基于51單片機(jī)+ADC0808的數(shù)字電壓表PCB文件+仿真+程序設(shè)計

ID:435945 · 發(fā)表于 2018-12-23 16:55

基于51單片機(jī)的數(shù)字電壓表程序設(shè)計

仿真原理圖如下（proteus仿真工程文件可到本帖附件中下載）

Altium Designer畫的原理圖和PCB圖如下：(51hei附件中可下載工程文件)
見本文后面

單片機(jī)源程序如下:

#include <REG51.H>
sfr AUXR = 0x8e;
int shuju;
#include <display.c>
sbit clock = P3^0;
sbit OE = P3^7;
sbit EOC = P3^2;
sbit SATRA = P3^5;
void timer0_isr()interrupt 1
{
TH0 = (65535 - 2000) / 255;
TL0 = (65535 - 2000) % 255;
display0();
}
void timer1_isr()interrupt 3
{
clock = ~clock;
}
void timer0_init()
{
TMOD = 0x21;
TH0 = (65535 - 2000) / 255;
TL0 = (65535 - 2000) % 255;
EA = 1;
ET0 = 1;
TR0 = 1;
TL1 = 0xfb; //設(shè)置定時初值
TH1 = 0xfb; //設(shè)置定時初值
ET1 = 1;
TR1 = 1; //定時器0開始計時
}
void main()
{
timer0_init();
while(1)
{
OE = 0;
SATRA = 0;SATRA = 1;SATRA = 0;
while(EOC == 0);
OE = 1;
shuju = P1 * 1.96;
OE = 0;
}
}

復(fù)制代碼

摘要
本課題是利用單片機(jī)設(shè)計一個數(shù)字電壓表，能夠測量0－5V之間的直流電壓值，四位數(shù)碼管顯示，使用的元器件數(shù)目較少。外界電壓模擬量輸入到A/D轉(zhuǎn)換部分的輸入端，通過ADC0809轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號，輸送給單片機(jī)。然后由單片機(jī)給數(shù)碼管數(shù)字信號，控制其發(fā)光，從而顯示數(shù)字。

目錄
1 前言
1.1 課題研究的背景及意義
2 設(shè)計要求
3系統(tǒng)原理框圖
4 主要元器件
4.1  STC89C52
4.2  ADC0809 轉(zhuǎn)換電路
4.3四位一體數(shù)碼管
四位一體數(shù)碼管
5系統(tǒng)設(shè)計電路
5.1電路
6程序設(shè)計
6.1 顯示程序設(shè)計
6.2 主程序的設(shè)計
7 電路原理圖
8  PCB圖
9 程序
10 總結(jié)
參考文獻(xiàn)
致謝

1 前言
1.1 課題研究的背景及意義

在生產(chǎn)過程，科學(xué)研究和其他產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中，電氣控制技術(shù)應(yīng)用十分廣泛。在機(jī)械設(shè)備的控制中，電氣控制也比其他的控制方法使用的更為普遍。

數(shù)字電壓表簡稱DVM，它是采用數(shù)字化測量技術(shù)設(shè)計的電壓表。從性能來看：數(shù)字電壓表的發(fā)展從一九五二年美國NLS公司由四位電子管數(shù)字電壓表精度千分之一到現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)8位數(shù)字電壓表。參數(shù)可測量直流電壓、交流電壓、電流、阻抗等。測量自動化程度不斷提高，可以和計算機(jī)配合顯示、計算結(jié)果、然后打印出來。

1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展

數(shù)字電壓表（Digital Voltmeter）簡稱DVM,它出現(xiàn)在上世紀(jì)50年代初，60年代末發(fā)張起來的電壓測量儀表，它采用的是數(shù)字化測量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量，也就是連續(xù)的電壓值轉(zhuǎn)變?yōu)椴贿B續(xù)的數(shù)字量，加以數(shù)字處理然后通過顯示器件顯示。這種電子儀表之所以出現(xiàn)，一方面是由于電子計算機(jī)的應(yīng)用推廣到系統(tǒng)的自動控制信號的實驗領(lǐng)域，提出了各種被觀測量或被控制量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的要求，即為了實時控制和數(shù)據(jù)處理的要求；另一方面，也是電子計算機(jī)的發(fā)展，帶動了脈沖數(shù)字電路技術(shù)的發(fā)展，為數(shù)字化儀表的出現(xiàn)提供了條件。所以，數(shù)字化測量儀表的產(chǎn)生與發(fā)展與電子計算機(jī)的發(fā)展是密切相關(guān)的；同時，為革新電子測量中的煩瑣與陳舊方式也促進(jìn)了它的飛速發(fā)展。如今，它又成為向智能化儀表發(fā)展的必要橋梁。

