8路输入模拟信号数值显示电路_单片机课程设计

单片机课程设计

8路输入模拟信号数值显示电路

姓名: 李花

同组人: 赵家

专业班级: 电信0204班

学号: 020910164

指导老师: 付永红

职称: 副教授

计算机与电子工程系教务办制

二00五年十二月

评审表

摘要

本系统是基于AT89S52单片机设计的，由具有8通道的模数转换芯片ADC0809采集模拟信号，并将采集到的数据送入AT89S52进行处理，其中ADC0809的1MHZ

时钟脉冲直接由单片机的ALE脚输出的六分频时钟信号经过74LS74二分频得到。在设计中采用了精简电路及充分利用软件资源为原则，采用了软件译码，并利用三极管扩流来驱动数码管。同时兼顾系统的性能指标，采用了四位数码管进行动态显示，分别显示模拟通道数以及采集到的模拟电压的数值。本系统经设计调试达到了预期的设计要求，能够标准地自动轮流显示8路模拟电压数值量，精度为0.02V，误差系数为0.01。

关键词

模拟信号； AT89S52； ADC0809；数值显示

目录

一、设计任务及要求 ............................................................................ - 4 -

二、总体设计方案 .................................................................................. - 5 -

三、硬件电路设计 ................................................................................ - 5 -

1、模拟信号采集电路：.......................................................................................................... - 5 -

2、数据处理模块电路.............................................................................................................. - 7 -

3、数码显示模块电路.............................................................................................................. - 8 -

四、软件设计 .......................................................................................... - 9 -

1、主程序.................................................................................................................................. - 9 -

2、初始化程序.......................................................................................................................... - 9 -

3、显示子程序.......................................................................................................................... - 9 -

4、模数转换测量子程序.......................................................................................................... - 9 -

五、检测与调试 .................................................................................... - 10 -

六、系统改进设想 ................................................................................ - 11 -

七、总结 ................................................................................................ - 11 -参考文献................................................................................................... - 12 -附件一：总的电路原理图 ...................................................................... - 12 -附件二：程序清单 .................................................................................. - 13 -附件三：数值量模拟量转换对照表（ADC0809的参考电压为5V）- 18 -

附件四：元件清单 .................................................................................. - 20 -

一、设计任务及要求

设计一个8路输入模拟信号数值显示电路，具体要求如下：

a.8路模拟信号输入；

b.自动轮流显示8个通道模拟信号的数值；

c.最小分辨率为0.02V；

d.最大显示数值为255；

f.测量电压最大值为5V。

二、总体设计方案

8路输入模拟信号数值显示电路由A/D转换、数据处理及显示控制等组成。根据设计要求，要求能同时输入8路模拟信号，故在本设计中采用了8路的模数转换器AD0809；由单片机AT89C52提供控制信号控制AD0809，并对采集到的数据进行处理，通过软件编程实现8路模拟信号电压数值自动轮流显示；为得到8路模拟信号的数值进行轮流显示，本设计中采用了四个数码管，通过软件直接译码，间接驱动4个共阳极数码管，并通过动态显示来轮流显示4个数码管。系统总体框图设计如下图所示：

图一系统总体设计框图

三、硬件电路设计

1、模拟信号采集电路：

模拟信号采集需要用到模数转换器，而ADC0809具有较高的转换速度和精度，分辨率为8位，且受温度影响较小，能较长时间保证精度，重现性好，功耗较低，且具有8路模拟开关，满足本电路的设计要求，故在该电路模块中采用了ADC0809进行8路模拟信号采集，模数转换器ADC0809各引脚功能如图二所示：

