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单片机课程设计-数字电压表.doc
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单片机技术
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用 软件仿真设计的电路如图 所示。
为 输入输出脚,称为 口。
是一个 位漏极开路型双向 口。内部不带上拉电阻,当外接上拉电阻时 ,
口能以吸收电流的方式驱动八个 负载电路。通常在使用时外接上拉电
阻,用来驱动多个数码管。 在访问外部程序和外部数据存储器时, 口是分时转
换的地址低 位数据总线,不需要外接上拉电阻。
图 !" 芯片模型
!~!# 位数据输入线;
$! 数码管模型如图 所示。
1 引言
随着微电子技术的不断开展,微处理器芯片的集成程度越来越高,单片机
已可以在一块芯片上同时集成 "%、存储器、定时器/计数电路,这就很容易
将计算机技术与测量控制技术结合,组成智能化测量控制系统。
数字电压表〔!&'()(*〕简称 !)+,它是采用数字化测量技术,把
连续的模拟量〔直流输入电压〕转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的
仪表。与此同时,由 !)+ 扩展而成的各种通用及专用数字仪器仪表,也把电
量及非电量测量技术提高到崭新水平。本章重点介绍单片机 !转换器以及由
它们构成的基于单片机的数字电压表的工作原目前,由各种单片 !转换器构
成的数字电压表,已被广泛用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测试
系统等智能化测量领域,示出强大的生命力理。
本设计 " 单片机的一种电压测量电路,该电路采用 !" 一种基
于 ! 转换电路,测量范围直流~)的 路输入电压值,并在四位 $! 数码
管上显示或单路选择显示。测量最小分辨率为 ),测量误差约为正负
)。
2 设计原理及要求
此次设计思路是利用单片机 " 与 !" 设计一个数字电压表,
测量 -) 之间的直流电压值,然后通过四位数码显示,为了设计简单化我使
用的元器件数目较少。
2.1 数字电压表的实现原理
!" 是 位的 ! 转换器。当输入电压为 ) 时,输出的数据值为
〔--.〕,因此最大分辨率为 〔〕。 !" 具有 路模拟量
输入端口,通过 位地址输入端能从 路中选择一路进行转换。如每隔一段时
间依次轮流改变 位地址输入端的地址,就能依次对 路输入电压进行测量。
$! 数码管显示采用软件译码动态显示。通过按键选择可对 路循环显示,也
可单路显示,单路显示可通过按键选择显示的通道数。
2.2 数字电压表的设计要求
可以测量 ~) 范围内的 路直流电压值。在 位 $! 数码管上轮流显示
各路电压值或单路选择显示,其中 位 $! 数码管显示电压值,显示范围为
)~), 位 $! 数码管显示路数, 路分别为 。要求测量的最小分辨
率为 )。
3 软件仿真电路设计
3.1 设计思路
多路数字电压表应用系统硬件电路由单片机、 ! 转换器、数码管显示电
路和按键处理电路组成,由于 !" 在进行 ! 转换时需要有 "/ 信号,
本 试 验 中 !" 的 "/ 直 接 由 外 部 电 源 提 供 为 0.1 的 方 波 。 由 于
!" 的参考电压 )2$-=)"",所以转换之后的数据要经过数据处理,在
数码管上显示出电压值。实际显示的电压值!3)2$- !" 采用逐次
逼近法转换,把模拟电压转换成 进制的 !,由于是对直流电压 ~) 进行采
集,所以 ! 对应的电压为 )4,我们的目的就是要把 ) 显示在 $! 显示器上,
因为单片机不好进行小数点计算,所以有:)53! 扩大了 倍,扩大 倍
后的结果高八位放存放器 6,低八位放存放器 ,分存放器 6 为 或不为 的
情况进行存取数据,得到的结果个位放入 2,十位放入 2,通过查表使之显
示在 $! 显示器。
3.2 仿真电路图
用 Protues 软件仿真设计的电路如图 3-1 所示。
IN3
IN2
IN1
IN0
P0
P1
P2
p3
WR
RD
RD
P3
P2
P1
P0
IN0
IN1
IN2
IN3
AD1
AD2
AD3
ALE
AD1
AD2
AD3
ALE
WR
XTAL2
18
XTAL1
19
ALE
30
EA
31
PSEN
29
RST
9
P0.0/AD0
39
P0.1/AD1
38
P0.2/AD2
37
P0.3/AD3
36
P0.4/AD4
35
P0.5/AD5
34
P0.6/AD6
33
P0.7/AD7
32
P1.0/T2
1
P1.1/T2EX
2
P1.2
3
P1.3
4
P1.4
5
P1.5
6
P1.6
7
P1.7
8
P3.0/RXD
10
P3.1/TXD
11
P3.2/INT0
12
P3.3/INT1
13
P3.4/T0
14
P3.7/RD
17
P3.6/WR
16
