單片機課程設計--數(shù)字電壓表

1、<p>　　單片機原理與應用課程設計</p><p>　　題 目： 數(shù)字電壓表 </p><p>　　系 部： 信息與控制工程學院 </p><p>　　專 業(yè)： 測控技術與儀器 </p><p>　　班 級：

2、 </p><p>　　學生姓名: 學 號: </p><p>　　指導教師: </p><p><b>　　年 12月6日</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p&

3、gt;　　1 設計任務與要求4</p><p>　　1．1 課程設計的目的4</p><p>　　1. 2 設計任務4</p><p>　　1．3 設計要求4</p><p><b>　　2 設計方案5</b></p><p>　　2．1 設計思路5</p>

4、<p>　　2．2 芯片選擇6</p><p>　　2.2.1 單片機STC89C516</p><p>　　2.2.2 74LS164芯片8</p><p>　　2.2.3 MAX813芯片9</p><p>　　2.2.4 MAX232芯片11</p><p>　　2.2.5 ADC

5、083212</p><p>　　3 設計硬件電路設計13</p><p>　　3．1 硬件系統(tǒng)的整體框圖14</p><p>　　3．2 AD 轉(zhuǎn)換15</p><p>　　3．3 串行通信17</p><p>　　3．4 復位電路17</p><p>　　3．5 電壓

6、顯示電路18</p><p>　　4 主要參數(shù)計算與分析20</p><p>　　4．1 計算與分析20</p><p>　　4．2 軟件調(diào)試21</p><p>　　4．3 硬件調(diào)試21</p><p>　　5 軟件設計22</p><p>　　5．1 主程序流程22

7、</p><p>　　5．2 子程序介紹22</p><p>　　5.2.1 初始化程序22</p><p>　　5.2.2 轉(zhuǎn)換子程序23</p><p>　　5.2.3 顯示子程序24</p><p>　　5．3 元件清單25</p><p>　　6 調(diào)試過程26&l

8、t;/p><p>　　6．1 焊接指南26</p><p>　　6．2 硬件調(diào)試26</p><p>　　6.2.1 硬件電路故障及解決方法26</p><p>　　6.2.2 硬件調(diào)試方法27</p><p>　　6．3 軟件調(diào)試27</p><p>　　6.3.1 軟件電路

9、故障及解決方法27</p><p>　　6.3.2 軟件調(diào)試方法27</p><p><b>　　7 結(jié)論29</b></p><p><b>　　8 附錄30</b></p><p>　　8．1 數(shù)字電壓表原理圖30</p><p>　　8．2 程序代碼

10、31</p><p>　　9 參考文獻35</p><p>　　1 設計任務與要求</p><p>　　1．1 課程設計的目的</p><p>　?。?）根據(jù)單片機課程所學內(nèi)容，結(jié)合其他相關課程知識，設計電子秒表，以加深對單片機知識的理解，鍛煉實踐動手能力，為以后的畢業(yè)設計和工作打下堅實基礎；</p><p>

11、;　?。? ）熟悉匯編語言或C語言的程序設計方法，熟悉51系列單片機的使用；</p><p>　?。?）掌握單片機的內(nèi)部功能模塊的應用，如定時器/計數(shù)器、中斷、I/O口、串行口通訊等功能；</p><p>　　1. 2 設計任務</p><p>　　本課題實驗主要采用STC89C51芯片和ADC0832芯片來完成一個簡易的數(shù)字電壓表，該電壓表的測量電路主要由三個模

12、塊組成：A/D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊及顯示控制模塊。</p><p>　?。?）A/D轉(zhuǎn)換主要由芯片ADC0832來完成，它負責把采集到的模擬量轉(zhuǎn)換為相應的數(shù)字量再傳送到數(shù)據(jù)處理模塊。</p><p>　?。?）數(shù)據(jù)處理則由芯片STC89C51來完成，其負責把ADC0832傳送來的數(shù)字量經(jīng)一定的數(shù)據(jù)處理，產(chǎn)生相應的顯示碼送到顯示模塊進行顯示；另外它還控制著ADC0832芯片的工作。<

13、/p><p>　?。?）顯示模塊主要由7段數(shù)碼管及相應的驅(qū)動芯片(74LS164)組成，顯示測量到的電壓值。</p><p><b>　　1．3 設計要求</b></p><p>　　設計一個以單片機為核心的電壓測量系統(tǒng)，可實現(xiàn)功能：</p><p>　　實現(xiàn)對輸入電壓值的測量，能夠測量電壓0—5.00V；</p&g

14、t;<p>　　精度達到0.01V；</p><p>　　使用一個3位一體LED八段數(shù)碼管顯示；</p><p><b>　　2 設計方案</b></p><p><b>　　2．1 設計思路</b></p><p>　　傳統(tǒng)的指針式電壓表功能單一、精度低，不能滿足數(shù)字化時代的需求

15、，采用單片機的數(shù)字電壓表，精度高、抗干擾能力強，可擴展性強、集成方便，還可與PC進行實時通信。正是由于數(shù)字電壓表的以上優(yōu)點，本次畢業(yè)設計選擇制作一個基于單片機的數(shù)字電壓表。</p><p>　　在本次設計中，數(shù)據(jù)輸入模塊，A/D轉(zhuǎn)換模塊，數(shù)據(jù)處理及控制模塊，顯示模塊構(gòu)成數(shù)字電壓表的基本模塊。如圖2.1所示。</p><p>　　在數(shù)據(jù)輸入模塊中，分為三路，經(jīng)過分壓后輸入一個合適信號送入A/

