《基于AT89C51单片机的数字电压表的仿真设计论文要点》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于AT89C51单片机的数字电压表的仿真设计论文要点（21页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、-黄河科技学院课程设计报告书题目: 基于AT89C51单片机的数字电压表设计 课 程：单片机应用技术课程设计专 业：机电班 级：机电三班 学 号：168168168 *：徐枫指导教师：朱煜钰 2014年 11 月 5 日 目 录1 引言12 设计总体方案22.1设计要求22.2 设计思路22.3 设计方案23 硬件电路设计33.1 A/D转换模块33.2 单片机系统73.3 复位电路和时钟电路93.4 LED显示系统设计113.5 总体电路设计134 程序设计154.1 程序设计总方案154.2 系统子程序设计155 仿真175.1 软件调试175.2 显示结果及误差分析17结论19参考文献2
2、0附录程序代码21致谢24. z.-1 引言在电量的测量中，电压、电流和频率是最根本的三个被测量，其中电压量的测量最为经常。而且随着电子技术的开展，更是经常需要测量高精度的电压，所以数字电压表就成为一种必不可少的测量仪器。数字电压表简称DVM，它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。由于数字式仪器具有读数准确方便、精度高、误差小、测量速度快等特而得到广泛应用1。 传统的指针式刻度电压表功能单一，进度低，容易引起视差和视觉疲劳，因而不能满足数字化时代的需要。采用单片机的数字电压表，将连续的模拟量如直流电压转换成不连续的离散的数字形式并加以显示，从而精度
3、高、抗干扰能力强，可扩展性强、集成方便，还可与PC实时通信。数字电压表是诸多数字化仪表的核心与根底2。以数字电压表为核心，可以扩展成各种通用数字仪表、专用数字仪表及各种非电量的数字化仪表。目前，由各种单片机和A/D转换器构成的数字电压表作全面深入的了解是很有必要的。最近的几十年来，随着半导体技术、集成电路IC和微处理器技术的开展，数字电路和数字化测量技术也有了巨大的进步，从而促使了数字电压表的快速开展，并不断出现新的类型4。数字电压表从1952年问世以来，经历了不断改良的过程，从最早采用继电器、电子管和形式开展到了现在的全固态化、集成化IC化，另一方面，精度也从0.01%-0.005%。目前，
4、数字电压表的内部核心部件是A/D转换器，转换的精度很大程度上影响着数字电压表的准确度，因而，以后数字电压表的开展就着眼在高精度和低本钱这两个方面3。本文是以简易数字直流电压表的设计为研究内容，本系统主要包括三大模块：转换模块、数据处理模块及显示模块。其中，A/D转换采用ADC0808对输入的模拟信号进展转换，控制核心AT89C51再对转换的结果进展运算处理，最后驱动输出装置LED显示数字电压信号11。2 设计总体方案2.1设计要求以MCS-51系列单片机为核心器件，组成一个简单的直流数字电压表。采用1路模拟量输入，能够测量0-5V之间的直流电压值。电压显示用4位一体的LED数码管显示，至少能够
5、显示两位小数。 尽量使用较少的元器件。 2.2 设计思路根据设计要求，选择AT89C51单片机为核心控制器件。A/D转换采用ADC0808实现，与单片机的接口为P1口和P2口的高四位引脚。电压显示采用4位一体的LED数码管。LED数码的段码输入,由并行端口P0产生：位码输入，用并行端口P2低四位产生。2.3 设计方案硬件电路设计由6个局部组成; A/D转换电路，AT89C51单片机系统，LED显示系统、时钟电路、复位电路以及测量电压输入电路。硬件电路设计框图如图1所示。 时钟电路 复位电路A/D转换电路测量电压输入显示系统AT89C51 P1 P2 P2 P0 图1 数字电压表系统硬件设计框图
6、3 硬件电路设计3.1 A/D转换模块现实世界的物理量都是模拟量，能把模拟量转化成数字量的器件称为模/数转换器A/D转换器，A/D转换器是单片机数据采集系统的关键接口电路，按照各种A/D芯片的转化原理可分为逐次逼近型，双重积分型等等。双积分式A/D转换器具有抗干扰能力强、转换精度高、价格廉价等优点。与双积分相比，逐次逼近式A/D转换的转换速度更快，而且精度更高，比方ADC0809、ADC0808等，它们通常具有8路模拟选通开关及地址译码、锁存电路等，它们可以与单片机系统连接，将数字量送到单片机进展分析和显示。一个n位的逐次逼近型A/D转换器只需要比拟n次，转换时间只取决于位数和时钟周期，逐次逼
