单片机 电压表.docx
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单片机 电压表.docx
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单片机电压表
1引言
随着电子科学技术的发展,电子测量成为广大电子工作者必须掌握的手段,对测量的精度和功能的要求也越来越高,而电压的测量甚为突出,因为电压的测量最为普遍。
传统的模拟电压表,已有百年的发展历史,虽然经过改进,但是仍然远远不能满足测量的需要。
近几十年来随着电子技术的发展,经常需要测量高精度的电压,因此数字电压表应运而生,发展的速度很快,数字电压表成为数字仪表的基础和核心。
本次设计的数字电压表的测量电路主要由三个模块组成:
A/D转换模块、数据处理模块及显示控制模块。
A/D转换主要由芯片ADC0809来完成,它负责把采集到的模拟量转换为相应的数字量再传送到数据处理模块。
数据处理则由芯片8031来完成,其负责把ADC0809传送来的数字量经一定的数据处理,产生相应的显示码送到显示模块进行显示;另外它还控制着ADC0809芯片的工作。
显示模块主要由数码管,显示测量到的电压值。
2芯片介绍
2.18031芯片介绍
8031含有运算器、控制器、片内存储器、4个输入/输出接口、串行接口、定时器/计数器、中断系统、振荡器等功能部件。
STACKPOINTER(SP)为堆栈指针寄存器,栈区占用了片内RAM的部分单元;PSW是程序状态寄存器,简称程序状态字,相当于其它计算机的标志寄存器;DPTR是数据指针寄存器,在访问片外ROM、片外RAM、甚至扩展I/O接口是特别有用;B寄存器又称乘法寄存器,它与累加器A协同工作,可进行乘法操作和除法操作。
P1.1
P0.0
4Vcc
P1.3
P1.2
P0.2
P1.5
P1.4
P0.4
P0.3
RST
P1.7
P1.6
P0.6
P0.5
P3.1
P3.0
P0.7
ALE
/EA
P3.3
P3.2
P2.7
/PSEN
P3.5
P3.4
P2.5
P2.6
XTAL2
P3.7
P3.6
P2.4
P2.2
P2.3
XTAL1
P2.1
P2.0
Vss
图2-18031的引脚图
各个引脚的功能说明如下:
GND:
接地端。
VCC:
电源端,接+5V。
XTAL1:
接外部晶体的一个引脚。
CHMOS单片机采用外部时钟信号时,外部时钟信号由此引脚接入。
XTAL2:
接外部晶体的一个引脚。
HMOS单片机采用外部时钟信号时,外部时钟信号由此引脚接入。
RST:
①复位信号输入。
②Vcc掉电后,此引脚可接备用电源,低功耗条件下保持内部RAM中的数据。
ALE/PROG:
①地址锁存允许。
②对8751单片机片内EPROM编程时,编程脉冲由该引脚接入。
PSEN:
程序存储器允许。
EA/Vpp:
①EA=0,单片机只访问外部程序存储器。
对于8xx51单片机此引脚应接高电平②在8751单片机内EPROM编程期间,此引脚接入21V编程电源Vpp。
P0口:
在不接片外存储器与扩展输入/输出接口时,可作为准双向输入/输出接口。
在接有片外数据存储器或程序存储器或扩展输入/输出接口时,它时分复用为双向数据总线和地址总线的低八位。
P1口:
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口的输出缓冲器可驱动4个TTL逻辑门电路。
对P1口管脚写入“1”后,被内部上拉电阻拉高,可用作输入。
P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部接有上拉电阻的缘故。
P2口:
P2口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P2口的输出缓冲器可驱动4个TTL逻辑门电路。
对P2口管脚写入“1”后,被内部上拉电阻拉高,可用作输入。
P2口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部接有上拉电阻的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。
P3口:
P3口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P3口的输出缓冲器可驱动4个TTL逻辑门电路。
对P3口管脚写入“1”后,被内部上拉电阻拉高,可用作输入。
P3口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部接有上拉电阻的缘故。
P3口除了一般I/O线的功能外,还具有更为重要的第二功能。
2.2ADC0809芯片介绍
ADC0809的内部逻辑结构图如图2-2所示。
ADC0809由8路模拟开关,地址锁存与译码器、比较器、256树形开关、逐次逼近式寄存器SAR、控制电路和三态输出锁存器等组成。
图2-2ADC0809的内部逻辑结构图
CLK:
