单片机课程设计报告 数字电压表

一、 课程设计目的： ................................... 2 二、 课程设计题目描述和要求： ......................... 2 (1)数字电压表简介： ................................... 2 （2）模数转换器ADC0809简介„„„„„„„„„„„„„„„3 （3）单片机C51简介„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 三、 课程设计报告内容„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 3.1、设计原理、方案论证 ................................ 8 3.2、设计过程 ......................................... 9

3.2.1、系统框图„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 3.2.2、设计总程序„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 3.2.3、C语言源程序„„„„„„„„„„„„„„„„„10 四、设计总结和心得体会„„„„„„„„„„„„„„„„„„13 参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13

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一、 课程设计目的：

利用单片机ATS51与ADC0809设计一个数字电压表，将模拟信号0～5 V之间的电压值转换成数字量信号，以四位数码管显示，并通过虚拟电压表观察ADC0809模拟量输入信号的电压值，LED数码管实时显示相应的数值量。 二、 课程设计题目描述和要求： (1)数字电压表简介：

数字电压表简称DVM，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。 数字电压表的特点

1．显示清晰直观，读数准确

传统的模拟式仪表必须借助于指针和刻度盘进行读数，在读数过程中不可避免的会引入人为的测量误差。数字电压表则采用先进的数显技术，使测量结果一目了然，只要仪表不发生跳读现象，测量结果就是唯一的。 2．准确度高

准确度是测量结果中系统误差与随机误差的综合。 3．分辨率高

数字电压表在最低电压量程上末位1个字所代表的电压值，称为仪表的分辨力，它反映仪表灵敏度的高低。分辨力随显示位数的增加而提高。分辨率是指所能显示的最小数字（零除外）与最大数字的百分比。例如31/2位DVM的分辨率为1/1999≈0.05％。需要指出，分辨力与准确度属于两个不同的观念。从测量角度看，分辨力是\"虚\"指标（与测量误差无关），准确度才是\"实\"指标（代表测量误差的大小）。 4．扩展能力强

在数字电压表的基础上，还可扩展成各种通用及专用数字仪表、数字多用表（DMM）和智能仪表，以满足不同的需要。 5．抗干扰能力强

51/2位以下的DVM大多采用积分式A/D转换器，其串模抑制比、共模抑

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制比各别可达100dB、80～120dB。高档DVM还采用数字滤波、浮地保护等先进技术，进一步提高了抗干扰能力，共模抑制比可达180dB。 （2）、模数转换器ADC0809简介：

ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D模数转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。是目前国内应用最广泛的8位通用A/D芯片 ①、主要特性

1）8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位。 2）具有转换起停控制端。

3）转换时间为100μs(时钟为0kHz时)，130μs（时钟为500kHz时）

4）单个+5V电源供电

5）模拟输入电压范围0～+5V，不需零点和满刻度校准。 6）工作温度范围为-40～+85摄氏度 7）低功耗，约15mW。 ②、内部结构

ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，内部结构如图所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器、逐次逼近寄存器、逻辑控制和定时电路组成。 ③、外部特性（引脚功能）

ADC0809芯片有2引脚，采用双列直插式封装，如图所示。下面说明各引脚功能。

IN0～IN7：8路模拟量输入端。 2-1～2-8：8位数字量输出端。

ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路

ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。

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START： A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。 EOC： A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。

OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。 CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于0KHZ。 REF（+）、REF（-）：基准电压。 Vcc：电源，单一+5V。

GND：地。

④、工作过程？

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。

转换数据的传送 A/D转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。数据传送的关键问题是如何确认A/D转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行传送。为此可采用下述三种方式。 （1）定时传送方式

对于一种A/D转换器来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。例如ADC0809转换时间为128μs，相当于6MHz的MCS-51单片机共个机器周期。可据此设计一个延时子程序，A/D转换启动后即调用此子程序，延迟时间一到，转换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。 （2）查询方式

A/D转换芯片由表明转换完成的状态信号，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查询方式，测试EOC的状态，即可确认转换是否完成，并接着进行数据传送。

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（3）中断方式

把表明转换完成的状态信号（EOC）作为中断请求信号，以中断方式进行数据传送。

不管使用上述哪种方式，只要一旦确定转换完成，即可通过指令进行数据传送。首先送出口地址并以信号有效时，OE信号即有效，把转换数据送上数据总线，供单片机接受。

（3）、单片机C51简介：

ATC51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器

（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。ATC2051是一种带2K字节闪烁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100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的ATC51是一种高效微控制器，ATC2051是它的一种精简版本。ATC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。 ①、ATC51主要性能： 1.与MCS-51 兼容

2.4K字节可编程闪烁存储器 3.寿命：1000写/擦循环 4.数据保留时间：10年 5.全静态工作：0Hz-24MHz 6.三级程序存储器锁定 7.128×8位内部RAM 8.32可编程I/O线

9.两个16位定时器/计数器 10.5个中断源 11.可编程串行通道

12.低功耗的闲置和掉电模式

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13.片内振荡器和时钟电路

②、 ATC51外部管脚分布及功能介绍

ATC51外部管脚分布图：

管脚功能介绍： VCC：供电电压。 GND：接地。

P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器

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进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

