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單片機(jī)多量程電壓表設(shè)計(jì)(仿真+源碼+文檔)全套資料

  [復(fù)制鏈接]
ID:395118 發(fā)表于 2018-9-7 18:18 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
c51做的電壓表，可切換量程，數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)

仿真原理圖如下（proteus仿真工程文件可到本帖附件中下載）
0.png

下面是多量程電壓表的設(shè)計(jì)文檔：

1.設(shè)計(jì)目的

1.1鞏固和加深對微處理器原理和接口技術(shù)知識的理解；

1.2培養(yǎng)根據(jù)課題需要選學(xué)參考書籍、查閱手冊和文獻(xiàn)資料的能力；

1.3學(xué)會方案論證的比較方法，拓寬知識，初步掌握工程設(shè)計(jì)的基本方法；

1.4掌握常用儀器、儀表的正確使用方法，學(xué)會軟、硬件的設(shè)計(jì)和調(diào)試方法；

1.5能按設(shè)計(jì)的要求編寫設(shè)計(jì)文檔，能正確反映設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)成果，能用計(jì)算機(jī)繪制電路圖和流程圖。

2.設(shè)計(jì)要求

2.1 使用ADC0832進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；

2.2 通過串口讀取測量到的電壓值；

2.3 數(shù)碼管顯示測量到的電壓值；

2.4 可測多個量程的電壓。

3. 硬件設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)思想

該系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)思路如下：首先，通過ADC0832對外部電壓進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后通過時鐘線、數(shù)據(jù)線和控制使能線與單片機(jī)相連。而后，單片機(jī)通過八根數(shù)據(jù)線與四個控制線與四位數(shù)碼管進(jìn)行連接，用于顯示測量到的電壓。另外，單片機(jī)通過TX給外部發(fā)送數(shù)據(jù)，PC端可以通過USB-TTL模塊直接接收到電壓值。最后，關(guān)于多量程設(shè)計(jì)，量程方面我采用了電阻分壓方式，這樣就可以實(shí)現(xiàn)大量程的測量，量程選擇方面我使用了開關(guān)與繼電器實(shí)現(xiàn)。

3.2主要元器件介紹

3.2.1 ADC0832

ADC0832 是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片。芯片引腳圖如圖1所示。其引腳分別為CS（片選使能）、CH0（模擬輸入通道0）、CH0（模擬輸入通道1）、GND（供電及參考電壓低電位）、DI（數(shù)據(jù)信號輸入）、DO（數(shù)據(jù)信號輸出）、CLK（時鐘信號輸入）以及VCC/VREF（電源及參考電壓輸入）其時序邏輯圖如圖2所示。由圖2可知一般情況下ADC0832與單片機(jī)連接應(yīng)使用四根控制信號線，分別為CS、DO、DI和CLK。但由圖2可知DO與DI其中一個作用時，另一個則不作用，因此在進(jìn)行硬件電路設(shè)計(jì)時可以將DO和DI連接在同一個I/O口上。

ADC0832為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256級，可以適應(yīng)一般的模擬量（低精度）轉(zhuǎn)換要求。

圖1

圖2

3.3.2 STC89C52RC

STC89C52RC 單片機(jī)是宏晶科技推出的超強(qiáng)抗干擾、高速、低功耗單片機(jī),指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)。其最高頻率時鐘為80 MHz, Flash 存儲器為8KB, RAM為512 bit,E2PROM為2KB,可反復(fù)擦寫編程。工作溫度為-40℃～+85℃, 內(nèi)置看門狗電路,內(nèi)部電源供電系統(tǒng)、時鐘電路和復(fù)位電路都經(jīng)過特殊處理�！�6 時鐘/機(jī)器周期”和“12 時鐘/機(jī)器周期”可在ISP編程時反復(fù)設(shè)置。其DPIP封裝引腳圖如圖3所示。實(shí)物圖如圖4所示。

                                                        圖3                                                                                                                              圖4

3.2.3 四位共陽極數(shù)碼管

圖5所示即為該系統(tǒng)所采用的共陽極數(shù)碼管。該數(shù)碼管共有12個引腳，其中8個為數(shù)據(jù)引腳，4個為控制引腳。數(shù)據(jù)引腳作用為向數(shù)碼管輸入要顯示的數(shù)據(jù)，控制引腳作用為分別控制四個數(shù)碼的亮和滅。圖6所示及為其內(nèi)部電路圖。

