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1、单片机课程设计报告题目：简易数字电压表姓 名： 学 号： 专业班级： 指导老师： 所在学院： 2008年6月10日摘要本设计是简易数字电压表，随着电子科学技术的发展，电子测量成为广大电子工作者必须掌握的手段，对测量的精度和功能的要求也越来越高，而电压的测量甚为突出，因为电压的测量最为普遍。本设计在参阅了大量前人设计的数字电压表的基础上介绍一种基于89S52单片机的一种电压测量电路,该电路采用ICL7135高精度、双积分A/D转换电路，测量范围直流0-5伏，使用LCD液晶模块显示，可以与PC机进行串行通信。正文着重给出了软硬件系统的各部分电路，介绍了双积分电路的原理，89S52的特点，ICL71
2、35的功能和应用，LCD1601的功能和应用。该电路设计新颖、功能强大、可扩展性强。本文首先简要介绍了设计电压表的主要方式以及单片机系统的优势；然后详细介绍了直流数字电压表的设计流程，以及硬件系统和软件系统的设计，并给出了硬件电路的设计细节，包括各部分电路的走向、芯片的选择以及方案的可行性分析等。通过这一个星期的努力，另外通过同学的帮助，我做成了这个简易数字电压表，将程序键入可以显示0-5的不同电压值。通过此次课程设计使我对我们所学的知识有了更深的认识和体会，对自我动手的能力也提高了很多。本论文重点介绍单片机的数字电压表的工作原理。目录1 概述31.1课程设计的目的和意义31.2课程设计的任务
3、32 系统总体方案及硬件设计42.1课程设计系统环境42.2设计原理42.3设计方框图42.4硬件电路的设计52.5电压显示电路73 软件设计83.1主程序设计83.2通讯模块设计设计94 Proteus软件仿真114.1系统初始状态114.2系统随机状态115课程设计体会14参考文献14附1：源程序代码16附2：系统原理图201 概述1.1课程设计的目的和意义：本次课程设计，让我学习和巩固了使用单片机的定时中断、基本的常用的寄存器的使用方法，还有就是学习常用的外围硬件使用、电路原理图设计、PCB设计等等。使我对已学过的基础知识有了更深入的理解，独立思考、独立工作以及应用所学基本理化分析和解决
4、实际问题的能力有了很大的提高。1.2 课程设计的任务：数字电压表（Digital Voltmeter）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。传统的指针式电压表功能单一、精度低，不能满足数字化时代的需求，采用单片机的数字电压表，由精度高、抗干扰能力强，可扩展性强、集成方便，还可与PC进行实时通信。目前，由各种单片A/D 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。与此同时，由DVM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
5、水平。本论文重点介绍单片机的数字电压表的工作原理。2 系统原理及基本框图2.1课程设计系统环境(1)proteus仿真软件(2)Keil c51软件调试环境或wave调试程序2.2 设计原理单片机AT89C52和ADC0832设计一个数字电压表，能够测量05V之间的直流电压值，两位数码显示。重点负责单片机AT89C52硬件部分的功能及应用。AT89S52是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS -5
6、1指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S52具有如下特点：40个引脚，8k Bytes Flash片内程序存储器，256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。此外，AT89S52设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口
7、，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。2.3 设计方框图单片机A/D转换器AD574A电压显示器模拟电压输入量程控制电路系统总框图2.4硬件电路的设计单片机采用MCS-51系列单片机。由ATMEL公司生产的AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在线系统可编程Fl
