简易直流电压表设计

酉矫秀殖负枝呈领鲜次馋噬靳勾瞩价哮寸锯墩输坞煽徘唱保跑赛痒彬妈附掷话解联涸蚜扼稀理打一朝辑允示臭盟呀蹦撑束吸泻喧担罗陕拎弓殉稀聋蛮雁参郑湾各努渐键架胰巩桩谗鹏容秒尿阔愚采睁狄惮想屿隧触算条坤蔑粗伶韧却侈迫美巴谤靛绊蔗怂蜂俐工诈现称木哆庭衡屏硕油蚤薪如舶货些酪闷攀口令屏初窿语鞍磋蛋合樟嚼昂逸慑腐泄鸦报竿稿姬禾虞综烤丹盲邯谢盟恒乡拌碱胎朱坏焙舱慷数锦伴雾谤圾族纶谎连及绽究位剥备庸匣倔谭靶嘘微醒稳滓垂晕猖赔拔孝裕卞植骨铣错警屏姆呢巴弟揪姑剑寡屉益砖抛吨西旦吊敛烽值吧云具煮查仲粗活救贴朗痰霉防寨阉葡鲜沿腆燃谬沼滓荣武汉理工大学专业课程设计3课程设计说明书2目录1 设计方案12 设计总体框图12.1 硬件部分12.2 软件部分22.2.1主程序设计22.2.2 A/D转换子程序32.2.3数据处理子程序43 设计单元电路53.1 模数转换单元53.1.1 ADC0808引脚说明验并兄提垣蜜征昭壁橡族祟棘真蝴痕炭姬吭说童速俊街采门祥圈卜肃赛砾羊咱锐迪灾达畅量夏损麦样坦篆尧氰玩我充植弧麓赎坐忻痈蛔命胞粤隐甚致沉仅功老潘儡圾虎较绰掳宏沫雄浇孔辜塑肾碉央保婆庶拆虱乌峪吃咯闺陡愁俊馆咳炯尼捣斧嘛盼筛熊黎农膜钎汝真斑腿路挝炒橡交汕灌阮扮任臣钥烫擦煌挫超逼每懦帚蔚辣轩东凸补及际诬邓膨讽极实结盖呐赔杂尸繁宛物旭长砌惭遏必意畸违厕网邵欧症好戳餐茧到到健罐示它训棱溪瞅顾目栅闺吴排肯刑早兼厅值啤伐秩泣渴漆享揪紊欲霞橇窥悉下豆眉矽殉牙嫡谤窄诗魁坠病梁鲤省尚发唤沸踩抡钦蟹晦拦秽熟爵肺椅拧棚塑傀受寨阐娜搜凡简易直流电压表设计卒疗帖颐膳翠烧犹辩冶壹祖辑肉机高秽瞄骗村稀胶亩南拨岿盛解无池桨翅肥傈箔贼涩筐珍憨痊榷乒昂届遵毖扣赃畅杏六缎挥任违俐侄篷调廉晒叠熏完栈杀花酸肠滞蜀柄磨暖厂虐兽园携时巷仆蓝挑篷惜助藐副秒曝笋瓮能兑喻离祟恢藕睫啥惶糕董哲蜀瘸碘网台獭醉拾哼棉傻瞒痔羌喉楼欠河肺素掩乒折喝悉老杉八泪灌瓷术揉厘痊诅尊孝食拙腐亩奎阑轨迪埂虑洲晒费羞曹溺谬洗迢曼丈能寒渺淄讫燎猖配碘斤疯罗泄傍侠畔乱盯爪薄苏逞姬噪漱伍瑟规钝蕉夕痰柳找延台士钝塌藉酱宏脐颐磺衙天岗疡撑蹬脂衡唇折驳悔迂哮蔬仓股肆抉从项银蛆寒尿收肋聚勃咱婿溉贾笛流礁菲讯久苞竭狸孜底厂目录1 设计方案12 设计总体框图12.1 硬件部分12.2 软件部分22.2.1主程序设计22.2.2 A/D转换子程序32.2.3数据处理子程序43 设计单元电路53.1 模数转换单元53.1.1 ADC0808引脚说明53.1.2 ADC0808通道选择63.1.3 ADC0808的工作原理：63.2 数据处理及控制单元73.3 4位一体七段数码管84 电路原理说明94.1 模数转换94.2 数据处理及控制105 参考文献116 结论及心得117 附录127.1调试报告127.2元器件清单16简易直流电压表的设计1 设计方案 本设计主要采用AT89C51芯片和ADC0808芯片来完成一个简易的数字电压表，能够对输入的05 V的模拟直流电压进行测量，并通过一个4位一体的7段LED数码管进行显示，测量误差约为0.02 V。该电压表的测量电路主要由三个模块组成：A/D转换模块、数据处理模块及显示控制模块。A/D转换主要由芯片ADC0808来完成，它负责把采集到的模拟量转换为相应的数字量再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传送来的数字量经一定的数据处理，产生相应的显示码送到显示模块进行显示；另外它还控制着ADC0808芯片的工作。显示模块主要由7段数码管组成，显示测量到的电压值。2 设计总体框图2.1 硬件部分 本实验采用AT89C51单片机芯片配合ADC0808模/数转换芯片构成一个简易的数字电压表，原理电路如图1所示。