单片机课程设计 数字电压表

一目的和意义 (2)

二任务和要求 (2)

1、设计任务 (2)

2、设计要求 (2)

三设计思路 (2)

四、系统结构框图与工作原理 (2)

1、系统结构框图 (2)

2、工作原理 (3)

五、硬件介绍 (3)

1、单片机系统 (3)

2、ADC0808主要特性 (5)

ADC0808的外部引脚特征： (5)

3、ADC0808的内部结构及工作流程 (7)

六、复位电路和时钟电路 (8)

1、复位电路设计 (8)

2、时钟电路设计 (8)

七LED显示系统设计 (9)

1、 LED基本结构 (9)

2、LED显示器的选择 (9)

3、 LED译码方式 (9)

4、LED显示器与单片机接口间的设计 (10)

八、A/D转换电路和测量电路的设计 (11)

九、程序设计 (12)

1、程序设计总方案 (12)

2、系统子程序设计 (12)

十、使用说明与调试结果 (14)

十一、总结 (15)

参考文献 (16)

附一系统原理图 (17)

附二程序清单 (18)

一目的和意义

《单片机原理与接口技术》课程设计是在完成《单片机原理及其接口技术》的理论教学之后安排的一个实践教学环节。《单片机原理与接口技术》课程设计是学习单片机理论的重要实践环节。在单片机课程基础上，通过本课程设计的学习使学生增进对单片机的感性认识，加深对单片机理论方面的理解；使学生了解和掌握单片机应用系统软件的软硬件设计工程、方法及实现，强化单片机应用电路的设计与分析能力。提高学生在单片机应用方面的实践技能和科学作风，培养学生综合运用理论知识解决问题的能力。

二任务和要求

1、设计任务

基于MCS-51系列单片机AT89C51，设计一个能测量0~5V直流电压的数字电压表

2、设计要求

(1）选用A/D转换器ADC0808，测定0——+5V范围内的直流电压值。

（2）采集的数据送四位数码管实时显示。

（3）实现多路电压循环测量和循环显示。

三设计思路

1、根据设计要求，选择AT89C51单片机为核心控制器件。

2、A/D转换采用ADC0808实现，与单片机的接口为P0口和P2口。

3、电压显示采用4位一体的LED数码显示器，当前测量通道显示用一位LED数码显示器。

4、直接由单片机的P1、P2口驱动LED数码管。

四、系统结构框图与工作原理

1、系统结构框图

硬件电路设计由6个部分组成; A/D转换电路，AT89C51单片机系统，LED显示系统、时钟电路、复位电路以及测量电压输入电路。硬件电路设计框图如图4-1所示。

图4-1 数字电压表系统硬件设计结构框图

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OE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0.00V-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。

五、硬件介绍

1、单片机系统

AT89C51提供以下标准功能：4KB的Flash闪速存储器，128B内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内震荡器及时钟电路，同时，AT89C51可降至0Hz静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作，掉电方式保存RAM中的内容，但震荡器停止工作并禁止其他所有工作直到下一个硬件复位。AT89C51采用PDIP封装形式，引脚配置如图5-1所示。

图5-1 AT89C51的引脚图

AT89C51芯片的各引脚功能为：

P0口：这组引脚共有8条，P0.0为最低位。这8个引脚有两种不同的功能，分别适用于不同的情况，第一种情况是89C51不带外存储器，P0口可以为通用I/O口使用，P0.0-P0.7用于传送CPU的输入/输出数据，这时输出数据可以得到锁存，不需要外接专用锁存器，输入数据可以得到缓冲，增加了数据输入的可靠性；第二种情况是89C51带片外存储器，P0.0-P0.7在CPU访问片外存储器时先传送片外存储器的低8位地址，然后传送CPU对片外存储器的读/写数据。P0口为开漏输出，在作为通用I/O使用时，需要在外部用电阻上拉。

P1口：这8个引脚和P0口的8个引脚类似，P1.7为最高位，P1.0为最低位，当P1口作为通用I/O口使用时，P1.0-P1.7的功能和P0口的第一功能相同，也用于传送用户的输入和输出数据。

P2口：这组引脚的第一功能与上述两组引脚的第一功能相同即它可以作为通用I/O口使用，它的第一功能和P0口引脚的第二功能相配合，用于输出片外存储器的高8位地址，共同选中片外存储器单元，但并不是像P0口那样传送存储器的读/写数据。

P3口：这组引脚的第一功能和其余三个端口的第一功能相同，第二功能为控制功能，每个引脚并不完全相同，如下表5-1所示：

Vcc为+5V电源线，Vss接地。

ALE：地址锁存允许线，配合P0口的第二功能使用，在访问外部存储器时，89C51的CPU在P0.0-P0.7引脚线去传送随后而来的片外存储器读/写数据。在不访问片外存储器时，89C51自动在ALE线上输出频率为1/6震荡器频率的脉冲序列。该脉冲序列可以作为外部时钟源或定时脉冲使用。

/EA:片外存储器访问选择线，可以控制89C51使用片内ROM或使用片外ROM,

若/EA=1，则允许使用片内ROM, 若/EA=0，则只使用片外ROM。

/PSEN：片外ROM的选通线，在访问片外ROM时，89C51自动在/PSEN线上产生一个负脉冲，作为片外ROM 芯片的读选通信号。

RST：复位线，可以使89C51处于复位(即初始化)工作状态。通常89C51复位有自动上电复位和人工按键复位两种。

XTAL1和XTAL2：片内震荡电路输入线，这两个端子用来外接石英晶体和微调电容，即用来连接89C51片内OSC(震荡器)的定时反馈回路。

2、ADC0808主要特性

ADC0808是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，带有使能控制端，与微机直接接口，片内带有锁存功能的8路模拟多路开关，可以对8路0-5V输入模拟电压信号分时进行转换，由于ADC0808设计时考虑到若干种模/数变换技术的长处，所以该芯片非常适应于过程控制，微控制器输入通道的接口电路，智能仪器和机床控制等领域。

ADC0808主要特性：8路8位A/D转换器，即分辨率8位；具有锁存控制的8路模拟开关；易与各种微控制器接口；可锁存三态输出，输出与TTL兼容；转换时间：128μs；转换精度：0.2%；单个+5V电源供电；模拟输入电压范围0-5V，无需外部零点和满度调整；低功耗，约15mW。

ADC0808的外部引脚特征：

ADC0808芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，其引脚图如图5-2所示。