时钟信号,典型值为500~640KHZ
VREF+、VREF-:
基准电压输入,通常VREF+接+5V、VREF-接地
ALE:
地址锁存允许,其上升沿锁存ADDC~ADDA的地址信号
START:
A/D转换启动信号,上升沿启动A/D转换。
EOC:
转换完成信号,启动转换后,EOC输出低电平,转换完成后输出高电平。
该信号可用作向单片机提出中断申请,或者作为查询信号。
OE:
数字量输出允许信号,该引脚输入高电平时,转换后的数字量从D0~D7脚输出。
IN0~IN7:
模拟电压输入,八个引脚可分别接八路模拟信号。
ADDA、ADDB、ADDC:
通道选择信号,其输入电平的组合选择模拟通道IN0~IN7之一。
2.3地址锁存芯片74LS273介绍
74LS273的引脚图如图2-3所示。
图2-374LS273的引脚图
74LS273是一个8D触发器,CLK为时钟端,在该引脚出现脉冲上升沿时,输入端1D-8D的数据信号被传送到输出端1Q-8Q;当无脉冲上升沿时,输出端1Q-8Q维持不变,可作为输出接口,以锁存数据。
3硬件电路设计
3.1复位电路
复位电路如图3-1所示,单片机系统常常有上电复位和操作复位两种。
上电复位是指单片机上电瞬间,要在RST引脚上出现宽度大于10ms的正脉冲,才能使单片机进入复位状态。
操作复位是指用户按下“复位”按钮使单片机进入复位状态。
图3-1复位电路
3.2A/D转换电路
模数A/D转换器是一种用来将连续的模拟信号转换成二进制数的器件。
一个完整的A/D变换器通常包括这样的一些输入、输出信号:
模拟输入信号和参考电压;数字输出信号;启动转换信号;转换结束信号;数据输出允许信号等。
高速A/D一般还应有采样保持电路,以减少孔径误差(在A/D转换的孔径时间内,因输入模拟量的变动所引起输出的不确定性误差)
ADC0809带有8位A/D转换芯片,所以它可有8个模拟量的输入端,由芯片的ADDA,ADDB,ADDC三个引脚来选择模拟通道中的一个。
74LS273用来所存数据,ADC0809与单片机的连接如图3-2所示。
图3-2A/D转换电路
3.3数码显示电路
CS2、CS3是两片74LS273的片选控制端,08-0F、10-17是74LS138译码器的输出端,口地址的高八位固定为1BH。
当数据指针DPTR指向1B08-1B0FH、1B10-1B17H时,执行指令
MOVX@DPTR,A
时,经内部译码后,在对应的插孔上输出低电平。
数码显示电路如图3-3所示。
图3-3数码显示电路
3.4硬件原理图
该设计的总原理图如图3-4所示
连线说明:
P1.0-P1.2分别接3个开关;
第一片74LS273(U2):
CS2接08-0F,011-018接LED的A-H;
第二片74LS273(U3):
CS3接10-17,021-026接LED的LD0-LD5;
ADC0809(U8):
CS5接20-27,IN0-IN2接三个滑动变阻器,滑动变阻器一端GND,另一端接+5V,EOC接P3.1;
图3-4硬件原理图
4程序设计
4.1主程序设计
初始化中主要对8031,ADC0809的管脚和数码管的位选及所用到的内存单元进行初始化设置。
准备工作做好后便启动ADC0809对IN0、IN1、IN2脚输入进的0.00~5.00V电压模拟信号进行数据采集并转换成相对应的0~255十进制数字量。
在数据处理子程序中,运用标度变换知识,编写算法将0~255十进制数字量转换成0.00~5.00V的数据,输出到显示子程序进行显示。
整个主程序就是在A/D转换,数据处理及显示程序循环执行。
整个程序流程框图如图4-1所示。
图4-1主程序流程图
4.2各子程序设计
4.2.1A/D转换子程序
启动ADC0809对模拟量输入信号进行转换,通过判断EOC(P3.1引脚)来确定转换是否完成,若EOC为0,则继续等待;若EOC为1,则把OE置位,将转换完成的数据存储到70H中。
A/D转换的原理:
ADC0809是8通道八位逐次逼近型A/D转换器,每采集一次需要100微秒。
START端为A/D转换启动信号,ALE端为通道地址锁存信号。
实验电路中已将其相连,以便同时锁存通道地址并开始A/D转换,故启动A/D转换只需如下两条指令:
MOVDPTR,#1B20H
MOVX@DPTR,A
A中内容是不重要的,这是一次虚拟写。
中断方式下,A/D转换结束后自动产生EOC信号,将其与8031的INT0相连。
中断处理程序中,使用如下指令即可读取A/D转换结果。
MOVDPTR,#1B20H
MOVXA,@DPTR
程序流程图如图4-2所示。
图4-2A/D转换程序流程图
4.2.2数据处理子程序
数据处理子程序主要是根据公式
(1),把0~255十进制数转换成0.00V~5.00V。
(1)
:
模拟测量值;
:
模拟输入最小值;
:
模拟输入最大值;
:
模数转换后的值;
:
模数转换后的最小值;
:
模数转换后的最大值。
在本设计中,
=0V,
=5V,
=0,
=255,则公式
(1)可简化为
(2)
程序流程图如图4-3所示