16、D轉(zhuǎn)換器中進行轉(zhuǎn)換，模擬開關的控制信號控制通路的選擇。</p><p>　　圖2.1 設計方案模塊</p><p>　　在A/D轉(zhuǎn)換模塊中，A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度對測量電路極其重要，它的參數(shù)關系到測量電路的性能。本設計采用逐次逼近式A/D 轉(zhuǎn)換器，它的性能比較穩(wěn)定，轉(zhuǎn)換出的數(shù)據(jù)為8位并行接口，方便檢測，具有很高的抗干擾能力，電路結(jié)構(gòu)簡單，其缺點是測量精度不高。</p>&l

17、t;p>　　在數(shù)據(jù)處理及控制模塊中，通過89C51將A/D 轉(zhuǎn)換后的串行信號處理后，送到單片機的P0端中，連接LED用于顯示。同時單片機控制模擬開關進行自動換檔。</p><p>　　在輸出顯示模塊中，采用LED顯示輸入電壓值，連接線較少，控制方便，顯示簡潔且可控性強。</p><p><b>　　2．2 芯片選擇</b></p><p&g

18、t;　　2.2.1 單片機STC89C51</p><p>　　STC89C51是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。</p><p>　　STC89C51具有以下標準功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM， 32位I/O 口線，2個數(shù)據(jù)指針，三個1

19、6位定時器/計數(shù)器，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及時鐘電路。</p><p>　　另外，STC89C51可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件，可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。</p><p>　　單片機

20、引腳結(jié)構(gòu)及說明 </p><p>　　圖2.2 STC89C51芯片</p><p>　　VCC：供電電壓。　　GND：接地?！　0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗

21、時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高?！　1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 　　P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)

22、部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫</p><p>　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 </p><p>　　XTAL2：來自反向

23、振蕩器的輸出。 </p><p>　　2.2.2 74LS164芯片</p><p>　　8 位移位寄存器（串行輸入，并行輸出）</p><p><b>　　主要電特性：</b></p><p>　　當清除端（CLEAR）為低電平時，輸出端（QA－QH）均為低電平。串行數(shù)據(jù)輸入端（A，B）可控制數(shù)據(jù)。當A、B任意一

24、個為低電平，則禁止新數(shù)據(jù)輸入，在時鐘端（CLOCK）脈沖上升沿作用下 Q0 為低電平。當 A、B有一個為高電平，則另一個就允許輸入數(shù)據(jù)，并在CLOCK上升沿作用下決定Q0 的狀態(tài)。</p><p>　　圖2.3 74LS164芯片</p><p>　　圖2.4 74LS164芯片真值表</p><p>　　H－高電平 L－低電平 X－任意電平↑－低到高電平

25、跳變QA0,QB0,QH0－規(guī)定的穩(wěn)態(tài)條件建立前的電平QAn,QGn－時鐘最近的↑前的電平</p><p><b>　　時序圖</b></p><p>　　圖2.5 74LS164芯片時序圖</p><p>　　2.2.3 MAX813芯片</p><p><b>　　芯片特點：</b><

26、/p><p>　?。?）加電 、掉電以及供電電壓下降情況下的復位輸出 ,復位脈沖寬度典型值為 200 ms。</p><p>　?。?）獨立的看門狗輸出 ,如果看門狗輸入在 11.6s內(nèi)未被觸發(fā) ,其輸出將變?yōu)楦唠娖?。</p><p>　?。?）1125 V 門限值檢測器 ,用于電源故障報警 、電池低電壓檢測或 + 5 V 以外的電源監(jiān)控 。</p>&

27、lt;p>　?。?）低電平有效的手動復位輸入 。</p><p>　?。?）8 引腳 DIP 封裝 。</p><p>　　MAX813L 的引腳及功能</p><p>　　圖2.6 MAX813芯片</p><p>　　1) 手動復位輸入端 (MR)</p><p>　　當該端輸入低電平保持 140 ms 以上

28、 ,MAX813就輸出復位信號 。該輸入端的最小輸入脈寬要求可</p><p>　　以有效地消除開關的抖動 。MR與 TTL/ CMOS 兼容 。</p><p>　　(2) 工作電源端 (VCC) :接 + 5 V 電源 。</p><p>　　(3) 電源接地端 ( GND) :接 0 V 參考電平 。</p><p>　　(4) 電源故

29、障輸入端 ( PFI)</p><p>　　當該端輸入電壓低于 1125 V 時 ,5 號引腳輸出端的信號由高電平變?yōu)榈碗娖?。</p><p>　　(5) 電源故障輸出端 ( PFO)</p><p>　　電源正常時 ,保持高電平 ,電源電壓變低或掉電時 ,輸出由高電平變?yōu)榈碗娖?。</p><p>　　(6) 看門狗信號輸入端 (WDI)

30、</p><p>　　程序正常運行時 ,必須在小于 116 s 的時間間隔內(nèi)向該輸入端發(fā)送一個脈沖信號 ,以清除芯片內(nèi)部</p><p>　　的看門狗定時器 。若超過 116 s該輸入端收不到脈沖信號 ,則內(nèi)部定時器溢出 ,8 號引腳由高電平變?yōu)?lt;/p><p><b>　　低電平 。</b></p><p>　　(7)

31、 復位信號輸出端 (RST)</p><p>　　上電時 ,自動產(chǎn)生 200 ms 的復位脈沖 ;手動復位端輸入低電平時 ,該端也產(chǎn)生復位信號輸出 。</p><p>　　(8) 看門狗信號輸出端 (WDO)</p><p>　　正常工作時輸出保持高電平 ,看門狗輸出時 ,該端輸出信號由高電平變?yōu)榈碗娖?lt;/p><p>　　2.2.4 MA