8、ash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。AT89S52单片机单片机选用的是ATMEL公司新推出的AT89S52，如图 3.2.1.1所示。该芯片具有低功耗、高性能的特点，是采用C
9、MOS工艺的8位单片机，与AT89C51完全兼容。AT89S52还有以下主要特点： 采用了ATMEL公司的高密度、非易失性存储器（NV-SRAM）技术； 其片内具有256字节RAM，8KB的可在线编程（ISP）FLASH存储器； 有2种低功耗节电工作方式：空闲模式和掉电模式 AT89S52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发。单片机管脚说明VCC：供
10、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
11、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
12、。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
13、，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。/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。XTA
14、L2：来自反向振荡器的输出。25电压显示电路设计中采用的是8段LED数码管来显示电压值。LED具有耗电低、亮度高、视角大、线路简单、耐震及寿命长等优点，它由8个发光二极管组成，其中7个按8字型排列，另一个发光二极管为圆点形状，位于右下角，常用于显示小数点。把8个发光二极管连在一起，公共端接高电平，叫共阳极接法，相反，公共端接低电平的叫共阴极接法，我们采用共阳极接法。当发光二极管导通时，相应的一段笔画或点就发亮，从而形成不同的发光字符。其8段分别命名为dp g f e d c b a。例如，要显示“0”，则dp g f e d c b a分别为：1100 0000B；要显示“A”，则dp g f
15、 e d c b a分别为：0001 0001B（共阳极）。若要显示多个数字，只要让若干个数码管的位码循环为低电平就可以了。根据设计要求，显示电路需要至少4位LED数码管来显示电压值，我们再多加一位用来显示电压单位“V”，则有7位LED循环显示。利用单片机的I/O口驱动LED数码管的亮灭，设计中由P0口驱动LED的段码显示，即显示字符，由P2口选择LED位码，即选择点亮哪位LED来显示。3系统的软件设计3.1主程序设计ICL7135A/D与单片机连接电路的软件设计系统的程序流程图如图所示。主程序一开始运行则设置堆栈起始地址为70H，设置中断寄存器，用来对ICL7135的中断进行计数，每5次后清
16、零，完成一次数据采集工作，然后设置ICL7135的STB端的中断的优先级。紧接着LCDM1601B进行一次清屏，使其各个指令、数据寄存器的值进行清空，屏幕不显示任何字符。以前面对1601B的介绍，只要将01H送到数据总线，使RS=0，R/W=0，E有个下降沿的脉冲就可以完成清屏工作。用以下指令实现 MOV P2,#01H ;送到数据DB7-DB0，调用子程序 ENABLE，由于下降沿时，内部数据要送到RAM区，所以要有一个延时子程序，使这个下降沿持续2.5毫秒。内部RAM有指令代码后就开始对RAM进行清零，所以屏幕原有的字符将被清除。接着对1601进行功能的设定。MOV P2,#0111100
17、0B，按表3.4.5来看是设定图4.1.1 主程序流程图显示器按2行显示，每行8位，57点阵。调用一次子程序ENABLE程序，写入CPU的指令寄存器中。每次向LCDM中写入一个指令，就调用一次ENABLE，然后再对显示器进行闪烁、光标等功能进行设定。显示器的RAM地址按加方法进行读写。再设定第一行字符，也就是Voltage的显示地址80H。字符Voltage的TABLE表地址送到DPTR中，然后调用远程查表命令，依次把数据送到P2口，这时再调用子程序WRITE3，使LCD1601的RS=1，R/W=0使使能端E产生一个下降沿脉冲，将数据送入到数据寄存器中，接下来执行子程序DISPLAY1，它的
