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1、2006 级课程设计自动化 学院 电子科学与技术 专业 课程设计题目 基于单片机的8路模拟量输入数值显示控制器的设计学 生 姓 名 班 级 060832 指 导 教 师 日 期 2009 年 6 月 25 日 基于单片机的8路模拟量输入数值显示控制器的设计 摘 要本设计是基于单片机的8路模拟量输入数值显示控制器，随着电子科学技术的发展，电子测量成为广大电子工作者必须掌握的手段，对测量的精度和功能的要求也越来越高，此设计为电子测量的基本数据采集模块，该电路设计简易、功能强大、可扩展性强。 以ADC0809和AT89C51为核心，该系统有三个部分：数据采集，数据处理和显示。具体包括控制、显示、A/
2、D转换器、电平转换接口、个人计算机等。设计中用ADC0809进行8路数据的采样，利用AT89C51单片机的串行口发送和接收数据。显示部分由数码显示器构成。硬件设计应用电子设计自动化工具，软件设计采用模块化编程方法。关键词： 单片机 AT89C51 ADC0808 数据采集目 录1.引言51.1 国内外本课题发展概况与目前的水平51.2 研究背景51.3 目的61.4 意义62.总体设计方案62.1系统设计的结构原理62.2系统设计的基本原则62.2.1 硬件设计的基本原则72.2.2 软件设计的基本原则73.硬件电路设计83.1系统概述83.2 系统工作原理83.2.1 单片机处理核心模块83
3、.2.2 ADC模数转换模块113.2.3 数码管显示154. 软件设计154.1 主程序的设计164.2 A/D转换程序的设计164.3 数据处理程序的设计174.4 显示子程序的设计175.检测与仿真175.1. 利用单片机选通8路模拟信号实现数值显示仿真175.2. 利用外接开关选通8路模拟信号实现数值显示仿真19心得体会21致谢21参考文献22附录一：8路模拟单片机控制程序清单22附录二：8路模拟外接开关控制程序清单241.引言 随着微电子技术与计算机技术的发展，人类社会已进入信息时代。人们为了更好地认识世界，尽可能多地获取自然界的各种信息，单纯依赖人类的感官已远远不能满足人们的愿望。
4、由微处理器和各种性能优良的器件构成的电子测量模拟量系统的应用日益广泛为人类获取各种信息提供了必要的手段。1.1 国内外本课题发展概况与目前的水平随着时间的推移,计算机革命的完成,信息高速公路的飞速发展,我们的工业已经和自动化控制密不可分了.据统计，我国的单片机年容量已达13亿片，且每年以大约16%的速度增长，但相对于世界市场我国的占有率还不到1%。这说明单片机应用在我国才刚刚起步，有着广阔的前景。培养单片机应用人才，特别是在工程技术人员中普及单片机知识有着重要的现实意义。单片机是二十世纪七十年代中期发展起来的一种大规模集成电路器件.它在一块芯片内集成了计算机的各个功能部件,构成一种单片式的微型
5、计算机.二十世纪八十年代以来,国际上单片机的发展迅速,单片机应用不断深入,新技术层出不穷.单片机的应用技术是一项新型的工程技术,其内涵随着单片机的发展而发展。1.2 研究背景随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中模拟量输入数字数字输出就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。本设计与传统的测量方式相比，具有读数方便，测量范围广，测量准确，其输出采用数字显示，主要用于要求测量比较准确的场所，或科研实验室使用，该设计
6、控制器可使用多种类型的单片机芯片，AD芯片，显示器件等组合灵活设计完成要求功能，也可在基础模块上进行多项所需扩展功能。市场上已有很多相关类型的产品1.3 目的(1) 进一步熟悉和掌握单片机的结构及工作原理。(2) 掌握单片机的接口技术及AD0809芯片的特性，控制方法。(3) 通过课程设计，掌握以单片机核心的电路设计的基本方法和技术。 (4) 通过实际程序设计和调试，逐步掌握模块化程序设计方法和调试技术。1.4 意义通过完成一个包括电路设计和程序开发的完整过程，使学生了解开发一单片机应用系统的全过程，强化巩固所学，为今后从事相应打下基础。2.总体设计方案2.1系统设计的结构原理本系统一般包括模
7、拟信号的输入输出通道和数字信号的输入输出通道。系统的数据输入又称为数据的收集；系统的数据输出又称为数据的分配。本系统的任务，具体地说，就是采集传感器输出的模拟信号并转换成数值显示，以便实现对某些物理量的监视。 由系统的任务可以知道，系统具有以下几方面的功能:数据采集、数据处理数据输出。2.2系统设计的基本原则对于不同的采集对象，系统设计的具体要求是不相同的。但是，本系统设计是由硬件和软件两部分组成的，因此，系统设计的一些基本原则是大体相同的。2.2.1 硬件设计的基本原则(1) 经济合理系统硬件设计中，一定要注意在满足件能指标的前提下，尽可能地降低价格，以便得到高的性能价格比，这是硬件设计中优
8、先考虑的一个主要因素，也是一个产品争取市场的主要因素之一。(2) 安全可靠选购设备要考虑环境的温度、湿度、压力、振动、粉尘等要求，以保认在规定的下作环境下，系统性能稳定、工作可靠。要有超量程和过载保护，保证输入、输出通道正常工作。要注意对交流市电以及电火花等的隔离。要保证连接件的接触可靠。(3) 足够的抗干扰能力有完善的抗干扰措施，是保证系统精度、工作正常和不产生错误的必要条件。2.2.2 软件设计的基本原则(1) 结构合理程序应该采用结构模块化设计。这不仅有利于程序的进一步扩充，而且也有利于程序的修改和维护。在程序编序时，要尽量使得程序的层次分明，易于阅读和理解，同时还可以简化程序，减少程序
