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1、单片机电压采集与显示摘要：本设计待测的输入电压为8路，电压范围为05V，使用目前广泛使用的AT89C51来做控制系统，用ADC0809来进行模拟电压的采集及模数转换，实现采集8路数据，并将结果在四位一体数码管上进行显示。该系统主要包括几大模块：数据采集模块、AD转换模块、控制模块、显示模块。显示部分由LED数码显示器构成。该数字电压表具有电路简单，成本低等优点，可以方便地进8路AD转换量的测量。关键词：电压采集、ADC0809、A/D转换、单片机89C51、数码管显示引言随着计算机技术的飞速发展和普及，数据采集系统在多个领域有着广泛的应用。数据采集是工、农业控制系统中至关重要的一环，在医药、化
2、工、食品、等领域的生产过程中，往往需要随时检测各生产环节的温度、湿度、流量及电压等参数。同时，还要对某一检测点任意参数能够进行随机查寻，将其在某一时间段内检测得到的数据经过转换提取出来，以便进行比较，做出决策，调整控制方案，提高产品的合格率，产生良好的经济效益。 随着工、农业的发展，多路数据采集势必将得到越来越多的应用，为适应这一趋势，作这方面的研究就显得十分重要。在科学研究中，运用数据采集系统可获得大量的动态信息，也是获取科学数据和生成知识的重要手段之一。总之，不论在哪个应用领域中，数据采集与处理将直接影响工作效率和所取得的经济效益。 采集系统，从严格的意义上来说，应该是用计算机控制的多路数
3、据自动检测或巡回检测，并且能够对数据实行存储、处理、分析计算以及从检测的数据中提取可用的信息，供显示、记录、打印或描绘的系统。电压测量成为广大电子领域中必须掌握的过程，并且对测量的精度和采集功能的要求也越来越高，而电压的测量与显示系统甚为重要。在课程设计中对一路电压采集系统与显示系统作了基本的研究。电压采集与通信控制采用了模块化的设计，并用单片机8051来实现，硬件部分是以单片机为核心，还包括模-数转换模块，显示模块，和串行接口部分，还有一些简单的外围电路。1路被测电压通过通用ADC0809模-数转换，实现对采集到的电压进行模拟量到数字量的转换，由单片机对数据进行处理，用数码管显示模块来显示所
4、采集的结果，由相关控制器完成数据接收和显示，汇编程序编写了更加明了化数据显示界面。本系统主要包括四大模块：数据采集模块、控制模块、显示模块、A/D转换模块。绘制电路原理图与工作流程图，并进行调试，最终设计完成了该系统的硬件电路。在软件编程上，采用了汇编语言进行编程，开发环境使用相关集成开发环境。开发了显示模块程序、A/D转换程序。一、电路设计方案及原理说明依据综合课程设计的要求，利用ADC0809设计一个单通道模拟电压采集显示电路，要求对所接通道变化的模拟电压值进行采集，采集来的数字量送至数码管指示出来，通过相关转换在数码管上精确显示出来。本课程设计相当于测直流电压的大小，通过对电压值的采集与
5、处理，而由所学微控制器的知识可知，可以利用单片机的模数转换来实现这一设计，进一步把相应的电压值精确显示出来。 模数转换就是利用单片机控制模数转换芯片（A/D）,让它对外部的一个模拟信号进行采样、量化、编码然后转化为一个离散的数字量，提供给控制器作进一步处理。对于常用的A/D转换芯片有ADC0809、ADC0808等。它们都是8位的模数转换芯片，就是把模拟量转换为一个8位的二进制数。利用单片机AT89C51与ADC0809设计一个电压采集系统，将模拟信号（实际设计时采用05 V）之间的直流电压值转换成数字量信号0FF，以数码管显示。Proteus软件启动仿真，当前输入电压为25 0V，转换成数字
6、值为7FH，用鼠标指针调节电位器尺,可改变输入模数转换器ADC0809的电压，并通过虚拟电压表观察ADC0809模拟量输入信号的电压值，LED数码管实时显示相应的数值量。 此次电压表总体的方案就是用单片机的I/O口输出信号来控制A/D启动转换，将送入的模拟量转换为一个8位数字量，然后再通过I/O口送回单片机内部进行处理，单片机进行一系列的运算和校准后，通过数码管将电压值显示出来。而在方案的实现上由两部分组成：硬件部分和软件部分。硬件即电子元器件的选择且将它们连接成一个可行的硬件系统，软件是硬件系统功能化的重要组成部分。硬件的设计可以在Proteus上进行，软件可以用Proteus自带的汇编工具
7、，然后在Proteus将硬软件相结合，进行仿真，再根据结果不断对硬件进行改进，对软件进行调试，实现电压的采集与显示功能。1.1 ADC0809模数转换芯片 1.ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。 （1）ADC0809的内部逻辑结构 由下图可知，ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。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
