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1、任 务 书题目：基于单片机的简易数字电压表设计设计内容及要求：1、硬件设计单片机主电路、数据采集接口电路、LED显示电路2、软件设计系统流程图、各功能程序设计环境： Protel99SE 、WAVE仿真环境、H51/L仿真器、单片机多功能实验箱实现目标：（1）能够实现8路电压值进行测量； （2）能够显示当前被测路号及电压值，电压精度小数点后1位； （3）可以通过键盘选择循环显示8路的检测电压值和指定通道的检测电压值。摘 要本文介绍了基于89c51单片机的一种8路输入电压测量电路,该电路采用ADC0809作为A/D转换元件，测量范围0至5伏，小数点后显示一位。要求能够依次显示每路通道电压，而且能
2、够通过拨码开关选择输入通道。使用3位LED模块显示，前面一位显示通道号，后面两位显示测量电压值。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WAVE集成开发环境。开发了显示模块程序、通道切换程序、A/D转换程序。关键词：ADC0809；A/D转换；LED显示目 录1 方法论证51.1 系统的设计任务51.2 设计方案51.3 软硬件开发环境62 数字电压表硬件设计72.1 单片机主电路设计72.1.1 复位电路72.1.2 晶振电路72.2 测
3、量、转换电路设计82.3 按键电路设计92.4 显示电路设计102.4.1 LED数码管构成102.4.2 显示方式113 软件设计143.1 主程序设计143.1.1 工作流程143.1.2 存储空间定义安排153.2 模块程序设计153.2.1 A/D转换测量程序153.2.2 显示程序164 系统调试与分析184.1 调试内容及问题解决184.2 系统进一步改进方案18附录1：硬件原理图20附录2：程序清单21参考文献241 方法论证1.1 系统的设计任务 设计单片机主电路、数据采集接口电路、LED显示电路、拨码控制电路，能够实现对8路电压值进行测量，能够显示当前测量通道号及电压值，电压
4、精度小数点后1位，可以通过键盘选择循环显示8路的检测电压值和指定通道的检测电压值。1.2 设计方案 将数据采集接口电路输入电压传入ADC0809数模转换元件，经转换后通过D0至D7与单片机P0口连接，把转换完的模拟信号以数字信号的信号的形式传给单片机，信号经过单片机处理从LED数码显示管显示。拨码开关连P3口，实现通道选择。P2口接数码管位选，P1接数码管，实现数据的动态显示，如下图所示。89c51 P0P1P2 ALEP3数码管位选拨码开关ADC0809D0D7 IN0 : IN7CLOCK VREF+VREF-图1.1系统总体方案结构图1.3 软硬件开发环境硬件选择：选择89c51作为单片
5、机芯片，选用8段共阴极LED数码管实现电压显示，选用独立式按键作为程序的跳转与选择，利用ADC0809作为数模转换芯片，利用P0至P4的各个串口来进行不同设备间的连接，计算机进行汇编，H51/L仿真器，单片机多功能实验箱。软件开发环境： 用Protel99SE软件画电路图 、WAVE软件进行程序编写。2 数字电压表硬件设计2.1 单片机主电路设计在本次课题设计中我们选择了8951芯片，其具有功能强、体积小、成本低、功耗小等特点，它可单独地完成现代工业控制所要求的智能化控制功能，能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。2.1.1 复位电路 复位电路如图2.1所示，单片机系
6、统常常有上电复位和操作复位两种。上电复位是指单片机上点瞬间，要在RST引脚上出现宽度大于10ms的正脉冲，才能使单片机进入复位状态。操作复位是指用户按下“复位”按钮使单片机进入复位状态。 图21 复位电路2.1.2 晶振电路 晶振电路用于产生单片机工作所需的时钟信号，使用晶体震荡器时，c2,c3取值2040PF，使用陶瓷震荡器时c2,c3取值3050PF。在设计电路板时，晶振和电容应尽量靠近芯片，以减小分布电容，保证震荡器的稳定性。18引脚接XTAL1，19引脚接XTAL2，20引脚接地。图2.2 晶振电路2.2 测量、转换电路设计 使用ADC0809作为数模转换元件，其引脚图如2.3所示图2