IN

7~IN

：8个模拟量输入端；

START：启动信号，当START为高电平时，A/D转换开始；

EOC：转换结束信号，当A/D转换结束后，发出一个正脉冲，表示A/D转换完毕。此信号可用做A/D转换是否结束的检测信号，或向CPU申请中断的信号；

ENABLE：输出允许信号。当此信号有效时，允许从A/D转换器的锁存器中读取数字量。此信号可作为ADC0809的片选信号，高电平有效；

CLOCLK：实时时钟，可通过外接RC电路改变时钟频率；

ALE：地址锁存允许，高电平有效。当ALE为高电平时，允许C，B，A所示的通道被选中，并把该通道的模拟量接入A/D转换器；

C，B，A：通道号选择端子。C为最高位，A为最低位；

D 7~D

0：

数字量输出端；

V

REF（+），V

REF（-）

：参考电压端子。用以提供D/A转换器权电阻的标准电平。对于一

般单极性模拟量输入信号，V

REF（+）=+5V，V

REF（-）

=0V；

V

CC

：电源端子，接+5V；

GND：接地端。

ADC0809是由单一电源，+5V供电，模拟电压的输入范围为0~5V，故本设计允许输入的模拟电压最大值为5V。该电路模块的工作过程：第22脚ALE为地址锁存控制，当输入为高电平时，对地址信号进行锁存；6脚START为测试控制，当输入一个2us 宽高电平脉冲时，就开始A/D转换；7脚EOC为A/D转换结束标志，当A/D转换结束时，7脚输出高电平；9脚ENABLE为A/D转换数据输出允许控制，当ENABLE脚为高电平时，A/D转换数据从端口输出；则可读出数据。ADC0809的转换速度取决于芯片的时钟频率，要求时钟频率范围为：10~1280KHZ，在本设计中我们采用了由单片机ALE脚的六

控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8 位地址的输出脉冲。在一般情况下，ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，为了得到1MHZ的时钟频率，在电路中采用了74LS74带预置和清除端的双D触发器74LS74，通过总原理图的接法，可以得到二分频器，连接至ALE端之后，可以得到满足AD0809转换的时钟脉冲。74LS74的引脚功能表如下表一所示。

表一 74LS74功能表

单片机的P2口输出控制信号，以此来控制ADC0809的转换。具体的数据处理过程，将在软件设计中进行详细介绍。

3、数码显示模块电路

根据设计要求，要求自动轮流显示模拟通道数，以及8路模拟电压数值，根据功能要求，结合实际的布局布线复杂程度及调试的难易程度，为简化电路起见，在设计中我们采用了动态显示，并用四个连接的共阳数码管取代了单个的数码管，以做到调试简单，实现容易。由于根据数码管的参数要求，要求其驱动电流在10MA~20MA 之间，在电路中采用9012三极管进行扩流来驱动四个数码管；在本设计中段码显示是由P0口进行输出，为防止数码管灌入单片机的电流超出了允许的电流范围，在数码管与单片机的P1口之间接入了510欧姆的电阻。硬件电路图如图所示。

同样为了简化电路，且充分利用单片机的资源，采用了软件译码代替硬件译码的方式，来进行数值显示。由于人眼的视觉暂留时间为0.1S（100MS），所以每位显示的间隔不能超过20MS，并保持延时一段时间，以造成视觉暂留效果，给人看上去每个数码管总在亮，在本设计中每位数值的显示时间为1MS，一个通道的数值显示包

图三数码显示模块电路

由于本设计中显示的数值不是实际的模拟电压值，而只是由AD0809采集的到模拟电压显示的二进制数，为使使用者能够通过数值得到实际的模拟电压数值，可以通过下表进行查阅，例如：如果数码管显示的数值为2136，则表示，模拟通道IN2的电压值为由数值量136代表的模拟电压2.6656V。详细转换情况见附件三。

四、软件设计

1、主程序

当进行一次测量后，将显示出每一通道的A/D转换值。每个通道的数据显示时间在1s左右。主程序在调用显示程序和测试程序之间循环，其流程图如图四所示。2、初始化程序

系统上电时，将70H～77H内存单元清零，P2口置零。

3、显示子程序

采用动态扫描法实现四位数码管的数值显示。测量所得的A/D转换数据放在70H～77H内存单元中。测量数据在显示时需经过转换成为十进制BCD码放在78H～7BH 中，其中7BH存放通道标志数。寄存器R3用来作为8路循环控制，R0用做显示数据地址指针。