8、态输出锁存器取走转换完的数据。（2）ADC0809引脚结构 ADC0809各脚功能如下：D7-D0：8位数字量输出引脚。IN0-IN7：8位模拟量输入引脚。VCC：+5V工作电压。GND：地。REF（+）：参考电压正端。REF（-）：参考电压负端。START：A/D转换启动信号输入端。ALE：地址锁存允许信号输入端。（以上两种信号用于启动A/D转换）.EOC：转换结束信号输出引脚，开始转换时为低电平，当转换结束时为高电平。OE：输出允许控制端，用以打开三态数据输出锁存器。CLK：时钟信号输入端（一般为500KHz）。A、B、C：地址输入线。 ADC0809对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围
9、是05V，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入转换器进行转换。A，B和C为地址输入线，用于选通IN0IN7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000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7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；
10、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。OE1，输出转换得到的数据；OE0，输出数据线呈高阻状态。D7D0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。 2 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
11、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。1.2 AT89C51单片机 ADC0809与8051单片机的硬件接口有3种形式，分别是查询方式、中断方式和延时等待方式，本题中选用中断接口方式。由于ADC0809无片内时钟，时钟信号可由单片机的ALE信号经D触发器二分频后获得。该题目中单片机时钟频率采用12MHz,则ALE输出的频率是2MHz，四分频后为500KHz,符合ADC0809对
12、频率的要求。由于ADC0809内部设有地址锁存器，所以通道地址由P0口的低3位直接与ADC0809的A、B、C相连。通道基本地址为0000H0007H。其对应关系上面已做介绍。 控制信号：将P2.7作为片选信号，在启动A/D转换时，由单片机的写信号和P2.7控制ADC的地址锁存和启动转换。由于ALE和START连在一起，因此ADC0809在锁存通道地址的同时也启动转换。在读取转换结果时，用单片机的P3.0产生正脉冲作为OE信号，用来打开三态输出锁存器。其接口电路如图1-2所示。图1-2 ADC0809与AT89C51的接口电路当8051通过对0000H0007H（基本地址）中的某个口地址进行一
13、次写操作，即可启动相应通道的AD转换；当转换结束后,ADC0809的EOC端向8051发出中断申请信号；8051通过对0000H0007H中的某个口地址进行一次读操作，即可得到转换结果。1.3 4个共阳7段数码管显示器共阳极7段LED数码管和共阴极LED数码管结构类似，其引脚配置，如图所示。从图中可以看出7段LED数码管同样由8个发光二极管组成，其中7个发光二极管构成字形“8”，另一个发光二极管构成小数点。共阳极7段LED数码管的内部结构，如图所示。其中所有发光二极管的阳极为公共端，接+5v电压。如果发光二极管的阴极为低电平的时候，发光二极管导通，该字段发光；反之，如果发光二极管的阴极为高电平
14、的时候，发光二极管截止，该字段不发光。 共阳极7段LED引脚配置 共阳极7段LED结构图1.4 系统整体工作原理1 硬件设计（1）系统构成该系统主要包括几大模块：数据采集模块、AD转换模块、控制模块、显示模块、按键模块等。采用AT89C51作为控制模块，ADC0809作为AD转换模块的核心，ADC0809本身具有8路模拟量输入端口，通过C、B、A，3位地址输入端，能从8路中选择一路进行转换。如每隔一段时间依次轮流改变3位地址输入端的地址，就能依次对8路输入电压进行测量。LED数码管的显示采用软件译码动态显示，通过按键模块的操作可以选择8路循环显示，也可以选择某条单路显示。（2）数据采集电路数据
15、采集电路是系统的主要组成部分，ADC0809具有8路模拟量输入通道IN0IN7，通过3位地址输入端C、B、A(引脚2325)进行选择。引脚22为地址锁存控制端ALE，当输入为高电平时，C、B、A引脚输入的地址锁存于ADC0809内部锁存器中，经内部译码电路译码选中相应的模拟通道。引脚6为启动转换控制端START，当输入一个2 US宽的高电平脉冲时，就启动ADC0809开始对输入通道的模拟量进行转换。引脚7为AD转换器，当开始转换时，EOC信号为低电平，经过一段时间，换结束，转换结束信号EOC输出高电平，转换结果存放干ADC0809内部的输出数据寄存器中。引脚9脚为AD转换数据输出允许控制端OE，当0E为高电平时，存放于输出数据锁存器中的数据通过ADC0809的数据线DOD7输出。引脚10为ADC0809的时钟信号输人端CLOCK。在连接时，ADC0809的数据线D0D7与AT89C51的P1口相连接，ADC0809的地址引脚、地址锁存端ALE、启动信号START、数据输出允许控制端OE分别与AT89C51的P3口相连接，转换结束信号EOC与AT89C52的P31相连接。二、 软件设计