32、X232芯片</p><p>　　MAX232芯片是美信（MAXIM）公司專為RS-232標準串口設計的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片，使用+5v單電源供電。</p><p>　　圖2.7 MAX232芯片</p><p>　?。?）電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個電源，提供給RS-232串口電平的需要。 　　</p&

33、gt;<p>　?。?）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個數(shù)據(jù)通道。其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。 　　</p><p>　　TTL/CMOS數(shù)據(jù)從11引腳（T1IN）、10引腳（T2IN）輸入轉(zhuǎn)換成RS-

34、232數(shù)據(jù)從14腳（T1OUT）、7腳（T2OUT）送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從13引腳（R1IN）、8引腳（R2IN）輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從12引腳 　?。≧1OUT）、9引腳（R2OUT）輸出。 　　</p><p>　?。?）供電。15腳GND、16腳VCC（+5v）。</p><p>　　2.2.5 ADC0832</p><

35、p>　　ADC0832 是美國國家半導體公司生產(chǎn)的一種 8 位分辨率、雙通道 A/D 轉(zhuǎn)換芯片。由于它體積小，</p><p>　　兼容性強，性價比高而深受單片機愛好者及企業(yè)歡迎，其目前已經(jīng)有很高的普及率。學習并使用</p><p>　　ADC0832 可是使我們了解 A/D 轉(zhuǎn)換器的原理，有助于我們單片機技術水平的提高。</p><p>　　ADC0832

36、具有以下特點：</p><p>　?。?）8 位分辨率； </p><p>　　（2）雙通道 A/D 轉(zhuǎn)換；</p><p>　?。?）輸入輸出電平與 TTL/CMOS 相兼容；</p><p>　?。?）5V 電源供電時輸入電壓在 0~5V 之間；</p><p>　　（5）工作頻率為 250KHZ，轉(zhuǎn)換時間

37、為 32μS；</p><p>　?。?）一般功耗僅為 15mW；</p><p>　?。?）8P、14P—DIP（雙列直插）、PICC 多種封裝；</p><p>　　商用級芯片溫寬為0°C to +70°C，</p><p>　　工業(yè)級芯片溫寬為?40°C to +85°C；</p>

38、<p>　　圖2.8 AD0832芯片</p><p><b>　　芯片接口說明</b></p><p>　　CS_ 片選使能，低電平芯片使能。</p><p>　　?CH0 模擬輸入通道 0，或作為 IN+/-使用。</p><p>　　?CH1 模擬輸入通道 1，或作

39、為 IN+/-使用。</p><p>　　?GND 芯片參考 0 電位（地）。</p><p>　　?DI 數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制。</p><p>　　?DO 數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。</p><p>　　?CLK 芯片時鐘輸入。</p><p>　　Vcc

40、/REF 電源輸入及參考電壓輸入（復用）。</p><p>　　3 設計硬件電路設計</p><p>　　在基于單片機的數(shù)字電壓表的設計中，硬件電路部分是整個系統(tǒng)的框架，框架的好壞直接影響到系統(tǒng)工作性能。模擬轉(zhuǎn)換器ADC0832將模擬電壓按照逐次逼近的方法轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓表，該數(shù)字電壓采用二進制碼BCD編碼表示；單片機STC89C51是硬件電路的核心，數(shù)據(jù)傳遞與數(shù)據(jù)處理都是需要通過單片機

41、直接完成；電壓顯示電路是整個系統(tǒng)的輸出部分，有三位數(shù)碼管組成，通過單片機的段控和位控，以字符的形式動態(tài)顯示出被測的模擬電壓。</p><p>　　3．1 硬件系統(tǒng)的整體框圖</p><p><b>　　圖3.2 硬件框圖</b></p><p>　　3．2 AD 轉(zhuǎn)換</p><p>　　ADC0809具有8路模擬開

42、關，輸出具有TTL三態(tài)鎖存緩沖器，能直接連到單片機數(shù)據(jù)總線上，從設計硬件電路角度來說，使硬件電路的設計變簡單，便于手工搭焊，使器件之間連線減少，便于調(diào)試。</p><p><b>　　圖3.3 AD轉(zhuǎn)換</b></p><p>　　在進行A/D轉(zhuǎn)換時，通道地址先發(fā)送到ADDA-ADDC輸入端。然后在ALE輸入端加一個正跳變脈沖，將通道地址鎖存到ADC0809的內(nèi)部地址

43、鎖存器中，這樣對應的模擬輸入就和內(nèi)部變換電路接通。為了啟動A/D轉(zhuǎn)換，必須在START端加一個負的跳變信號，此后變換開始進行，標志ADC0809正在工作狀態(tài)的信號EOC由高電平變?yōu)榈碗娖?。變換結(jié)束，EOC又由低電平變?yōu)楦唠娖?，此時在OE端加一個高電平，即可打開數(shù)據(jù)線的三態(tài)緩沖器從D0-D7讀得變換后的數(shù)據(jù)。圖2.4為其工作時序圖。</p><p><b>　　圖3.4 AD轉(zhuǎn)換</b><

44、;/p><p><b>　　A/D模塊流程圖</b></p><p>　　圖3.5 AD轉(zhuǎn)換流程圖</p><p>　　在這個模塊中，主要應用89S52將A/D轉(zhuǎn)換器送來的4位BCD碼進行處理，根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)及溢出位等信號，來控制模擬開關進行自動換檔。同時控制液晶屏顯示電壓值。</p><p>　　在這里，我們采用L