7、近型A/D转换器转换速度快，因而在实际中广泛使用1。3.1.1 逐次逼近型A/D转换器原理逐次逼近型A/D转换器是由一个比拟器、A/D转换器、存储器及控制电路组成。它利用内部的存放器从高位到低位一次开场逐位试探比拟。转换过程如下：开场时，存放器各位清零，转换时，先将最高位置1，把数据送入A/D转换器转换，转换结果与输入的模拟量比拟，如果转换的模拟量比输入的模拟量小，则1保存，如果转换的模拟量比输入的模拟量大，则1不保存，然后从第二位依次重复上述过程直至最低位，最后存放器中的内容就是输入模拟量对应的二进制数字量5。其原理框图如图2所示：顺序脉冲发生器逐次逼近存放器ADC电压比拟器输入电压输入数字
8、量图2 逐次逼近式A/D转换器原理图3.1.2 ADC0808 主要特性ADC0808是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，带有使能控制端，与微机直接接口，片内带有锁存功能的8路模拟多路开关，可以对8路0-5V输入模拟电压信号分时进展转换，由于ADC0808设计时考虑到假设干种模/数变换技术的长处，所以该芯片非常适应于过程控制，微控制器输入通道的接口电路，智能仪器和机床控制等领域5。ADC0808主要特性:8路8位A/D转换器，即分辨率8位；具有锁存控制的8路模拟开关；易与各种微控制器接口；可锁存三态输出，输出与TTL兼容；转换时间：128s；转换精度：0.2%；单个+5V电源供电；模拟输入
9、电压*围0- +5V，无需外部零点和满度调整；低功耗，约15mW6。3.1.3 ADC0808的外部引脚特征 ADC0808芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，其引脚图如图3所示。图3 ADC0808引脚图下面说明各个引脚功能:IN0-IN78条：8路模拟量输入线，用于输入和控制被转换的模拟电压。地址输入控制4条：ALE:地址锁存允许输入线，高电平有效，当ALE为高电平时，为地址输入线，用于选择IN0-IN7上那一条模拟电压送给比拟器进展A/D转换。ADDA,ADDB,ADDC:3位地址输入线，用于选择8路模拟输入中的一路，其对应关系如表1所示：表1 ADC0808通道选择表地址码 对应的输
10、入通道 C B A 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 START：START为启动脉冲输入法，该线上正脉冲由CPU送来，宽度应大于100ns，上升沿清零SAR,下降沿启动ADC工作。EOC: EOC为转换完毕输出线，该线上高电平表示A/D转换已完毕，数字量已锁入三态输出锁存器。D1-D8：数字量输出端，D1为高位。OE：OE为输出允许端，高电平能使D1-D8引脚上输出转换后的数字量。REF+、REF-:参考电压输入量，给电阻阶梯网络供应标准电压。Vcc、GND: Vcc
11、为主电源输入端，GND为接地端，一般REF+与Vcc连接在一起，REF-与GND连接在一起. CLK:时钟输入端。3.1.4 ADC0808的内部构造及工作流程ADC0808由8路模拟通道选择开关，地址锁存与译码器，比拟器，8位开关树型A/D转换器，逐次逼近型存放器，定时和控制电路和三态输出锁存器等组成，其内部构造如图4所示。图4 ADC0808的内部构造其中：18路模拟通道选择开关实现从8路输入模拟量中选择一路送给后面的比拟器进展比拟。2地址锁存与译码器用于当ALE信号有效时，锁存从ADDA、ADDB、ADDC 3根地址线上送来的3位地址，译码后产生通道选择信号，从8路模拟通道中选择当前模拟
12、通道。3比拟器，8位开关树型A/D转换器，逐次逼近型存放器，定时和控制电路组成8位A/D转换器，当START信号有效时，就开场对当前通道的模拟信号进展转换，转换完成后，把转换得到的数字量送到8位三态锁存器，同时通过引脚送出转换完毕信号。4三态输出锁存器保存当前模拟通道转换得到的数字量，当OE信号有效时，把转换的结果送出。ADC0808的工作流程为：1输入3位地址，并使ALE=1,将地址存入地址锁存器中，经地址译码器从8路模拟通道中选通1路模拟量送给比拟器。2送START一高脉冲，START的上升沿使逐次存放器复位，下降沿启动A/D转换，并使EOC信号为低电平。3当转换完毕时，转换的结果送入到输
13、出三态锁存器中，并使EOC信号回到高电平，通知CPU已转换完毕。4当CPU执行一读数据指令时，使OE为高电平，则从输出端D0-D7读出数据。3.2 单片机系统3.2.1 AT89C51性能AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含有4KB的可反复擦写的只读程序存储器和128字节的随机存储器。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容，由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，它为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 AT89C51功能性能:与MCS-51成品指令系统完全兼容；4KB可编程闪速存储器；寿命：1000次写/擦循环；数据保存时间：10年；全静态工作：0-24MHz