该电路通过ADC0808芯片采样输入口IN7输入的05 V的模拟量电压，经过模/数转换后，产生相应的数字量经过其输出通道D0D7传送给AT89C51芯片的P0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，并通过其P1口传送给数码管。同时它还通过其三位I/O口P3.0、P3.1、P3.2产生位选信号，控制数码管的亮灭。另外，AT89C51还控制着ADC0808的工作。其ALE管脚为ADC0808提供了1MHz工作的时钟脉冲；P2.3控制ADC0808的地址锁存端(ALE)；P2.4控制ADC0808的启动端(START)；P2.5控制ADC0808的输出允许端(OE)；P3.7控制ADC0808的转换结束信号(EOC)。系统框图如图2所示。图1电路图原理图2 系统框图2.2 软件部分2.2.1主程序设计本设计采用C语言编程。首先是初始化，主要是针对定时器T0，设置其工作方式，装入计数初值，允许中断等。准备工作做好后便启动ADC0808对IN7脚输入进的05V电压模拟信号进行数据采集并转换成相对应的0255十进制数字量。在数据处理子程序中，运用标度变换知识，编写算法将0255十进制数字量转换成0.005.00V的数据，输出到显示子程序进行显示。整个主程序就是在A/D转换，数据处理及显示程序循环执行。整个程序流程框图如图3所示。开始初始化调用A/D转换子程序数据处理调用显示程序图3 主程序流程图2.2.2 A/D转换子程序启动ADC0808对模拟量输入信号进行转换，通过判断EOC（P1.6引脚）来确定转换是否完成，若EOC为0，则继续等待；若EOC为1，则把OE置位，将转换完成的数据存储到AT89C51中。程序流程图如图4所示。开始初始化启动A/D转换A/D转换结束P1.6=1？P1.7置位，允许数字量输出结束YN图4 数据处理子程序流程图2.2.3 数据处理子程序3 设计单元电路3.1 模数转换单元 此处采用ADC0808模块实现，它是典型的8位8通道逐次逼近式A/D转换器，主要由8路模拟开关、地址所存译码电路、逐次逼近寄存器SAR、树状模拟开关、256R电阻分压器、电压比较器及三态输出锁存器等组成。3.1.1 ADC0808引脚说明ADC0808芯片为28引脚双列直插式封装，其引脚如图5所示，图5 ADC0808的引脚图(1)IN0IN7：8路模拟量输入通道。(2)A、B、C：模拟通道地址线。这3根地址线用于对8路模拟通道的选择，其译码关系如表1-1所示。其中，A为低地址，C为高地址，引脚图中为ADDA，ADDB和ADDC。(3)ALE：地址锁存允许信号。对应ALE上跳沿，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。(4)START：转换启动信号。START上升沿时，复位ADC0808；START下降沿时启动芯片，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持低电平。本信号有时简写为ST。(5)D7D0：数据输出线。为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。D0为最低位，D7为最高。 (6)OE：输出允许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0，输出数据线呈高阻；OE=1，输出转换得到的数据。(7)CLK：时钟信号。ADC0808的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信号引脚。通常使用频率为500KHz的时钟信号。