45、CD1602液晶顯示屏，它內(nèi)帶一定字符的字庫，我們只要把對應數(shù)字的ASCⅡ值，送到它的8位數(shù)據(jù)端，即可顯示對應字符。因此，我們將得到的四位BCD碼進行處理轉(zhuǎn)換，例如：數(shù)字1的BCD碼為0001，而ASCⅡ值為49，即為31H，我們只要將采集得到的BCD碼加上30H，即可得到對應ASCⅡ值。</p><p>　　我們利用A/D模塊的溢出位可以判斷，輸入電壓是否過量程。我們可以利用剛才采集的數(shù)據(jù)，進行檔位判斷，例如：

46、首先我們選擇最低檔2V，當測的電壓大于2V時，換到5V檔，以此類推。利用A/D的過量程端判斷，快速選擇一個合適的量程，顯示數(shù)據(jù)。單片機控制液晶屏顯示，我們將在下一模塊中詳細敘述。</p><p><b>　　3．3 串行通信</b></p><p><b>　　（1）串行通信原理</b></p><p>　　所謂“串行通

47、信”是指外設和計算機之間使用的一根信號線，數(shù)據(jù)在一根數(shù)據(jù)信號線上按位傳輸，每一位數(shù)據(jù)占據(jù)一個固定的時間長度。串行通信有三種通信方法：單工、半雙工、全雙工。</p><p><b>　　串行通信硬件的實現(xiàn)</b></p><p>　　采用了電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232來實現(xiàn)單片機電平控制。</p><p><b>　　單片機端的串行通信&l

48、t;/b></p><p>　　單片機STC89C51內(nèi)部有一個功能很強的全雙工串行口，可以同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，它有四種工作方式可供不同場合使用。</p><p><b>　　圖3.6 串行通信</b></p><p><b>　　3．4 復位電路</b></p><p>　　復位電路通過電

49、感L、極性電容C組成的充放電振蕩回路與單片機的RST管腳相連。由于種種外界原因，單片機處于非正常工作狀態(tài)時，就需要給單片機復位，此時按一下復位開關，電源與單片機的RST端接通，RST端在兩個機器周期內(nèi)處于高電平，單片機即可復位。</p><p>　　復位操作有兩種基本形式：一種是上電復位，另一種是按鍵復位。按鍵復位具有上電復位功能外，若要復位，只要按圖中的RESET鍵，電源VCC經(jīng)電阻R1、R2分壓，在RESET

50、端產(chǎn)生一個復位高電平。上電復位電路要求接通電源后，通過外部電容充電來實現(xiàn)單片機自動復位操作。上電瞬間RESET引腳獲得高電平，隨著電容的充電，RERST引腳的高電平將逐漸下降。RERST引腳的高電平只要能保持足夠的時間（2個機器周期），單片機就可以進行復位操作。按鍵復位電路圖</p><p>　　通過MAX813看門狗實現(xiàn)電路的復位：</p><p><b>　　圖3.7 復位電

51、路</b></p><p>　　3．5 電壓顯示電路</p><p>　　圖3.8 LED數(shù)碼管電路及工作原理</p><p>　　7段LED數(shù)碼管是利用7個LED（發(fā)光二極管）外加一個小數(shù)點的LED組合而成的顯示設備，可以顯示0～9等10個數(shù)字和小數(shù)點，使用非常廣泛。</p><p>　　這類數(shù)碼管可以分為共陽極與共陰極兩種，

52、共陽極就是把所有LED的陽極連接到共同接點com，而每個LED的陰極分別為a、b、c、d、e、f、g及dp（小數(shù)點）；共陰極則是把所有LED的陰極連接到共同接點com，而每個LED的陽極分別為a、b、c、d、e、f、g及dp（小數(shù)點），如圖2.7所示。圖中的8個LED分別與上面那個圖中的A～DP各段相對應，通過控制各個LED的亮滅來顯示數(shù)字。</p><p>　　圖3.9 LED數(shù)碼管電路</p>

53、<p><b>　?。?）三位數(shù)碼管</b></p><p>　　本設計使用的是三位數(shù)碼管，內(nèi)部的3個數(shù)碼管共用a-dp這8根數(shù)據(jù)線，為人們的使用提供了方便。因為里面有3個數(shù)碼管，所以它有3個公共端，加上a-dp，共有11個引腳。三位數(shù)碼管也有共陰極和共陽極之分，共陽極的是為選線為高電平，段選線為低電平；共陰極的是為選線為低電平，段選線為高電平。具體到本設計的硬件連接電路中，采用的

54、是四位共陽數(shù)碼管，其內(nèi)部邏輯圖與實物引腳圖分別如圖2.8、圖2.9所示。</p><p>　　圖3.10 三段數(shù)碼管</p><p>　　4 主要參數(shù)計算與分析</p><p>　　4．1 計算與分析</p><p>　　本次設計的軟硬件調(diào)試完成后，就可以進入軟硬件綜合調(diào)試階段了。將源程序編譯生成HEX文件用T0P852燒錄器寫入STC8

55、9C51單片機中，按照調(diào)整好的電路圖焊接好萬能板，將ADC0832的輸入通道接上5V電壓，調(diào)整電壓值可以看見LED上顯示出相應的數(shù)字量，如表6.1所示。</p><p>　　表4.1 測試結(jié)果分析</p><p>　　絕對誤差=|輸出信號-輸入信號| </p><p>　　相對誤差=絕對誤差/理論值×100%</p><p><

56、;b>　　測試結(jié)果分析：</b></p><p>　　精度是偏移誤差、增益誤差、積分線性誤差、微分線性誤差、溫度漂移等綜合因素引起的總誤差。因量化誤差是模擬輸入量在量化取整過程中引起的，因此，分辨率直接影響量化誤差的大小。量化誤差是一種原理性誤差，只與分辨率有關，與信號的幅度，采樣速率無關，它只能減小而無法完全消除，只能使其控制在一定的范圍之內(nèi)，一般在±1／2LSB范圍內(nèi)。除此之外，影