7、.3 ADC0809引脚图ADC0809是带有8：1多路模拟开关的8位A/D转换芯片，所以它可有8个模拟量的输入端，由芯片的A，B，C三个引脚来选择模拟通道中的一个。A，B，C三端分别与89C51的P0.0P0.2相接。地址锁存信号(ALE)和启动转换信号（START），由P2.6和/WR或非得到。输出允许，由P2.6和/RD或非得到。时钟信号，可有89C51的ALE输出得到，不过当采用12M晶振时，应该先进行二分频，以满足ADC0809的时钟信号必须小于640K的要求。与单片机的连接如图2.4所示图2.4数据转换系统电路图2.3 按键电路设计按键选择上有两种方法可供选择，独立式按键与矩阵式按
8、键，再此使用了独立式按键。按键模块如图2.5所示，其与P3口连接，实现通道选择。对按键的工作过程可分为两步：第一步是CPU首先检测键盘上是否有键按下；第二步是在识别是哪一个键按下。检测键盘上有无键按下可采取查询各自方式、定时扫描构造方式和中断耕作方式。在此选择了查询工作方式。按键模块如图2.5所示，其与P3口连接，实现通道选择。图2.5按键模块2.4 显示电路设计2.4.1 LED数码管构成LED数码管显示器是由发光二极管显示字段的显示器件，也称为数码管。其外形结构如图所示。它由8个发光二极管构成，通过不同的组合可用来显示0-9、A-F及小数点“.”等字符。数码管有共阴极和共阳极两种结构规格，
9、如图2.5所示。图中电阻为外接。共阴极数码管的发光二极管阴极共地，当某发光二极管的阳极为高电平时，二极管点亮；共阳极数码管的发光二极管是阳极，并接高电平，对于需点亮的发光二极管将其阴极接低电平即可。对照图2.5中的字段:7段发光二极管,在加上1个小数点位,共计8段,因此提供给LED显示器的字形码正好一字节。 图26(a) 共阴极 图2.6(b) 共阳极 图2.6（C）字段显示2.4.2 显示方式（1） 静态显示方式直接利用并行口输出。LED显示工作于静态显示方式时,各位的共阴极连接在一起接地;每位的段选线分别于一个8位的锁存输出相连。一般称之为静态显示,是由于显示器中的各位相互独立。而且各位的
10、显示字符一经确定,相应锁存器的输出将维持不变,直到显示另一个字符为止。利用通信号串行输出。在实际应用中,多位LED显示时，为了简化电路，在系统不需要通信功能时，经常采用串行通信口工作方式0，外接移位寄存器74LS164、CD4094来实现静态显示。（2） 动态显示方式对多位LED显示器的动态显示，通常都时采用动态扫描的方法进行显示，即逐个循环点亮各位显示器。这样虽然在任一时刻只有一位显示器被点亮，但是由于间隔时间较短，且人眼具有视觉残留效应，看起来与全部显示器持续点亮一样。为了实现LED显示器的动态扫描，除了要给显示器提供的输入之外，还要对显示器加位选择控制，这就是通常所说的段控和位控。因此多
11、位LED显示器接口电路需要有两个输出口，其中一个用于输出8位控信号；另一个用于输出段控信号，其连接图如下。 2.7 LED显示电路表2.1七段LED段选码表 显示字符共阴极段显示字符共阴极段03FHC39H106HD5EH25BHE79H34FHF71H466HP73H56DHU3EH67DH31H707Hy6EH87FH8.FFH96FH“灭”00HA77H/B7CH/3 软件设计3.1 主程序设计 3.1.1 工作流程 首先拨动拨码开关k1，如果是低电平，程序转向选择通道程序，拨动k2的次数即是选择的通道号，拨动k3表示确认。转向数据读取程序，再到显示程序，显示出通道号和电压值。如果k1是
12、高电平，则转向循环显示程序，即先显示第0路最后显示第7路电压值和相应通道号。工作流程图如下： N Y记录k2拨动次数启动A/D转换K1高电平？数据处理显示结束开始选择通道号选择第0路图3.1主程序流程3.1.2 存储空间定义安排 60H用于存放A/D转换结果，30H、31H、32H分别存储显示用的三位数据如下表：表3.1存储空间定义表60H用于存放A/D转换结果30H电压值整数部分31H电压值小数部分32H循环显示的通道号34H选择的通道号3.2 模块程序设计3.2.1 A/D转换测量程序A/D转换的常用方法有：计数式A/D转换，逐次逼近型A/D转换，双积分式A/D转换， V/F变换型A/D转
13、换。在这些转换方式中，记数式A/D转换线路比较简单，但转换速度较慢，所以现在很少应用。双积分式A/D转换精度高，多用于数据采集及精度要求比较高的场合，如5G14433（31/2位），AD7555（41/2位或51/2位）等，但速度更慢。逐次逼近型A/D转换既照顾了转换速度，有具有一定的精度，这里选用的是逐次逼近型的A/D转换芯片ADC0809。采用中断控制的方式实现，不浪费时间，效率较高。其流程图如下： 开始启动转换读取数据0809地址加1小于FFFF?结束中断请求中断服务YN图3.2 A/D转换测量程序3.2.2 显示程序对多位LED显示器的动态显示，通常都是采用动态扫描的方法进行显示，即逐个循环点亮各位显示器。这样虽然在任一时刻只