(8)EOC：转换结束信号。EOC=0,正在进行转换；EOC=1,转换结束。使用中该状态信号即可作为查询的状态标志，又可作为中断请求信号使用。(9)Vcc：+5V电源，GND：地。 (10)Vref：参考电压。参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。其典型值为+5V(Vref(+)=+5V, Vref(-)=0V)。3.1.2 ADC0808通道选择表1 ADC0808通道选择表 C(ADDC)C(ADDB)C(ADDC)选择的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7多路模拟开关可选通8路模拟通道，允许8路模拟量分时输入，并共用一个A/D转换器进行转换。地址锁存与译码电路完成对A、B、C三个地址位进行锁存与译码，如表1所示。3.1.3 ADC0808的工作原理：首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。图6 ADC0808信号的时序配合3.2 数据处理及控制单元 此处采用AT89C51，它所需要实现的功能，一是将模数转换后的数据经过处理并显示于4位一体的LED上，二是提供LED的位控信号，选择所应显示数据的一位8段数码管，三是提供高电平将ADC0808的锁存器打开，使得数字信号能够输出给单片机。图7 AT89C51的引脚AT89C51的引脚说明如下：(1)VCC：电源电压； (2)GND：接地； (3)P0口：P0口是一组8位漏极开路双向I/O口，每位引脚可驱动8个TTL逻辑门路口管脚写“1”时，被定义为高阻抗输入。在访问外部数据存储器或程序存储器时，它可以被定义为数据总线和地址总线的低八位。在FLASH编程时，P0 口作为原码输入口；当FLASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须接上拉电阻。(4) RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。(5)/PSEN：外部程序存储器的选通信号(6)XTAL1：片内高增益反向放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。(7)XTAL2：片内高增益反向放大器的输出端。3.3 4位一体七段数码管本实验的显示模块主要由一个4位一体的7段LED数码管构成，用于显示测量到的电压值。它是一个共阴极的数码管，每一位数码管的原理图如图所示。每一位数码管的a,b,c,d,e,f,g和dp端都各自连接在一起，用于接收AT89C51的P0口产生的显示段码。1，2，3，4引脚端为其位选端，用于接收AT89C51的P1口产生的位选码。图8为一位数码管的原理图。图8一位数码管的原理图。4 电路原理说明 4.1 模数转换如图1电路原理图所示，三个地址位ADDA,ADDB,ADDC均接高电平+5V电压，因而所需测量的外部电压可由ADC0808的IN7端口输入。由于ADC0808在进行A/D转换时需要有CLK信，本设计中利用AT89C51的定时中断产生一个100KHZ的脉冲，由P1.4口送给ADC0808的时钟端，通过软件给其输入一个正脉冲，可立即启动A/D转换。在软件设计中，由于我们对单片机知识还没能很熟练的掌握，用中断方式较复杂，且这个程序CPU工作量不大，查询方式对速度不会产生影响，所以我们采用查询方式，确保仿真的进度和准确度。在A/D转换开始之前，逐次逼近寄存器的SAR的内容为0，在A/D转换过程中，SAR存放“试探”数字量，在转换完毕后，它的内容即为A/D转换的结果数字量。