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1、江苏农林职业技术学院毕 业 设 计（论 文）SNL/QR7.5.4-3 基于单片机地简易数字电压表设计专业 10 电气自动化学生姓名钱霞冬班级电气自动化2 班学号 201005100220 指导教师许燕萍完成日期 2013 年 5 月 25 日精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 26 页成绩评议学号201005100220姓名钱霞冬题目基于单片机地简易数字电压表设计指导教师建议成绩：评阅教师建议成绩：答辩小组建议成绩：院答辩委员会评阅意见及评定成绩：答辩委员会主任签字（盖章）：年月日精选学习资料 - - - - - - -
2、- - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 26 页毕业设计（论文）任务书姓名钱霞冬学号201005100220班级10 电气自动化2 班题目基于单片机地简易数字电压表设计设计(论文)主要内容利用单片机AT89C51 与 ADC0808 设计一个数字电压表，将模拟信号05 V 之间地电压值转换成数字量信号，以两位数码管显示，并通过虚拟电压表观察ADC0808 模拟量输入信号地电压值， LED 数码管实时显示相应地数值量.重点研究问题所要解决本课题地主要问题是：1.硬件地设计、制作。2.软件调试 .我如主要技术指标1.ADC0808 基本性能地实现。2.51 单片机地各引脚功
3、能地测试。3.分辨率 8 位。4.转换时间： 128s；5.转换精度： 0.2%。6.单个 +5V 电源供电。7.模拟输入电压范围0- +5V ，无需外部零点和满度调整.其它要说明地问题1.一片 ADC0808 必要地外围器件与AT80C51进行接口连接。2.设计一个数字电压表，要求能对IN0所输入地模拟电压进行识别。3.将其转换成相应地二进制数并以发光二级管地形式显示。4.用万用表测量IN0输入地模拟电压值，并与转换结果进行对比，计算测量误差.指导老师意见该设计具有可行性、实用性.指导教师签字：2012 年 12 月 20 日精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 -
4、 - - - - - -第 3 页，共 26 页指导教师意见对论文地简短评价：1.指出论文存在地问题及错误2.对创造性工作评价3.建议成绩优良中及格不及格指导教师签字年月日评阅教师意见对论文地简短评价：1.指出论文存在地问题及错误2.对创造性工作评价3.建议成绩优良中及格不及格评阅教师签字年月日精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 26 页答辩小组评议意见学号201005100220姓名钱霞冬题目基于单片机地简易数字电压表设计答辩小组意见： 1、对论文地评价2.建议成绩等级优良中及格不及格3.需要说明地问题答辩小组长签字年月日
5、精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 26 页基于单片机地简易数字电压表设计摘要：本文介绍了一种基于单片机地简易数字电压表地设计.该设计主要由三个模块组成：A/D转换模块，数据处理模块及显示模块.A/D 转换主要由芯片ADC0808 来完成，它负责把采集到地模拟量转换为相应地数字量在传送到数据处理模块.数据处理则由芯片AT89C51 来完成，其负责把 ADC0808 传送来地数字量经过一定地数据处理，产生相应地显示码送到显示模块进行显示；此外 ,它还控制着ADC0808 芯片工作 .该系统地数字电压表电路简单，所用地元件较少，
6、成本低，且测量精度和可靠性较高.此数字电压表可以测量0-5V 地 1 路模拟直流输入电压值，并通过一个四位一体地7 段数码管显示出来. 关键词单片机；数字电压表；A/D 转换； AT89C51；ADC0808The Design of Simple Digital V oltmeter Based on Single-chip Microcontroller Abstract: This paper which introduces a kind of simple digital voltmeter is based on single-chip microcontroller design
7、. The circuit of the voltage meter is mainly consisted of three mould pieces: A/D converting mould piece, A/D converting is mainly completed by the ADC0808, it converts the collected analog data into the digital data and transmits the outcome to the manifestation controlling mould piece. Data proces
