基于单片机的数字电压表设计说明书Word文件下载.docx
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参考文献12
附录A源程序代码13
附录B仿真原理图17
1引言
数字电压表(DligitaVoltmeter)简称DVM,它是采用数字化测量技术,把连续的模拟量(直流输入电压)转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。
传统的指针式电压表功能单一、精度低,不能满足数字化时代的需求,采用单片机的数字电压表,由精度高、抗干扰能力强,可扩展性强、集成方便,还可与PC进行实时通信。
目前,由各种单片A/D转换器构成的数字电压表,已被广泛用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域,示出强大的生命力。
本论文给出基于单片机的简易数字电压表设计,控制系统采用AT89C51单片机,A/D转换器采用ADC0808为主要硬件,实现数字电压表的硬件电路与软件设计。
数字电压表可以测量0~5V的8路输入电压值,并在四位LED数码管上轮流显示或单路选择显示。
2软件简介
2.1ISIS6Professional软件简介
ISIS6Professiona软件是它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能,还能仿真单片机及外围器件。
它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。
虽然目前国内推广刚起步,但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。
它从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真,一键切换到PCB设计,真正实现了从概念到产品的完整设计。
是目前将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台,其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等,2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器,并持续增加其他系列处理器模型。
在编译方面,它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。
ISIS6Professiona软件具有的功能:
原理布图;
PCB自动或人工布线;
SPICE电路仿真。
2.2KeilC51软件简介
KeilC51集成开发环境主要由菜单栏、工具栏、源文件编辑窗口、工程窗口和输出窗口五部分组成。
工具栏为一组快捷工具图标,主要包括基本文件工具栏、建造工具栏和调试工具栏,基本文件工具栏包括新建、打开、拷贝、粘贴等基本操作。
建造工具栏主要包括文件编译、目标文件编译连接、所有目标文件编译连接、目标选项和一个目标选择窗口。
调试工具栏位于最后,主要包括一些仿真调试源程序的基本操作,如单步、复位、全速运行等。
在工具栏下面,默认有三个窗口。
左边的工程窗口包含一个工程的目标(target)、组(group)和项目文件。
右边为源文件编辑窗口,编辑窗口实质上就是一个文件编辑器,我们可以在这里对源文件进行编辑、修改、粘贴等。
下边的为输出窗口,源文件编译之后的结果显示在输出窗口中,会出现通过或错误(包括错误类型及行号)的提示。
如果通过则会生成“HEX”格式的目标文件,用于仿真或烧录芯片。
MCS-51单片机软件KeilC51开发过程为:
1.建立一个工程项目,选择芯片,确定选项;
2.建立汇编源文件或C源文件;
3.用项目管理器生成各种应用文件;
4.检查并修改源文件中的错误;
5.编译连接通过后进行软件模拟仿真或硬件在线仿真;
6.编程操作;
7.应用。
3芯片简介
3.189C51单片机
89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。
89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的89C51是一种高效微控制器,89C2051是它的一种精简版本。
89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
3.1.1主要特性
1.与MCS-51兼容;
2.4K字节可编程闪烁存储器;
3.寿命:
1000写/擦循环;
4.数据保留时间:
10年;
5.全静态工作:
0Hz-24MHz;
6.三级程序存储器锁定;
7.128*8位内部RAM;
8.32可编程I/O线;
9.两个16位定时器/计数器;
10.5个中断源;
11.可编程串行通道;
12.低功耗的闲置和掉电模式;
13.片内振荡器和时钟电路。
3.1.2管脚说明
VCC:
供电电压。
GND:
接地。
P0口:
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。
当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入P0口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。
P1口:
P1口是一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。
P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。
P2口:
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,且作为输入。
并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P3口:
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。
当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。
作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口,如下表所示:
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。
在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是:
每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时,ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。
