基于PCF8591数字电压表设计Word文档下载推荐.docx
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1.3课程设计的思路
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PCF8591实现,利用PCF8591将模拟电压转换为数字量。
3.经单片机将数字量转换成对应电压值,电压显示采用4位一体的LED数码管。
1.4课程设计的方案
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,LCD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
第2章系统方案硬件设计
2.1系统方案的提出
根据4路模拟量输入设计的需要,为单片机和A/D转换器提供以下设计方案。
2.1.1单片机方案
AT89C51是一个低功耗,高性能CMOS8位单片机,片内含4k字节Flash可擦写存储器(PEROM)。
AT89C51器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造,兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构,AT89C51的片内Flash允许程序存储器通过传统编程器反复编程。
由于芯片内集成了通用8位中央处理器和Flash存储单元,功能强大的微处理器ATMELAT89C51可为许多嵌入式控制应用系统提供高度灵活、高性价比的解决方案。
AT89C51具有如下特点:
4kBytesFlash存储器、128bytes的RAM以及32个I/O口、2个16位定时/计数器,5个中断优先级2层中断嵌套中断、1个全双工串行通信口、片内时钟振荡器。
AT89C51芯片,如图所示,各引脚功能如下:
VCC:
供电电压。
GND:
接地。
P0口:
为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。
P1口:
是个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
图3-1AT89C51设计
P2口:
为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高。
P3口:
管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口,如所示:
P3.0RXD(串行输入口)P3.1TXD(串行输出口)
P3.2/INT0(外部中断0)P3.3/INT1(外部中断1)
P3.4T0(记时器0外部输入)P3.5T1(记时器1外部输入)
P3.6/WR(外部数据存储器写选通)P3.7/RD(外部数据存储器读选通)
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST:
复位输入。
当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG:
当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。
/PSEN:
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效。
/EA/VPP:
当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。
XTAL1:
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2:
来自反向振荡器的输出。
2.1.2A/D转换器方案
PCF8591的功能包括多路模拟输入、内置跟踪保持、8-bit模数转换和8-bit数模转换。
PCF8591的最大转化速率由I²
C总线的最大速率决定。
1、主要技术指标和特性
单独供电。
PCF8591的操作电压范围2.5V-6V。
低待机电流
通过I2C总线串行输入/输出。
PCF8591通过3个硬件地址引脚寻址
PCF8591的采样率由I2C总线速率决定。
4个模拟输入可编程为单端型或差分输入频道选择自动增量。
PCF8591的模拟电压范围从Vss到VDD。
PCF8591内置跟踪保持电路。
8-bit逐次逼近A/D转换器;
通过1路模拟输出实现DAC增益PCF8591引脚图
2.1.3时钟电路
AT89S51的时钟电路如图所示,在单片机的XTAL1和XTAL2两个管脚接一个晶振及两个电容构成了时钟电路电路中电容C1和C2对振荡频率有微调作用,在设计时取30uF。
晶振为11.0592MHz,故选择12MHz即可。
图2-2时钟电路图2-3复位电路
2.1.4复位电路
AT89S51的复位电路如图所示。
当单片机一上电,立即复位;
另外,如果在运行中,外界干扰等因素使单片机的程序陷入死循环状态,就可以通过按键手动使其复位。
复位也是使单片机退出低功耗工作方式而进入正常状态的一种操作。
电容C3和电阻R10实现上电自动复位。
增加按键开关S1和电阻R9又可实现按键手动复位功能。
R9的作用是在S1按下的时候,防止电容C3放电电流过大烧坏开关S1的触点。
2.1.5显示电路LED硬件设计
LED数码管由8个发光二极管组成,其中7个按“8”型排列,另一个发光二极管为圆点形状,位于右下角,常用于显示小数点。
