基于單片機的簡易數字電壓表設計(文件)

　

【正文】 顯示系統 AT89C51 P1 P2 P2 P0 江蘇農林職業技術學院畢業論文（設計） 2 3 硬件電路設計 單片機系統 AT89C51 性能 AT89C51是美國 ATMEL公司生產的低電壓，高性能 CMOS8位單片機，片內含 4k bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器（ PEROM）和 128 bytes的隨機存取數據存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產， 兼容標準 MCS51指令系統，片內置通用 8位中央處理器（ CPU）和 Flash存儲單元，功能強大 AT89C51單片機可為您提供許多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領域 。全靜態操作： 0Hz－ 24MHz。掉電方式保存 RAM中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。 圖 5 AT89C51的引腳圖 AT89C51 芯片的各引腳功能為： P0 口：這組引腳共有 8 條， 為最低位。 P2 口：這組引腳的第一功能與上述兩組引腳的第一功能相同即它可以作為通用 I/O 口使用，它的 第一功能和 P0 口引腳的第二功能相配合，用于輸出片外存儲器的高 8 位地址，共同選中片外存儲器單元，但并不是像 P0 口那樣傳送存儲器的讀 /寫數據。該脈沖序列可以作為外部時鐘源或定時脈沖使用。通常 89C51 復位有自動上電復位和人工按鍵復位兩種。雙積分式 A/D 轉換器具有抗干擾能力強、轉換精度高、價格便宜等優點。它利用內部的寄存器從高位到低位一次開始逐位試探比較。 ADC0808 的外部引腳特征 ADC0808 芯片有 28 條引腳，采用雙列直插式封裝，其引腳圖如圖 3 所示。 EOC： A/D 轉換結束信號，輸出，當 A/D 轉換結束時，此端輸出一個高電平（轉換期間一直為低電平）。 REF+、 REF:參考電壓輸入量，給電阻階梯網絡供給標準電壓。 ADDA、 ADDB、 ADDC:3 位地址輸入線，用于選通 8路模擬輸入中的一路。 （ 3）比較器， 8 位開關樹型 A/D 轉換器，逐次逼近型寄存器，定時和控制電路組成 8位 A/D轉換器，當 START 信號有效時，就開始對當前通道的模擬信號進行轉換，轉換完成后，把轉換得到的數字量送到 8 位三態鎖存器，同時通過引腳送出轉換結束信號。 （ 3）當轉換結束時，轉換的結果送入到輸出三態鎖存器中，并使 EOC 信號回到高電平，通知 CPU 已轉換結束。 22 腳ALE 為地址鎖存允許控制信號，當輸入為高電平時，對地址信號進行鎖存。 9 腳OE 為 A／ D 轉換數據輸出允許控制信號，當 OE 腳為高電平時，允許讀取 A／ D 轉換的數字量。圖 5 如下 : 圖 5 單片機與 ADC0808的接口 . 復位電路和時鐘電路 復位電路設計 單片機在啟動運行時都需要復位，使 CPU 和系統中的其他部件都處于一個確定的初始狀 態，并從這個狀態開始工作。單片機的復位方式有上電自動復位和手動復位兩種，圖 6 是 51 系列單片機統常用的上電復位和手動復位組合電路，只要 Vcc 上升時間不超過 1ms，它們都能很好的工作。 本設計系統采用內部時鐘方式，利用單片機內部的高增益反相放大器，外部電路簡，只需要一個晶振和 2 個電容即可，如圖 7所示。 LED 由于結構簡單、價格便宜、與單片機接口方便等優點而得到廣泛應用。 LED 引腳排列如下圖 8所示 : 圖 8 LED引腳排列 LED 顯示器的選擇 在應用系統中，設計要求不同，使用的 LED 顯示器的位數也不同，因此就生產了位數，尺寸，型號不同的 LED 顯示器供選擇，在本設計中，選擇 4 位一體的數碼型 LED 顯示器，簡稱“ 4LED”。 LED 譯碼方式 譯碼方式是指由顯示字符轉換得到對應的字段碼的方式，對于 LED 數碼管顯示器，通常的譯碼方式有硬件譯碼和軟件譯碼方式兩種。由于本設計采用的是共陰極 LED，其對應的字符和字段碼如下表 所示。 圖 10 LED與單片機接口間的設計 總體電路設計 經過以上的設計過程，可設計出基于單片機的簡易數字直流電壓表硬件電路原理圖如圖 10所示。 