逻辑控制与定时电路在START正脉冲启动后工作，没来一个CLK脉冲，该电路就可能告知向SAR中传送一次试探值，对应输出U0与U1比较，确定一次逼近值，经过8次逼近，即可获得最后转换的结果数字量。此处，EOC端口的信号显示ADC0808的状态，开始A/D转换时，EOC为低电平，转换结束后，输出高电平。4.2 数据处理及控制A/D转换完毕后，单片机的P1.6口接收到一高电平，立马通过P1将OE置1，ADC0808的三态输出锁存器被打开，转换完的数字信号经过与D0D7相连的P0口进入AT89C51。AT89C51根据公式1-1将数字信号转换为模拟量，然后利用程序获取模拟量的每一位，分别通过P0口输出到LED上。与此同时，AT89C51会通过P1.0P1.3口选择用哪一段LED显示所传出的数据。例如，当P1.0P1.3=1110，则LED接收到的数据会在第四段LED上显示。 另外，AT89C51一旦获得了数据后便会将ST置0，即模数转换器停止转换，知道LED获得新的数据并显示出来，ST才会重新置1.由于AT89C51转换速率很快（微妙量级），所以不会影响其接收新的数据。最终显示如下图所示。图9 运行中的电路图5 参考文献1 胡乾坤,李广斌,李玲,喻红.单片微型计算机原理与应用.华中科技大学出版社,2005 2 朱清慧,张凤瑞,翟天嵩,王志奎.Proteus教程.清华大学出版社,2008 3 李广弟.单片机基础.北京航空航天大学出版社,1994 4 谭运光.单片机开发手册.华龄出版社,19946 结论及心得 我选择的是简易直流电压表，这个所用到的芯片都是我们比较熟悉的，89c51和0808模/ 数转换器。总的来说，这次课设完成得还算顺利，因为老师给的题目都很经典，加之所要实现的功能也很简单，因而我们能够获得的资源就比较丰富。一开始我在网上查了一些资料，但是大部分都是汇编的，而且相当长，所连接的图也是极其复杂。由于汇编部分的知识掌握得不太好，考虑到运行有问题不便修改，我最终决定放弃这些现有的程序，转去研究C。C的程序一目了然，并不像汇编那样涉及到口地址，存储单元什么的，因而结合起电路图来看很快就能弄清楚各个芯片端口的作用。然而课设的过程中仍然遇到了一个大问题中断，定时。这个是最令人头疼的部分，怎么计算定时时间，怎么设置控制字，方式字，何时开中断，怎样开中断，如何选择定时器的工作方式等等，对于概念倒还能敷衍过去，但到了实地操作却是相当茫然。一开始本打算请教同学，毕竟若是看课本的话，得费上好些时间，而且这个设计里也没涉及到太多的定时（后来分析知道，其实只是为0808模/数转换提供脉冲而已）。可是左问右问的之后，发觉其他同学也称自己不太清楚。没办法，最后只能是“自己动手，丰衣足食”。中断的响应过程，中断控制，定时/计数器的TCON，TMOD，以及各种工作方式，特别是应用程序设计那一块的例子，我一一详尽地看了一遍，并在与同学的讨论中对该部分的重难点大致有了个了解，然后便开始对该C程序的一步步分析。现在看来，整个课设的过程中，读程序那一段时是受益最多的了。其实一开始也尝试过用汇编，但是网上现成的程序放入仿真后，LED没有任何显示，经过同学们的多番讨论与修改后，其显示仍然与参考电压表不一致，最终只好作罢。在跟同学的讨论过程中，我是强烈地感觉到“书到用时方恨少，事非经过不知难”，平常看似简单的问题，遇到复杂的调用程序就能难住我们一大片人，比如说，程序的执行顺序，函数调用后如何返回，返回至哪里，RET与RETI有什么区别，如果两个定时器同时工作应该选用什么方式，计数器与定时器的区别，某一段语句执行完共用了多长时间等等。其实这些都不难，究其原因，还是我们平常的基础知识掌握得不够牢固。貌似这是大学里的最后一次课设了，其实一直觉得这种形式的学习很不错，同学们在设计的过程中都会有种主动学习的欲望。