2 設(shè)計要求

設(shè)計一個數(shù)字電壓表，基于單片機(jī)或數(shù)字邏輯電路，設(shè)計A/D轉(zhuǎn)化電路、密碼校驗電路和控制輸出與顯示電路，實現(xiàn)用戶按鍵輸入密碼開鎖功能。

1、以單片機(jī)為控制核心設(shè)計數(shù)字電壓表；

2、可以測量0～5V的8路輸入電壓值；

3、LED數(shù)碼管輪流顯示或單路選擇顯示電壓值；

4、最小分辨率為0.01V，測量誤差約為±0.01V。

3系統(tǒng)原理框圖

選擇AT89S51作為單片機(jī)芯片，選用四位8段共陰極LED數(shù)碼管實現(xiàn)電壓顯示，利用ADC0809作為數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片。將數(shù)據(jù)采集接口電路輸入電壓傳入ADC0809數(shù)模轉(zhuǎn)換元件，經(jīng)轉(zhuǎn)換后通過D0至D7與單片機(jī)P0口連接，把轉(zhuǎn)換完的模擬信號以數(shù)字信號的信號的形式傳給單片機(jī)，信號經(jīng)過單片機(jī)處理從LED數(shù)碼顯示管顯示。P2口接數(shù)碼管位選，P1接數(shù)碼管，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的動態(tài)顯示，如圖4.1所示。

4 主要元器件
4.1 STC89C52

STC89C52是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含有4KB的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器和128字節(jié)的隨機(jī)存儲器。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容，由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的STC89C52是一種高效微控制器，它為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。

STC89C52功能性能:與MCS-51成品指令系統(tǒng)完全兼容；4KB可編程閃速存儲器；壽命：1000次寫/擦循環(huán)；數(shù)據(jù)保留時間：10年；全靜態(tài)工作：0-24MHz；三級程序存儲器鎖定；128*8B內(nèi)部RAM；32個可編程I/O口線；2個16位定時/計數(shù)器；5個中斷源；可編程串行UART通道；片內(nèi)震蕩器和掉電模式。

STC89C52各引腳功能

P0端口：P0口是一個漏極開路的8位雙向I/O口。作為輸出端口每個引腳能驅(qū)動8個TTL負(fù)載對端口P0寫入“1”時可以作為高阻抗輸入。在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時P0口也可以提供低8位地址和8位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線。此時P0口內(nèi)部上拉電阻有效。在Flash ROM編程時P0端口接收指令字節(jié)而在校驗程序時則輸出指令字節(jié)。驗證時要求外接上拉電阻。

P1端口： P1口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P1的輸出緩沖器可驅(qū)動吸收或者輸出電流方式4個TTL輸入。對端口寫入1時通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位這是可用作輸入口。P1口作輸入口使用時因為有內(nèi)部上拉電阻那些被外部拉低的引腳會輸出一個電流。

P2端口：P2口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P2的輸出緩沖器可以驅(qū)動吸收或輸出電流方式4個TTL輸入。對端口寫入1時到高電平這時可用作輸入口。P2作為輸入口使用時因為有內(nèi)部的上拉電阻那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。在訪問外部程序存儲器和16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器如執(zhí)行“MOVX @DPTR”指令時P2送出高8位地址。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器如執(zhí)行“MOVX @R1”指令時P2口引腳上的內(nèi)容就是專用寄存器SFR區(qū)中的P2寄存器的內(nèi)容在整個訪問期間不會改變。在對Flash ROM編程和程序校驗期間P2也接收高位地址和一些控制信號。