8、sing is mainly completed by the AT89C51 chip, it processes the data produced by the ADC0808 chip and generates the right manifestation codes, also transmits the codes to the manifestation controlling mould piece. Also, the A T89C51 chip controls the ADC0808 chip to work. The voltmeter features in si
9、mple electrical circuit, lower use of elements, low cost, moreover, its measuring precision and reliability. The voltmeter is capable of measuring voltage inputs from 1 route ranging from 0 to 5 volt, and displaying the measurements though a digital code tube of 7 pieces of LED.Keywords: Single-chip
10、 microcontroller。 Digital voltmeter 。 A/D converter 。 AT89C51。 ADC0808 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 26 页目 录1 引言 . 12 设计总体方案. 12.1 设计要求 . 12.2 设计思路 . 12.3 设计方案 . 13 硬件电路设计. 23.1 单片机系统 . 23.1.1 AT89C51 性能 . 23.1.2 AT89C51 各引脚功能 . 23.2 A/D 转换模块 . 33.2.1 逐次逼近型A/D 转换器原理 . 43.2.2 A
11、DC0808 主要特性 . 43.2.3 ADC0808 地外部引脚特征. 43.2.4 ADC0808 地内部结构及工作流程. 53.3 复位电路和时钟电路 . 73.3.1 复位电路设计. 73.3.2 时钟电路设计. 73.4 LED 显示电路设计. 83.4.1 LED 基本结构 . 83.4.2 LED 显示器地选择 . 83.4.3 LED 译码方式 . 93.4.4 LED 显示器与单片机接口设计 . 93.5 总体电路设计 . 104 系统软件设计. 114.1 程序设计总方案 . 114.2 系统子程序设计 . 124.2.1 初始化程序 . 124.2.2 A/D 转换子程
12、序 . 124.2.3 显示子程序 . 145 仿真与调试 . 145.1 软件调试 . 145.2 显示结果及误差分析 . 155.2.1 显示结果 . 155.2.2 误差分析 . 17结 论. 17参考文献 . 18致谢 . 18精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 26 页1 引言随着电子科学技术地发展，电子测量成为广大电子工作者必须掌握地手段，对测量地精度和功能地要求也越来越高，而电压地测量甚为突出，因为电压地测量最为普遍. 数字电压表是采用数字化测量技术设计地电压表. 数字电压表与模拟电压表相比，具有读数直观、准确
13、、显示范围宽、分辨力高、输入阻抗大、集成度高、功耗小、抗干扰能力强，可扩展能力强等特点，因此在电压测量、电压校准中有着广泛地应用. 目前数字电压表地内部核心部件是A/D 转换器，转换器地精度很大程度上影响着数字电压表地准确度，本毕业设计 A/D 转换器采用 ADC0808 对输人模拟信号进行转换，控制核心AT89C51再对转换地结果进行运算和处理，最后驱动输出装置显示数字电压信号.2 设计总体方案2.1 设计要求利用单片机AT89C51 与 ADC0808 设计一个数字电压表，将模拟信号05 V 之间地电压值转换成数字量信号，以两位数码管显示，并通过虚拟电压表观察ADC0808 模拟量输入信号
14、地电压值，LED数码管实时显示相应地数值量.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，与单片机地接口为P1 口和 P2 口地高四位引脚.电压显示采用4 位一体地LED 数码管 .LED 数码地段码输入,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 个部分组成。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 . 图 1 数字电压表系统硬件设计框图时钟电路复位电路A/D 转换电路测量电压输入
15、显示系统AT89C51 P1 P2 P2 P0 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 26 页3 硬件电路设计3.1 单片机系统3.1.1 AT89C51 性能AT89C51是美国 ATMEL 公司生产地低电压，高性能CMOS8 位单片机，片内含4k bytes地可反复擦写地只读程序存储器（PEROM ）和 128 bytes地随机存取数据存储器（RAM ），器件采用 ATMEL 公司地高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51 指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大AT89C51单
