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单片机课设
单片机
基于51单片机的电压显示电路
刘慧
2012128040
1211电工
2014年11月02日
目录
第一章设计任务和要求…………………………4
第二章单元电路设计及仿真………………………5
第三章电路模块功能的分析…………………………10
第4章心得与体会…………………………………12
前言
我们在做一个单片机系统时,常常会遇到这样那样的数集,在这些被采集的数据中,大部分可以通过我们的I/O口扩展接口电路直接得到,由于51单片机大部分不带AD转换器,所以模拟量的采集就必须靠A/D或V/F实现。
下现我们就来了解一下AD0809与51单片机的接口及其程序设计。
数字电压表(DigitalVoltmeter)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。
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、自动测试系统等领域,显示出强大的生命力。
与此同时,由DVM扩展而成的各种通用及专用数字仪器仪表,也把电量及非电量测量技术提高到崭新水平。
第一章设计任务和要求
直流数字电压表主要由AD转换器ADC0809,单片机芯片AT89S51控制电路,液晶显示电路三部分构成。
其中由ADC0809组成的转换电路,将输入的模拟量信号进行取样、转换,然后将转换的数字信号送进单片机,单片机控制电路主要实现对数据进行处理,显示电路主要用于将单片机得信号数据转换后显示测量结果。
方案的主要特点是:
(1)用液晶1602能直接精确、清晰显示所测电压数值,使整机线路简化。
(2)采用+5V和—5V两组电源供电。
(3)采用AT89S51单片机芯片实现整个电路控制。
(4)显示亮度较高。
(5)采用转换器AD0809,实现八路直流电压检测,电压测量范围为0—10V,能显示指定电压通道和电压值。
(6)电路有8条模拟量输入通道由16个10K电阻,8组阻值为1:
1构成,采用降压原理实现0V-10V电压测量。
第二章单元电路设计及仿真
1、AD0809的逻辑结构
ADC0809是8位逐次逼近型A/D转换器。
它由一个8路模拟开关、一个地址锁存译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成(见图1)。
多路开关可选通8个模拟通道,允许8路模拟量分时输入,共用A/D转换器进行转换。
三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量,当OE端为高电平时,才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。
2、AD0809的工作原理
IN0-IN7:
8条模拟量输入通道ADC0809对输入模拟量要求:
信号单极性,电压范围是0-5V,若信号太小,必须进行放大;输入的模拟量在转换过程中应该保持不变,如若模拟量变化太快,则需在输入前增加采样保持电路。
地址输入和控制线:
4条ALE为地址锁存允许输入线,高电平有效。
当ALE线为高电平时,地址锁存与译码器将A,B,C三条地址线的地址信号进行锁存,经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。
A,B和C为地址输入线用于选通IN0-IN上的一路模拟量输
入。
通道选择表如下表所示。
CBA选择的通道
000IN0
001IN1
010IN2
011IN3
100IN4
101IN5
110IN6
111IN7
数字量输出及控制线:
11条ST为转换启动信号。
当ST上跳沿时,所有内部寄存器清零;下跳沿时,开始进行A/D转换;在转换期间,ST应保持低电平。
EOC为转换结束信号。
当EOC为高电平时,表明转换结束;否则,表明正在进行A/D转换。
OE为输出允许信号,用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。
OE=1,输出转换得到的数据;OE=0,输出数据线呈高阻状态。
D7-D0为数字量输出线。
CLK为时钟输入信号线。
因ADC0809的内部没有时钟电路,所需时钟信号必须由外界提供,通常使用频率为500KHZ,VREF(+),VREF(-)为参考电压输入。
3、ADC0809应用说明
(1)ADC0809内部带有输出锁存器,可以与AT89S51单片机直接相连。
(2)初始化时,使ST和OE信号全为低电平。
(3)送要转换的哪一通道的地址到A,B,C端口上。
(4)在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号。
(5)是否转换完毕,我们根据EOC信号来判断。
(6)当EOC变为高电平时,这时给OE为高电平,转换的数据就输出给单片机了。
4、AD0809的应用
电路说明:
主要由AD转换器AD0809,频率发生器SUN7474,单片机AT89S51及显示用数码管组成。
AD0809的启动方式为脉冲启动方式,启动信号START启动后开始转换,EOC信号在START的下降沿10us后才变为无效的低电平。
这要求查询程序待EOC无效后再开始查询,转换完成后,EOC输出高电平,再由OE变为高电平来输出转换数据。
我们在设计程序时可以利用EOC信号来通知单片机(查询法或中断法)读入已转换的数据,也可以在启动AD0809后经适当的延时再读入已转换的数据。
AT89S51的输出频为晶振频的1/6(2MHZ),AT89S1与SUN7474连接经与7474的ST脚提供AD0809的工作时钟。
AD0809的工作频范围为10KHZ-1280KHZ,当频率范围为500KHZ时,其转换速度为128us。
AD0809的数据输出公式为:
Dout=Vin*255/5=Vin*51,其中Vin为输入模拟电压,Vout为输出数据。
当输入电压为5V时,读得的数据为255再乘以2,得510。
我们用510*98%得499,再将百位数码管的小数点点亮,显示为4.99V,显示值与输入值基本吻合。
编程思路:
(1)向AD0809写入通道号并启动转换
(2)延时1ms后等待EOC出现高电平(JNBEOC,$)
(3)给OE置高并读入转换数据存入数据地址或数组中。
(4)显示