4、模数转换测量子程序

模数转换测量子程序是用来控制对0809 8路模拟输入电压的A/D转换，并将对应的数值移入70H～77H内存单元，其程序流程如图五所示。

具体程序清单见附件二。

图四主程序流程图图五 A/D转换测量程序流程图

程序的资源分配：

内部RAM70H~77H是8路模拟信号经过AD转换得到的二进制数存储单元，78H~7BH 是分别作为数码管的的模拟通道数，电压数值的百位、十位、个位。

五、检测与调试

按照总的电路图进行布局和布线，焊接完成之后，进行了系统检测，本电路的检测步骤如下：

a.在通电之前，先检查电源与地端之间的电阻大小，在正常情况下，电阻值为无穷大，但实际情况为几千欧姆。如果电阻小，则说明电路中存在短路现象，可通

过定点与动点结合的试触法进行测试，检查短路的引脚，并矫正。

b.通电之后，检测单片机是否工作正常，通过检测单片机的30脚ALE看是否有正弦波输出，且其电压值是否为电源电压的一半。如果单片机没工作，则看振荡电路是否正常，检测18，19脚的电压是否在2.2V左右。

c.检测复位电路是否工作正常，按下复位开关之后，单片机的第9脚是否有高电平。如果没有，则检查复位电路是否连接正确。

d.检测各集成芯片是否工作正常，即检测各芯片的电源端是否有电压。

经检测完毕无异常情况之后，可以通过烧写器下载程序进行调试。

以下是在本次调试过程当中遇到的问题：

a.数码管只亮了后面两个，经检测数码管是好的，通过检测电路焊接情况，由于存在虚焊的情况，经矫正之后数码管亮了三个，为检查唯一一个不亮的数码管，采用了程序检测与硬件检测相结合的方法，最后得出结论三极管是坏的，换掉三极管之后，数码管工作完全正常。

b.在数码管显示时，发现数码管在初次采样显示为00，经调节程序的顺序并修改，从程序上电之初就开始轮流采集八路模拟电压，通过数码管显示，可以得到标准的电压数值量。

c.为检测得到的电压数值量与其代表的模拟电压是否相一致，用数字电压表测量模拟量与理论计算得到的模拟量进行比较，在开始检测时出现了较大的差值，经过检测发现，电压输入端存在虚焊的现象，经矫正，得到的测量值与理论值之间的误差为0.01左右，满足题目的精度要求。

六、系统改进设想

本设计可进一步进行指标和性能的完善，比如：可以扩大电压的量程范围，可以通过自动量程转换来实现；可以采用C语言来编写，提高显示数值显示精度，并可显示模拟电压的实际值。

七、总结

在本系统的设计制作过程中，经过两人的合作与努力，虽然在设计与制作过程中出现了各种各样的问题和情况，但是我们都能够冷静地进行硬件和软件检测，并针对性地进行纠正，在进行了全面检测及反复调试之后，该系统已经完全实现了所有功能，并达到了预期的所有指标。

参考文献

[1]李朝青．单片机原理及接口技术．北京．1998166。

[2]阎石．数字电子技术基础．北京．1998.12．150。

[3]藩新民，王燕芳．微型计算机控制技术．北京．2005.3．52。

附件二：程序清单

主程序和中断程序入口

ORG 0000H ;程序执行开始地址

LJMP START ;跳至START执行

ORG 0003H ;外中断0中断入口地址

RETI ;中断返回(不开中断)

ORG 000BH ;定时器T0中断入口地址

RETI ;中断返回(不开中断)

ORG 0013H ;外中断1中断入口地址

RETI ;中断返回(不开中断)

ORG 001BH ;定时器T1中断入口地址

RETI ;中断返回(不开中断)

ORG 0023H ;串行口中断入口地址

RETI ;中断返回(不开中断)

ORG 002BH ;定时器T2中断入口地址

RETI ;中断返回(不开中断)

;初始化程序中的各变量

CLEARMEMIO:CLR A ;

MOV P2,A ;P2口置0

MOV R0,#70H ;内存循环清0(70H~7BH)

MOV R2,#0CH

LOOPMEM: MOV @R0,A

INC R0

DJNZ R2,LOOPMEM

MOV A,#0FFH

MOV P0,A ;P0,P1,P3端口置1

MOV P1,A

MOV P3,A

RET ;子程序返回

;主程序

START: LCALL CLEARMEMIO ;初始化

MAIN: LCALL TEST ;测量一次

LCALL DISPLAY ;显示数据一次

AJMP MAIN ;返回MAIN循环

NOP ;PC值出错处理

NOP ;空操作

NOP ;空操作

LJMP START ;重新复位启动

DISPLAY: MOV R3,#08H ;8路信号循环显示控制

MOV R0,#70H ;显示数据初址(70H~77H)