图4-3数据处理子程序流程图
4.2.3数据显示子程序
由于在显示子程序中需要用到DPTR,在返回主程序前DPTR的值改变了,所以需要先保存DPTR的值。
1B10-1B12H接口为位数据口,1B08-1B0AH接口为段数据口。
把位数据送到1B10H,选中相应的数码管,把查表后的段数据送到1B08H,进行显示。
为了使在数码管上显示的数据能够看清楚,需要调用一个1ms的延时程序,并且刷新255次。
在显示的过程中,整数后需要显示小数点,在相应的段马上加上80H即可。
在此,采用了两个段码表,一个表中存放的为单纯的整数,另一个表中存放的是加了小数点后的断码。
图4-4显示模块流程图
5总结
一周的课程设计接近尾声,在这短短几天的时间里,我们设计实现了简单的数字电压表。
曾经总是抱怨没有实际动手的机会,光学理论知识有什么用。
这次课设让我们认识、熟悉并使用了各个芯片。
通过它,我们对A/D转换及数据处理和数码显示有了更深的理解,巩固了理论知识,锻炼了实践动手能力。
虽然走了很多的弯路,但最后还是得到了比较理想的结果。
再次验证了“实践中出真理”这一句至理名言。
这次课程设计将会成为我们实际动手能力的一次见证,也会是我们学习生涯的一笔宝贵财富。
致谢
感谢学校提供这次课程设计的机会,让我们自己动手动脑真正解决实际中遇到的问题。
感谢指导老师的认真讲解,让我们对本次课程设计的目的、任务与要求有了比较全面的认识。
感谢老师在课设期间的耐心指导,让我们在提出问题、遇到问题、解决问题的过程中不断成长。
感谢同班同学们的热心帮助,让我更加注重细节方面知识的学习。
也正是因为大家的共同努力,才有了最终的设计结果。
参考文献
[1]李群芳、肖看.单片机原理、接口及应用,清华大学出版社,2008
[2]三恒星科技.单片机原理与应用实例,电子工业出版社,2008
[3]沈红卫.基于单片机的智能系统设计与实现,电子工业出版社,2005
[4]李广弟、朱月秀、冷祖祁.单片机基础,北京航空航天大学出版社,2007
[5]丁元杰.单片机原理与应用,机械工业出版社,2009
[6]孙育才.MCS-51系列单片微型计算机及其应用,东南大学出版社, 2005
附录
ORG4000H
START:
MOVP1,#0FFH
MOV73H,#00H;通道选择
JNBP1.0,L1
LCALLM1
LCALLS1
LCALLN1
L1:
MOV73H,#01H
JNBP1.1,L2
LCALLM2
LCALLS1
LCALLN1
L2:
MOV73H,#02H
JNBP1.2,LOOP9
LCALLM3
LCALLS1
LCALLN1
LJMPSTART
LOOP9:
MOVA,P1
CPLA
CJNEA,#07H,START
MOV73H,#00H
LCALLM1
LCALLS1
LCALLN1
MOV73H,#01H
LCALLM2
LCALLS1
LCALLN1
MOV73H,#02H
LCALLM3
LCALLS1
LCALLN1
LJMPSTART
M1:
MOVDPTR,#1B20H;实现A/D转换
MOVX@DPTR,A
LOOP1:
JNBP3.2,LOOP1
MOVDPTR,#1B20H
MOVXA,@DPTR
RET
M2:
MOVDPTR,#1B21H
MOVX@DPTR,A
LOOP2:
JNBP3.2,LOOP2
MOVDPTR,#1B21H
MOVXA,@DPTR
RET
M3:
MOVDPTR,#1B22H
MOVX@DPTR,A
LOOP3:
JNBP3.2,LOOP3
MOVDPTR,#1B22H
MOVXA,@DPTR
RET
S1:
MOVB,#51;算法
DIVAB
MOV72H,A
MOVA,B
MOVB,#10
MULAB
MOVB,#51
DIVAB
MOV71H,A
MOVA,B
MOVB,#10
MULAB
MOVB,#51
DIVAB
MOV70H,A
RET
N1:
MOVR7,#200;数码显示
L4:
MOVR6,#01H
MOVR5,#04H
MOVR0,#70H
L5:
MOVDPTR,#1B10H
MOVA,R6
MOVX@DPTR,A
MOVR6,A
MOVA,@R0
CJNER0,#72H,LOOP6
MOVDPTR,#TAB2
LJMPLOOP7
LOOP6:
MOVDPTR,#TAB1
LOOP7:
MOVCA,@A+DPTR
MOVDPTR,#1B08H
MOVX@DPTR,A
LCALLDELAY
DJNZR5,L3
DJNZR7,L4
LJMPL6
L3:
INCR0
MOVA,R6
RLA
MOVR6,A
LJMPL5
L6:
NOP
RET
DELAY:
MOVR3,#250
LOOP5:
DJNZR3,LOOP5
RET
TAB1:
DB3FH,06H,5BH,4FH,66H
DB6DH,7DH,07H,7FH,6FH
TAB2:
DB0BFH,86H,0DBH,0CFH,0E6H,0EDH
END
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