16、片机可为您提供许多高性价比地应用场合，可灵活应用于各种控制领域 .AT89C51功能性能参数:与MCS-51产品指令系统完全兼容.4k字节可重擦写 Flash闪速存储 .1000次擦写周期 .全静态操作：0Hz24MHz. 三级加密程序存储器.128 8字节内部 RAM ，32个可编程 IO口线， 2个16位定时计数器，6个中断源，可编程串行UART 通道，低功耗空闲和掉电模式 .空闲方式停止CPU地工作，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 中地内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位.3.1.2 AT89C51 各引脚功能AT8
17、9C51 提供以下标准功能：4KB 地 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地节电工作模式.空闲方式停止CPU 地工作，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 中地内容，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，引脚配置如图 5 所示 .图 5 AT89C51 地引脚图AT89C51 芯片地各引脚功
18、能为：P0 口：这组引脚共有8 条， P0.0 为最低位 .这 8 个引脚有两种不同地功能，分别适用于不同地情况，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 地输入/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，增加了数据输入地可靠性；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地低8 位地址，然后传送CPU 对片外存储器地读/写数据 .P0 口为开漏输出，在作为通用精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - -
19、- - - - -第 9 页，共 26 页I/O 使用时，需要在外部用电阻上拉.P1 口：这8 个引脚和P0 口地 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 口使用时， P1.0-P1.7地功能和P0 口地第一功能相同，也用于传送用户地输入和输出数据.P2 口：这组引脚地第一功能与上述两组引脚地第一功能相同即它可以作为通用I/O 口使用，它地第一功能和P0 口引脚地第二功能相配合，用于输出片外存储器地高8 位地址，共同选中片外存储器单元，但并不是像P0口那样传送存储器地读/写数据 .P3 口：这组引脚地第一功能和其余三个端口地第一功能相同，第二功能为
20、控制功能，每个引脚并不完全相同，如下表2 所示：表 2 P3口各位地第二功能P3口各位第二功能P3.0 RXT （串行口输入）P3.1 TXD （串行口输出）P3.2/INT0 （外部中断0 输入）P3.3/INT1( 外部中断1输入 )P3.4T0（定时器 /计数器 0 地外部输入）P3.5T1（定时器 /计数器 1 地外部输入）P3.6/WR（片外数据存储器写允许） P3.7/RD（片外数据存储器读允许）Vcc 为+5V 电源线， Vss 接地 .ALE ：地址锁存允许线，配合P0 口地第二功能使用，在访问外部存储器时，89C51 地 CPU 在P0.0-P0.7 引脚线去传送随后而来地片
21、外存储器读/写数据 .在不访问片外存储器时，89C51 自动在ALE线上输出频率为1/6 震荡器频率地脉冲序列.该脉冲序列可以作为外部时钟源或定时脉冲使用./EA: 片外存储器访问选择线，可以控制89C51 使用片内ROM 或使用片外ROM,若/EA=1 ，则允许使用片内ROM, 若/EA=0 ，则只使用片外ROM./PSEN：片外ROM 地选通线，在访问片外ROM 时， 89C51 自动在 /PSEN 线上产生一个负脉冲，作为片外ROM 芯片地读选通信号.RST：复位线，可以使89C51 处于复位 (即初始化 )工作状态 .通常 89C51 复位有自动上电复位和人工按键复位两种.XTAL1和
22、 XTAL2 ：片内震荡电路输入线，这两个端子用来外接石英晶体和微调电容，即用来连接 89C51 片内 OSC(震荡器 )地定时反馈回路.3.2 A/D 转换模块数字电压表是诸多数字化仪表地核心与基础，电压表地数字化是将连续地模拟量如直流电压转换成不连续地离散地数字形式并加以显示，这有别于传统地以指针加刻度盘进行读数地方法，避免了读数地视差和视觉疲劳.目前数字万用表地内部核心部件是A D 转换器，转换器地精度很大程度上影响着数字万用表地准确度，按照各种A/D 芯片地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
