数字电压表的设计实验报告

课 程 设 计

——基于51数字电压表设计
物理与电子信息学院

电子信息工程

1、课程设计要求
使用单片机AT89C52和ADC0832设计一个数字电压表，能够测量
0－5V之间的直流电压值，两位数码显示。在单片机的作用下，能监测两
路的输入电压值，用8位串行A/D转换器，8位分辨率，逐次逼近型，基
准电压为 5V；能用两位LED进行轮流显示或单路选择显示，显示精度0.1
伏。
2、 硬件单元电路设计
AT89S52单片机简介
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
数字电压表的设计
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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 -51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。
ADC0832模数转换器简介
ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种8 位分辨率、双通道A/D
转换芯片。由于它体积小，兼容性强，性价比高而深受单片机爱好者及企
业欢迎，其目前已经有很高的普及率。学习并使用ADC0832 可是使我们
了解A/D转换器的原理，有助于我们单片机技术水平的提高。

图1
芯片接口说明：
· CS_ 片选使能，低电平芯片使能。
· CH0 模拟输入通道0，或作为IN+/-使用。
数字电压表的设计
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· CH1 模拟输入通道1，或作为IN+/-使用。
· GND 芯片参考0 电位（地）。
· DI 数据信号输入，选择通道控制。
· DO 数据信号输出，转换数据输出。
· CLK 芯片时钟输入。
· Vcc/REF 电源输入及参考电压输入（复用）。
单片机对ADC0832 的控制原理：
正常情况下ADC0832 与单片机的接口应为4条数据线，分别是CS、
CLK、DO、DI。但由于DO端与DI端在通信时并未同时有效并与单片机
的接口是双向的，所以电路设计时可以将DO和DI 并联在一根数据线上
使用。当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁用，
CLK 和DO/DI 的电平可任意。当要进行A/D转换时，须先将CS使能端
置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，
同时由处理器向芯片时钟输入端CLK 输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI
端输入通道功能选择的数据信号。在第1 个时钟脉冲的下沉之前DI端必
须是高电平，表示启始信号。在第2、3个脉冲下沉之前DI端应输入2 位
数据用于选择通道功能。当此2 位数据为“1”、“0”时，只对CH0 进
行单通道转换。当2位数据为“1”、“1”时，只对CH1进行单通道转
换。当2 位数据为“0”、 “0”时，将CH0作为正输入端IN+，CH1
作为负输入端IN-进行输入。当2 位数据为“0”、“1”时，将CH0作
为负输入端IN-，CH1 作为正输入端IN+进行输入。到第3 个脉冲的下
沉之后DI端的输入电平就失去输入作用，此后DO/DI端则开始利用数据
数字电压表的设计
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输出DO进行转换数据的读取。从第4个脉冲下沉开始由DO端输出转换
数据最高位DATA7，随后每一个脉冲下沉DO端输出下一位数据。直到
第11个脉冲时发出最低位数据DATA0，一个字节的数据输出完成。也正
是从此位开始输出下一个相反字节的数据，即从第11个字节的下沉输出
DATD0。随后输出8位数据，到第19 个脉冲时数据输出完成，也标志着
一次A/D转换的结束。最后将CS置高电平禁用芯片，直接将转换后的数
据进行处理就可以了。

ADC0832时序图：

图二
数字电压表设计的结构框图和原理图
数字电压表的设计

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图3 结构框图
A\D转换部分 AT89S52 数码管显示部分
时钟电路
复位电路
数字电压表的设计

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图4 电路原理图
数字电压表的设计

6
硬件电路实物图

图7 硬件实物图
器件清单
表1 器件清单

所用器件名称 型号及大小 个数
单片机开发板 AT89S52 一个
数字电压表的设计
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3. 软件单元电路设计
数据处理子程序主要根据标度变换公式1-1，把0～255十进制数转
换为0.0V～5.0V。

主程序
#include

#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int

sbit AD_CS = P1^1;
sbit CLK = P1^2;
sbit DIO = P1^0;

uchar code
table0[]={0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10,0x3f
};//带小数点

滑动变阻器 10K 两个
A\D转换器 ADC0832 一个
LED 共阳 两个
跳线插口 -- 若干
跳线 -- 若干
数字电压表的设计

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uchar code
table1[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xbf};
//不带小数点
uchar Read_ADC(void);
void display(void);
void main(void)
{
while(1)
{

display();
}
}

uchar Read_ADC(void)
{
uchar i = 0;
uchar Value1 = 0;
uchar Value2 = 0;

AD_CS = 1;//关掉AD;
CLK = 0;
DIO = 0;

AD_CS = 0;//开启芯片
DIO = 1;//开始位
CLK = 0;
CLK = 1; //上升沿

DIO = 1;//单通道
CLK =0;
CLK = 1;
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DIO = 1;//通道选择位
CLK = 0;
CLK = 1;

DIO = 1;//空闲位为数据输出做好准备dio要为高
CLK = 0;
CLK = 1;

for(i = 0;i <8 ;i++) //读第一次数据
{
CLK = 1; //下降沿
CLK = 0;
if(DIO)
{
Value1 |= 0x80 >> i;
}
}

for(i = 0; i < 8; i++) //读第二次数据
{
if(DIO)
{
Value2 |= 0x01 << i;
}
CLK = 1;
CLK = 0;
}

AD_CS = 1; //关掉芯片
if(Value1 == Value2) //数据校准
{
return Value1;
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}
else
{
return 0x00;
}
}

void display(void)
{
uchar i = 0;
uchar a,b;
i = Read_ADC();
a=i*195/10000; //整数部分
b=i*195/1000%10;//小数点后第一位

P0=table0[a];
P2=table1[b];
}

4、课程设计总结

通过这次设计，使我深入了解了AT89S52单片机和ADC0832（A\D
转换器）的结构和特点及数字电压表的工作原理，加深了对课本理论知识
的理解，锻炼了实践动手能力，理论知识与实践设计相结合，培养了创新
开发的思维。在此次课程设计中，收获知识的同时，我还收获了阅历。在
此过程中，我们通过查找资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了
独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。
在此，非常感谢老师的帮助，没有老师的细心讲解，我们的成功会大
打折扣。