采集的数据送LED显示，并存入内存。

超过界限时指示灯闪烁。

摘要

本文介绍了以单片机为核心的数字电压表的设计。

设计主要由三个模块组成：

A/D转换模块，数据处理模块以及显示模块。

A/D转换由芯片ADC0804来完成，它负责把采集到的模拟量转换为相应的数字量在传送到数据处理模块。

数据处理模块。

数据处理则由芯片AT89C51来完成，其负责把ADC0804传送来的数字量经过一定的数据处理，产生相应的显示码送到显示模块进行显示；

此外，它还控制着ADC0804芯片工作。

此数字电压表采用中断方式，对两路0~5V的模拟电路进行循环采集，采集的数据送LED显示，并存入内存，超过界线时指示灯闪烁。

关键词：

单片机；

数字电压表；

A/D转换；

AT89C51；

ADC0804

摘要…………………………………………………………………………………2

第一章：

1.1设计要求……………………………………………………………………4

1.2设计思路……………………………………………………………………4

1.3设计方案……………………………………………………………………4

第二章：

2.1A/D转换模块…………………………………………………………………4

2.1.1逐次逼近型A/D转换器原理…………………………………………4

2.1.2ADC0804的管脚和转换原理…………………………………………5

2.2复位电路和时钟电路…………………………………………………………6

2.2.1复位电路设计…………………………………………………………6

2.2.2时钟电路设计…………………………………………………………7

2.3LED显示系统设计……………………………………………………………7

2.3.1LED基本结构……………………………………………………………7

2.3.2LED显示器的选择………………………………………………………8

2.3.3LED译码方式…………………………………………………………8

2.3.4LED显示器与单片机接口设计………………………………………9

2.4总体电路设计…………………………………………………………………9

第三章：

3.1系统设计总方案………………………………………………………………10

3.2系统子程序设计………………………………………………………………11

3.2.1初始化程序……………………………………………………………11

3.2.2A/D转换子程序………………………………………………………11

3.2.3显示子程序……………………………………………………………12

第四章：

4.1软件调试……………………………………………………………………12

4.2显示结果及误差分析………………………………………………………12

4.2.1显示结果………………………………………………………………12

4.2.2误差分析……………………………………………………………14

第五章：

结束语

参考文献…………………………………………………………………………15

附录………………………………………………………………………………16

1.1设计要求

（1）以单片机为核心，设计一个数字电压表。

（2）采用中断方式，对2路0~5V的模拟电压进行循环采集。

（3）采集的数据送LED显示，并存入内存。

（4）超过界线时指示灯闪烁。

1.2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ADC0804，与单片机的接口为P1口。

（3）电压显示采用4位一体的LED数码管。

（4）LED数码的段码输入，由并行端口P2产生：

位码输入，用并行端口P3低四位产生。

1.3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一所示。

图一数字电压表系统硬件设计框图

2.1A/D转换模块

现实世界的物理量都是模拟量，能把模拟量转化呈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。

双重积分式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转换器的转换速度快，而且精度更高，比如ADC0809、ADC0808、ADC0804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，转换时间只取决于数位和时钟周期，逐次逼近型A/D转换其速度快，因而在实际中广泛应用。

2．1.1逐次逼近型A/D转换器原理

逐次逼近型A/D转换器是由—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—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用转换器转换，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，然后从第一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。