圖5

圖6

3.3 原理圖及功能電路介紹

整體原理圖如圖7所示。該電路可以分為三個部分，分別為：模數(shù)轉(zhuǎn)換部分、顯示部分和數(shù)據(jù)處理部分。

圖7

3.3.1 顯示部分

圖8

圖8所示即為顯示部分電路圖。該部分實(shí)現(xiàn)的功能是顯示測量到的樹值。數(shù)碼管的八個的數(shù)據(jù)引腳引出接到單片機(jī)的P0上，用于接受顯示數(shù)據(jù)。四個控制引腳分別接在四個PNP管的集電極上，然后PNP管的基極連接單片機(jī)的四個I/O口，發(fā)射極接VCC。這里控制引腳不直接接單片機(jī)上的原因是：單片機(jī)I/O無法提供大電流，不能作為共陽極數(shù)碼管的控制信號，因此需要接三極管方大電流。

3.2.2模數(shù)轉(zhuǎn)換部分

圖9

圖9所示即為模數(shù)轉(zhuǎn)換部分電路圖。該部分的主要作用是測量電壓值并以數(shù)字量傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中。該部分可以分為兩個子部分，分別為測量部分和量程控制部分。測量部分由ADC0832組成，它通過三根線將CS、CLK、DO與DI與單片機(jī)相連。另外，其CH0接到量程控制部分讀取電壓。量程控制部分主要由繼電器、開關(guān)和電阻組成。開關(guān)連接一個I/O口和繼電器。繼電器選擇接入CH0的信號，當(dāng)為導(dǎo)通時，量程為0~5V，外部無其他電路，當(dāng)為不導(dǎo)通時，量程為0~50V，外部接一個電阻分壓電路。

3.2.3 數(shù)據(jù)處理部分

中央數(shù)據(jù)處理部分由89C52RC構(gòu)成。該部分將上述兩部分整合并控制。MCU的P0口接數(shù)碼管的數(shù)據(jù)線；P1.0~P1.3接數(shù)碼管控制部分（三極管的基極）；P1.4接量程控制部分的開關(guān)，作用是讀取當(dāng)前量程選擇情況；P2.0~P2.2分別接ADC0832的CS、CLK和DO/DI；TX接外部通信設(shè)備，接受當(dāng)前的電壓測量值。

4. 軟件設(shè)計(jì)

4.1 設(shè)計(jì)思想

單片機(jī)啟動后，先初始化串口，并定義緩存變量，然后進(jìn)行while死循環(huán)。在死循環(huán)中，先調(diào)用AD轉(zhuǎn)換函數(shù)讀一次“電壓值”，但這時得到的并不是真正的電壓值，所以需要進(jìn)行精度修正，將范圍0~255的范圍修正為0~500。再判斷當(dāng)前量程選擇情況，根據(jù)它來判斷顯示與串口數(shù)據(jù)的小數(shù)點(diǎn)位置，最后將數(shù)據(jù)顯示并通過串口發(fā)送。

4.2軟件流程圖

圖10



5. 調(diào)試運(yùn)行

5.1 小量程測量結(jié)果

圖11為小量程電壓的仿真測量結(jié)果。左下方電壓表為ADC0832輸入的電壓，為4.32V。而圖中數(shù)碼管讀到的值為4.33V，串口發(fā)送的數(shù)據(jù)也為4.33V。因此，可以得出結(jié)論，在小量程的仿真測試中，電壓測量誤差非常小，可忽略不計(jì)。

圖11

5.1大量程測量結(jié)果

圖12為大量程電壓的仿真測量結(jié)果。左下方第一個電壓表為ADC0832輸入的電壓，為4.52V，第二個電壓表為所測激勵源的電壓，為45.2。而圖中數(shù)碼管讀到的值為45.2V，串口發(fā)送的數(shù)據(jù)也為45.2V。因此，可以得出結(jié)論，在大量程的仿真測試中，電壓測量誤差幾乎沒有。