另外,该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。
/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。
但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/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。
注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET;
当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。
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。
3.2ADC0808
3.2.1引脚功能(外部特性)
ADC0808芯片有28条引脚,采用双列直插式封装,如图3-1所示:
图3-1ADC0808
各引脚功能如下:
1~5,26~28(IN0~IN7):
8路模拟量输入端。
8,14,15,17~21:
8位数字量输出端。
22(ALE):
地址锁存允许信号,输入,高电平有效。
6(START):
A/D转换启动脉冲输入端,输入一个正脉冲(至少100ns宽)使其启动(脉冲上升沿使0809复位,下降沿启动A/D转换)。
7(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)。
9(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。
10(CLK):
时钟脉冲输入端。
要求时钟频率不高于640KHZ。
12(VREF(+))、16(VREF(-)):
参考电压输入端。
11(Vcc):
主电源输入端。
13(GND):
地。
23~25(ADDA、ADDB、ADDC):
3位地址输入线,用于选通8路模拟输入中的一路。
3.2.2内部结构
ADC0808是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器,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A/D转换器、逐次逼近。
极限参数电源电压(Vcc):
6.5V。
控制端输入电压:
—0.3V~15V。
其它输入和输出端电压:
-0.3V~Vcc+0.3V。
贮存温度:
—65℃~+150℃功耗(T=+25℃):
875mW。
引线焊接温度:
①气相焊接(60s):
215℃;
②红外焊接(15s):
220℃抗静电强度:
400V。
4总体设计
4.1数字电压表原理框图
数字电压表原理框图如图4-1所示:
图4-1数字电压表原理框图
4.2原理说明
系统首先通过按键或循环选择八路通道中的一路,将该路电压送入ADC0808相应通道,单片机软件设置ADC0808开始A/D转换,转换结束ADC0808的EOC端口产生高电平,同时将ADC0808的EO端口置为高电平,单片机将转换后结果存如片内RAM。
系统调出计算子程序,将保存结果转化为0.00-5.00V分别保存在片内RAM;
系统调用显示子程序,将转化后数据查表,输出到LED显示电路,将相应电压显示出来,程序进入下一个循环。
1.显示部分:
系统通过对LED灯的动态显示及不停的轮流给数码管位选端加驱动电压,在给其中一个数码管位选段加驱动电压的时候它才能变亮,而其他的是暗的,由于数码管暗下来需要一定的时间,人眼具有视觉暂留特点,同时系统又给其它的施加驱动电压,所以我们看到的就是稳定的亮着的数字了。
2.A/D转换部分:
通过A/D转换器将输入的模拟信号转换成数字信号,然后进行处理。
为了达到这一目的,使用调试简单,能与微处理机或其他数字系统兼容的A/D转换器0808芯片。
ADC0808是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模/数转换的器件。
其内部有一个8通道多路开关,它可以根据地址码锁存译码后的信号,只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。
5数字电压表硬件电路仿真框图
5.1硬件电路仿真框图
数字电压表硬件电路仿真框图如图5-1所示:
图5-1数字电压表硬件电路仿真框图
5.2输入电路
输入电路的作用是把不同量程的被测的电压规范到A/D转换器所要求的电压值。
本电路设计所用电压为0.00-5.00V,其大小通过滑动变阻器调节。
5.3A/D转换电路
A/D转换器的转换精度对测量电路极其重要,它的参数关系到测量电路性能。
A/DC0808转换器的性能比较稳定,转换精度高,具有很高的抗干扰能力,电路结构简单,其缺点是工作速度较低。
在对转换精度要求较高,而对转换速度要求不高的场合如电压测量有广泛的应用。
5.4LED数码管的控制显示
LED数码管的模型如图5-2所示:
图5-2LED数码管仿真图
LED的段码端口A~G分别接至AT89C51的P1.0~P1.7口,位选端1~4分别接至P2.0、P2.1、P2.2、P2.3。
具体接线参照图5-1。
6系统程序流程图
6.1ADC0808的转换流程图
ADC0808的转换流程图如图6-1
图6-1ADC0808的转换流程图
6.2显示转换流程图
显示转换流程图如图6-2
7总结
通过这次单片机课程设计,我不仅加深了对单片机理论的理解,将理论很好地应用到实际当中去,而且我还学会了如何去培养我们的创新精神,从而不断地战胜自己,超越自己。
创新可以是在原有的基础上进行改进,使之功能不断完善,成为真己的东西。
这次实习让我受益匪浅,无论从知识上还是其他的各个方面。
上课的时候的学习从来没有接触过真正的单片机,只是从理论的角度去理解枯燥乏味。
但在实习中模拟使用了单片机及其系统,能够理论联系实际的学习,开阔了眼界,提高了单片机知识的理解和水平。
在这次课程设计中又让我体会到了合作与团结的力量,当遇到不会或是设计不出来的地方,我们就会相互讨论或者帮助。
团结就是力量,无论在现在的学习中还是在以后的工作中,团结都是至关重要的,有了团结会有更多的理念、更多的思维、更多的情感。
单片机是很重要的一门课程,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,学好了单片机也就多了一项生存的本领。
参考文献
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- 基于 单片机 数字 电压表 设计 说明书