共阳极LED电路连接如图2-4所示,8支发光二极管的阳极共同接到电源上,所以叫共阳极LED,在每个发光二极管的阳极接的电阻将起到保护作用。
在输入管脚接低电平时,对应的发光二极管将会发光。
和共阴极LED一样,适当编码后,8支发光二极管组合起来就可以显示数据了。
2-4共阳极接法原理图
动态显示来完成该显示电路的硬件设计。
图2-5显示电路设计
2.1.6总体设计电路图:
见Protel图
第3章系统软件设计
3.1.1程序设计总方案
根据模块的划分原则,将该程序划分初始化模块,A/D转换子程序和显示子程序,这三个程序模块构成了整个系统软件的主程序,如图12所示。
图3-1数字式直流电压表主程序框图
3.1.2系统子程序设计
初始化程序
所谓初始化,是对将要用到的MCS_51系列单片机内部部件或扩展芯片进行初始工作状态设定,初始化子程序的主要工作是设置定时器的工作模式,初值预置,开中断和打开定时器等
3.1.3A/D转换子程序
A/D转换子程序用来控制对输入的模块电压信号的采集测量,并将对应的数值存入相应的内存单元,其转换流程图如图3-2所示。
图3-2A/D转换流程图
3.1.4显示子程序
显示子程序采用动态扫描实现四位数码管的数值显示,在采用动态扫描显示方式时,要使得LED显示的比较均匀,又有足够的亮度,需要设置适当的扫描频率,当扫描频率在70HZ左右时,能够产生比较好的显示效果,一般可以采用间隔10ms对LED进行动态扫描一次,每一位LED的显示时间为1ms[10]。
在本设计中,为了简化硬件设计,主要采用软件定时的方式,即用定时器0溢出中断功能实现11μs定时,通过软件延时程序来实现5ms的延时。
第四章电路原理图和PCB板的设计
第5章实习总结
经过两周的单片机课程设计,我有了很多的体会和感想。
通过本次对简易电压表的设计,我们对单片机这门课程有了更进一步的了解。
无论是在其硬件连接方面还是在软件编程方面,都取得了新的收获。
本次课程设计采用了AT89C51单片机芯片,与以往我们我们所熟悉的C51芯片有许多不同之处,通过本次实验及查阅相关资料,我们对其之间的区别有了一定的认识,在本课题设计报告的硬件介绍部分也对其作了详细的论述。
S51在C51的基础上增加了许多新的功能,使其功能更为完善,应用领域也更为广泛。
另外,在对单片机编程方面,我们又掌握了一些新的编程思想,使得程序更为简练、易懂,而且更为严谨,程序执行的稳定性得到了提高。
设计中我们还用到了模/数转换芯片PCF8591,以前在学单片机这门课程时只是对其理论知识有了初步的了解。
通过本次实验,我们对它的工作原理彻底理解了,对其启动设置、转换结束判断以及输出控制等都基本掌握。
电路连接方面,我们对其与单片机的连接也有了更为直观的认识,通过实验的摸索以及必要的理论知识,我们准确的实现了它于单片机的互连。
设计过程中,我遇到过许多次失败的考验,比如,自己对单片机编程时遇到了很多阻碍,想要放弃,然而,就在要放弃的那一刻,我明白了,原来结果并不那么重要,我们更应该注重的是这一整个过程。
于是,我坚持了下来。
我非常感激实习老师对我的的指导和帮助,没有老师的指导,我只能晕头转向的瞎忙。
通过这次设计,这也对我们今后的工作敲响了警钟:
要认真的看待每个需要处理的问题,不要认为事情过于简单,不能急于求成,但不要放弃。
要保持头脑清醒。
单片机是很重要的一门课程,老师和一些工作的朋友都曾说过,如果学好一门单片机,就凭这个技术这门手艺找一个好工作也不成问题。
尽管我们在课堂学到的内容很有限,但在以后的学习中单片机还需要好好的深入研究和学习。
最后感谢老师对我的精心指导和帮助,感谢同学们对我的帮助。
参考文献
1.魏立峰王宝兴.单片机原理及应用技术.北京:
北京大学出版社,2006.
2.张毅刚.MCS-51单片机应用与设计.哈尔滨:
哈尔滨工业大学出版社,2003.
3.马忠梅单片机的C语言应用程序设计.北京:
北京航空航天大学出版社2003
4.PCF8591使用说明书
程序:
ORG0000H
LJMPSTART
ORG0003H
RETI
ORG000BH
RETI
ORG0013H
ORG001BH
ORG0023H
ORG002BH
*初始化程序中的各变量*
CLEARMEMIO:
CLRA
MOVP2,A
MOVR0,#70H
MOVR2,#0DH
LOOPMEM:
MOV@R0,A
INCR0
DJNZR2,LOOPMEM
MOV20H,#00H
MOVA,#0FFH
MOVP0,A
MOVP1,A
MOVP3,A
RET
*主程序*
START:
LCALLCLEARMEMIO。
初始化
MAIN:
LCALLTEST。
测量一次
LCALLDISPLAY。
显示数据一次
AJMPMAIN
NOP。
PC值出错处理
NOP
LJMPSTART
*显示控制程序*
DISPLAY:
JB00H,DISP11。
MOVR3,#08H。
8路信号循环显示控制
MOVR0,#70H。
显示数据初址70H~77H
MOV7BH,#00H。
显示通道路数初值
DISLOOP1:
LCALLTUNBCD。
显示数据转为三位BCD码存入7AH、79H、78H
MOVR2,#0FFH。
每路显示时间控制4MS*255
DISLOOP2:
LCALLDISP。
调四位显示程序
LCALLKEYWORK1。
DJNZR2,DISLOOP2。
INCR0。
显示下一路
INC7BH。
通道显示数加一
DJNZR3,DISLOO
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