57、響該轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的因素還有數(shù)字萬用表精度以及參考電源精度等。</p><p><b>　　4．2 軟件調(diào)試</b></p><p>　　軟件調(diào)試是利用KEIL C51軟件進行調(diào)試，新建工程后新建文件，寫好程序后進行編譯，最后生成HEX文件，通過燒錄機將程序燒入單片機即可。</p><p>　　KEIL C51軟件簡介：支持8051微控制器體系結(jié)構(gòu)

58、的KEIL開發(fā)工具，產(chǎn)業(yè)標準的KEIL C編譯器、宏匯編器、調(diào)試器、實時內(nèi)核、單板計算機和仿真器，支持所有的251系列微控制器。</p><p><b>　　4．3 硬件調(diào)試</b></p><p>　　利用萬用板焊接的電路具有自由布局的優(yōu)點，同時也存在焊接不牢，線路復雜的缺點，為了減少布線，我采用了杜邦線來進行靈活插線，在進行硬件調(diào)試時利用示波器觀測波形變化，檢查

59、電路焊接等。</p><p>　　在剛開始調(diào)試時，CLK端輸入的頻率是由單片機定時器產(chǎn)生的2KHZ的頻率，遠小于ADC0809的工作頻率，電壓顯示不穩(wěn)定，幾個錯誤的電壓值來回跳動，后改變TH1=(65536-40)/256;TL1=(65536-40)%256;使得輸出大于10KHZ，電壓表顯示正常。在后期調(diào)試中，電阻的精度和基準電源的輸入變化也成為影響結(jié)果的因素，經(jīng)過多次調(diào)試使得各檔位的電壓測量值誤差減小不少。

60、</p><p><b>　　5 軟件設計</b></p><p>　　5．1 主程序流程</p><p>　　圖5.1 主程序流程圖</p><p>　　5．2 子程序介紹</p><p>　　5.2.1 初始化程序</p><p>　　初始化程序主要包括下面幾個

61、部分：設置中斷，開啟A/D轉(zhuǎn)換器，對液晶屏的初始化以及對一些中間變量的初始化。</p><p><b>　　部分程序如下：</b></p><p>　　#include<reg51.h></p><p>　　#include<intrins.h></p><p>　　#define uchar u

62、nsigned char</p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　//******************adc0832****************************//</p><p>　　sbit CS=P1^4; //使能。</p><p>　　sbit CLK=P3^5;

63、//時鐘</p><p>　　sbit Do=P3^4; // 數(shù)據(jù)輸出</p><p>　　sbit Di=P3^4;//數(shù)據(jù)輸入</p><p>　　unsigned char CH=0x03; </p><p>　　//通道的選擇:0x02就是單通道0；0x03就是單通道1；</p><p>　　//0x00就是

64、雙通道ch0="+"； ch0="-"</p><p>　　//0x01就是雙通道ch0="-"； ch0="+"</p><p>　　//*****************************************************//</p><p>　　sbit

65、 simuseri_CLK=P2^5; //用P2^5模擬串口時鐘</p><p>　　sbit simuseri_DATA=P2^4; //用P2^4模擬串口數(shù)據(jù)</p><p>　　sbit SEG5=P0^0; </p><p>　　sbit SEG4=P0^1; </p><p>　　sbit

66、SEG3=P0^2; </p><p>　　sbit SEG2=P2^6; </p><p>　　sbit SEG1=P2^7; </p><p>　　sbit SEG0=P0^7; </p><p>　　sbit a0=ACC^0;</p><p>　　code unsigned char dis_code[]={

67、~0xe7,~0xa0,~0x97,~0xb5,~0xf0,~0x75,~0x77,~0xa1,~0xf7,~0xf5}; </p><p>　　//共陰數(shù)碼管 0-9 '-' '熄滅‘表</p><p>　　uint data dis[4]={0x00,0x00,0x00,0x00};</p><p>　　5.2.2 轉(zhuǎn)換子程序<

68、/p><p><b>　　工作過程：</b></p><p>　　(1) 當模擬量送至IN0后，CPU將標識該通道編碼的三位地址信號經(jīng)數(shù)據(jù)線或地址線輸入到ADDC、ADDB、ADDA引腳上。 </p><p>　　(2) 地址鎖存允許ALE鎖存這三位地址信號，啟動命令START啟動A/D轉(zhuǎn)換。 </p><p>　　(3)

69、轉(zhuǎn)換開始,EOC變低電平，轉(zhuǎn)換結(jié)束，EOC變?yōu)楦唠娖?。EOC可作為中斷請求信號。 </p><p>　　(4) 轉(zhuǎn)換結(jié)束后，可通過執(zhí)行IN指令，設法在輸出允許OE腳上形成一個正脈沖，打開三態(tài)緩沖器把轉(zhuǎn)換的結(jié)果輸入到DB，一次A/D轉(zhuǎn)換便完成了。</p><p><b>　　部分程序如下：</b></p><p>　　CLK=0; // 確定通道

70、模式、第2個下降沿</p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　CLK=1;</b></p><p>　　Di=(bit)(0x02&CH); //設定通道初始化</p&g

71、t;<p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　CLK=0;</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p><b>

72、;　　CLK=1; </b></p><p>　　Di=(bit)(0x01&CH); //設定通道初始化 .第3個下降沿</p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p>　　CLK=0; //AD轉(zhuǎn)化

73、的初始化完成。</p><p><b>　　Di=1; </b></p><p><b>　　CLK=1;</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_(); </b></p><