P3.5/T1
15
P2.7/A15
28
P2.0/A8
21
P2.1/A9
22
P2.2/A10
23
P2.3/A11
24
P2.4/A12
25
P2.5/A13
26
P2.6/A14
27
U1
AT89C52
NET=p5
D0
3
Q0
2
D1
4
Q1
5
D2
7
Q2
6
D3
8
Q3
9
D4
13
Q4
12
D5
14
Q5
15
D6
17
Q6
16
D7
18
Q7
19
OE
1
LE
11
U2
74LS373
OUT1
21
ADD B
24
ADD A
25
ADD C
23
VREF(+)
12
VREF(-)
16
IN3
1
IN4
2
IN5
3
IN6
4
IN7
5
START
6
OUT5
8
EOC
7
OE
9
CLOCK
10
OUT2
20
OUT7
14
OUT6
15
OUT8
17
OUT4
18
OUT3
19
IN2
28
IN1
27
IN0
26
ALE
22
U3
ADC0808
2
3
1
U4:A
74LS02
5
6
4
U4:B
74LS02
+5
+88.8
Volts
+88.8
Volts
+88.8
Volts
+88.8
Volts
+5
循环
单步
X1
C2
33P
C3
10u
R1
10K
C4
22u
67%
RV1
1k
23%
RV2
1k
28%
RV3
1k
87%
RV4
1k
U3(CLOCK)
图 3-1 仿真电路
3.3 设计过程
简易数字电压测量电路由 ! 转换、数据处理及显示控制等组成。电路原
理图见附录 。 ! 转换由集成电路 完成。 具有 路模拟输入端口,
地址脚可决定对哪路模拟输入作 ! 转换, 脚为地址锁存控制,当输
入为高电平时,对地址信号进行锁存。 脚为测试控制,当输入一个 宽高电
平脉冲时,就开始 ! 转换。 脚为 ! 转换结束标志,当 ! 转换结束时
脚输出高电平。 脚为 ! 转换数据输出允许控制,当 $ 脚为高电平时, !
转换数据从该端口输出。 脚为 的时钟输入端,由外部信号源提供。单片
机的 、 端口作为四位 $! 数码管现实控制。 端口用作单路显
示循环显示转换按钮, 端口用作单路显示时选择通道。 端口作 ! 转
换数据读入用, 端口用作 的 ! 转换控制。
3.4 AT89C51 的功能介绍
3.4.1 简单概述
" 是一种带 / 字节闪存可编程可擦除只读存储器〔-$2+7
-('8&'**'9(': $''9( 2': (;+*; 〕 的 低 电 压 、 高 性 能
"+ 位微处理器,俗称单片机。 " 是一种带 / 字节闪存可编程
可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除
次。该器件采用 +$ 高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的
+" 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 位 "% 和闪烁存储器组
合在单个芯片中, +$ 的 " 是一种高效微控制器, " 是
它的一种精简版本。 " 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活
性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图 所示。
图 3-2 AT89C51 芯片模型
3.4.2 主要功能特性
/ 字节可编程闪烁存储器。
个双向 口;< 位内部 2 +。
个 位可编程定时计数器中断,时钟频率 +.1。
可编程串行通道。
个中断源。
个读写中断口线。
低功耗的闲置和掉电模式。
片内振荡器和时钟电路。
3.4.3 AT89C51 的引脚介绍
" 单片机多采用 只引脚的双列直插封装!方式,下面分别简
单介绍。
电源引脚
电源引脚接入单片机的工作电源。
)== 引脚〕:>) 电源。
?@! 引脚:接地。
XTAL2
18
XTAL1
19
ALE
30
EA
31
PSEN
29
RST
9
P0.0/AD0
39
P0.1/AD1
38
P0.2/AD2
37
P0.3/AD3
36
P0.4/AD4
35
P0.5/AD5
34
P0.6/AD6
33
P0.7/AD7
32
P1.0
1
P1.1
2
P1.2
3
P1.3
4
P1.4
5
P1.5
6
P1.6
7
P1.7
8
P3.0/RXD
10
P3.1/TXD
11
P3.2/INT0
12
P3.3/INT1
13
P3.4/T0
14
P3.7/RD
17
P3.6/WR
16
P3.5/T1
15
P2.7/A15
28
P2.0/A8
21
P2.1/A9
22
P2.2/A10
23
P2.3/A11
24
P2.4/A12
25
P2.5/A13
26
P2.6/A14
27
U1
AT89C51
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