23、近式A/D 转换地转换速度更快，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 位地逐次逼近型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.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 26 页3.2.1 逐次逼近型 A/D 转换器原理逐次逼近型A/D 转换器是由一个比较器、A/D 转换器、存储器及控制电路组成.它利用内部地寄存
24、器从高位到低位一次开始逐位试探比较.转换过程如下：开始时，寄存器各位清零，转换时，先将最高位置1，把数据送入A/D 转换器转换，转换结果与输入地模拟量比较，如果转换地模拟量比输入地模拟量小，则1 保留，如果转换地模拟量比输入地模拟量大，则1 不保留，然后从第二位依次重复上述过程直至最低位，最后寄存器中地内容就是输入模拟量对应地二进制数字量.其原理框图如图2 所示：图 2 逐次逼近式A/D 转换器原理图3.2.2 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，片内带有锁存功能地8 路模拟多路开关，可以对8 路 0-5V 输入
25、模拟电压信号分时进行转换，由于ADC0808设计时考虑到若干种模/数变换技术地长处，所以该芯片非常适应于过程控制，微控制器输入通道地接口电路，智能仪器和机床控制等领域.ADC0808 主要特性 :8 路 8位 A/D 转换器，即分辨率8位；具有锁存控制地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；模拟输入电压范围0- +5V ，无需外部零点和满度调整；低功耗，约15mW.3.2.3 ADC0808 地外部引脚特征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 .顺序脉冲发生
26、器逐 次 逼 近寄存器ADC 电压比较器输入电压输入数字量精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 26 页图 3 ADC0808 引脚图下面说明各个引脚功能:IN0-IN7 （8 条）： 8 路模拟量输入线，用于输入和控制被转换地模拟电压.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 .START： A/D 转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns 宽）使其启动（脉冲上升沿使0808 复位，下降沿
27、启动A/D 转换） .EOC： A/D 转换结束信号，输出，当A/D 转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平） .D1-D8 ：数字量输出端，D1 为高位 .OE：数据输出允许信号，输入高电平有效.当 A/D 转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量.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 ：时钟输出端.要求时钟频率不高于640KHZ.ADDA 、ADDB 、ADDC:3 位地址输入线，用于选通8路
28、模拟输入中地一路.3.2.4 ADC0808 地内部结构及工作流程ADC0808 由 8 路模拟通道选择开关，地址锁存与译码器，比较器，8 位开关树型A/D 转换器，逐次逼近型寄存器，定时和控制电路和三态输出锁存器等组成，其内部结构如图4所示 .精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 26 页图 4 ADC0808 地内部结构其中：（ 1）8 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地比较器进行比较.（ 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 根地址线上送来地
29、 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通道.（ 3）比较器， 8 位开关树型A/D 转换器，逐次逼近型寄存器，定时和控制电路组成8位 A/D 转换器，当 START 信号有效时，就开始对当前通道地模拟信号进行转换，转换完成后，把转换得到地数字量送到 8 位三态锁存器，同时通过引脚送出转换结束信号.（ 4）三态输出锁存器保存当前模拟通道转换得到地数字量，当OE 信号有效时，把转换地结果送出.ADC0808 地工作流程为：（ 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路模拟量送给比较器.（ 2）送START 一高
30、脉冲，START 地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，转换地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 .3.2.5 AD 转换电路地接口设计AD 转换器采用集成电路ADC0808.ADC0808具有8 路模拟量输入信号IN0 IN7(1 5 脚、26 28 脚)，地址线C、B、A(2325 脚)决定哪一路模拟输入信号进行A D 转换，本电路将地址线C、B、A 均接地，即选择0 号通道输入模拟量电压信号.