圖12

6.設(shè)計(jì)心得體會

通過此次設(shè)計(jì),讓我們對所學(xué)的51單片機(jī)更加熟悉了解,對理論學(xué)習(xí)時沒有掌握牢固的一些知識以及一些在學(xué)習(xí)中存在的漏洞進(jìn)行學(xué)習(xí)并加以彌補(bǔ)。在學(xué)習(xí)上光有理論知識那只是“紙上談兵”，還需實(shí)際動手去實(shí)踐。真正把所學(xué)的用到日常生活中，理論聯(lián)系實(shí)際，做出實(shí)物模型。這次單片機(jī)設(shè)計(jì)，我設(shè)計(jì)的是多量程電壓表設(shè)計(jì)，通過這次設(shè)計(jì)我感覺到要想做成功，必須花時間多做準(zhǔn)備，查閱大量資料，每個過程都很繁瑣，都要認(rèn)真地分析每一步每一個模塊要實(shí)現(xiàn)大的功能，然后分步進(jìn)行編寫調(diào)試，最后整合成在一起。另外，通過本次設(shè)計(jì)，我也學(xué)會了熟練使用proteus進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)。

在這次設(shè)計(jì)，我們知道了基于單片機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，需要從兩個方面入手：一是軟件的實(shí)現(xiàn)即程序的編寫，二是硬件電路的實(shí)現(xiàn)。因此在這次的單片機(jī)設(shè)計(jì)中，我不僅鞏固了我所學(xué)的單片機(jī)知識，而且也提高了我的硬件設(shè)計(jì)水平和動手能力，使得我的實(shí)踐能力進(jìn)一步增強(qiáng)。

參考書目：
[1] 肖金球. 單片機(jī)原理與接口技術(shù).[M].北京:清華大學(xué)出版社,2004.12
[2] 郭天祥. 新概念51單片機(jī)C語言教程: 入門、提高、開發(fā)、拓展全攻略[M]. 電子工業(yè)出版社, 2009.
[3] 康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ). 模擬部分[M]. 高等教育出版社, 1999.

單片機(jī)源程序如下:
  1. /***************** 多量程電壓表*********************/
  2. /******** 作者：孫瑋 學(xué)號：14200106214**************/
  3. /*系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)功能：通過ADC0832將讀取到的模擬量轉(zhuǎn)化*/
  4. /*為數(shù)字量，并通過單片機(jī)進(jìn)行讀取然后顯示在數(shù)碼管上**/
  5. /*并且可以通過串行口讀取到所測量的電壓值。此外，該**/
  6. /*電路通過電阻分壓可以實(shí)現(xiàn)多個量程的測量************/

  8. #include <reg52.h>                  //52系列單片機(jī)頭文件定義
  9. #include <stdio.h>                  //C語言頭文件定義

  11. //***************************
  12. //*******引腳定義************
  13. //***************************
  14. //ADC0832控制口定義
  15. sbit    CS =P2^0;                   //CS：片選使能信號輸出端
  16. sbit    CLK=P2^1;                   //CLK：時鐘信號輸出端
  17. sbit    DIO=P2^2;                   //DI/DO信號輸出端（由于D0與D1在通信時不會同時有效，所以共用一個IO口）

  19. //數(shù)碼管控制引腳定義（數(shù)據(jù)引腳共8個，使用P0）
  20. sbit    S_1=P1^0;                   //第一個數(shù)碼管陽極控制端
  21. sbit    S_2=P1^1;                   //第二個數(shù)碼管陽極控制端
  22. sbit    S_3=P1^2;                   //第三個數(shù)碼管陽極控制端
  23. sbit    S_4=P1^3;                   //第四個數(shù)碼管陽極控制端

  25. //量程與繼電器控制引腳定義
  26. sbit    KEY=P1^4;                   //用于量程的選擇以及繼電器的控制

  28. //***************************
  29. //*******常量定義************
  30. //***************************
  31. unsigned int table[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};
  32.                                     //0~9在共陽數(shù)碼管中所對應(yīng)的十六進(jìn)制值
  33. //***************************
  34. //*******延時1000us**********
  35. //***************************
  36. void delay_1000us()                 //簡單延時函數(shù),約延時1000us
  37. {               
  38.         unsigned char i=1000;
  39.         while(i--);
  40. }