P3端口：P3口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P3的輸出緩沖器可驅(qū)動吸收或輸出電流方式4個TTL輸入。對端口寫入1時通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位這時可用作輸入口。P3做輸入口使用時因為有內(nèi)部的上拉電阻那些被外部信號拉低的引腳會輸入一個電流。在對Flash ROM編程或程序校驗時P3還接收一些控制信號。

4.2 ADC0809 轉(zhuǎn)換電路

ADC0808芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，各引腳功能為：

IN0~IN7：8路模擬量輸入端。

D0~D7：8位數(shù)字量輸出端口。

START：A/D轉(zhuǎn)換啟動信號輸入端。

ALE：地址鎖存允許信號，高電平有效。

EOC：輸出允許控制信號，高電平有效。

OE：輸出允許控制信號，高電平有效。

CLK：時鐘信號輸入端。

ADDA、ADDB、ADDC：轉(zhuǎn)換通道地址,控制8路模擬通道的切換。ADDA、ADDB、ADDC分別與地址線或數(shù)據(jù)線相連，三位編碼對應(yīng)8個通道地址端口，ADDA、ADDB、ADDC=000~111分別對應(yīng)IN0~IN7通道的地址端口。

4.3四位一體數(shù)碼管四位一體數(shù)碼管

首先數(shù)碼管有共陰極和共陽極之分，區(qū)別他們的方法是若公共端接地，其他端接電源，若各段測試能亮，說明是共陰的，反之共陽的；若公共端接電源其他端分別接的，測得各端亮，則說明是共陽的，反之為共陰的。

5系統(tǒng)設(shè)計電路5.1電路

AT89C51單片機(jī)在啟動運行時或者出現(xiàn)死機(jī)時需要復(fù)位，使CPU以及其他功能部件處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。復(fù)位電路產(chǎn)生的復(fù)位信號（高電平有效）由RST引腳送入到內(nèi)部的復(fù)位電路，對AT89C51單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位信號要持續(xù)兩個機(jī)器周期（24個時鐘周期）以上，才能使AT89C51單片機(jī)可靠復(fù)位。

AT89C51單片機(jī)復(fù)位電路如圖3.3所示：

復(fù)位電路工作原理：上電瞬間RST引腳的電位與VCC等電位，RST引腳為高電平，隨著電容C6充電電流的減少，RST引腳的電位不斷下降，其充電時間常數(shù)為T=R9*C6=100ms，此時間常數(shù)足以RST引腳在保持為高電平的時間內(nèi)完成復(fù)位操作。

當(dāng)單片機(jī)已在運行當(dāng)中時，按下復(fù)位鍵S1后松開，也能使單片機(jī)RST引腳維持一段時間的高電平，從而實現(xiàn)AT89C51單片機(jī)手動復(fù)位。

5.2 晶振電路

XTAL1和XTAL2是片內(nèi)振蕩電路輸入端，這兩個端子用來外接石英晶體和微調(diào)電容，即用來連接AT89C51單片機(jī)片內(nèi)OSC的定時反饋回路。晶振起振后要能在XTAL2端輸出一個3V左右的正弦波，以便使片內(nèi)OSC電路按晶振相同頻率自激振蕩。通常，OSC的輸出時鐘頻率FOSC為6MHZ—16MHZ，典型值為12MHZ或11.0592MHZ。電容C5和C6幫助晶振起振，典型值為30pf，調(diào)節(jié)它們可以達(dá)到微調(diào)FOSC的目的。本系統(tǒng)中，晶振為12MHZ，C5=C6=30pf。晶振電路如圖3.4所示：

6程序設(shè)計
6.1 顯示程序設(shè)計

系統(tǒng)上電后，配置數(shù)碼管個引腳，然后對其進(jìn)行初始化，再調(diào)用的讀寫函數(shù)，可將采集處理后的電壓數(shù)值實時顯示。其程序流程圖如圖所示。

6.2 主程序的設(shè)計

由于ADC0809在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時需要有CLK信號，而此時的ADC0809的CLK是連接在AT89C51單片機(jī)的40管腳，也就是要求從40管腳輸出CLK信號供ADC0809使用。因此產(chǎn)生CLK信號的方法就等于從軟件產(chǎn)生。電壓表系統(tǒng)有主程序，A/D轉(zhuǎn)換子程序、按鍵子程序和顯示子程序。