P3口也可作为ATC51的一些特殊功能口，如下表所示： 口管脚 备选功能 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1） P3.4 T0（记时器0外部输入） P3.5 T1（记时器1外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

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/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 振荡器特性:

XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 三、 课程设计报告内容

3.1、设计原理、方案论证

由于ADC0809在进行A/D转换时需要有CLK信号，而此时的ADC0809的CLK是接在ATS51单片机的P3.0端口上，也就是要求从P3.0输出CLK信号供ADC0809使用。因此产生CLK信号的方法就得用软件来产生了。

AD0809的数据输出公式为：Dout=Vin*255/5=Vin*51,其中Vin 为输入模拟电压，Vout。当得到转换后的数据后要经过计算得到显示的数据：

temp=getdata*1.0/255*500; dispbuf[0]=temp%10; dispbuf[1]=temp/10%10;

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dispbuf[2]=temp/100%10; dispbuf[3]=temp/1000; 3.2、设计过程

3.2.1、系统框图：

直流数字电压表的电路组成图：

图4-1 直流电压表设计框图

数字电压表主要由模/数转换电路、单片机控制电路、显示电路等三部分组成。其中ADC0809等器件组成的转换电路，将输入的模拟量信号进行取样、转换、然后将转换的数字信号送进单片机。单片机控制电路主要实现对数据进行程序处理；显示电路主要用于将单片机的信号数据转换后显示测量结果。

主要模块：延时模块（为了数码管显示稳定）、显示模块、单片机控制模块以及A/D转换模块。

模数转换模块组成部分：ADC0809芯片 程序处理的单片机控制模块：ATS51芯片 电压结果显示部分：七段LED显示管 3.2.2、设计总程序：

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3.2.3、C语言源程序： #include

unsigned char code

dispbitcode[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};

unsigned char dispbuf[4]; unsigned char getdata; unsigned int temp;

sbit ST=P3^0; sbit OE=P3^1; sbit EOC=P3^2; sbit CLK=P3^3; sbit P17=P1^7;

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void Delay(unsigned int i);

void Delay(unsigned int i) {

unsigned int j; for(;i>0;i--) {

for(j=0;j<100;j++) {;} } }

void Display() {

P1=dispbitcode[dispbuf[3]]; P2=0xef;

Delay(10);//避免闪烁

P1=0x00; //关闭一下，否则显示不全 P1=dispbitcode[dispbuf[2]]; P17=1; P2=0xdf; Delay(10); P1=0x00;

P1=dispbitcode[dispbuf[1]]; P2=0xbf; Delay(10); P1=0x00;

P1=dispbitcode[dispbuf[0]]; P2=0x7f;

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Delay(10); P1=0x00; }

void main() {

TMOD=0x01;

TH0=(65536-200)/256; TL0=(65536-200)%256; EA=1; ET0=1; TR0=1; while(1) { ST=1; ST=0;

while(EOC==1); { OE=1; getdata=P0; OE=0;

temp=getdata*1.0/255*500; dispbuf[0]=temp%10; dispbuf[1]=temp/10%10; dispbuf[2]=temp/100%10; dispbuf[3]=temp/1000; Display(); } }

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}

void t0(void) interrupt 1 using 0 {

TH0=(65536-200)/256;

TL0=(65536-200)%256; CLK=~CLK; }

四、设计总结和心得体会

这份关于数字电压表的设计论文通过ATC51的控制指令，将模数转换模块，单片机转换模块和显示模块充分的结合起来。将连续不断，比较抽象的模拟直流电压能够更直观的用数码管显示出来。其中要处理的数据转换有：模拟量和十六进制的转换，十六进制代码向十进制代码的转换等。对于AD转换模块的ADC0809芯片而言，我通过设计详细了解了该芯片的内部工作原理及管脚的功能，该芯片所需要的工作环境。对于系统控制的核心—ATC51来说，弄懂各管脚的功能和汇编语言的使用方法是至关重要的，不然整个系统的功能就会实现不了。

在实验中，我也遇到了很多挫折，不过我都和同伴一一克服了，大家齐心协力解决了问题，使我明白了和他人共同合作的重要性。在以后的道路上我们也必须深刻认识到团队合作的精神，投入今后的发展之中。

成功就是在不断摸索着前进中实现的，遇到问题我们不能灰心、烦躁，甚至放弃，而要静下心来仔细思考，分部检查，找出最终的原因进行改正，这样才会有进步，才会一步步向自己的目标靠近，才会取得自己所要追求的成功。

参考文献：

[1]徐安等编著.单片机原理与应用.北京：希望电子出版社.2003.2 .43-62

[2] 李秉操等著.单片机接口技术及其在工业控制中的应用.陕西电编部.1991.03 .45-52 [3] 陈中洪.数字电压表.水利电力出版社.19.6-74 [4] 阎石.数字电子技术. 高等教育出版社.1984.09.456-493

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