1、 单片机原理及系统单片机原理及系统课程设计课程设计 专专 业：业： 电气工程及其自动化 班班 级：级： 姓姓 名：名： 学学 号：号： 指导教师：指导教师： 2012 2012 年年 7 7 月月 1 1 日日 评语： 平时（40） 修改（30） 报告（30） 总成绩 单片机原理及系统课程设计报告 1 1 引言引言 在电量的测量中，电压、电流和频率是最基本的三个被测量，其中电压量的 测量最为经常。而且随着电子技术的发展，更是经常需要测量高精度的电压，所 以数字电压表就成为一种必不可少的测量仪器。较之于一般的模拟电压表，数字 电压表具有精度高、测量准确、读数直观、使用方便等优点。 传统的指针式刻
2、度电压表功能单一，进度低，因而不能满足数字化时代的需 要。采用单片机的数字电压表，将连续的模拟量如直流电压转换成不连续的离散 的数字形式并加以显示，从而精度高、抗干扰能力强，可扩展性强、集成方便， 还可与 PC 实时通信。以数字电压表为核心，可以扩展成各种通用数字仪表、专用 数字仪表及各种非电量的数字化仪表。 这里以简易数字直流电压表的设计为研究内容，该系统主要包括三大模块： 转换模块、数据处理模块和显示模块。本次设计简易数字电压表可以测量 05V 的 8 路输入电压值，并且在液晶上显示出实时的电压值。 2 设计方案及原理设计方案及原理 2.1 方案提出方案提出 (1) 根据设计要求，选择 A
3、T89C51 单片机为核心控制器件。 (2) 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。 (3) 电压显示采用 4 位一体的 LED 数码管。 (4) 数码管的段码输入,由并行端口 P0 产生：位码输入，用并行端口 P2 低四 位产生。 系统除能确保实现要求的功能外，还可以方便地进行 8 路其它 A/D 转换量的 测量、远程测量结果传送等扩展功能。 2.2 各芯片的基本原各芯片的基本原理理 2.2.1 ADC0808 逐次逼近型逐次逼近型 A/D 转换器原理转换器原理 ADC0808 逐次逼近型 A/D 转换器是由一个比较器、A/D 转换器、
4、存储器及控 制电路组成。它利用内部的寄存器从高位到低位一次开始逐位试探比较。其原理 框图如图 1 所示。 单片机原理及系统课程设计报告 2 图 1 逐次逼近式 A/D 转换器原理图 转换过程为：开始时，寄存器各位清零，转换时，先将最高位置 1，把数据送 入 A/D 转换器转换，转换结果与输入的模拟量比较，如果转换的模拟量比输入的 模拟量小，则 1 保留，如果转换的模拟量比输入的模拟量大，则 1 不保留，然后 从第二位依次重复上述过程直至最低位，最后寄存器中的内容就是输入模拟量对 应的二进制数字量。 2.2.2 AT89C51 芯片芯片 AT89C51 是美国 ATMEL 公司生产的低电压，高性
5、能 CMOS8 位单片机，片内 含有 4kB 可反复擦写的只读存储器和 128 字节的随机存储器。 2.2.3 LED 显示系统显示系统原理原理 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。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，其通过不同的组合可用来显示各种数字。 此设计中选择 4 位一体的数码型 LED 显示器。4-LED 显示器，是一个共阴极 接法的 4 位 LED 数码显示管。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
6、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。 在 LED 驱动电路的设计上，可以利用单片机 P0 口上外接的上拉电阻来实现 3 硬件电路设计硬件电路设计 (1) 硬件电路设计由 6 个部分组成： A/D 转换电路， AT89C51 单片机系统， LED 显示系统、时钟电路、复位电路以及测量电压输入电路。硬件电路设计框图如图 2 所示。 单片机原理及系统课程设计报告 3 图 2 数字电压表系统硬件设计框图 (2) 总体电路设计 综上所述，设计出基于单片机的简易数字直流电压表硬件电路原理图如图 3 所示。 图 3 简易数字电压表电路图 此电路的工作原理是：+5V 模拟电压信号通过变阻器 VR1 分压后由 ADC08008 单片机原理及系统课程设计报告 4 的 IN0 通道进入， 经过模/数转换后， 产生相应的数字量经过其输出通道 D0-D7 传送 给 AT89C51 芯片的 P1 口，AT89C51 负责把接收到的数字量经过数据处理，产生正 确的7