74、p><b>　　CLK=0;</b></p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p><b>　　CLK=1;</b></p><p>　　5.2.3 顯示子程序</p><p>　　在顯示部分中，每次電壓采集后，CPU將數(shù)據(jù)送到LCD顯示，將可

75、能出現(xiàn)不同檔位電壓值的顯示。</p><p><b>　　顯示部分的流程圖：</b></p><p>　　void SegDisplay()//顯示子程序</p><p><b>　　{</b></p><p>　　out_simuseri(dis_code[dis[0]]); <

76、/p><p><b>　　SEG3=0;</b></p><p>　　delay1(1);</p><p><b>　　SEG3=1;</b></p><p>　　out_simuseri(dis_code[dis[1]]); </p><p><b>　　SEG4

77、=0;</b></p><p>　　delay1(1);</p><p><b>　　SEG4=1;</b></p><p>　　out_simuseri(dis_code[dis[2]]&0xf7);</p><p><b>　　SEG5=0;</b></p>&

78、lt;p>　　delay1(1);</p><p><b>　　SEG5=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　5．3 元件清單</b></p><p>　　圖5.2 單片機課程設計器件清單</p><p&

79、gt;<b>　　6 調(diào)試過程</b></p><p><b>　　6．1 焊接指南</b></p><p>　　焊接的原則：一般從低到高,從左到右，從核心到外圍。</p><p>　　本實驗板的焊接步驟:</p><p>　　1，焊接電阻：R4，R2，PWRLEDR。</p>&

80、lt;p>　　2，焊接單片機座子和232座子。</p><p>　　3，焊接晶振，同時焊接晶振旁邊的兩個15P的電容。</p><p>　　4，焊接104無極電容，共有七個。</p><p>　　5，焊接指示燈，綠的四個，在左上角；紅的一個，在右下角。</p><p>　　6，焊接排阻，指示燈左上角，還有數(shù)碼管的在指示燈下面。</

81、p><p>　　7，焊接按鍵，MODE、UP、DN、ENT。注意：（焊接的時候要看清楚，按鍵為長方形，橫著為長的。豎著為短的）</p><p>　　8，焊接數(shù)碼管插座，然后焊接蜂鳴器。</p><p>　　9，焊接三極管8550，在蜂鳴器下方。</p><p>　　10，焊接串口接口（母的），和USB插座。</p><p>

82、;　　11，焊接電容，232座子前的一個10UF。</p><p><b>　　6．2 硬件調(diào)試</b></p><p>　　單片機應用系統(tǒng)的硬件和軟件調(diào)試是交叉相互進行的，但通常是先排除樣機中明顯的硬件故障，尤其是電源故障，才能安全地和仿真器相連，進行綜合調(diào)試。</p><p>　　6.2.1 硬件電路故障及解決方法</p>

83、<p>　　（1）錯線、開路、短路：由于設計錯誤和加工過程中的工藝性錯誤所造成的錯線、開路、短路等故障。</p><p>　　解決方法：在畫原理圖時仔細檢查、校正即可解決。</p><p>　　（2）元器件損壞：由于對元器件使用條件的不熟悉以及制作調(diào)試過程中操作不當致使器件損壞。</p><p>　　解決方法：在設計過程中要明確各元器件的工作條件，嚴格按

84、照元器件正常工況下進行操作，損壞的元器件要及時更換，以免損壞其他元件或影響電路功能的實現(xiàn)。</p><p>　?。?）電源故障：設計中存在電源故障，即上電后將造成元器件損壞、無法正常供電，電路不能正常工作。電源的故障包括：電壓值不符和設計要求，電源引出線和插座不對應，各檔量程選擇電路之間的短路，變壓器功率不足，內(nèi)阻大，負載能力差等。</p><p>　　解決方法：電源必須單獨調(diào)試好以后才能

85、加到系統(tǒng)的各個部件中。當所有部分在該電源作用下都能正常工作，就選用該電源。</p><p>　　6.2.2 硬件調(diào)試方法</p><p>　　本設計調(diào)試過程中所用的調(diào)試方法是靜態(tài)測試：</p><p>　　在樣機加電之前，首先用萬用表等工具，根據(jù)硬件電器原理圖和裝配圖仔細檢查樣機線路的正確性，并核對元器件的型號、規(guī)格和安裝是否符合要求。應特別注意電源的走線，防止電

86、源之間的短路和極性錯誤，并重點檢查擴展系統(tǒng)總線（地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線）是否存在相互間的短路或與其它信號線的短路。第二步是加電后檢查各個插件上引腳的電位，仔細測量各點電位是否正常，尤其應注意單片機插座上的各點電位，若出現(xiàn)較高電壓值，聯(lián)機時將會損壞仿真器。第三步是在不加電情況下，除單片機以外，插上所有的元器件，最后用仿真適配器將樣機的單片機插座和仿真器的仿真接口相連，為聯(lián)機調(diào)試做準備。</p><p><

87、;b>　　6．3 軟件調(diào)試</b></p><p>　　6.3.1 軟件電路故障及解決方法</p><p>　　設計軟件部分可能出現(xiàn)這種錯誤的現(xiàn)象：</p><p>　?。?）當以斷點或連續(xù)方式運行時，目標系統(tǒng)沒有按規(guī)定的功能進行操作或什么結(jié)果也沒有，這是由于程序轉(zhuǎn)移到意外之處或在某處死循環(huán)所造成的。</p><p>　

