单片机
基于
51 刘慧
2012128040 1211电工
2014年11月02日
单片机的电压显示电路
目录
第一章
设计任务和要求„„„„„„„„„„4
第二章 单元电路设计及仿真„„„„„„„„„5
第三章 电路模块功能的分析„„„„„„„„„„10
第四章 心得与体会„„„„„„„„„„„„„12
前言
我们在做一个单片机系统时， 常常会遇到这样那样的数集，在这些被采集的数据中，大部分可以通过我们的 I/O 口扩展接口电路直接得到，由于 51 单片机大部分不带 AD 转换器，所以模拟量的采集就必须靠 A/D或 V/F 实现。下现我们就来了解一下AD0809与51 单片机的接口及其程序设计。 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。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、自动测试系统等领域，显示出强大的生命力。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水平。
第一章
设计任务和要求
直流数字电压表主要由
AD转换器ADC0809，单片机芯片AT89S51控制电路，液晶显示电路三部分构成。其中由ADC0809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处理，显示电路主要用于将单片机得信号数据转换后显示测量结果。 方案的主要特点是：
（1）用液晶1602能直接精确、清晰显示所测电压数值，使整机线路简化。
（2）采用+5V和—5V两组电源供电。
（3）采用AT89S51单片机芯片实现整个电路控制。 （4）显示亮度较高。
（5）采用转换器AD0809，实现八路直流电压检测，电压测量范围为0—10V，能显示指定电压通道和电压值。（6）电路有8条模拟量输入通道由16个10K电阻，8组阻值为1:1构成，采用降压原理实现0V-10V电压测量。
第二章 单元电路设计及仿真
1、AD0809 的逻辑结构
ADC0809 是8位逐次逼近型A/D转换器。它由一个8路模拟开关、一个地址锁存译码器、一个A/D 转换器和一个三态输出锁存器组成（见图1） 。多路开关可选通8个模拟通道，允许 8 路模拟量分时输入，共用 A/D 转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存 A/D 转换完的数字量，当OE 端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。
2、AD0809 的工作原理
IN0－IN7：8 条模拟量输入通道 ADC0809 对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是 0－5V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。 地址输入和控制线：4条 ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将 A， B，C 三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。A，B 和 C 为地址输入线用于选通 IN0－
IN上的一路模拟量输
入。通道选择表如下表所示。
C B A 选择的通道
0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 数字量输出及控制线：11 条 ST 为转换启动信号。当 ST 上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行 A/D 转换；在转换期间，ST 应保持低电平。EOC 为转换结束信号。当 EOC 为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D 转换。OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE＝1，输出转换得到的数据；OE＝0，输出数据线呈高阻状态。D7－D0 为数字量输出线。 CLK为时钟输入信号线。 因ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为 500KHZ， VREF（＋） ，VREF（－）为参考电压输入。
3、ADC0809 应用说明
（1）ADC0809 内部带有输出锁存器，可以与AT89S51 单片机直接相连。
（2）初始化时，使 ST 和OE信号全为低电平。
（3）送要转换的哪一通道的地址到 A，B，C端口上。
（4）在ST 端给出一个至少有 100ns 宽的正脉冲信号。
（5）是否转换完毕，我们根据EOC 信号来判断。
（6）当EOC变为高电平时，这时给OE 为高电平，转换的数据就输出给单片机了。
4、AD0809 的应用
电路说明：主要由 AD 转换器 AD0809，频率发生器 SUN7474，单片机 AT89S51及显示用数码管组成。 AD0809的启动方式为脉冲启动方式，启动信号START启动后开始转换，EOC 信号在START 的下降沿10us后才变为无效的低电平。这要求查询程序待EOC无效后再开始查询，转换完成后，EOC 输出高电平，再由 OE 变为高电平来输出转换数据。我们在设计程序时可以利用 EOC 信号来通知单片机（查询法或中断法）读入已转换的数据，也可以在启动AD0809 后经适当的延时再读入已转换的数据。 AT89S51的输出频为晶振频的1/6（2MHZ） ，AT89S1 与SUN7474连接经与7474的ST脚提供 AD0809 的工作时钟。AD0809 的工作频范围为 10KHZ-1280KHZ,当频率范围为500KHZ 时，其转换速度为128us。 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 为输出数据。
当输入电压为 5V 时，读得的数据为 255 再乘以 2，得 510。我们用 510*98%得 499,再将百位数码管的小数点点亮，显示为４.99V，显示值与输入值基本吻合。 编程思路：
（1）向AD0809 写入通道号并启动转换
（2）延时 1ms 后等待EOC 出现高电平(JNB
EOC,$) （3）给OE 置高并读入转换数据存入数据地址或数组中。