9、对于内存的使用量。当程序中有经常需要加以修改或变化的参数时，应该设计成独立的参数传递群序，避免程序的频繁修改。(2) 操作性能好操作件能好是指使用方便。这点对数据采集系统来说是很重要的。在开发程序时，应该考虑如何降低对操作人员专业知识的要求。(3) 系统应设计一定的检测程序，例如状态检测利诊断程序，以便系统发生故障时容易确定故障部位，对于重要的参数要定时存储，以防止因掉电而丢失数据。(4) 提高程序的执行速度。(5) 给出必要的程序说明。3.硬件电路设计3.1系统概述基于单片机的8路输入模拟信号数值显示电路，以ADC0809和AT89C51为核心，该系统有三个部分：数据采集，数据处理和显示。数
10、据采集由集成电路AD0809完成。0809具有8路模拟输入端口, 地址线(23-25脚)可决定对那一路模拟输入做A/D转换。第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, 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转换数据从端口输出;10脚为0809的时钟输入端。单片机的P1,P3端口做四位LED数码管显示控制,P0端口做A/D转换数据读入用,P2口用做0809的A/D转换控制。其中，控制选通那一路作为模拟输入，有两种方案：一是利用单片机编程软件控制实现；二是利用开关硬件控制实现。数据处理由单片机芯片AT89C51实现，作为核心器件。显示选用八段数码管。3.2
11、 系统工作原理3.2.1 单片机处理核心模块 AT89C51是一种高性能低功耗的采用CMOS工艺制造的8位微控制器，拥有8KB的可编程的闪存（Flash programmable and erasable read only memory）。它提供下列标准特征：8K字节的闪速存储器，56字节的RAM，32条I/O线，3个16位定时器/计数器，一个六中断源两个优先级的中断结构，一个双工的串行口，片上震荡器和时钟电路。其管脚图如图1所示：图1. AT89C51芯片管脚图引脚说明：VCC：电源电压GND:地P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，作为输出口用时，每个引脚能驱动8个TTL逻辑门
12、电路。当对0端口写入1时，可以作为高阻抗输入端使用。当P0口访问外部程序存储器或数据存储器时，它还可设定成地址数据总线复用的形式。在这种模式下，P0口具有内部上拉电阻。在Flash编程时，P0口接收指令字节，同时输出指令字节在程序校验时。程序校验时需要外接上拉电阻。P1口：P1口是一带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P1口的输出缓冲能接受或输出4个TTL逻辑门电路。当对P1口写1时，它们被内部的上拉电阻拉升为高电平，此时可以作为输入端使用。当作为输入端使用时，P1口因为内部存在上拉电阻，所以当外部被拉低时会输出一个低电流（IIL）。P2口：P2是一带有内部上拉电阻的8位双向的I/O端口。P2
13、口的输出缓冲能驱动4个TTL逻辑门电路。当向P2口写1时，通过内部上拉电阻把端口拉到高电平，此时可以用作输入口。作为输入口，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出电流（IIL）。P2口在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如MOVX DPTR）时，P2口送出高8位地址数据。在这种情况下，P2口使用强大的内部上拉电阻功能当输出1时。当利用8位地址线访问外部数据存储器时（例MOVX R1），P2口输出特殊功能寄存器的内容。当Flash编程或校验时，P2口同时接收高8位地址和一些控制信号。P3口：P3是一带有内部上拉电阻的8位双向的I/O端口。P3口的输出缓冲能驱动4个T
14、TL逻辑门电路。当向P3口写1时，通过内部上拉电阻把端口拉到高电平，此时可以用作输入口。作为输入口，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出电流（IIL）。P3口同时具有AT89C51的多种特殊功能，具体如下表所示：端口引脚第二功能P3.0RXD (串行输入口)P3.1TXD（串行输出口）P3.2 (外部中断0)P3.3（外部中断1）P3.4T0（定时器0）P3.5T1（定时器1）P3.6（外部数据存储器写选通）P3.7（外部数据存储器都选通）表1. P3口的第二功能RST:复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/:当访问外部存储器时，地址锁存允许是一输出脉冲，用以锁存地址的低8位字节。当在Flash编程时还可以作为编程脉冲输出（）。一般情况下，ALE是以晶振频率的1/6输出，可以用作外部时钟或定时目的。但也要注意，每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。：程序存储允许时外部程序存储器的读选通信号。当AT89C52执行外部程序存储器的指令时，每个机器周期两次有效，除了当访问外部数据存储器时，将跳过两个信号。/VPP:外部访问允许。为了使单片机能够有效的传送外部数据存储器从0000H到FFFH单元的指令，必须同GND相连接。需要主要的是，如果加密位1被编程，复位时EA端会自动内部锁存。当执行内部编程指令