88、　解決方法：這類錯誤的原因是程序中轉(zhuǎn)移地址計算錯誤、堆棧溢出、工作寄存器沖突等。在采用實時多任務操作系統(tǒng)時，錯誤可能在操作系統(tǒng)中，沒有完成正確的任務調(diào)度操作，也可能在高優(yōu)先級任務程序中，該任務不釋放處理器，使CPU在該任務中死循環(huán)。通過對錯誤程序的修改使其實現(xiàn)預期的功能。</p><p><b>　?。?）結(jié)果不正確</b></p><p>　　目標系統(tǒng)基本上已經(jīng)能正

89、常操作，但控制有錯誤動作或者輸出的結(jié)果不正確。這類錯誤大多是由于計算程序中的錯誤引起的。對于本設計而言，由于采用的是單片機C51語言，在檢查程序時，需要按模塊一步步查詢、修改，直到所有模塊都能正常工作，則顯示結(jié)果會達到預期值。</p><p>　　6.3.2 軟件調(diào)試方法</p><p>　　軟件調(diào)試所使用的方法有：計算程序的調(diào)試方法、I/O處理程序的調(diào)試法、綜合調(diào)試法等。</p&

90、gt;<p>　?。?）計算程序的調(diào)試方法</p><p>　　計算程序的錯誤是一種靜態(tài)的固定的錯誤，因此主要用單拍或斷點運行方式來調(diào)試。根據(jù)計算程序的功能，事先準備好一組測試數(shù)據(jù)。調(diào)試時，用仿真器的寫命令，將數(shù)據(jù)寫入計算程序的參數(shù)緩沖單元，然后從計算程序開始運行到結(jié)束，運行的結(jié)果和正確數(shù)據(jù)比較，如果對有的測試數(shù)據(jù)進行測試，都沒有發(fā)生錯誤，則該計算程序調(diào)試成功；如果發(fā)現(xiàn)結(jié)果不正確，改用單步運行方式，

91、即可檢查出錯誤所在。計算程序的修改視錯誤性質(zhì)而定。若是算法錯誤，那是根本性錯誤，應重新設計該程序；若是局部的指令有錯，修改即可。如果用于測試的數(shù)據(jù)沒有全部覆蓋實際計算的原始數(shù)據(jù)的類型，調(diào)試沒有發(fā)現(xiàn)錯誤可能在系統(tǒng)運行過程中暴露出來。</p><p>　?。?）I/O處理程序的調(diào)試</p><p>　　對于A/D轉(zhuǎn)換一類的I/O處理程序是實時處理程序，因此一般用全速斷點運行方式或連續(xù)運行方式進

92、行調(diào)試。</p><p><b>　　（3）綜合調(diào)試</b></p><p>　　在完成了各個模塊程序（或各個任務程序）的調(diào)試工作以后，便可進行系統(tǒng)的綜合調(diào)試。綜合調(diào)試一般采用全速斷點運行方式，這個階段的主要工作是排除系統(tǒng)中遺留的錯誤以便提高系統(tǒng)的動態(tài)性能和精度。在綜合調(diào)試的最后階段，應在目標系統(tǒng)的晶振頻率內(nèi)工作，使系統(tǒng)全速運行目標程序，實現(xiàn)了預定功能技術指標后，便可

93、將軟件固化，然后在運行固化的目標程序，成功后目標系統(tǒng)便可脫機運行。一般情況下，這樣一個應用系統(tǒng)就算研制成功。</p><p><b>　　7 結(jié)論</b></p><p>　　本次實習基于單片機STC89C51采用8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器ADC0832設計的電壓檢測裝置。用單片機進行數(shù)據(jù)控制、處理，送到顯示器顯示，硬件結(jié)構(gòu)簡單，所用元件較少，大大降低了制作成本。軟

94、件采用C語言實現(xiàn)，程序簡單可讀寫性強，效率高。與傳統(tǒng)的電路相比，具有方便操作、處理速度快、穩(wěn)定性高、性價比高的優(yōu)點，具有一定的使用價值。</p><p>　　剛開始接到課程設計任務，認為挺簡單的，然而真正開始動手制作時才知道并不是那么簡單，我和同組的組員了無頭緒，在不斷查閱資料，相互討論，以及請教指導老師之后，有了突破性進展；緊接著，我們的設計有了細致的分工，分工的同時大家經(jīng)常一起探討設計過程中出現(xiàn)的種種問題，并

95、將不懂的請教老師解答，最終在大家不懈努力下，課程設計成功完成。</p><p>　　實習的結(jié)果是我們不再是約束在理論上，而是鍛煉了我們的動手能力和分析、解決問題的能力，積累經(jīng)驗，培養(yǎng)按部就班，一絲不茍的工作和對所學知識的綜合應用能力，了解了很多課本上學不到的知識，設計中有好多問題都是因為理論知識不扎實，在有些管腳的置零置一上,概念的模糊,這使我們明白要把所學到的理論轉(zhuǎn)化為實踐需要一段努力學習的過程；在做一個設計的

96、過程中，一定要注意理論和實踐同步進行，光有理論知識還是遠遠不夠的，要用時間去檢驗理論，用理論指導實踐。</p><p>　　我想這樣的實踐環(huán)節(jié)在我的學生生涯是很難得的，也為我們以后步入社會開始工作打下了一定的基礎，最后我也要感謝組里的同學們，只有在他們團結(jié)協(xié)作下，本次課程設計才可以順利進行并實現(xiàn)所有功能，同時我也明白了團結(jié)協(xié)作的重要性。由于本人水平有限，在技術指標和論文寫作中可能存在一些缺陷，懇請各位老師和同學們

97、批評指教。</p><p><b>　　8 附錄</b></p><p>　　8．1 數(shù)字電壓表原理圖</p><p>　　8．2 程序代碼</p><p>　　#include<reg51.h></p><p>　　#include<intrins.h></

