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1、 新能源与动力工程学院课 程 设 计 报 告微机原理与单片机课程设计专 业 电 力 工 程 与 管 理班 级 电 力 1201姓 名学 号指 导 教 师2014 年 12 月兰州交通大学新能源与动力工程学院课程设计任务书课程名称： 单片机课程设计 指导教师（签名）： 王鹏元 班级： 电力工程与管理1201 姓名： 高翔 学号： 一、课程设计题目基于单片机数字电压表设计二、课程设计使用的原始资料（数据）及设计技术要求：按照设计要求简易数字电压测量电路由电压采集、A/D 转换、复位电路、数据处理及显示控制等组成，三、课程设计的目的通过制作简易数字电压表，加深对所学专业知识的认识，提高对单片机的应用
2、能力，提高收集文献，资料的能力，从而达到综合运用所学的知识进行电子产品设计，制作与调试。四、课程设计的主要内容和要求（包括原始数据、技术参数、设计要求、工作量要求等） （1）可以测量 0-10V的 8路输入电压值。（2）能用 LED数码管或 LCD显示测量结果。（3）测量范围可达 020V，最小分辨率为 0.1V。（4）数字电压表具有超量程的报警功能，系统具有复原功能。五、工作进度安排7月 6日 熟悉课程设计内容及要求制定方案。7月 7日 设计电路及软件测试7月 8日 采购数字电压表组件按照设计电路进行焊接。7月 9日 产品整理并完成设计报告及答辩六、主要参考文献1 郭庭吉8051 单片机实践
3、与应用M.北京：清华大学出版社，2002.2 高峰单片微型计算机与接口技术M.北京：科学出版社，2003.审核批准意见系主任（签字） 年月日指导教师评语及成绩指导教师评语设计过程（40）设计报告（50）小组答辩（10）总成绩（100）成绩指导教师签字： 年 月 日目 录1.单片机课程设计的目的 .12.单片机数字电压表课程设计的要求 .12.1 单片机课程设计的要求 .13.设计的内容 .13.1 课程设计的内容 .13.2 电压表实现的功能 .13.3 总体设计 .13.4 设计方案 .23.5 单片机部分 .43.6 A/D 转换部分 .63.7 编程思路与程序流程 .84.设计总结 .1
4、4附录 .16参考文献 .17- 1 -1.单片机课程设计的目的通过制作简易数字电压表，加深对所学专业知识的认识，提高对单片机的应用能力，提高收集文献，资料的能力，从而达到综合运用所学的知识进行电子产品设计，制作与调试。2.单片机数字电压表课程设计的要求2.1 单片机课程设计的要求（1）可以测量 0-10V 的 8 路输入电压值。（2）能用 LED 数码管或 LCD 显示测量结果。（3）测量范围可达 020V，最小分辨率为 0.1V。（4）电压表具有超量程的报警功能。（5）系统具有复原功能。3.设计的内容3.1 单片机课程设计的内容（1）数字电压表总体电路设计及论证。（2）分析设计要求，明确性
5、能指标；查阅资料、进行设计方案论证。（3）论证并确定合理的总体设计方案，绘制总体机构框图，分析工作原理。（4）完成数字电压表的电路设计：单片机部分、A/D 转换、显示等各单元具电路设计，包括芯片选择、计算电路元参数，分析工作原理。- 2 -3.2 电压表实现的功能该数字电压表可以测量 010V 的 8 路输入电压值，并在 4 位 LED 数码管上轮流显示或单路选择显示。测量最小分辨率为 0.1V。3.3 总体设计按系统功能实现要求，决定控制系统采用 AT89S52 单片机，A/D 转换采用 ADC0809。系统除能确保实现要求的功能外，还可以方便地进行8 路其他 A/D 转换量的测量、远程测量
6、结果传送等扩展功能。数字电压表系统设计方案框图如下图。图（1） 数字电压表统计设计方案3.4 设计方案按照设计要求简易数字电压测量电路由电压采集、A/D 转换、复位电路、数据处理及显示控制等组成，电路原理图如图 3.4.1 所示。单片机选用 AT89S51，该芯片具有低功耗、高性能的特点。A/D 转换由集成电路 0809 完成。0809 具有 8 路模拟输入端口，地- 3 -址线（23- 25 脚）可决定对哪一路模拟输入作 A/D 转换。22 脚为地址锁存控制，当输入为高电平时，对地址信号进行锁存。6 脚为测试控制，当输入一个 2uS 宽高电平脉冲时，就开始 A/D 转换。7 脚为 A/D 转
7、换结束标志，当 A/D 转换结束时，7 脚输出高电平。9 脚为 A/D 转换数据输出允许控制，当 OE 脚为高电平时，A/D 转换数据从该端口输出。10 脚为 0809 的时钟输入端，利用单片机 30 脚的六分频晶振频率再通过 14024 二分频得到 1MHz 时钟。单片机的 P1、P3.0P3.3 端口作为四位 LED 数码管显示控制。P3.5端口用作单路显示/循环显示转换按钮，P3.6 端口用作单路显示时选择通道。P0 端口作 A/D 转换数据读入用，P2 端口用作 0809 的 A/D 转换控制。3.4.1 电源电路12J2V C C G NDV C C图（2） 电源电路 3.4.2 复