  42. //***************************
  43. //*******ADC0832讀取程序*****
  44. //***************************
  45. unsigned int ADC0832()              //此處編程參考ADC0832英文手冊
  46. {   
  47.     unsigned int i,buff;            //緩存數(shù)據(jù)定義
  48.                                     //一個讀取周期開始
  49.     CS=1;                           //CS置一，轉(zhuǎn)換開始
  50.     CLK=0;                          //為第一個時鐘信號做準(zhǔn)備
  51.     CS=0;                           //芯片使能
  52.     DIO=1;                          //給發(fā)送DI發(fā)送起始電平
  53.     CLK=1;                          //第一個時鐘開始
  54.     CLK=0;                          //第一個時鐘結(jié)束
  55.     DIO=1;                          //給DI發(fā)送高電平，選擇單通道模式
  56.     CLK=1;                          //第二個時鐘開始
  57.     CLK=0;                          //第二個時鐘結(jié)束
  58.     DIO=0;                          //給DI發(fā)送低電平，選擇通道0
  59.     CLK=1;                          //第三個時鐘開始
  60.     CLK=0;                          //第三個時鐘結(jié)束
  61.     DIO=1;                          //DO置一，準(zhǔn)備讀取數(shù)據(jù)
  62.     for(i=0;i<8;i++)                //讀取八位數(shù)據(jù),由高到低讀取
  63.     {
  64.         CLK=1;                      //時鐘信號拉高
  65.         CLK=0;                      //下降沿有效，進(jìn)行讀取數(shù)據(jù)
  66.         buff<<=1;                   //將下面儲存的低位數(shù)據(jù)向右移
  67.             buff|=DIO;                  //將輸出數(shù)據(jù)DIO通過或運(yùn)算儲存在buff最低位
  68.     }
  69.     CS=1;                           //測量完畢，將CS拉高，片選無效
  70.     return buff;
  71. }

  73. //***************************
  74. //*******串口初始化程序******
  75. //***************************
  76. void UartInit(void)                            //串行口初始化
  77. {
  78.         SCON=0x50;                                //8位數(shù)據(jù),可變波特率  
  79.         TMOD=0x20;                                //設(shè)定定時器1為16位自動重裝方式
  80.         TL1=0xFD;                                //設(shè)定定時初值
  81.         TH1=0xFD;                                //設(shè)定定時初值
  82.         ET1=0;                                    //禁止定時器1中斷
  83.         TR1=1;                                    //啟動定時器1
  84. }

  86. //***************************
  87. //*******主程序**************
  88. //***************************
  89. void main()
  90. {
  91.     unsigned int buff,ge,shi,bai;   //緩存數(shù)據(jù)定義
  92.     UartInit();                     //串口初始化   
  93.     while(1)                        //死循環(huán)
  94.     {                               //主函數(shù)程序開始
  95.         buff=ADC0832()*100;         //讀取AD的值，并進(jìn)行修正
  96.         buff=buff/51;               //精度修正，轉(zhuǎn)換為000~500范圍
  97.         bai=buff/100;               //保存buff的百位
  98.         shi=(buff%100)/10;          //保存buff的十位
  99.         ge=buff%10;                 //保存buff的個位
  100.                                     //數(shù)碼管顯示程序
  101.         if(KEY==1)                  //如果KEY為1，量程設(shè)為0~5V
  102.         {
  103.         S_1=0;                      //選通第一位數(shù)碼管，顯示第一位數(shù)
  104.         P0=table[0];                //P0口輸出8位數(shù)據(jù)
  105.         delay_1000us();             //短暫延時
  106.         P0=0xff;                    //數(shù)碼管消隱
  107.         S_1=1;                      //關(guān)閉第一位數(shù)碼管

  109.         S_2=0;                      //選通第二位數(shù)碼管，顯示第二位數(shù)
  110.         P0=table[bai]&0x7f;         //P0口輸出8位數(shù)據(jù)，因?yàn)榱砍虨闉?~5V，所以第一位后顯示小數(shù)點(diǎn)
  111.         delay_1000us();             //短暫延時
  112.         P0=0xff;                    //數(shù)碼管消隱
  113.         S_2=1;                      //關(guān)閉第二位數(shù)碼管

