基于單片機(jī)的數(shù)字式電壓表課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告</p><p>　　設(shè)計(jì)題目: 基于單片機(jī)的數(shù)字式電壓表設(shè)計(jì) </p><p>　　名 稱: 單片機(jī)原理與應(yīng)用課程設(shè)計(jì) </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　引 言

2、I</b></p><p>　　一、課程設(shè)計(jì)的性質(zhì)和目的2</p><p>　　二、課程設(shè)計(jì)的要求2</p><p>　　三、主要儀器設(shè)備及軟件2</p><p>　　四、課程設(shè)計(jì)題目及要求2</p><p>　　五、課題分析及設(shè)計(jì)思路2</p><p>　　5.1、課題

3、分析及總體設(shè)計(jì)2</p><p>　　5.2、硬件設(shè)計(jì)2</p><p>　　5.2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖2</p><p>　　5.2.2 單片機(jī)系統(tǒng)3</p><p>　　5.2.3 AD轉(zhuǎn)換電路6</p><p>　　5.3、軟件設(shè)計(jì)8</p><p>　　六、程序主要代碼

4、與分析8</p><p>　　七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果截圖10</p><p><b>　　八、心得體會(huì)11</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)12</b></p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　電子電壓表主要用于測(cè)量各種

5、高、低頻信號(hào)電壓，它是電子測(cè)量中使用最廣泛的儀器之一。根據(jù)測(cè)量結(jié)果的顯示方式及測(cè)量原理不同，電壓測(cè)量?jī)x器可分為兩大類：模擬式電壓表(AVM）和數(shù)字式電壓表（DVM）。模擬式電壓表是指針式的，多用磁電式電流表作為指示器，并在表盤上刻以電壓刻度。數(shù)字式電壓表首先將模擬量經(jīng)模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字量，然后用電子計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，并以十進(jìn)制數(shù)字顯示被測(cè)電壓值。</p><p>　　眾所周知，模擬電壓表精度較高，曾經(jīng)有很廣闊

6、的市場(chǎng)，現(xiàn)在依然有不少工程師依然在使用模擬電壓表。的確模擬電壓表在顯示測(cè)量值方面精度校準(zhǔn)，然而卻也存在問題。模擬電壓表采用用指針式，里面是磁電或電磁式結(jié)構(gòu)，所以其響應(yīng)速度較慢。</p><p>　　然而在高速發(fā)展的當(dāng)今社會(huì)，高速信號(hào)處理的需求越來越多，由于模擬電壓表響應(yīng)速度較慢已經(jīng)不適用與高速信號(hào)領(lǐng)域，取而代之的將是數(shù)字電壓表。但數(shù)字電壓表由于存在采樣誤差，精度不是很高。不過目前可以通過技術(shù)手段來縮小誤差。使其精

7、度達(dá)到與模擬電壓表一樣精確甚至更高。可見將來數(shù)字電壓表必將取代模擬電壓表?，F(xiàn)在有越來越多的數(shù)字測(cè)量?jī)x器的出現(xiàn)但原理皆與數(shù)字電壓表殊途同歸，因此研究數(shù)字電壓表有著很大現(xiàn)實(shí)意義。</p><p>　　一、課程設(shè)計(jì)的性質(zhì)和目的</p><p>　　通過課程設(shè)計(jì)，鞏固在課堂上學(xué)到的有關(guān)電子技術(shù)、單片機(jī)、微機(jī)原理等課程的基本知識(shí)和基本方法，強(qiáng)化知識(shí)的綜合運(yùn)用和技能基本訓(xùn)練，通過硬件電路的設(shè)計(jì)和相應(yīng)軟

8、件的編寫，掌握軟硬結(jié)合的控制程序設(shè)計(jì)，達(dá)到能獨(dú)立閱讀、編制和調(diào)試一定規(guī)模的電子產(chǎn)品制作或仿真。</p><p><b>　　二、課程設(shè)計(jì)的要求</b></p><p>　　1、遵循軟硬件模塊化設(shè)計(jì)。</p><p>　　2、要求程序結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)。</p><p>　　3、要求程序結(jié)構(gòu)合理，語句使用得當(dāng)，并附有必要的注釋。&