8、位电路如下图所示，本设计采用按键式复位电路，它的上电复位利用电容器充电来实现，同时通过按键实现复位，按下键后，通过 R1和 R2 形成回路，使 RESET 端产生高电平。按键的时间决定了复位时间。- 4 -1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT itleN u m b er R ev isio nS izeBD ate: 2 9 -A u g -2 0 0 5 S h eet o f F ile: F : g u ih u a .D D B D raw n B y :Y 1C R Y S T A LC 1C A P C 2C A PG N DX 1 X 2R E S E TR ?
9、R E S 2R ?R E S 2C ?2 2 u FG N DV C CV C CR E S E TV S S图（3）复位电路3.4.3 时钟电路Y1CRYSTALC330PFC230PFGNDX1X2图（4） 时钟电路3.4.4 系统原理图- 5 -图（5） 系统原理图3.5 单片机部分单片机选用的是 AT89S51，如下图 3.5.1 所示。该芯片具有低功耗、高性能的特点，是采用 CMOS 工艺的 8 位单片机。 最常见的 AT89S51 是采用 40Pin 封装的双列直接 PDIP 封装，芯片共有 40 个引脚，引脚的排列顺序为从靠芯片的缺口左边那列引脚逆时针数起，依次为 1、2、3、
10、4。40，其中芯片的 1 脚顶上有个凹点。在单片机的 40 个引脚中，电源引脚 2 根，外接晶体振荡器引脚 2 根，控制引脚 4 根以及 4 组 8 位可编程 I/O 引脚 32 根。（1）主电源引脚（2 根）VCC(Pin40)：电源输入，接5V 电源。GND(Pin20)：接地线。- 6 -图（6） AT89S51 引脚图（2）外接晶振引脚（2 根）XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端。XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端。（3）控制引脚（4 根）RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现 2 个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/PROG(Pin30)：地址
11、锁存允许信号。PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号。EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指 3、控制引脚（4 根）。RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现 2 个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号。PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号。EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。（4）可编程输入/输出引脚（32 根）AT89S51 单片机有 4 组 8 位的可编程 I
12、/O 口，分别位- 7 -P0、P1、P2、P3 口，每个口有 8 位（8 根引脚），共 32 根。每一根引脚都可以编程。PO 口（Pin39Pin32）：8 位双向 I/O 口线，名称为 P0.0P0.7P1 口（Pin1Pin8）：8 位准双向 I/O 口线，名称为 P1.0P1.7P2 口（Pin21Pin28）：8 位准双向 I/O 口线，名称为P2.0P2.7P3 口（Pin10Pin17）：8 位准双向 I/O 口线，名称为P3.0P3.73.6 A/D 转换部分A/D 转换部分采用 ADC0809，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
13、制逻辑的 CMOS 组件。（1）ADC0809 的内部逻辑结构如图 3.6.1- 8 -图（7） 内部逻辑结构图由图 3.6.1 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，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。（2）ADC0809 的引脚结构见图 3.6.2图（8） ADC0809 的引脚结构3.8 编程思路与程序流程3.8.1 程序流程在刚上电时，系统默认为循环显示 8 个通道的电压值状态。当进行一次测量后，将显示每一通道的 A/D 转换值，每个通道的数据显示时间为 1S 左右。主程序在调用显示子程序和测试之程序之间循环，主程序流程图见图开始初始化调用 A/D 转换子程序调用显示子程序- 9 -图（9） 主程序流程图（1）主程序org 0CLK BIT P3.4DO BIT P3.5DI BIT P3.6CS BIT P3.7wanwei equ 30hqianwei equ 31hbaiwei equ 32hshiwei equ 33hgewei equ 34hMOV SP,#6
