单片机课程设计(直流数字电压表)

简易数字电压表测量电路由 A/D 转换、数据处理及显示控制等组成，A/D 转换由 集成电路 ADC0809 完成。ADC0809 具有 8 路模拟输入端口，地址线(第 23-25 脚) 可决定对哪一路模拟输入作 A/D 转换。第 22 脚位地址锁存控制，当输入为高电 平时，对地址信号进行锁存。第 6 脚位测试控制，当输入一个 2μｓ宽高电平脉 冲时，就开始 A/D 转换。第 7 脚为 A/D 转换结束标志，当 A/D 转换结束时，第 7 脚输出高电平。第 9 脚为 A/D 转换数据输出允许控制，当 OE 脚为高电平时，A/D 转换数据从端口输出。第 10 脚为 ADC0809 的时钟输入端，利用单片机第 30 脚嘚 分频晶振频率，再通过 14024 二分频得到 1MHz 时钟，单片机的 P1、P3.0-P3.3 端口作为 4 位 LED 数码管显示控制，P3.5 端口用作单路显示/循环显示转换按钮。 P3.6 端口用作单路显示时选择显示的通道。P0 端口用作 A/D 转换数据读入，P2 端口用作 ADC0809 的 A/D 转换控制。这里主要是利用 ADC0809 模数串口芯片， ADC0809 芯片的基准电压脚外接电压为 5V，则最大可以测得的电压为 5V，ADC0809 芯片的模拟输入脚通过电位器接 5V 电压，进行模拟采样，通过调整电位器的值 改变模拟量。输入的模拟量经过 ADC0809 芯片的内部 8 位开关电容逐次逼近 A/D 转换器，转换成 8 为二进制数，其最小的分辨率为 0.0196（VREF=0.0196V)，D 为转化的数字量，再通过 可以求得模拟电压，最后通过 LED 就可将所测得电压 显示出来。
示电源电路正常工作，其电源电路如图所示：
J1
3 2 1
POWER 4
3
1
D1 2
B R IDGE1
GND
U5 7 80 5
VCC
1
VIN
VOUT
3
C8
1 O4 R14 2K
2
C4
C6
1 04
4 70 UF/2 5 V
C5
1 04 C7
4 70 UF/1 6 V D2 LED
3.2 A/D 转换电路 A/D 转换器是模拟量输入通道中的一个环节，单片机通过 A/D 转换器把输入模拟 量变成数字量再处理。随着大规模集成电路的发展，目前不同厂家已经生产出了 多种型号的 A/D 转换器，以满足不同应用场合的需要。如果按照工作原理划分， ADC 主要有 4 种类型，即双积分式 A/D 转换器、逐次逼近式 A/D 转换器和并行式 A/D 转换器和计数比较式 A/D 转换器。目前最常用的是双积分和逐次逼近式。
表 3.2 ADC0809 通道选择表
C(ADDC) 0 0 0 0 1 1 1 1
B(ADDB) 0 0 1 1 0 0 1 1
A(ADDA) 0 1 0 1 0 1 0 1
选择的通道 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7
各引脚功能如下：
1)IN7～IN0——模拟量输入通道。ADC0809 对输入模拟量的要求主要有：信 号单极性，电压范围 0～5V，若信号过小，还需进行放大。另外，模拟量输入在 A/D 转换的过程中，其值应保持不变，因此，对变化速度快的模拟输入量，在输 入前应增加采样保持电路。
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3.3 接口电路的设计
接口电路是 ADC0809 输出的 BCD 码转换为七段译码输出，主要有时钟电路、复位 电路和单片机芯片组成。
C1
VCC
2 0PF
19
Y1
XTAL
+ C2
C3
18
2 2UF
2 0PF
9
R1
1K
29
A1 30
31
P0
R6 5 10
1
P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7
R7 5 10 R85 10 R95 10 R1 0 5 10 R1 1 5 10 R1 2 5 10 R1 3 5 10
1.2 设计目的
通过制作简易数字电压表，加深对所学专业知识的认识，提高分析、解决工程实 际问题的能力，提高对单片机的应用能力，提高收集文献、资料的能力，从而达 到综合运用所学的专业知识进行电子产品设计、制作与调试的能力。
1.3 设计要求
电路通电或按复位键时，通过改变电位器的阻值改变模拟输入电压，不断的将模 拟电压转换成数字量，通过 LED 显示出所测得的模拟电压。在测试中测试的电压 值必须和实际的电压值不超过 0.5V 的电压。在改变电压时，能够准确的侧量出 电压的变化值。
2)A、B、C——地址线。A 为低位地址，C 为高位地址，用于对 8 路模拟通 道进行选择。
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3)ALE——地址锁存允许信号。由低至高电平正跳变将通道地址锁存至地址 锁存器中。
4)START——启动转换信号。START 上跳沿时所有内部寄存器清 0；START 下跳沿时，开始进行 A/D 转换。在 A/D 转换期间，START 应保持低电平。
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二、系统总体方案设计
2.1 系统组成