MOV 7BH,#00H ;显示通道路数(0~7)

DISLOOP1: MOV A,@R0 ;显示数据转为三位十进制BCD 码存入

MOV B,#100 ;7AH,79H,78H显示单元内

DIV AB ;显示数据除100

MOV 7AH,A ;商入7AH

MOV A,#10 ;A放入数10

XCH A,B ;余数与数10交换

DIV AB ;余数除10

MOV 79H,A ;商入79H

MOV 78H,B ;余数入78H

MOV R2,#0FFH ;每路显示时间控制4ms*255 DISLOOP2: LCALL DISP ;调四位LED显示程序

DJNZ R2,DISLOOP2 ;每路显示时间控制

INC R0 ;显示下一路

INC 7BH ;通道显示数值加1

DJNZ R3,DISLOOP1 ;8路显示未完转DISLOOP1再循环

RET ;8路显示完子程序结束

;LED共阳显示子程序,显示内容在78H~7BH,数据在P1输出,列扫描在P3.0~P3.3口

DISP: MOV R1,#78H ;赋显示数据单元首址

MOV R5,#0FEH ;扫描字

PLAY: MOV P1,#0FFH ;关显示

MOV A,R5 ;取扫描字

ANL P3,A ;开显示

MOV A,@R1 ;取显示数据

MOV DPTR,#TAB ;取段码表首址

MOVC A,@A+DPTR ;查显示数据对应段码

MOV P1,A ;段码放入P1口

LCALL DL1MS ;显示1ms

INC R1 ;指向下一地址

MOV A,P3 ;取P3口扫描字

JNB ACC.3,ENDOUT ;四位显示完转ENDOUT结束

RL A ;扫描字循环右移

MOV R5,A ;扫描字放入R5暂存

MOV P3,#0FFH ;显示暂停

AJMP PLAY ;转PLAY循环

ENDOUT: MOV P3,#0FFH ;显示结束,端口置1

MOV P1,#0FFH

RET ;子程序返回

;LED数码显示管用共阳段码表,分别对应0~9,最后一个是"熄灭符" TAB:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH ;1ms延时子程序,LED显示用

DL1ms: MOV R6,#14H

DL1: MOV R7,#19H

DL2: DJNZ R7,DL2

DJNZ R6,DL1

RET

;模数转换测量子程序

TEST: CLR A ;清累加器A

MOV P2,A ;清P2口

MOV R0,#70H ;转换值存放首址

MOV R7,#08H ;转换8次控制

LCALL TESTART ;启动测试

W AIT: JB P3.7,MOVD ;等A/D转换结束后转MOVD AJMP W AIT ;P3.7为0等待

TESTART: SETB P2.3 ;锁存测试通道地址

NOP ;延时2us

NOP

CLR P2.3 ;测试通道地址锁存完毕

SETB P2.4 ;启动测试,发开始脉冲

NOP ;延时2us

NOP

CLR P2.4 ;发启动脉冲完毕

NOP ;延时4us

NOP

NOP

NOP

RET ;子程序调用结束

;取A/D转换数据至70H~77H内存单元

MOVD: SETB P2.5 ;0809输出允许

MOV A,P0 ;将A/D转换值移入A

MOV @R0,A ;放入内存单元

CLR P2.5 ;关闭0809输出

INC R0 ;内存地址加1

MOV A,P2 ;通道地址移入A

INC A ;通道地址加1

MOV P2,A ;通道地址送0809

CLR C ;清进位标志

CJNE A,#08H,TESTCON ;通道地址不等于8转TESTCONT 再测试

JC TESTCON ;通道地址小于8转TESTCONT再测试

CLR A ;大于或等于8,A/D转换结束,恢复端口

MOV P2,A ;P2口置1

MOV A,#0FFH ;

MOV P0,A ;P0置1

MOV P1,A ;P1置1

MOV P3,A ;P3置1

RET ;取A/D转换数据结束

TESTCON: LCALL TESTART ;再发测试启动脉冲

LJMP W AIT ;跳至W AIT等待A/D转换结束信号

END ;程序结束

附件三：数值量模拟量转换对照表（ADC0809的参考电压为5V）