单片机设计 电压表传感器

目录

第1章课题的设计要求、目的、意义 1

1.1课题的设计要求： (1)

1.2课题的设计目的与意义： (1)

第2章系统总体方案选择与说明 2

2.1通道转换方案设计 (2)

2.2显示部分方案设计 (2)

第3章系统结构框图与工作原理 3

3.1系统结构框图 (3)

3.2工作原理 (4)

第4章各单元硬件设计说明及计算方法

5

4.1单片机的选择 (5)

4.2时钟电路与复位电路的设计 (6)

4.3LED显示电路设计与器件选择 (7)

4.4A/D转换电路和测量电路的设计 (9)

第5章软件设计与说明11

5.1系统软件设计（流程图） (11)

5.2程序设计 (12)

第6章使用说明与调试结果13

总结14

参考资料15

附录1 系统原理图16

附录2 程序清单17

第1章课题的设计要求、目的、意义

1.1课题的设计要求：

设计并制作用单片机控制一个数字式电压表。本电压表为多路模拟量输入，范围为0~5V，将采集的数据转换成工程量在LED 数码显示器上显示，测量最小分辨率为0.0196V，测量误差为±0.02V。

1.2课题的设计目的与意义：

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2章系统总体方案选择与说明

实现数字电压表的方案很多，目前广泛采用的时基于74系列逻辑器件，本设计将介绍基于单片机实现的方案。

2.1通道转换方案设计

方案一：考虑到ADC0808的8路模拟量输入本质上也是模拟开关，因此可以利用其8个模拟通道中的3个作为通道转换器，即根据通道对应的电压测量范围确定对应的电压方法倍数设计对应的放大电路。

方案二：利用手动开关实现通道转换。该方案可简化控制程序，消减系统开销。缩短反应时间，不足之处在于操作麻烦。

综上所述：方案二所需元件少、成本低且易于实现，则选此方案。

2.2显示部分方案设计

方案一：单片机的P0、P2口分别接74LS248和ULN2003A芯片来驱动四位数码管

方案二：直接用单片机的P1、P2口驱动数码管，此处把ADC0808的输出端接P1口，因为P1口能够驱动数码管。

综上所述，两个方案都可行，但方案二所需元件少、成本低，则选择此方案。

第3章系统结构框图与工作原理

3.1 系统结构框图

根据项目要求，确定该系统的设计方案，图3-1为该方案的硬件电路设计框图。由6个部分组成，即单片机、时钟电路、复位电路、LED显示电路、A/D转换器和测量电压输入电路。

图3-1 系统结构框图

3.2 工作原理

系统采用12M晶振产生脉冲做AT89C51的内部时钟信号，通过软件设置单片机的内部定时器T0产生中断信号。利用中断设置单片机的P2.4口取反产生脉冲做AT89C51的时钟信号。通过按键选择八路通道中的一路，将该路电压送入ADC0808相应通道，单片机软件设置ADC0808开始A/D转换，转换结束ADC0808的EOC端口产生高电平，同时将ADC0808的EO端口置为高电平，单片机将转换后结果存到片内RAM。系统调出显示子程序，将保存结果转化为0.00-5.00V分别保存在片内RAM;系统调出显示子程序，将转化后数据查表，输出到LED显示电路，将相应电压显示出来，程序进入下一个循环。

第4章各单元硬件设计说明及计算方法

根据设计要求与思路，确定该系统的设计方案。硬件电路由5个部分组成，即单片机时钟电路、复位电路、4位显示器电路、A/D 转换电路和键盘及测量电路。

4.1单片机的选择

系统设计使用MCS-51单片机8051芯片。8051芯片由以下部分组成：中央处理器、256单元的内部数据存储器、4KB的程序存储器、定时器/计数器、四个八位的I/O口，中断控制系统及时钟电路。图4.1所示为采用双列直插式封装的8051AH芯片管脚图。

图4.1 80C51芯片管脚图

4.2时钟电路与复位电路的设计

时钟电路是计算机最核心的部分，它控制着计算机的工作MCS-51单片机允许的时钟频率典型值为12MHZ。80C51单片机内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。反相放大器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2，分别是80C51的19脚和18脚。在XTAL1和XTAL2两端跨接石英晶体及两个电容就可以构成稳定的自激振荡器。石英晶振起振后要能在XTAL2线上输出一个3V左右的正弦波，使MCS-51片内的OCS电路按石英晶振相同频率自激震荡。通常，OCS的输出时钟频率fosc为0.5MHZ~16MHZ，典型值为12MHZ 电容器C1和C2通常取30pF左右，对震荡频率有微调作用。调节它们可以达到微调震荡周期fosc的目的。

单片机的RST管脚为主机提供一个外部复位信号输入端口。复位信号是高电平有效，高电平有效的持续时间应为2个机器周期以上。单片机的复位方式有上电自动复位和手工复位两种。图4-2所示是51系列单片机常用的上电复位电路，只要Vcc上升时间不超过1ms，它们都能很好地工作。复位以后，单片机内各部件恢复到初始状态。

电阻电容器件的参考值:R1=200Ω,R2=1KΩ,C3=22μF。RET按键可以选择专门的复位按键，也可以选择轻触开关。

电路图如图4-2所示。

图4-2 时钟电路与复位电路

4.3LED显示电路设计与器件选择

单片机应用系统中，通常都需要进行人机对话。这包括人对应用系统的状态干预与数据输入，以及应用系统向人们显示运行状态与运行结果。显示器、键盘电路就是用来完成人机对话活动的人机通道。

LED显示器的驱动是一个非常重要的问题，此设计不采用段驱动芯片和位驱动芯片，直接由单片机的P1，P2口驱动，实验证明

可行。