18、主要功能是将TABLE表中的字符输出到LCD中去。调定好显示字符数即远程查表的次数，就开始查表了。 例如第一个字符“V”的ASCII码是56H，就将这个码送到P2口，再调用使能数据子程序，使RS=1（数据区使能）写入显示数据区，R/W=0表示写，E=来个下降沿延时2.5毫秒，使数据写入RAM内。完成图4.1.2 数据地址TABLE表输出以后，向指令RAM中写入第2行的起始地址为OCH，再调用显示采样数据的子程序。采样数据存放的数据地址安排如下图所示,首先将60H中的数显示在正负号的位置上，按照ASCII码表，正号不显示（#20H），负号显示“”（#2DH）。3.2通讯模块设计设计89S52单片
19、机内部有一个全双工的串行通信口，即串行接收和发送缓冲器（SBUF），这两个在物理上独立的接收发送器，既可以接收数据也可以发送数据。但接收缓冲器只能读出不能写入，而发送缓冲器则只能写入不能读出，它们的地址为99H。这个通信口既可以用于网络通信，亦可实现串行异步通信，还可以构成同步移位寄存器使用。如果在传行口的输入输出引脚上加上电平转换器，就可方便地构成标准的RS-232接口。89S52的串行口有4种工作方式，1种同步方式，3种异步方式。本方式选方式1，一帧数据有10位，包括起始位0、8位数据位和1位停止位1。串行口电路在发送时能自动加入起始位和停止位。在接收时，停止位进入SCON中的RB8位。方
20、式1的波特率是可变的，由定时器1的溢出率决定。由定时器1最好工作在方式2上（自动重装载模式），这样只需对TH1设置一次即可。数据通过TXD输出，在8个位输出完毕后，SCON寄存器的TI位被设为1，CPU只要判断TI是1，接着发送下一个字节。波特率的设定：定时器T1工作在方式2的初值为：(1.1)为了减小误差，时钟振荡频率采用11.0592MHz,选用定时器T1工作在方式2作波特率发生器，波特率为300，设SMOD为0，依公式（1.1）得初值为：所以TH1 = TL1 = A0HMOV SCON ，#50H ；URAT工作在方式1上MOV TMOD ，#20H ；TIME1工作在方式2上MOV
21、TH1 , #0A0H ；设置波特率为300本设计的中断十分重要，为了减少相互间的干扰，保证可靠性，采用查询方式判断是否发送完毕。 A6: JBC TI , A5 ；如果发送完毕跳，清标志位，跳到A5。 AJMP A6 ；否则跳到A6，等待 A5: INC R0 4 Proteus软件仿真用伟福软件编辑程序，在仿真设置中选择lab2000p仿真实验仿真器，选择8088/86实验仿真头，选择8088/86CPU进行汇编程序编辑，然后进行proteus进行仿真，其仿真图如下：4.1系统初始状态如图：4.2系统的随机状态：电压为0.50V时显示如图：电压为1.50V时显示如图：电压为4.00V时显示
22、如图：5课程设计体会通过一周的课程能够设计，使我深刻的认识到单片机的应用已经在工业、电子等方方面面展示出了它的优越性，利用单片机在设计电路逐渐成了趋势，它与外围的简单电路再加上优化程序就可以构建任意的产品，使得本设计成为现实。随着单片机的日益发展，它必将在未来显示出更大的活力，为电子设计增加更多精彩。同时我也学到了很多书本上学习不到的东西，不仅使我加深了对单片机理论的理解，将理论很好地应用到实际当中去，而且我还学会了如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己。创新，是要我们学会将理论很好地联系实际，并不断地去开动自己的大脑，从为人类造福的意愿出发，做自己力所能及的，别人却没想到的事
23、。使之不断地战胜别人，超越前人。同时，更重要的是，我在这一设计过程中，学会了坚持不懈，不轻易言弃。设计过程，也好比是我们人类成长的历程，常有一些不如意，也许这就是在对我们提出了挑战，勇敢过，也战胜了，胜利的钟声也就一定会为我们而敲响。这个设计过程中，我遇到过许多次失败的考验，就比如，自己对实际生活中的交通秩序的不了解给整个设计带来的困扰，真想要就此罢休，然而，就在想要放弃的那一刻，我明白了，原来结果并不那么重要，我们更应该注重的是这一整个过程。于是，我坚持了下来。最后，终于按要求把作品做出来了，虽然看似很简单，但是对我们的实际动手能力却是很考验的，这也对我们今后的工作敲响了警钟：要认真的看待每