9、lt;/p><p>　　4、適當(dāng)追求編程技巧和程序運(yùn)行效率。</p><p>　　三、主要儀器設(shè)備及軟件</p><p>　　PC機(jī)、Protrus繪圖軟件、Keil C仿真軟件等。</p><p>　　四、課程設(shè)計(jì)題目及要求</p><p>　　題目：基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)</p><p>　

10、　要求：1..利用單片機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)字電壓表，用4段數(shù)碼管顯示；</p><p>　　2.能夠較準(zhǔn)確的測(cè)量0~5V之間的直流電壓值，測(cè)量最小分辨率為0.02V。</p><p>　　五、課題分析及設(shè)計(jì)思路</p><p>　　5.1、課題分析及總體設(shè)計(jì)</p><p>　　通過滑動(dòng)變阻器產(chǎn)生可變電壓；用ADC0809采集模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；將此

11、數(shù)字信號(hào)用七段數(shù)碼管顯示。</p><p><b>　　5.2、硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　5.2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖 </p><p>　　本系統(tǒng)采樣Atmel89C52單片機(jī)作為控制核心，以ADC0809為數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)被測(cè)電壓的數(shù)據(jù)采樣；使用系列比較器檢測(cè)輸入電壓的范圍，用共陰極數(shù)碼管顯示結(jié)果。</p>&

12、lt;p><b>　　圖1</b></p><p>　　5.2.2 單片機(jī)系統(tǒng)</p><p>　　單片機(jī)最小系統(tǒng)包括復(fù)位電路，晶振電路，電源電路，仿真時(shí)需搭建復(fù)位電路和晶振電路。</p><p><b>　　晶振電路：</b></p><p><b>　　圖2</b>

13、</p><p><b>　　復(fù)位電路：</b></p><p><b>　　圖3</b></p><p>　　單片機(jī)最小系統(tǒng)如下所示，其中P2口用于驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，P1口用于數(shù)碼管顯示，P0口用于接收ADC0809轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，P3接74LS74 D觸發(fā)器電路。</p><p><b>　　

14、單片機(jī)最小系統(tǒng)：</b></p><p><b>　　圖4</b></p><p>　　5.2.3 AD轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　ADC0809的特性：ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。 （1）ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)

15、構(gòu) </p><p>　　由下圖可知，ADC0809由一個(gè)8路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。</p><p>　?。?）．ADC0809引腳結(jié)構(gòu) </p>

16、<p>　　ADC0809各腳功能如下：D7-D0：8位數(shù)字量輸出引腳。IN0-IN7：8位模擬量輸入引腳。VCC：+5V工作電壓。GND：地。REF（+）：參考電壓正端。REF（-）：參考電壓負(fù)端。START：A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)輸入端。ALE：地址鎖存允許信號(hào)輸入端。（以上兩種信號(hào)用于啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換）.EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出引腳，開始轉(zhuǎn)換時(shí)為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)為高電平。OE：輸出允許控制端，用以打

17、開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。CLK：時(shí)鐘信號(hào)輸入端（一般為500KHz）。A、B、C：地址輸入線。 </p><p>　　ADC0809對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是0－5V，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。 </p><p>　　地址輸入和控制線：4條 </p><p

18、>　　ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ALE線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)入轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A，B和C為地址輸入線，用于選通IN0－IN7上的一路模擬量輸入。通道選擇表如下表所示。</p><p>　　數(shù)字量輸出及控制線：11條 </p><p>　　ST為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。當(dāng)ST上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清

19、零；下跳沿時(shí)，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST應(yīng)保持低電平。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。當(dāng)EOC為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。OE為輸出允許信號(hào)，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE＝1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE＝0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7－D0為數(shù)字量輸出線。 </p><p>　　CLK為時(shí)鐘輸入信號(hào)線。因ADC0809的內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)必須由外界提

20、供，通常使用頻率為500KHZ， </p><p>　　VREF（＋），VREF（－）為參考電壓輸入。 </p><p>　　2． ADC0809應(yīng)用說明 </p><p>　?。?）ADC0809內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與AT89S51單片機(jī)直接相連。 </p><p>　　（2）初始化時(shí)，使ST和OE信號(hào)全為低電平。 </p>

21、<p>　?。?）送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到A，B，C端口上。 </p><p>　?。?）在ST端給出一個(gè)至少有100ns寬的正脈沖信號(hào)。 </p><p>　?。?）是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)EOC信號(hào)來判斷。 </p><p>　　（6） 當(dāng)EOC變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，這時(shí)給OE為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了。 </p><p>