31、22 脚 ALE 为地址锁存允许控制信号，当输入为高电平时，对地址信号进行锁存.6 脚 START 为启动控制信号，当输入为高电平时，AD 转换开始 .本电路将ALE 脚与 START 脚接到一起，共同由单片机地P20脚和 WR 脚通过或非门控制.7 脚 EOC为 AD 转换结束信号，当AD 转换结束时， 7 脚输出一个正脉冲，此信号可作为AD 转换是否结束地检测信号或向CPU 申请中断地信号，本电路通过一个非门连接到单片机地P32 脚 .9 脚 OE 为 A精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 26 页D 转换数据输出允许
32、控制信号，当OE 脚为高电平时，允许读取AD 转换地数字量 .该 OE 脚由单片机地P20 脚和 RD 脚通过或非门控制.10 脚 CLOCK 为 ADC0808 地实时时钟输入端，利用单片机30 引脚 ALE 地六分频晶振频率得到时钟信号.数字量输出端8 个接到单片机地P0 口.图 5 如下 :图 5 单片机与ADC0808 地接口 .3.3 复位电路和时钟电路3.3.1 复位电路设计单片机在启动运行时都需要复位，使CPU 和系统中地其他部件都处于一个确定地初始状态，并从这个状态开始工作.MCS-51 单片机有一个复位引脚RST,采用施密特触发输入.当震荡器起振后，只要该引脚上出现2 个机器
33、周期以上地高电平即可确保时器件复位1.复位完成后，如果RST 端继续保持高电平， MCS-51 就一直处于复位状态，只要RST 恢复低电平后，单片机才能进入其他工作状态.单片机地复位方式有上电自动复位和手动复位两种，图6是 51 系列单片机统常用地上电复位和手动复位组合电路，只要Vcc 上升时间不超过1ms，它们都能很好地工作.图 6 复位电路3.3.2 时钟电路设计单片机中CPU 每执行一条指令，都必须在统一地时钟脉冲地控制下严格按时间节拍进行，而这个时钟脉冲是单片机控制中地时序电路发出地.CPU 执行一条指令地各个微操作所对应时间顺序称为单片机地时序 .MCS-51 单片机芯片内部有一个高
34、增益反相放大器，用于构成震荡器，XTAL1为该放大器地输入端， XTAL2 为该放大器输出端，但形成时钟电路还需附加其他电路.本设计系统采用内部时钟方式，利用单片机内部地高增益反相放大器，外部电路简，只需要一个晶振和 2 个电容即可，如图7 所示 .精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 26 页图 7 时钟电路电路中地器件选择可以通过计算和实验确定，也可以参考一些典型电路地参数，电路中，电容器C1 和 C2 对震荡频率有微调作用，通常地取值范围是30 10pF，在这个系统中选择了33pF；石英晶振选择范围最高可选24MHz
35、，它决定了单片机电路产生地时钟信号震荡频率，在本系统中选择地是12MHz ，因而时钟信号地震荡频率为12MHz.3.4 LED 显示电路设计3.4.1 LED 基本结构LED 是发光二极管显示器地缩写.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 显示器是由若干个发光二极管组成显示字段地显示器件.在单片机中使用最多地是七段数码显示器 .LED 七段数码显示器由8 个发光二极管组成显示字段，其中7 个长条形地发光二极管排列成“ 日” 字形，另一个圆点形地发光二极管在显示器地右下角作为显示小数点用，其通过不同地组合可用来显示各种数字.LED 引脚排列如下图8 所示
36、 :图 8 LED 引脚排列3.4.2 LED 显示器地选择在应用系统中，设计要求不同，使用地LED 显示器地位数也不同，因此就生产了位数，尺寸，型号不同地LED 显示器供选择，在本设计中，选择4 位一体地数码型LED 显示器，简称“4 -LED ”. 本系统中前一位显示电压地整数位，即个位，后两位显示电压地小数位.4-LED 显示器引脚如图9 所示，是一个共阴极接法地4 位 LED 数码显示管，其中a，b，c， e，f，g 为 4 位 LED 各段地公共输出端，1、2、 3、4 分别是每一位地位数选端，dp 是小数点引出端，4 位一体LED 数码显示管地内部结构是由4 个单独地LED 组成，
37、每个LED 地段输出引脚在内部都并联后，引出到器件地外部.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 26 页图 9 4位 LED 引脚对于这种结构地LED 显示器，它地体积和结构都符合设计要求，由于4 位 LED 阴极地各段已经在内部连接在一起，所以必须使用动态扫描方式（将所有数码管地段选线并联在一起，用一个I/O 接口控制）显示.3.4.3 LED 译码方式译码方式是指由显示字符转换得到对应地字段码地方式，对于LED 数码管显示器，通常地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地硬件电路来实现显示字符码地转换
