数码管显示的直流电压检测电路设计

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1、目录第一章设计任务及要求 11.1 设计任务 11.2 设计思路 11.3设计的目的与意义 1第二章设计总体方案 22.1 设计要求 22.2 设计方案 2第三章硬件电路设计 33.1A/D 转换器 33.1.1 ADC0808 主要特性33.1.2ADC0808 的外部引脚特征33.1.3ADC0808 的工作流程33.2 单片机系统 43.2.1 AT89C51 性能43.2.2 AT89C51 各引脚功能43.3 LED 显示系统设计53.3.1 LED 基本结构53.3.2 LED 显示器的选择53.3.3 LED 译码方式53.3.3 LED显示器与单片机接口设计53.4总体电路设计

2、6第四章课程设计进度安排 7第五章程序设计 85.1 程序设计总方案 85.2 系统子程序设计85.2.1 初始化程序 85.2.2 A/D转换子程序85.2.3 显示子程序 9第六章使用说明与调试结果 10课设心得 11参考文献 错误！未定义书签。第一章 设计任务及要求1.1 设计任务STC12C5A60S2 （引脚排序及基本功能同AT89S51）作为主控芯片，设计0-5V直流电压检测电路。一是 利用单片机内部的A/D转换器测量外接直流电压；二是利用MAX7219驱动LG3641AH （或同型号共阴极）数 码管，显示当前信号的电压值；三是根据需要扩展相应的外围电路。1.2 设计思路（1）根据

3、设计要求，选择 AT89C51 单片机为核心控制器件。（2）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。（3）电压显示采用4位一体的LED数码管。（4）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。1.3 设计的目的与意义课程设计是让我熟练掌握了课本上的一些理论知识，课程设计也是一个学习新知识、巩固加深所学课本理 论知识的过程，它培养了我们综合运用知识的能力，独立思考和解决问题的能力。加深我们对单片机原理 与应用课程的理解。第二章 设计总体方案2.1 设计要求(1) 以 MCS-51 系列单片机为核心器件，组成一个简单的

4、直流数字电压表。(2) 采用1路模拟量输入，能够测量0-5V之间的直流电压值。( 3)电压显示用 4 位一体的 LED 数码管显示，至少能够显示两位小数。 (4)尽量使用较少的元器件。2.2 设计方案硬件电路设计由5个部分组成；A/D转换电路，AT89C51单片机系统，LED显示系统、复位电路以及测 量电压输入电路。电汗验测I +一+1!11+1!刃单片机iH ZF电踣il+II 丄t!4!-1-2图II-+1 丄t!4!-TII + 1I-AD转换il+II 丄TI+IITI+IITI+I!第三章 硬件电路设计3.1 A/D 转换器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

5、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、价格便宜等优点。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，比如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行分析和显示。一 个n位的逐次逼近型A/D转换器只需要比较n次，转换时间只取决于位数和时钟周期，逐次逼近型A/D转 换器转换速度快，因而在实际中广泛使用3.1.1 ADC0808 主要特

6、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：128“s ；转换精度：0.2%；单个+5V电源供电；模拟输入电压 范围0- +5V，无需外部零点和满度调整；低功耗，约15mW3.1.2 ADC0808 的外部引脚特征IN0-IN7 （8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较器进行A/D转换。ADDA,ADDB,ADDC:3位地址输入线，用于选

7、择8路模拟输入中的一路。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为转换结束输出线，该线上高电平表示A/D转换已结束，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。0E： 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，给电阻阶梯网络供给标准电压。Vcc、GND: Vcc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。3.1.3 ADC0808 的

8、工作流程（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 拟量送给比较器。（2）送START 一高脉冲，START的上升沿使逐次寄存器复位，下降沿启动A/D转换，并使EOC信号为低 电平。（3）当转换结束时，转换的结果送入到输出三态锁存器中，并使EOC信号回到高电平，通知CPU已转换 结束。（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CM0S8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

9、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；数据保留时间：10年；全静态工作：0-24MHZ；三级程序存储器锁定；128*8B内部RAM； 32个可编程 I/O 口线；2个16位定时/计数器；5个中断源；可编程串行UART通道；片内震荡器和掉电模式。3.2

10、.2 AT89C51 各引脚功能AT89C51提供以下标准功能：4KB的Flash闪速存储器，128B内部RAM，32个I/O 口线，两个16位定 时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内震荡器及时钟电路，同时， AT89C51 可降至0Hz静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM， 定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作，掉电方式保存RAM中的内容，但震荡器停止工作并禁止 其他所有工作直到下一个硬件复位。AT89C51采用PDIP封装形式。AT89C51 芯片的各引脚功能为：P0 口：这组引脚共有8条，P0.0为最低位。