22、;<b>　　3． 實(shí)驗(yàn)任務(wù) </b></p><p>　　如下圖所示，從ADC0809的通道IN0輸入0－5V之間的模擬量，通過ADC0809轉(zhuǎn)換成數(shù)字量在數(shù)碼管上以十進(jìn)制形成顯示出來。ADC0809的VREF接＋5V電壓。 </p><p>　　ADC0809與單片機(jī)的連接：</p><p><b>　　圖6</b>&

23、lt;/p><p>　　5.2.3 觸發(fā)電路</p><p>　　74ls74中文資料 </p><p>　　74LS74內(nèi)含兩個(gè)獨(dú)立的D上升沿雙d觸發(fā)器，每個(gè)觸發(fā)器有數(shù)據(jù)輸入（D）、置位輸入（）復(fù)位輸入（）、時(shí)鐘輸入（CP）和數(shù)據(jù)輸出（Q、）。、的低電平使輸出預(yù)置或清除，而與其它輸入端的電平無關(guān)。當(dāng)、均無效（高電平式）時(shí)，符合建立時(shí)間要求的D數(shù)據(jù)在CP上升沿作用下傳送

24、到輸出端。</p><p>　　74ls74功能表: </p><p><b>　　3． 實(shí)驗(yàn)任務(wù) </b></p><p>　　如下圖所示，通過74LS74產(chǎn)生時(shí)鐘源，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程需要在外部工作時(shí)鐘的控制下進(jìn)行。</p><p>　　5.2.4 數(shù)碼管顯示電路</p><p><b>

25、　　四位數(shù)碼管引腳圖：</b></p><p>　　四位數(shù)碼管與單片機(jī)的連接：</p><p>　　5.3、軟件設(shè)計(jì)（設(shè)計(jì)思路及軟件流程圖） </p><p>　　軟件部分采用模塊化程序設(shè)計(jì)的方法，由單片機(jī)控制主程序、A/D轉(zhuǎn)換子程序、電壓檢測(cè)、七段數(shù)碼管顯示組成。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)是在KeilC編譯環(huán)境下進(jìn)行的，由于C語言程序可移植性好，所以提高了編程的效

26、率。</p><p><b>　　軟件程序流程圖：</b></p><p>　　顯示函數(shù) 主程序</p><p>　　六、程序主要代碼與分析（關(guān)鍵代碼要有注釋）：</p><p>　　#include <reg52.h> </p><p>　　U

27、nsigned char code dispbitcode[ ]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7, 0xef,0xdf,0xbf,0x7f}; </p><p>　　Unsigned char code dispcode[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66, 0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00}; </p><p>　　unsigned

28、 char dispbuf[8]={10,10,10,10,10,0,0,0}; </p><p>　　unsigned char dispcount; </p><p>　　unsigned char getdata; </p><p>　　unsigned int temp; </p><p>　　long int i; </p&

29、gt;<p>　　unsigned int R1; </p><p>　　sbit ST=P3^0; </p><p>　　sbit OE=P3^1; </p><p>　　sbit EOC=P3^2; </p><p>　　sbit CLK=P3^3; </p><p>　　void main(void

30、) </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　ST=0; //ST正脈沖信號(hào)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換；</p><p>　　OE=0; //EOC為高電平后，若使OE為高電平，轉(zhuǎn)換結(jié)果DATA便可鎖存到D0~D7上，CPU讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)后，再使OE變?yōu)榈碗娖?，一次A/D轉(zhuǎn)換過程結(jié)束。</p><p>　　ET0

31、=1;//啟動(dòng)T0中斷；</p><p>　　ET1=1;//啟動(dòng)T1中斷；</p><p>　　EA=1;//開總中斷；</p><p>　　TMOD=0x12;//設(shè)置T0定時(shí)方式2，T1定時(shí)方式1</p><p>　　TH0=216; //計(jì)數(shù)初值a=2^16-t.Fosc/12其中t以u(píng)s為單位，F(xiàn)osc以MHZ為單位;(t=5ms，

32、T=12MHZ) 十進(jìn)制</p><p><b>　　TL0=216; </b></p><p>　　TH1=(65536-5000)/256;//0XEC </p><p>　　TL1=(65536-5000)%256;//0X78</p><p>　　TR1=1; //啟動(dòng)T1</p><p>