98、p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　//******************adc0832****************************//</p><p>　　sbit CS=P1^4; //使能。<

99、/p><p>　　sbit CLK=P3^5;//時鐘</p><p>　　sbit Do=P3^4; // 數(shù)據(jù)輸出</p><p>　　sbit Di=P3^4;//數(shù)據(jù)輸入</p><p>　　unsigned char CH=0x03; </p><p>　　//通道的選擇:0x02就是單通道0；0x03就是單通道

100、1；</p><p>　　//0x00就是雙通道ch0="+"； ch0="-"</p><p>　　//0x01就是雙通道ch0="-"； ch0="+"</p><p>　　//*************************************************

101、****//</p><p>　　sbit simuseri_CLK=P2^5; //用P2^5模擬串口時鐘</p><p>　　sbit simuseri_DATA=P2^4; //用P2^4模擬串口數(shù)據(jù)</p><p>　　sbit SEG5=P0^0; </p><p>　　sbit SEG4=P0

102、^1; </p><p>　　sbit SEG3=P0^2; </p><p>　　sbit SEG2=P2^6; </p><p>　　sbit SEG1=P2^7; </p><p>　　sbit SEG0=P0^7; </p><p>　　sbit a0=ACC^0;</p><p>

103、　　code unsigned char dis_code[]={~0xe7,~0xa0,~0x97,~0xb5,~0xf0,~0x75,~0x77,~0xa1,~0xf7,~0xf5}; </p><p>　　//共陰數(shù)碼管 0-9 '-' '熄滅‘表</p><p>　　uint data dis[4]={0x00,0x00,0x00,0x00};</p

104、><p>　　unsigned char ADconv(void)</p><p>　　{unsigned char i;</p><p>　　unsigned int data_f=0,data_c=0;</p><p><b>　　Di=1;</b></p><p><b>　　CS=1

105、;</b></p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p><b>　　CS=0;</b></p><p>　　Di=1; ;//芯片使能之前的初始化。第一個下降沿</p><p><b>　　CLK=1;</b></p>&l

106、t;p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p>　　/****************************************/</p><p>　　CLK=0; // 確定通道模式、第2個下降沿</p><p>&l

107、t;b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　CLK=1;</b></p><p>　　Di=(bit)(0x02&CH); //設定通道初始化</p><p><b>　　_nop_();

108、</b></p><p><b>　　CLK=0;</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p><b>　　CLK=1; </b></p>

109、<p>　　Di=(bit)(0x01&CH); //設定通道初始化 .第3個下降沿</p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p>　　CLK=0; //AD轉(zhuǎn)化的初始化完成。</p><p><

110、b>　　Di=1; </b></p><p><b>　　CLK=1;</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p><b>　　CLK=0;</b>

111、</p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p><b>　　CLK=1;</b></p><p>　　for(i=8;i>0;i--)//得到一個正常排序的8位數(shù)據(jù)</p><p><b>　　{ </b></p><p>

112、;　　data_f|=Do;</p><p>　　data_f<<=1; </p><p><b>　　CLK=1;</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_(); </b></p><

113、p><b>　　CLK=0;</b></p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p><b>　　} </b></p><p>　　for(i=8;i>0;i--)//得到一個反序排列的8位數(shù)據(jù)</p><p><b>　　{<

114、;/b></p><p>　　data_c<<=1;</p><p>　　data_c|=Do;</p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　CLK=1;</b></p><p><b>　　_nop_();&

115、lt;/b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　CLK=0;</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　}</b></p><p>

116、;<b>　　CLK=0;</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　CLK=1;</b></p><p><b>　　_nop_();<

117、/b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　CLK=0;</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><

118、p><b>　　CLK=1;</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　CS=1;</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_();&

119、lt;/b></p><p>　　return data_f;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void delay1(uint z)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uint x,y;</

120、b></p><p>　　for(x=z;x>0;x--)</p><p>　　for(y=110;y>0;y--);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void out_simuseri(uchar data_buf) //</p><p><b

121、>　　{ </b></p><p><b>　　uchar i;</b></p><p><b>　　i=8;</b></p><p>　　ACC=data_buf;</p><p><b>　　do</b></p><p><b

122、>　　{ </b></p><p>　　simuseri_CLK=0; </p><p>　　simuseri_DATA=a0;</p><p>　　simuseri_CLK=1;</p><p>　　ACC=ACC>>1;</p><p><b>　　}</b>&

123、lt;/p><p>　　while(--i!=0);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void SegDisplay()//顯示子程序</p><p><b>　　{</b></p><p>　　out_simuseri(dis_code[

124、dis[0]]); </p><p><b>　　SEG3=0;</b></p><p>　　delay1(1);</p><p><b>　　SEG3=1;</b></p><p>　　out_simuseri(dis_code[dis[1]]); </p><p>&

125、lt;b>　　SEG4=0;</b></p><p>　　delay1(1);</p><p><b>　　SEG4=1;</b></p><p>　　out_simuseri(dis_code[dis[2]]&0xf7);</p><p><b>　　SEG5=0;</b>

126、;</p><p>　　delay1(1);</p><p><b>　　SEG5=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void show_value(uchar ad_data)</p><p><b>　　{</b&g

127、t;</p><p>　　dis[2]=ad_data/51; //AD值轉(zhuǎn)換為3為BCD碼，最大為5.00V，dis[2]存儲的電壓的整數(shù)位</p><p>　　//AC0832內(nèi)部存儲的8位二進制數(shù)字量。</p><p>　　dis[3]=ad_data%51; //余數(shù)暫存</p><p>　　dis[3]=dis[3]*10;