38、.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地字符地字段码，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 译码采用软件编程来实现.由于本设计采用地是共阴极LED ，其对应地字符和字段码如下表3.4.3 所示 .表 3.4.3 共阴极字段码表显示字符共阴极字段码03FH106H25BH34FH466H56DH67DH707H87FH96FH3.4.4 LED 显示器与单片机接口设计由于单片机地并行口不能直接驱动LED 显示器，所以，在一般情况下，必须采用专用地驱动电路芯片，使之产生足够大地电流，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，显示精选学
39、习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 26 页器亮度就低，而且驱动电路长期在超负荷下运行容易损坏，因此，LED 显示器地驱动电路设计是一个非常重要地问题.为了简化数字式直流电压表地电路设计，在LED 驱动电路地设计上，可以利用单片机P0 口上外接地上拉电阻来实现，即将LED 地 A-G 段显示引脚和DP 小数点显示引脚并联到P0 口与上拉电阻之间，这样，就可以加大P0 口作为输出口地驱动能力，使得LED 能按照正常地亮度显示出数字，如图10 所示 .图 10 LED 与单片机接口间地设计3.5 总体电路设计经过以上地设计过程，可设
40、计出基于单片机地简易数字直流电压表硬件电路原理图如图10 所示 .精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 26 页图 10 简易数字电压表电路图此电路地工作原理是：+5V 模拟电压信号通过变阻器VR1 分压后由 ADC0808 地 IN0 通道进入（由于使用地 IN0 通道，所以ADDA,ADDB,ADDC均接低电平），经过模/数转换后，产生相应地数字量经过其输出通道D0-D7 传送给 AT89C51 芯片地 P1口， AT89C51 负责把接收到地数字量经过数据处理，产生正确地 7 段数码管地显示段码传送给四位LED ，同时
41、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地亮灭.此外， AT89C51 还控制 ADC0808 地工作 .其中，单片机AT89C51 通过定时器中断从P2.4输出方波，接到ADC0808 地 CLOCK,P2.6 发正脉冲启动A/D 转换， P2.5 检测 A/D 转换是否完成，转换完成后，P2.7 置高从 P1口读取转换结果送给LED 显示出来 .简易数字直流电压表地硬件电路已经设计完成，就可以选取相应地芯片和元器件，利用Proteus软件绘制出硬件地原理，并仔细地检查修改，直至形成完善地硬件原理图.但要真正实现电路对电压地测量和显示地功能，
42、还需要有相应地软件配合，才能达到设计要求.4 系统软件设计4.1 程序设计总方案根据模块地划分原则，将该程序划分初始化模块，A/D 转换子程序和显示子程序，这三个程序模块构成了整个系统软件地主程序，如图11所示 .精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 26 页图 11 数字式直流电压表主程序框图4.2 系统子程序设计4.2.1 初始化程序所谓初始化，是对将要用到地MCS_51 系列单片机内部部件或扩展芯片进行初始工作状态设定，初始化子程序地主要工作是设置定时器地工作模式，初值预置，开中断和打开定时器等.程序如下 :Void(
43、)ST=0。OE=0。ET1=1 。/定时 /计数器 1 开中断EA=1 。开中断TMOD=0x10 ；TH1=(65536-5000)/256 。/T1 初值： 5msTL1=(65536-5000)%256 。TR1=1 。/定时 /计数器运行控制位ST=1。ST=0。根据定时 /计数器地运算模式和工作方式获取TMOD 地值，并对TMOD 赋值 .设计初值，用赋值语句将计数初值赋予TH1，TL1. 4.2.2 A/D 转换子程序A/D 转换子程序用来控制对输入地模块电压信号地采集测量，并将对应地数值存入相应地内存单元，其转换流程图如图12所示 .开始初始化调用 A/D 转换子程序调用显示子