根据设计要求,结合硬件电路,在输入模拟信号时采用电阻分压,最终价的采样输入电压只有实际输入电压的二分之一,所以在变下程序时,要编写一段数据调整程序,其中还应注意硬件显示电路采用了液晶显示,液晶显示的频率有一定的要求,这就要求再编写程序时,还要考虑到显示子程序。
程序设计流程图如图
应用程序设计
(1)程序起始地址MCS-51系列单片机复位后,(PC)=0000H,而0003H~002BH分别为各中断源的入口地址。
所以,编写程序时,应在0000H处写一条跳转指令。
当CPU接到中断请求信号并予以响应后,CPU把当前的PC内容压入栈中进行保护,然后转入响应的中断服务程序
(2)
(2)AD0809时钟脉冲信号本方案中,采用软件定时的方式,该单片机的时钟频率为12MHZ,1个机器周期时间为1us,可以计算出计数初值:
TC=65536-5,即有TH0=(65536-5)/256;TL0=(65536-5)%256;定时器T0以定时方式1完成定时。
程序如下;
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitst=P3^2;
sbitoe=P3^1;
sbiteoc=P3^0;
ucharcodetab[]={0x03,0x9f,0x25,0x0d,0x99,0x49,0x41,0x1f,0x01,0x09};//数码管显示段码
ucharcodetd[]={0x00,0x10,0x20,0x30,0x40,0x50,0x60,0x70};//通道先择数组
uintad_0809,ad_data1,ad_data2,ad_data3,ad_data0;
ucharm,number;
ucharx[8];//八通道数据待存数组
voiddelaynms(uintx);//nms延时程序
voiddisplay();//显示程序
voidad0809();//芯片启动程序
voidkey();//键扫描程序
main()
{number=1;
P1=0x00;
while
(1)
{
ad0809();//调AD0809启动子程序
key();//调按键子程序
ad_0809=x[number];//把相关通道数据给ad_0809
display();//调显示
}}
//nms延时程序
voiddelaynms(uintx)
{
uchari;
while(x-->0)
{
for(i=0;i<125;i++)
{;}}}
voiddisplay()
{
uchara;
ad_data1=(ad_0809*49/25)/100;//读得的数据乘以2再乘以98%除以100得百位
ad_data2=((ad_0809*49/25)%100)/10;//读得的数据乘以2再乘以98%再分出十位
ad_data3=(((ad_0809*49/25)%100)%10);//读得的数据乘以2再乘以98%再分出个位
for(a=0;a<10;a++)
{
P0=tab[ad_data3];//送小数点后第二位显示
P2=0x07;//选通第一个数码管
delaynms(3);
P0=tab[ad_data2];//送小数点后第一位显示
P2=0x0b;//选通第二个数码管
delaynms(3);
P0=tab[ad_data1];//送整数显示
P0_7=0;//点亮第三个数码管小数点
P2=0x0d;//选通第三个数码管
delaynms(3);
P0=tab[number];//送通道号显示
P2=0x0e;
delaynms(3);
}}
voidad0809()
{
uchari,m=1;
for(i=0;i<8;i++)
{
P0=td[i];//选通通道
oe=0;//以下三条指令为起动AD0809
st=0;
st=1;
st=0;
delaynms
(1);
while(!
eoc);//等待转换结束
oe=1;//取出读得的数据
x[m]=P2;//送相关通道数组
oe=0;
m++;
}}
voidkey()
{
if(!
P3_5)//P3.5是否按下
{
delaynms(20);//延时判误
if(!
P3_5)//再一次判断P3。
5是否按下
{
while(!
P3_5);//等待P3。
5为高电平
numif(number>8)number=1;//八通道
}}}ber++;//通道号显示加一
if(number>8)number=1;//八通道
}}}
电路原理图如下:
第三章电路模块功能的分析
3.1液晶显示部分
采用液晶1602,能够16*02即32个字符(16列2行)。
1602采用标准的16脚接口,
其中,
第1脚:
VSS为电源地;
第2脚:
VDD接5V电源正极;
第3脚:
V0为液晶显示器对比度调整端,接地电源时对比度最高(对比度过高时会产生“鬼影”,使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度)。
第4脚:
RS为寄存器选择,高电平1时选择数据寄存器,低电平0时选择指令寄存器。
第5脚:
RW为读写信号线,高电平1时进行读操作,低电平0时进行写操作。
第6脚:
E(或EN)端为使能端。
第7-14脚:
D0-D7为8位双向数据端。
第15-16脚:
空脚或背灯电源。
15脚背光正极,16脚背光负极。
3.2电路检测部分
电路检测部分由电阻和发光二极管组成,接通电源,电路连接无误,灯亮。
发光二极管用来检测电路是否连通。
电路检测部分电路图:
3.3切换通道电路部分
AD0809转换器有IN0-IN7共8条模拟量输入通道;电路功能测量时,用两个大的按键开关来切换通道,实现测量。
其中,一个是通过手按按键来切换,另一个按下则实现是自动顺序切换,切换通道的电路图如图8所示:
四.心得与体会
这次设计是体现我专业优势和特点的一次锻炼。
从选题,到选原理图制版至最后的写论文。
其间查找资料,老师指导,与同学交流,反复修改原理图,每一个过程都是对自己能力的一次检验和提高。
通过这次实践,我了解了数字电压表的制作,工作原理及相关芯片的使用和工作原理,锻炼了自己的实际动手能力,培养了自己独立工作能力。
我觉得这次实训是对我专业知识和实际动手能力的一次综合检验,同时也是为自己今后走向社会的一次热身。
这次实训收获颇多,比如学会了查找有用信息跟相关资料,有用的数据,并熟悉了做板的流程和巩固了相关专业知识。
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