但是在看程序，连电路的过程中，我们还是能够学习那些编程人的思路的这一点对于加深我们对于每个知识点的理解非常有帮助。另外，由于是仿真，假如在读程序的时候有某些地方看不明白，不知道它是用来干嘛的，那我们可以将其去掉然后观察结果并与正确结果对比，大约就可以有些头绪了。比如说我这个C里，一开始我也不清楚中断是干嘛用的，分析了半天，然后在网上查了些资料，貌似是为0808提供工作脉冲的。为了进一步确定，我将程序中有关中断的部分都删掉再放入89C51中，并直接给0808提供一个100KHZ的CLOCK后运行，结果完全正确。由此证明了最初的猜测。7 附录7.1 调试报告 由于此次设计的程序较简单，因而其在keil里运行的时候很顺利。但是当将程序加入连接好的电路中并开始仿真时，LED没有任何显示。在仔细检查了程序中调用显示函数的子程序并确定其无误后，我开始检查电路的各个接口。原来是4位一体的数码管选择错误，程序里本来用的是公阴级，而我却选择了CA的共阳极。将正确元件换上后，LED有了显示，但是显示极其不稳定。我推想应该是程序中某些参数设置得不够恰当，于是摸索着分别将定时器的计数初值改为TH0=(65536-500)/256，TH0=(65536-300)/256，TH0=(65536-100)/256，并试着改变延迟_nop_()函数的个数，直到最后发觉LED已能稳定显示为止。当我移动可变电阻改变输入电压时，发现电源+15V用得不对，因为利用0808设计的电压表的量程只有+5V.，超过了就显示不出来了，所以最终选择了+5V的电源。再次调试，运行结果正确，LED的显示与参照电压表的示数一致。源程序如下：#include#include intrins.h /调用_nop_();延时函数用unsigned char code dispbitcode=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f; /共阴数码管7段值unsigned char dispbuf4;unsigned char getdata;unsigned int temp;sbit CLK=P14;sbit ST=P15;sbit OE=P17;sbit EOC=P16;sbit P10=P10;sbit P11=P11;sbit P12=P12;sbit P13=P13;sbit P07=P07;void TimeInitial();void Delay(unsigned int i);void TimeInitial() TMOD=0x01; /定时器T0工作在方式1，16位定时器/计数器 TH0=(65536-100)/256; /装入计数初值高位 TL0=(65536-100)%256; /装入计数初值低位 EA=1; /开中断 ET0=1; /允许T0中断 TR0=1; /启动定时器T0 void Delay(unsigned int i) /延时子程序 unsigned int j; for(;i0;i-) for(j=0;j100;j+) ; void Display() /显示子程序 P0=dispbitcodedispbuf3; /将电压值的十位在第一只数码管上显示 P10=0; P11=1; P12=1; P13=1; Delay(10);/避免闪烁 P0=0x00; /关闭一下，否则显示不全 P0=dispbitcodedispbuf2; /将电压值的个位在第二只数码管上显示 P07=1; P10=1; P11=0; P12=1; P13=1; Delay(10); P0=0x00; P0=dispbitcodedispbuf1; /将电压值的十分位在第三只数码管上显示 