（4）显示
根据设计要求，结合硬件电路，在输入模拟信号时采用电阻分压，最终价的采样输入电压只有实际输入电压的二分之一，所以在变下程序时，要编写一段数据调整程序，其中还应注意硬件显示电路采用了液晶显示，液晶显示的频率有一定的要求，这就要求再编写程序时，还要考虑到显示子程序。程序设计流程图如图
应用程序设计
（1）程序起始地址MCS-51系列单片机复位后，（PC）=0000H,而0003H~002BH分别为各中断源的入口地址。所以，编写程序时，应在0000H处写一条跳转指令。当CPU接到中断请求信号并予以响应后，CPU把当前的PC内容压入栈中进行保护，然后转入响应的中断服务程序
（2）(2)AD0809时钟脉冲信号本方案中，采用软件定时的方式，该单片机的时钟频率为12MHZ，1个机器周期时间为1us，可以计算出计数初值：TC=65536-5，即有TH0=(65536-5)/256；TL0=(65536-5)%256；定时器T0以定时方式1完成定时。 程序如下；
#include
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int sbit st=P3^2; sbit oe=P3^1; sbit eoc=P3^0;
uchar code tab[]={0x03,0x9f,0x25,0x0d,0x99,0x49,0x41,0x1f,0x01,0x09};//数码管显示段码 uchar code td[]={0x00,0x10,0x20,0x30,0x40,0x50,0x60,0x70};//通道先择数组
uint ad_0809,ad_data1,ad_data2,ad_data3,ad_data0; uchar m,number;
uchar x[8];//八通道数据待存数组
void delaynms(uint x);//nms延时程序
void display();//显示程序
void ad0809();//芯片启动程序
void key();//键扫描程序
main()
{
number=1;
P1=0x00;
while(1)
{
ad0809();//调AD0809 启动子程序
key();//调按键子程序
ad_0809=x[number];//把相关通道数据给 ad_0809
display();//调显示
}}
//nms 延时程序
void delaynms(uint x) {
uchar i;
while(x-->0)
{
for(i=0;i
{;}}} void display() {
uchar a;
ad_data1=(ad_0809*49/25)/100;//读得的数据乘以2 再乘以98%除以100 得百位 ad_data2=((ad_0809*49/25)%100)/10;//读得的数据乘以 2 再乘以 98%再分出十位
ad_data3=(((ad_0809*49/25)%100)%10);//读得的数据乘以2 再乘以98%再分出个位
for(a=0;a
P0=tab[ad_data3];//送小数点后第二位显示
P2=0x07;//选通第一个数码管 delaynms(3);
P0=tab[ad_data2];//送小数点后第一位显示
P2=0x0b;//选通第二个数码管
delaynms(3);
P0=tab[ad_data1];//送整数显示
P0_7=0;//点亮第三个数码管小数点
P2=0x0d;//
选通第三个数码管
delaynms(3);
P0=tab[number];//送通道号显示
P2=0x0e; delaynms(3); }}
void ad0809()
{
uchar i,m=1;
for(i=0;i
{
P0=td[i];//选通通道
oe=0;//以下三条指令为起动 AD0809
st=0;
st=1;
st=0;
delaynms(1);
while(!eoc);//等待转换结束
oe=1;//取出读得的数据
x[m]=P2;//送相关通道数组
oe=0;
m++; }}
void key() {
if(!P3_5)//P3.5 是否按下
{
delaynms(20);//延时判误
if(!P3_5)//再一次判断 P3。5 是否按下
{
while(!P3_5);//等待P3。5 为高电平
numif(number>8)number=1;//八通道
}}} ber++;//通道号显示加一
if(number>8)number=1;//八通道 }}}
电路原理图如下：
第三章 电路模块功能的分析
3.1液晶显示部分
采用液晶1602，能够16*02即32个字符（16列2行）。1602采用标准的16脚接口，
其中，
第1脚：VSS为电源地； 第2脚:VDD接5V电源正极；
第3脚:V0为液晶显示器对比度调整端，接地电源时对比度最高（对
比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。
第4脚：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器，低电平0时选择指令寄存器。
第5脚：RW为读写信号线，高电平1时进行读操作，低电平0时进行写操作。
第6脚：E（或EN）端为使能端。 第7-14脚：D0-D7为8位双向数据端。
第15-16脚：空脚或背灯电源。15脚背光正极，16脚背光负极。 3.2电路检测部分
电路检测部分由电阻和发光二极管组成，接通电源，电路连接无误，灯亮。发光二极管用来检测电路是否连通。电路检测部分电路图：
3.3切换通道电路部分 AD0809 转换器有IN0－IN7共8 条模拟量输入通道；电路功能测量时，用两个大的按键开关来切换通道，实现测量。其中，一个是通过手按按键来切换，另一个按下则实现是自动顺序切换，切换通道的电路图如图8所示：
四．心得与体会
这次设计是体现我专业优势和特点的一次锻炼。从选题，到选原理图制版至最后的写论文。其间查找资料，老师指导，与同学交流，反复修改原理图，每一个过程都是对自己能力的一次检验和提高。通过这次实践，我了解了数字电压表的制作，工作原理及相关芯片的使用和工作原理，锻炼了自己的实际动手能力，培养了自己独立工作能力。我觉得这次实训是对我专业知识和实际动手能力的一次综合检验，同时也是为自己今后走向社会的一次热身。
这次实训收获颇多，比如学会了查找有用信息跟相关资料，有用的数据，并熟悉了做板的流程和巩固了相关专业知识。
