单片机课程设计(论文)-数字电压表设计.doc
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1、单片机/微机接口课程设计说明书目 录2.2 A/D转换模块22.3 单片机系统42.3.1 AT89C51各引脚功能42.4 LED显示系统设计52.4.1 LED基本结构52.4.2 LED显示器的选择62.4.3 LED译码方式62.4.4 LED显示器与单片机接口设计74.1 显示结果84.2 误差分析105.1 程序设计总方案115.2 系统子程序设计115.2.1 初始化程序115.2.2 A/D转换子程序115.2.3 显示子程序12181 设计任务与要求以MCS-51系列单片机为核心器件,组成一个简单的直流数字电压表。采用1路模拟量输入,能够测量0-5V之间的直流电压值。电压显示
2、用4位一体的LED数码管显示,至少能够显示两位小数。 尽量使用较少的元器件2 设计方案2.1 设计思路根据设计要求,选择AT89C51单片机为核心控制器件。A/D转换采用ADC0808实现,与单片机的接口为P1口和P2口的高四位引脚。电压显示采用4位一体的LED数码管。LED数码的段码输入,由并行端口P0产生:位码输入,用并行端口P2低四位产生2.2 A/D转换模块现实世界的物理量都是模拟量,能把模拟量转化成数字量的器件称为模/数转换器(A/D转换器),A/D转换器是单片机数据采集系统的关键接口电路,按照各种A/D芯片的转化原理可分为逐次逼近型,双重积分型等等。双积分式A/D转换器具有抗干扰能
3、力强、转换精度高、价格便宜等优点。与双积分相比,逐次逼近式A/D转换的转换速度更快,而且精度更高,比如ADC0809、ADC0808等,它们通常具有8路模拟选通开关及地址译码、锁存电路等,它们可以与单片机系统连接,将数字量送到单片机进行分析和显示。一个n位的逐次逼近型A/D转换器只需要比较n次,转换时间只取决于位数和时钟周期,逐次逼近型A/D转换器转换速度快,因而在实际中广泛使用。ADC0809芯片有28条引脚,采用双列直插式封装,其引脚图如图3所示。图3 ADC0809引脚图下面说明各个引脚功能:IN0-IN7(8条):8路模拟量输入线,用于输入和控制被转换的模拟电压。地址输入控制(4条):
4、ALE:地址锁存允许输入线,高电平有效,当ALE为高电平时,为地址输入线,用于选择IN0-IN7上那一条模拟电压送给比较器进行A/D转换。ADDA,ADDB,ADDC:3位地址输入线,用于选择8路模拟输入中的一路,其对应关系如表1所示: 表1 ADC0809通道选择表地址码 对应的输入通道 C B A 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 START:START为“启动脉冲”输入法,该线上正脉冲由CPU送来,宽度应大于100ns,上升沿清零SAR,下降沿启动ADC工作。EO
5、C: EOC为转换结束输出线,该线上高电平表示A/D转换已结束,数字量已锁入三态输出锁存器。D1-D8:数字量输出端,D1为高位。OE:OE为输出允许端,高电平能使D1-D8引脚上输出转换后的数字量。REF+、REF-:参考电压输入量,给电阻阶梯网络供给标准电压。Vcc、GND: Vcc为主电源输入端,GND为接地端,一般REF+与Vcc连接在一起,REF-与GND连接在一起. CLK:时钟输入端。2.3 单片机系统2.3.1 AT89C51各引脚功能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
6、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所示7。图5 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
7、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
8、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2所示:表2 P3口各位的第二功能P3口各位第二功能P3.0 RXT(串行口输入)P3.1 TXD(串行口输出)P3.2/INT0(外部中断0输入)P3.3/INT1(外部中断1输入)P3.4T0(定时器/计数器0的外部输入)P3.5T1(定时器/计数器1的外部输入)P3.6/WR(片外数据存储器写允许) P3.7/RD(片外数据存储器读允许)Vc
9、c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
10、: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。2.4 LED显示系统设计2.4.1 LED基本结构LED是发光二极管显示器的缩写。LED由于结构简单、价格便宜、与单片机接口方便等优点而得到广泛应用。LED显示器是由若干个发光二极管组成显示字段的显示器件6。在单片机中使用最多的是七段数码显示器。LED七段数码显示器由8个发光二极管组成显示字段,其中7个长条形的发光二极管排列成“日”字形,另一个圆点形
11、的发光二极管在显示器的右下角作为显示小数点用,其通过不同的组合可用来显示各种数字。LED引脚排列如下图8所示:图8 LED引脚排列2.4.2 LED显示器的选择在应用系统中,设计要求不同,使用的LED显示器的位数也不同,因此就生产了位数,尺寸,型号不同的LED显示器供选择,在本设计中,选择4位一体的数码型LED显示器,简称“4-LED”。本系统中前一位显示电压的整数位,即个位,后两位显示电压的小数位。4-LED显示器引脚如图9所示,是一个共阴极接法的4位LED数码显示管,其中a,b,c,e,f,g为4位LED各段的公共输出端,1、2、3、4分别是每一位的位数选端,dp是小数点引出端,4位一体L
12、ED数码显示管的内部结构是由4个单独的LED组成,每个LED的段输出引脚在内部都并联后,引出到器件的外部。图9 4位LED引脚对于这种结构的LED显示器,它的体积和结构都符合设计要求,由于4位LED阴极的各段已经在内部连接在一起,所以必须使用动态扫描方式(将所有数码管的段选线并联在一起,用一个I/O接口控制)显示。2.4.3 LED译码方式译码方式是指由显示字符转换得到对应的字段码的方式,对于LED数码管显示器,通常的译码方式有硬件译码和软件译码方式两种。硬件译码是指利用专门的硬件电路来实现显示字符码的转换。软件译码就是编写软件译码程序,通过译码程序来得到要显示的字符的字段码,译码程序通常为查
13、表程序3。本设计系统中为了简化硬件线路设计,LED译码采用软件编程来实现。由于本设计采用的是共阴极LED,其对应的字符和字段码如下表3.3所示。表3.3 共阴极字段码表显示字符共阴极字段码03FH106H25BH34FH466H56DH67DH707H87FH96FH2.4.4 LED显示器与单片机接口设计由于单片机的并行口不能直接驱动LED显示器,所以,在一般情况下,必须采用专用的驱动电路芯片,使之产生足够大的电流,显示器才能正常工作7。如果驱动电路能力差,即负载能力不够时,显示器亮度就低,而且驱动电路长期在超负荷下运行容易损坏,因此,LED显示器的驱动电路设计是一个非常重要的问题。为了简化
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