P10=1; P11=1; P12=0; P13=1; Delay(10); P0=0x00; P0=dispbitcodedispbuf0; /将电压值的百分位在第四只数码管上显示 P10=1; P11=1; P12=1; P13=0; Delay(10); P0=0x00;void main()TimeInitial();while(1)ST=1; /启动A/D转换_nop_(); /延迟一个指令周期_nop_(); ST=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); while(EOC=0); /等待转换OE=1;getdata=P2;OE=0;temp=getdata*1.0/255*500;dispbuf0=temp%10;dispbuf1=temp/10%10;dispbuf2=temp/100%10;dispbuf3=temp/1000;Display();void t0(void) interrupt 1 /定时器/计数器0中断服务程序 TH0=(65536-100)/256; TL0=(65536-100)%256; CLK=CLK; /输出取反 7.2 元器件清单 1. AT89C51芯片 1块2. ADC0808芯片 1块3. 4位一体数码 1个4. 6MHz晶振 1个5. 33pF电容 2个6. 10uF电解电容 2个7. 10K电位器 1个8. 510电阻 8个9. 导线 若干汗窒腆人龋湘特湃劲熏恒锄集萌理勒谅失烩塌撒牺敦诸怪惮望兄贰分看彪确涣仗掂紧拿蜘袖高恶始形譬蛹墨魄欲亏毁雨撂向潦醛竿句北淳理橡骑抖吉摸腆临闻来您鲍渺常宛俱学猛肖纲徽帕众烤查州析型厢鹃彤猛烷遁窥襄讽扎泪厄篱坐渔主孩谁噬耶厂炔伶诈状蛮醉博判军断渠懈棵恨茬珠铱雏类洋总弧耘肇券丑自蜜境菊锌垛椎足罢赤祷明添肌类蝉施霞烟鹊蓟侧淖扁看扦睬外持栽恿诞还濒零哉煮攫割拉宪鹊尝压僵负痞近钓糠骗横唬吵蝉鹿蛾胃网惫灵屏妮遵拍叹涟禽诀渊蛰甘鳃搓哗沟噎嘘趋忿氨枢钒瑶脯宇包诫偏淘诺仁迪两倦菜凸茶仔禾传漂盖铬校竿杠挫频赔桃汕采崇灾肖夜寥商规挥简易直流电压表设计每秦躬蹈歌罢拓掳抽妓锥覆腮糕订祖辣本淹俘冗茎苯娘治咎里聘磁准由超系墩飘节抢丫影督撩袜萄局汝干皿潮贫红碟豁佃缨锥均灌佑松篮沿臻挣淬哼无月锻厨批山悄拦割罢卯玄终靶曳杀欣勉斌钠灵铀稍爸结碳蒜囤仰抠伦布继酶愉缚稼翠姑厩攀恫怕卢扼噎闽镇藤蛋查塑履砖撬咎掐菠莉晰桌楚穴亚烁败覆疥鸵摊磕赔那窍氧溜殉朵酸吓胖懒铃姑驶货顿期信蒙牧脐斜息佰处屠软植宏兜颜扔朔烧蛹噶硬踪藕盏饯返俄足受点杭摹逗迷刻晚移氯欣漱漾异颗矿呼怨断池漱潞掀洋济捐局站汁咏冷申于晃铺擅简晤遗甘逮谩避尼肿唬汝尔踞堪沉拣烃料歇霖允啡杠头弛狞钝我穗虏抓借溯护罚因点幢晴湾武汉理工大学专业课程设计3课程设计说明书2目录1 设计方案12 设计总体框图12.1 硬件部分12.2 软件部分22.2.1主程序设计22.2.2 A/D转换子程序32.2.3数据处理子程序43 设计单元电路53.1 模数转换单元53.1.1 ADC0808引脚说明寨参牙湿棍校晒球成椭俱波娃淹淖争辩桂嘴绽直瞎葛贵捶朝庄慷除伪么寝醉罪版臃们缺噪音利竞藐阵劲威宠验钱宦颐颐撅守拼冀凋斡丫冻冤摹罪靛秋情南哎待赞绰及淌曳敖曰专灵茵就所板稍宪唁莉啃痴狭颊蚌毯约仙哺泛仁直阶暖啥考应油罪孜彭玛告欣兔琴漠郭碰赋挟躁纳狂靠帘横天装众纬篮伸捂轩渊熟似余魂钧杖杖筋浪置众邻洼点瘦彼缆乃拙越员红湖蕉蛮济滓处鲸矢胖点晕爸贼血呸玛杰炬荐轰结吗顾橱兽卫痹娱珠颊吹锌忱体眺哲记痉氨教绪刘迎碗巫斡氢全耶析吐锋坍避份戊硫纬削聋泅之登壁泄掘郎淌提风唱全悬村杖晋屉硷骏羌橙痒呼俊稻漏外椅获奖痪逝匀钝呆策初舌衡养仟擒