其原理框图如图二所示：

图二逐次逼近式A/D转换器原理图

2.1.2ADC0804的管脚和转换原理

工作电压：

+5V，即VCC=+5V。

模拟输入电压范围：

0~5V，即0。

分辨率：

8位，即分辨率为1/2=1/256，转换值介于0~255之间。

转换时间：

100us（fCK=640KHz）。

转换误差：

。

参考电压：

2.5V，即Verf=2.5V。

ADC0804是属于连续渐进式的A/D转换器，这类型的A/D转换器除了转换速度快、分辨率高外，还有价钱便宜的优点，普遍被应用于微电脑的接口设计上。

以输出8位的ADC0804动作来说明“连续渐进式的A/D转换器”的转换原理，动作步骤如下表示（原则上先从左侧最高位找起）。

第一次寻找结果：

10000000（若假设值，则寻找位=假设位=1）

第二次寻找结果：

11000000（若假设值，则寻找位=假设位=1）

第三次寻找结果：

11000000（若假设值>

，则寻找位=假设位=0）

第四次寻找结果：

11010000（若假设值，则寻找位=假设位=1）

第五次寻找结果：

11010000（若假设值>

第六次寻找结果：

11010100（若假设值，则寻找位=假设位=1）

第七次寻找结果：

11010110（若假设值，则寻找位=假设位=1）

第八次寻找结果：

11010110（若假设值>

这样使用二分法的寻找方式，8位的A/D转换器只要8次寻找，12位的转换器只要12次寻找，就能完成转换的动作，其中的输入值代表图1的模拟输入电

压VinADC0804与CPLD的连接图：

各个管脚的作用：

D0-D7：

数字量输出端，输出结果为八位二进制结果；

CLK：

为芯片工作提供工作脉冲，时钟电路如图所示，时钟频率计算方式是fCK=1/（1.1）；

CS:

片选信号；

WR：

写信号输入端；

RD：

读信号输入端；

INTR：

转换完毕中断提示端；

其他管脚链接如图，是供电和提供参考电压的管脚输入端

2.2复位电路和时钟电路

2.2.1复位电路设计

单片机在启动运行时都需要复位，使CPU和系统中的其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。

MCS-51单片机有一个复位引脚RST，采用施密特触发输入。

当震荡器起振后，只要该引脚上出现2个机器周期以上的高电平即可确保时器件复位。

复位完成后，如果RST端继续保持高电平，MCS-51就直处于复位状态，只要RST恢复低电平后，单片机才能进入其他工作状态。

单片机的复位方式有上电自动复位和手动复位两种，图6是51系列单片机统常用的上电复位和手动复位组合电路，只要Vcc上升时间不超过1ms，它们都能很好的工作。

图6复位电路

2.2.2时钟电路设计

单片机中CPU每执行一条指令，都必须在统一的时钟脉冲的控制下严格按时间节拍进行，而这个时钟脉冲是单片机控制中的时序电路发出的。

CPU执行一条指令的各个微操作所对应时间顺序称为单片机的时序。

MCS-51单片机芯片内部有一个高增益反向放大器，用于构成振荡器，XTAL1为该放大器的输入端，XTAL2为该放大器的输出端，但形成时钟电路还需附加其他电路。

本设计系统采用内部时钟方式，利用单片机内部的高增益反相放大器，外部电路图，只需要1个晶振和2个电容即可，如图7所示。

图7时钟电路

电路中的器件选择可以通过计算和实验确定也可以参考一些典型电路的参数，电路中，电容器C1和C2对震荡频率有微调作用，通常的取值范围是30±

10pF,在这个系统中选择了33pF；

石英晶振选择范围最高可选24MHz,它决定了单片机电路产生的时钟信号震荡频率，在本系统中选择的是12MHz,因而时到信号的震荡频率为12MHz。

2.3LED显示系统设计

2.3.1LED基本结构

LED是发光二极管显示器的缩。

LED由于结构简单、价格便宜、与单片机接口方使等优点而得到广泛应用。

LED显示器是由若干个发光二极管组成显示字段的显示器件。

在单片机中使用最多的是七段数码显示器。

LED七段数码显示器由8个发光二极管组成显示字段，其中7个长条形的发光二极管排列成“日”字形，另一个圆点形的发光·

极管在显示器的右下角作为显示小数点用，其通过不同的组合可用来显示各种数字。

LED引脚排列如下图8所示：

图8LED引脚排列

2.3.2LED显示器的选择

应用系统中，设计要求不同，使用的LED显示器的位数也不同，因此就生产了位数，尺寸，型号不同的LED显示器供选择，在本设计中，选择4位一体的数码型LED显示器，简称“4-LED”。

本系统中前一位显示电压的整数位，即个位后两位显可电压的小数位。

4-LED显示器引脚如图9所示，是一个共阴极接法的4位LED数码显示管，其中a,b,c,d,e,f，g为4位LED各段的公共输出端，1,2,3,4分别是每位的位数选端，