11、这8个引脚有两种不同的功能，分别适用于不同的情况， 第一种情况是89C51不带外存储器，P0 口可以为通用I/O 口使用，P0.0-P0.7用于传送CPU的输入/输出 数据，这时输出数据可以得到锁存，不需要外接专用锁存器，输入数据可以得到缓冲，增加了数据输入的 可靠性；第二种情况是89C51带片外存储器，P0.0-P0.7在CPU访问片外存储器时先传送片外存储器的低 8位地址，然后传送CPU对片外存储器的读/写数据。P0 口为开漏输出，在作为通用I/O使用时，需要在 外部用电阻上拉。P1 口：这8个引脚和P0 口的8个引脚类似，P1.7为最高位，P1.0为最低位，当P1 口作为通用I/O 口

12、使用时，P1.0-P1.7的功能和P0 口的第一功能相同，也用于传送用户的输入和输出数据。P2 口：这组引脚的第一功能与上述两组引脚的第一功能相同即它可以作为通用I/O 口使用，它的第一 功能和P0 口引脚的第二功能相配合，用于输出片外存储器的高8位地址，共同选中片外存储器单元，但 并不是像P0 口那样传送存储器的读/写数据。P3 口：这组引脚的第一功能和其余三个端口的第一功能相同，第二功能为控制功能，每个引脚并不完 全相同3.3 LED 显示系统设计3.3.1 LED 基本结构LED是发光二极管显示器的缩写。LED由于结构简单、价格便宜、与单片机接口方便等优点而得到广 泛应用。LED显示器是

13、由若干个发光二极管组成显示字段的显示器件6。在单片机中使用最多的是七段数 码显示器oLED七段数码显示器由8个发光二极管组成显示字段，其中7个长条形的发光二极管排列成“日” 字形，另一个圆点形的发光二极管在显示器的右下角作为显示小数点用，其通过不同的组合可用来显示各 种数字。3.3.2 LED 显示器的选择在应用系统中，设计要求不同，使用的LED显示器的位数也不同，因此就生产了位数，尺寸，型号不 同的LED显示器供选择，在本设计中，选择4位一体的数码型LED显示器，简称“4-LED”。本系统中前一 位显示电压的整数位，即个位，后两位显示电压的小数位。4-LED显示器引脚如图所示，是一个共阴极接

14、法的4位LED数码显示管，其中a，b，c，e，f，g为4 位LED各段的公共输出端，1、2、3、4分别是每一位的位数选端，dp是小数点引出端，4位一体LED数码 显示管的内部结构是由4个单独的LED组成，每个LED的段输出引脚在内部都并联后，引出到器件的外部。3.3.3 LED 译码方式译码方式是指由显示字符转换得到对应的字段码的方式，对于LED数码管显示器，通常的译码方式有 硬件译码和软件译码方式两种。硬件译码是指利用专门的硬件电路来实现显示字符码的转换。 软件译码就是编写软件译码程序，通过译码程序来得到要显示的字符的字段码，译码程序通常为查表程序。本设计系统中为了简化硬件线路设计,LED译

15、码采用软件编程来实现。由于本设计采用的是共阴极LEDo3.3.3 LED 显示器与单片机接口设计由于单片机的并行口不能直接驱动LED显示器，所以，在一般情况下，必须采用专用的驱动电路芯片， 使之产生足够大的电流，显示器才能正常工作。如果驱动电路能力差，即负载能力不够时，显示器亮度就 低，而且驱动电路长期在超负荷下运行容易损坏，因此，LED显示器的驱动电路设计是一个非常重要的问 题。3.4 总体电路设计图 3-1 完整原理图此电路的工作原理是:+5V模拟电压信号通过变阻器VR1分压后由ADC08008的IN0通道进入（由于使 用的IN0通道，所以ADDA,ADDB,ADDC均接低电平），经过模/数转换后，产生相应的数字量经过其输出通 道D0-D7传送给AT89C51芯片的P1 口，AT89C51负责把接收到的数字量经过数据处理，产生正确的7段数 码管的显示段码传送给四位LED，同时它还通过其四位I/O 口 P2.0、P2.1、P2.2、P2.3产生位选信号控制 数码管的亮灭。此外，AT89C51还控制ADC0808的工作。其中，单片机AT89C51通过定时器中断从P2.4输