  115.         S_3=0;                      //選通第三位數(shù)碼管，顯示第三位數(shù)
  116.         P0=table[shi];              //P0口輸出8位數(shù)據(jù)
  117.         delay_1000us();             //短暫延時
  118.         P0=0xff;                    //數(shù)碼管消隱
  119.         S_3=1;                      //關(guān)閉第三位數(shù)碼管

  121.         S_4=0;                      //選通第四位數(shù)碼管，顯示第四位數(shù)
  122.         P0=table[ge];               //P0口輸出8位數(shù)據(jù)
  123.         delay_1000us();             //短暫延時
  124.         P0=0xff;                    //數(shù)碼管消隱
  125.         S_4=1;                      //關(guān)閉第四位數(shù)碼管
  126.                                     //串口發(fā)送程序
  127.         TI=1;                       //TI置一，開始發(fā)送數(shù)據(jù)     
  128.         printf("%d.%d%d\n",bai,shi,ge);        
  129.                                     //將buff/100后發(fā)出
  130.         while(!TI);                 //直到數(shù)據(jù)發(fā)送完畢
  131.         TI=0;                       //數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，TI置〇
  132.         }
  133.         else                        //如果KEY為1，量程設(shè)為0~50V
  134.         {
  135.         S_1=0;                      //選通第一位數(shù)碼管，顯示第一位數(shù)
  136.         P0=table[0];                //P0口輸出8位數(shù)據(jù)
  137.         delay_1000us();             //短暫延時
  138.         P0=0xff;                    //數(shù)碼管消隱
  139.         S_1=1;                      //關(guān)閉第一位數(shù)碼管

  141.         S_2=0;                      //選通第二位數(shù)碼管，顯示第二位數(shù)
  142.         P0=table[bai];              //P0口輸出8位數(shù)據(jù)
  143.         delay_1000us();             //短暫延時
  144.         P0=0xff;                    //數(shù)碼管消隱
  145.         S_2=1;                      //關(guān)閉第二位數(shù)碼管

  147.         S_3=0;                      //選通第三位數(shù)碼管，顯示第三位數(shù)
  148.         P0=table[shi]&0x7f;         //P0口輸出8位數(shù)據(jù)，因?yàn)榱砍虨闉?~50V，所以第二位后顯示小數(shù)點(diǎn)
  149.         delay_1000us();             //短暫延時
  150.         P0=0xff;                    //數(shù)碼管消隱
  151.         S_3=1;                      //關(guān)閉第三位數(shù)碼管

  153.         S_4=0;                      //選通第四位數(shù)碼管，顯示第四位數(shù)
  154.         P0=table[ge];               //P0口輸出8位數(shù)據(jù)
  155.         delay_1000us();             //短暫延時
  156.         P0=0xff;                    //數(shù)碼管消隱
  157.         S_4=1;                      //關(guān)閉第四位數(shù)碼管
  158.                                     //串口發(fā)送程序
  159. ……………………

  161. …………限于本文篇幅 余下代碼請從51黑下載附件…………
復(fù)制代碼

資料51hei附件下載:
仿真程序文檔.7z (1.18 MB, 下載次數(shù): 196)

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ID:314651 發(fā)表于 2018-9-13 20:38 | 顯示全部樓層
666，很強(qiáng)。
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ID:272434 發(fā)表于 2019-1-7 15:35 | 顯示全部樓層
好好學(xué)習(xí)一下
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ID:452539 發(fā)表于 2019-1-8 12:23 | 顯示全部樓層
好好學(xué)習(xí)，天天向上。謝謝樓主提供
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ID:754272 發(fā)表于 2020-5-17 20:33 | 顯示全部樓層
很厲害
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ID:574346 發(fā)表于 2020-6-8 22:59 | 顯示全部樓層
這個串口是怎么弄的，我怎么點(diǎn)不開
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ID:1024802 發(fā)表于 2022-5-8 16:07 | 顯示全部樓層
是因?yàn)槲业陌姹咎狭藛�？我的庫里好多東西找不到
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ID:262 發(fā)表于 2022-5-8 19:14 | 顯示全部樓層
liu188 發(fā)表于 2022-5-8 16:07
是因?yàn)槲业陌姹咎狭藛�？我的庫里好多東西找不到

用Proteus8.8即可 你看
51hei.gif
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ID:1142899 發(fā)表于 2025-1-11 18:33 | 顯示全部樓層

好好學(xué)習(xí)一下!
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