簡易數字直流電壓表的硬件電路已經設計完成，就可以選取相應的芯片和元器件，利用Proteus 軟件繪制出硬件的原理，并仔細地檢查修改，直至形成完善的硬件原理圖。程序如下 : Void(){ ST=0。開中斷 TMOD=0x10； TH1=(655365000)/256。 ST=0。 開始 初始化 調用 A/D 轉換子程序 調用顯示子程序 結束 錢霞冬：基于單片機的簡易數字電壓表設計 13 圖 12 A/D轉換流程圖 系統上電狀態，初始化 ADC0808 的啟動地址，數碼管顯示關閉，開始啟動 A／ D 轉換。//輸出允許控制端 Sbit EOC=P3^2。//啟動 A/D 轉換 ST=1。//輸出允許 Getdata=P0； //得到轉換后數據存放在 getdata OE=0。程序如下： Void sepr(unsigned char i) { Uchar ch。//取余運算 ch1=ch*10/51。 P0_7=0。//延時 P2=led[chh]。j,100。 Proteus 支持的微處理芯片包括 8051 系列、 AVR 系列、 PIC系列、 HC11 系列及 Z80等等。 圖 13 輸入電壓為 0V時， LED的顯示結果 IN0 輸入電壓值為 時，顯示結果如圖 14 所示。 圖 15 輸入電壓為 時， LED 的顯示結果 錢霞冬：基于單片機的簡易數字電壓表設計 17 誤差分析 通過以上仿真測量結果可得到簡易數字電壓表與“標準”數字電壓表對比測試表，如下表 所示： 表 簡易數字電壓表與“標準”數字電壓表對比測試表 標準電壓值 /V 簡易電壓表測量值 /V 絕對誤差/V 由于單片機 AT89C51 為 8 位處理器，當輸入電壓為 時， ADC0808 輸出數據值為255（ FFH），因此單片機最高的數值分辨率為 (5/255)。當要測量大于 5V 的電壓時，可在輸入口使用分壓電阻，而程序中只要將計算程序的除數進行調整就可以了。在這過程中，我對電路設計，單片機的使用等都有了新的認識。系統功能、指標達到了課題的預期要求、系統在硬件設計上充分考慮了可擴展性，經過一定的改造，可以增加功能。本次設計采用了 AT89C51 單片機芯片，與以往的單片機相比增加了許多新的功能，使其功能更為完善，應用領域也更為廣泛。 總之這次電路的設計和仿真，基本上達到了設計的功能要求。 [3]于殿泓、王新年 .單片機原 理與程序設計實驗教程 .西安電子科技大學出版社， 2021 年5月。 [7]魏立峰 .單片機原理及應用技術 .北京大學出版社， 2021 年。 [10]苗紅霞 .單片機實現數字電壓表的軟硬件設計 [J] .河海大學常州分校學報， 2021 年 3月。 其次，感謝一起做畢業設計的同學們，感謝你們給我的幫助和鼓勵，感謝你們在我遇到困難時所給的幫助，正是有了你們的幫助和鼓勵，此次畢業設計才得以順利的完成。對于給我們提供了良好學習環境的江蘇農林職業技術學院，更是充滿了感激，由于母校的培養，才使我成長為一個合格的大學生。導師們的高深精湛的造詣與嚴謹求實的治學精神將永遠激勵著我。 江蘇農林職業技術學院畢業論文（設計） 20 致謝 經過一段時間的不懈努力，本次畢業設計即將接近尾聲，由于是初次嘗試設計電路，由于知識及經驗的匱乏，難免遇到很多困難，如果沒有導師的督促指導以及同學們的支持，很難順利的完成此次畢業設計。ARM7 系統中的應用百例 .第一版 .北京：電子工業出版社，2021 年。 [5]李廣弟 .單片機基礎 .北京航空航天大學出版社， 2021 年 5月。 錢霞冬：基于單片機的簡易數字電壓表設計 19 參考文獻 [1]胡健 .單片機原理及接口技術 .北京：機械工業出版社， 2021 年 10 月。通過這次設計，對它的工作原理有了更深的理解。 通過本次設計，我對單片機這門課有了進一步的了解。 基于單片機的數字電壓表使用性強、結構簡單、成本低、外接元件少。但設計中的不足之處仍然存在。 從上表可以看出，簡易數字電壓表測得的值基本上比標準電壓值偏大 ，這可以通過校正 ADC0808 的基準電壓來解決。 江蘇農林職業技術學院畢業論文（設計） 16 圖 14 輸入電壓為 ， LED的顯示結果 2. 當 IN0 口輸入電壓值為 ，顯示結果如圖 15。 本系統的調試主要以軟件為主，其中，系統電路圖的繪制和仿真我采用的是 Proteus軟件，而程序方面，采用的是 c 語言，用 Keil 軟件將程序寫入單片機。//延時 } 5 仿真與調試 軟件調試 軟件調試的主要任務是排查錯誤，錯誤主要包括邏輯和功能錯誤，這些錯誤有些是顯性的，而