33、;　　TR0=1; //啟動(dòng)T0</p><p>　　ST=1; //ST產(chǎn)生正脈沖</p><p><b>　　ST=0; </b></p><p><b>　　while(1) </b></p><p><b>　　{ </b></p><p>　

34、　if(EOC==1) //EOC為高電平后，若使OE為高電平，轉(zhuǎn)換結(jié)果DATA便可鎖存到D0~D7上，CPU讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)后，再使OE變?yōu)榈碗娖?，一次A/D轉(zhuǎn)換過程結(jié)束。</p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　OE=1; </b></p><p>　　getdata=P0; </p&

35、gt;<p><b>　　OE=0;</b></p><p>　　i=getdata*196; //轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；5V i/o口為八個(gè)5\256=196MV</p><p>　　dispbuf[5]=i/10000; </p><p>　　i=i%10000; </p><p>　　dispbuf[6]=i

36、/1000;</p><p>　　i=i%1000; </p><p>　　dispbuf[7]=i/100; </p><p><b>　　ST=1; </b></p><p><b>　　ST=0; </b></p><p><b>　　} &

37、lt;/b></p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　} </b></p><p>　　void t0(void) interrupt 1 using 0 //定時(shí)器0 中斷服務(wù)</p><p><b>　　{ </b>

38、</p><p>　　CLK=~CLK; </p><p><b>　　} </b></p><p>　　void t1(void) interrupt 3 using 0 //定時(shí)器1 中斷服務(wù)</p><p><b>　　{ </b></p><p>

39、　　TH1=(65536-6000)/256; </p><p>　　TL1=(65536-6000)%256; </p><p><b>　　P2=0xff;</b></p><p>　　P1=dispcode[dispbuf[dispcount]]; </p><p>　　P2=dispbitcode[dispcou

40、nt]; </p><p>　　if(dispcount==5) </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　P1=P1 | 0x80; </p><p><b>　　} </b></p><p>　　dispcount++; </p>&l

41、t;p>　　if(dispcount==8) </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　dispcount=0; </p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　} </b></p><p><

42、b>　　七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果截圖</b></p><p><b>　　實(shí)物圖：</b></p><p>　　作為模擬電壓的輸入，滑動(dòng)變阻器的變化不可以過快；要求：調(diào)一次滑動(dòng)變阻器使得電壓變化0.02V；所以要求2^n>5/0.02=250,因此ADC要選擇8位的，滑動(dòng)變阻器的精確度為0.02.</p><p><b>

43、　　八、心得體會(huì)</b></p><p>　　本次試驗(yàn)的難度雖不大，但在此過程中我學(xué)到了很多知識(shí)，同時(shí)也遇到了一些問題。例如：1. 仿真時(shí)用的是ADC0808但是實(shí)際生活中是用ADC0809，需要通過網(wǎng)上查找資料知道兩者的異同；2. 在網(wǎng)上有許多關(guān)于基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)資料每份的整體思想一樣，但是所用的芯片是不同的，需要自己根據(jù)老師提供的器件做相應(yīng)的修改；3.作為模擬電壓的輸入，滑動(dòng)變阻器的變

44、化不可以過快；4.用#define SEG P0不可以加；號(hào)；5.無窮循環(huán)while(1)后也不可以加；號(hào)；6.在仿真中不必將復(fù)位電路和晶振電路連接上，但是實(shí)際實(shí)驗(yàn)中卻必須加上;7.各芯片都需要接地和接電源才能工作，仿真時(shí)不需要，但是實(shí)際中必須加上；8.在焊接時(shí)要判斷清楚芯片的引腳接線，合理的排版，才能更高效的連線并節(jié)省連線和焊接的時(shí)間。</p><p>　　另外，軟硬件一致也是很重要的。若編寫的程序在Kei

45、lc中正確，但載入芯片中所要求的功能本電路卻未能實(shí)現(xiàn)，原因有以下兩種：1.程序雖無語法錯(cuò)誤，但是有可能是軟硬件不協(xié)調(diào)或程序邏輯錯(cuò)誤。2.Proteus中電路連接錯(cuò)誤。應(yīng)認(rèn)真細(xì)心檢查。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1] 曾屹.單片機(jī)原理與應(yīng)用.湖南：中南大學(xué)出版社，2009</p><p>　　[2] 林