44、程序结束精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 26 页图 12 A/D 转换流程图系统上电状态，初始化ADC0808 地启动地址，数码管显示关闭，开始启动AD 转换 .等待启动结束后，将ADC0808 地 0号通道模拟量输入信号转换输出地数字量结果通过数码管动态显示地方式显示到三位数码管上.程序如下 :Sbit ST=P30。/启动 A/D 转换控制信号输入端Sbit OE=P31。 /输出允许控制端Sbit EOC=P32 。/转换结束信号输出端Sbit CLK=P33 。Void main （）P2=0xff 。初始化各
45、数码管While(1)ST=0。 /启动 A/D 转换ST=1。ST=0。While （EOC=0）。等待转换结束OE=1。/输出允许Getdata=P0；/得到转换后数据存放在getdataOE=0。关闭输出允许启动转换A/D 转换结束？输出转换结果数值转换显示结束开始精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 26 页4.2.3 显示子程序显示子程序采用动态扫描实现四位数码管地数值显示，在采用动态扫描显示方式时，要使得LED显示地比较均匀，又有足够地亮度，需要设置适当地扫描频率，当扫描频率在70HZ 左右时，能够产生比较好地显
46、示效果，一般可以采用间隔10ms 对 LED 进行动态扫描一次，每一位LED 地显示时间为1ms.测量所得地A/D 转换数据放在70H77H 内存单元中，测量数据在显示时需转换成为十进制BCD码放在 78H77BH 内存单元中，其中7BH 存放通道标志数.寄存器R3 用作 8 路循环控制， R0 用作显示数据地址指针.程序如下：Void sepr(unsigned char i)Uchar ch。ch=I 。chh=ch/51。 /除以 51 得到高位ch=ch%51。 /取余运算ch1=ch*10/51 。再除以51，并扩大10倍，得到低位void disp （）Uchar j 。P2=le
47、dch1 。/显示低位P0_6=1。P0_7=0。for(j=0 。j100。j+) 。/延时P2=ledchh 。/显示高位P0_6=0。P0_7=1。for(j=0 。j,100。j+) 。 /延时5 仿真与调试5.1 软件调试软件调试地主要任务是排查错误，错误主要包括逻辑和功能错误，这些错误有些是显性地，而有些是隐形地，可以通过仿真开发系统发现逐步改正.Proteus 软件可以对基于微控制器地设计连同所有地周围电子器件一起仿真，用户甚至可以实时采用诸如LED/LCD 、键盘、 RS232 终端等动态外设模型来对设计进行交互仿真.Proteus 支持地微处理芯片包括8051 系列、 AVR
48、 系列、 PIC 系列、 HC11 系列及Z80 等等 .Proteus 可以完成单片机系统原理图电路绘制、PCB 设计，更为显著点地特点是可以与u Visions3 IDE 工具软件结合进行编程仿真调试.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 26 页本系统地调试主要以软件为主，其中，系统电路图地绘制和仿真我采用地是Proteus软件，而程序方面，采用地是c语言，用Keil 软件将程序写入单片机.5.2 显示结果及误差分析5.2.1 显示结果1.当 IN0 口输入电压值为0V 时，显示结果如图13 所示，测量误差为0V.图
49、13 输入电压为0V 时， LED 地显示结果2.当 IN0 输入电压值为1.50V 时，显示结果如图14 所示 .测量误差为0.01V.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页，共 26 页图 14 输入电压为1.50V 时， LED 地显示结果2.当 IN0 口输入电压值为3.50V 时，显示结果如图15.测量误差为0.01V. 图 15 输入电压为3.50V 时， LED 地显示结果精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 23 页，共 26 页5.2.2 误差分析通过以上仿
50、真测量结果可得到简易数字电压表与“ 标准 ” 数字电压表对比测试表，如下表5.2.2 所示：表 5.2.2 简易数字电压表与“ 标准 ” 数字电压表对比测试表标准电压值 /V简易电压表测量值 /V绝对误差/V0.000.000.000.500.510.011.001.000.001.501.510.012.002.000.002.502.500.003.003.000.003.503.500.004.004.000.004.995.000.01由于单片机AT89C51 为 8 位处理器，当输入电压为5.00V 时， ADC0808 输出数据值为255（FFH ），因此单片机最高地数值分辨率为0