本系统采用STC89C52单片机作为控制核心，对8路8位模数转换芯片ADC0809 采集到的模拟电压信号进行分析处理，实现A/D转换，通过数码管显示其数字电 压值。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。
2.2 系统工作原理
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以相互替换。
ADC0809 的内部结构包括 8 路模拟选通开关、通道地址锁存器与译码器、8 位 A/D 转换器和三态输出锁存器。多路开关接 8 路模拟量输入，可对 8 路 0～5V 的输入模拟电压信号分时进行转换,输出具有 TTL 三态锁存器,可直接连到单片 机数据总线上。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 3.2 所示。
8)EOC——转换结束状态信号。EOC＝0，正在进行转换；EOC=1，转换结束。 该状态信号既可作为查询的状态标志，又可以作为中断请求信号使用。
9)VCC——+5V 电源。
10)REF(+)、REF(-)——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 REF(+)=+5V，REF(-)=0V。
5)D7～D0——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。
6)OE——输出允许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机上输出转换得 到的数据。OE=0，输出数据线呈高电阻态；OE=1，输出转换得到的数据。
7)CLOCK——时钟信号。ADC0809 内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界 提供，要求频率范围 10kHz～1.2MHz。通常使用频率为 500 kHz 的时钟信号。
三、系统硬件设计
3.1 电源部分
电路主要是要求能提供稳定可靠的电压，使整个系统能正常的工作。采用
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220V 的工频交流电压，而单片机的工作电压是直流+5V，为此，先通过一个普通
的变压器降低电压，再通过桥式整流，然后再通过 7805 芯片的进一步稳压，确
保+5V 电源的稳定、可靠。而且 7805 集成稳压器是常用的固定输出+5V 电压的集
成稳压器。它的内部含有限流保护、过热保护和过压保护电路，采用了噪声低、
温度漂移小的基准电压源，工作稳定可靠。1 脚为输入端，2 脚为接地端，3 脚
为输出端，使用十分方便，可以在任何有交流电压的地方使用，不需另带电池。
通过整流滤波以后输出直流电压，为了确保整个电路能正常工作，考虑到不接负
载或电源电压有波动时电容能承受的耐压，必须加电容。发光二极管 D2 点亮表
ADC0809 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。
南京信息工程大学
单片机原理课程设计报告
设计题目：
直流数字电压表设计
专业班级：
测控技术与仪器
学生姓名： 倪阳
肖照飞
学生学号： 20112341905 20112341910
指导老师：
葛化敏
成 绩：
二○一四年 六 月 二十 日
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一、设计任务、目的与要求
1.1 设计任务
利用单片机 AT89S52 和 ADC0809 设计一个数字电压表，能够测量 0-5V 之间的直 流电压值，四位数码管显示，要求使用的元器件数目尽量少。本电路主要采用 AT89S51 芯片和 ADC0809 芯片来完成一个简易的数字电压表，能够对输入的 0～ 5 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。 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 ADC0809 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 AT89S51 来完成，其 负责把 ADC0809 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 ADC0809 芯片的工作。
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3.3.2 复位电路部分 AT89S51 的复位电路如图所示。当单片机一上电，立即复位。电容 C 和电阻 R1 实现上电自动复位。复位也是使单片机退出低功耗工作方式而进入正常状态的一 种操作。
3.4 显示电路的设计 本次设计中有显示模块，而常用的显示器件比较多，有数码管，LED 点阵，1602 液晶，12864 液晶等。数码管是最常用的一种显示器件，它是由几个发光二极管 组成的 8 字段显示器件，其特点是价格非常的便宜，使用也非常的方便，显示效 果非常的清楚。小电流下可以驱动每光，发光响应时间极短，体积小，重量轻， 抗冲击性能好，寿命长。但数码管只能是显示 0——9 的数据。不能够显示字符。 这也是数码管的不足之处。LED 点阵显示器件是由好多个发光二极管组成的。具