24、个需要处理的问题，不要认为事情过于简单，不能急于求成，更不要轻易说放弃，要保持你的头脑清醒。这次单片机课程设计给我的最大的印象就是努力的动手去做，困难在你的勇气和毅力下是抬不了头的。从做这个设计开始无论遇到什么困难，我都没有一丝的放弃的念头。出于对知识的渴望，出于对新技术的好奇，出于对一切未知的求知。希望以后有更多的机会多多参与这样的设计和实习，锻炼我们的动手能力，为今后的工作和学习奠定基础。参考文献1 余发山.单片机原理及应用.徐州：中国矿业大学出版社，20032 谭浩强.C语言设计（第二版）.北京：清华大学出版社，20063 吴金戌，沈庆阳，郭庭吉.8051单片机实践与应用M.北京：清华大
25、学出版社，2002.4 刘伟，赵俊逸，黄勇，一种基予C8051F单片机的SOC型数据采录器的设计与实现A.天津市计算机学会单片机分会编. 2003年全国单片机及嵌如入式系统学术年会论文集（下册）C .北京：北京航空航天大学出版社,2003 .790-7945 何立民.单片机应用技术大全.北京：北京航空航天大学出版社， 1994附1 源程序代码ORG 0000HAJMP MAINORG 000BH ;定时器T0的入口AJMP DISP ;显示程序ORG 0030HMAIN:MOV SP,#5FH ;设置堆栈MOV P1,#0FFHMOV P0,#0FFHMOV P2,#0FFH ;初始化,所显示
26、器,LED灭MOV TMOD,#00000001B ;定时器T0工作于模式1（16位定时/计数模式）MOV TH0,#HIGH(65536-2000)MOV TL0,#LOW(65536-2000)SETB TR0 ;开定时器0SETB EA ;开总中断SETB ET0 ;开定时器0中断MOV COUNTER,#0 ;计数器初始化LOOP:LCALL ADC_DEMO ;调用AD子程序AJMP LOOP;/=;/ 启动AD转换;/=ADC_START:CLR AD_CSNOPCLR AD_WRNOPSETB AD_WRNOPSETB AD_CSNOPRET;/=;/ 读AD转换;/=ADC_R
27、EAD:MOV AD_INPUT_PORT,#0FFHCLR AD_CSNOPCLR AD_RDNOPNOPMOV A,AD_INPUT_PORTNOPSETB AD_RDNOPSETB AD_CSRET;/=;/ AD转换读取延时程序，显示读到的数值;/=ADC_DEMO:LCALL ADC_STARTLCALL DELAY1MSLCALL ADC_READMOV B,#100 ;AD转换出的值除100商为百位数DIV AB ; 取百位数 余数在B寄存器MOV DISPBUF,A ;把百位存入百位寄存器DISPBUFMOV A,B ;余数再送AMOV B,#10 ;余数除10商为十位数DIV
28、 AB ; 除法，余数在寄存器BMOV DISPBUF+1,A ;A是十位数存第二位显示寄存器MOV DISPBUF+2,B ; B是个位数存第三位显示寄存器RETDISP: ;定时器T0的中断响应程序动态扫描PUSH ACC ;ACC入栈PUSH PSW ;PSW入栈MOV TH0,#HIGH(65536-2000);定时时间为2000个周期,约2170微秒MOV TL0,#LOW(65536-2000)SETB FIRSTSETB SECOND ;关显示SETB THEERMOV A,#DISPBUF ;显示缓冲区首地址ADD A,COUNTERMOV R0,AMOV A,R0 ;根据计数
29、器的值取相应的显示缓冲区的值MOV DPTR,#DISPTAB ;字形表首地址MOVC A,A+DPTR ;取字形码MOV P0,A ;将字形码送P0位（段口）MOV A,COUNTER ;取计数器的值JZ DISPFIRST ;如果是0则显示第一位DEC AJZ DISPSECOND ;如果是1显示第二位CLR THEER ;否则显示第3位AJMP DISPNEXTDISPFIRST:CLR FIRST ;显示第一位AJMP DISPNEXTDISPSECOND:CLR SECONDDISPNEXT:INC COUNTER ;计数器加1MOV A,COUNTERDEC A ;如果计数器计到3,则让它回0DEC ADEC AJZ RSTCOUNTAJMP DISPEXITRSTCOUNT:MOV COUNTER,#0 ;计数器的值回0DISPEXIT:POP PSWPOP ACCRETIDISPTAB:DB 28H,7EH,0A2H,62H,74H,61H,21H,7AH,20H,60H ;字形代码表;0 1 2 3 4 5 6 7 8 9DELAY1MS: ;延时子程序MOV R7,#10MM:MOV R6,#50DJNZ R6,$ ;2USDJNZ R7,MMRETEND附2 系统原理图