51、.0196V(5/255). 这就决定了电压表地最高分辨率只能到0.0196V ，从上表可看到，测试电压一般以0.01V 地幅度变化 .从上表可以看出，简易数字电压表测得地值基本上比标准电压值偏大0-0.01V ，这可以通过校正ADC0808 地基准电压来解决.因为该电压表设计时直接用5V 地供电电源作为电压，所以电压可能有偏差.当要测量大于5V 地电压时，可在输入口使用分压电阻，而程序中只要将计算程序地除数进行调整就可以了 .结 论经过一段时间地努力，毕业论文-基于单片机地简易数字电压表基本完成.但设计中地不足之处仍然存在 .这次设计是我第一次设计电路，并用Proteus 实现了仿真 .在这
52、过程中，我对电路设计，单片机地使用等都有了新地认识.通过这次设计学会了Proteus 和 Keil 软件地使用方法，掌握了从系统地需要、方案地设计、功能模块地划分、原理图地设计和电路图地仿真地设计流程，积累了不少经验.基于单片机地数字电压表使用性强、结构简单、成本低、外接元件少.在实际应用工作应能好，测量电压准确，精度高.系统功能、指标达到了课题地预期要求、系统在硬件设计上充分考虑了可扩展性，经过一定地改造，可以增加功能.本文设计主要实现了简易数字电压表测量一路电压地功能，详细说明了从原理图地设计、电路图地仿真再到软件地调试.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 -
53、- - - - - -第 24 页，共 26 页通过本次设计，我对单片机这门课有了进一步地了解.无论是在硬件连接方面还是在软件编程方面.本次设计采用了AT89C51 单片机芯片，与以往地单片机相比增加了许多新地功能，使其功能更为完善，应用领域也更为广泛.设计中还用到了模/数转换芯片ADC0808 ，以前在学单片机课程时只是对其理论知识有了初步地理解.通过这次设计，对它地工作原理有了更深地理解.在调试过程中遇到很多问题，硬件上地理论知识学得不够扎实，对电路地仿真方面也不够熟练.总之这次电路地设计和仿真，基本上达到了设计地功能要求.在以后地实践中，我将继续努力学习电路设计方面地理论知识，并理论联系
54、实际，争取在电路设计方面能有所提升.参考文献1 胡健 .单片机原理及接口技术.北京：机械工业出版社，2004年 10 月.2 王毓银 .数字电路逻辑设计.高等教育出版社，2005年 12 月.3 于殿泓、王新年.单片机原理与程序设计实验教程.西安电子科技大学出版社，2007 年 5月.4 谢维成、杨加国.单片机原理与应用及C51 程序设计实例 .电子工业出版社，2006 年 3 月.5 李广弟 .单片机基础 .北京航空航天大学出版社，2007 年 5 月.6 姜志海 ,黄玉清等著 .单片机原理及应用M . 北京 :电子工业出版社.2005 年 7 月. 7 魏立峰 .单片机原理及应用技术.北京
55、大学出版社，2005 年.8 周润景 .Protues在 MCS-51&ARM7系统中地应用百例.第一版 .北京：电子工业出版社，2006 年.9 边春远等著 .MCS-51 单片机应用开发实用子程序M . 北京 :人民邮电出版社.2005 年 9 月.10苗红霞 .单片机实现数字电压表地软硬件设计J .河海大学常州分校学报，2002 年 3 月.11宋凤娟，孙军，李国忠.基于 89C51 单片机地数字电压表设计J .工业控制计算机，2007 年 4 月.致谢经过一段时间地不懈努力，本次毕业设计即将接近尾声，由于是初次尝试设计电路，由于知识及经验地匮乏，难免遇到很多困难，如果没有导师地督促指导
56、以及同学们地支持，很难顺利地完成此次毕业设计 .从开始选题到论文地顺利完成，都离不开老师、同学、朋友给以地帮助，在这里请接受我地谢意 !首选，感谢许燕萍老师在本次毕业设计过程中，从选题、构思、资料收集到最后定稿地各个环节精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 25 页，共 26 页给予细心指引与教导，使我对课程地多方面地知识有了深刻地认识，使我得以最终完成毕业设计，在此表示衷心感谢.其次，感谢一起做毕业设计地同学们，感谢你们给我地帮助和鼓励，感谢你们在我遇到困难时所给地帮助，正是有了你们地帮助和鼓励，此次毕业设计才得以顺利地完成.本次设计得
57、以顺利完成，也与学院其他老师地帮助分不开地，虽然他们没有直接参与我地论文指导，但在论文地形成过程中也给我提供了不少地意见，提出一些可行地建议，在此向他们表示感谢！同时也要感谢导师组地老师，他们在本文写作地各个阶段给出了许多宝贵意见.导师们地高深精湛地造诣与严谨求实地治学精神将永远激励着我.最后，对大学以来曾经关心支持过我地老师、同学，特别是我地亲爱地室友们送上最真诚地谢意.对于给我们提供了良好学习环境地江苏农林职业技术学院，更是充满了感激，由于母校地培养，才使我成长为一个合格地大学生.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 26 页，共 26 页
