单片机课程设计()

~ 学年第学期

《单片机应用技术》

课程设计报告

题目：数字电压表设计

专业：电气工程及其自动化

班级：

姓名：

指导教师：

电气工程学院

年月日

任务书

本文介绍了以单片机为核心的数字电压表的设计。设计主要由三个模块组成：A/D转换模块，数据处理模块以及显示模块。A/D转换由芯片ADC0804来完成，它负责把采集到的模拟量转换为相应的数字量在传送到数据处理模块。数据处理模块。数据处理则由芯片AT89C51来完成，其负责把ADC0804传送来的数字量经过一定的数据处理，产生相应的显示码送到显示模块进行显示；此外，它还控制着ADC0804芯片工作。

此数字电压表采用中断方式，对两路0~5V的模拟电路进行循环采集，采集的数据送LED显示，并存入内存，超过界线时指示灯闪烁。

关键词：单片机；数字电压表；A/D转换；AT89C51；ADC0804

摘要 (2)

第一章：系统设计总体方案

1.1 设计要求 (4)

1.2 设计思路 (4)

1.3 设计方案 (4)

第二章：系统硬件电路设计

2.1A/D转换模块 (4)

2.1.1 逐次逼近型A/D转换器原理 (4)

2.1.2 ADC0804的管脚和转换原理 (5)

2.2复位电路和时钟电路 (6)

2.2.1 复位电路设计 (6)

2.2.2 时钟电路设计 (7)

2.3LED显示系统设计 (7)

2.3.1 LED基本结构 (7)

2.3.2 LED显示器的选择 (8)

2.3.3 LED译码方式 (8)

2.3.4 LED显示器与单片机接口设计 (9)

2.4总体电路设计 (9)

第三章：系统程序设计

3.1系统设计总方案 (10)

3.2系统子程序设计 (11)

3.2.1 初始化程序 (11)

3.2.2 A/D转换子程序 (11)

3.2.3 显示子程序 (12)

第四章：系统仿真

4.1软件调试 (12)

4.2显示结果及误差分析 (12)

4.2.1 显示结果 (12)

4.2.2 误差分析 (14)

第五章：结束语

参考文献 (15)

附录 (16)

第一章：系统设计总体方案

1.1设计要求

（1）以单片机为核心，设计一个数字电压表。

（2）采用中断方式，对2路0~5V的模拟电压进行循环采集。

（3）采集的数据送LED显示，并存入内存。

（4）超过界线时指示灯闪烁。

1.2设计思路

（1）根据设计要求，选择AT89C51单片机为核心控制器件。

（2）A/D转换采用ADC0804，与单片机的接口为P1口。

（3）电压显示采用4位一体的LED数码管。

（4）LED数码的段码输入，由并行端口P2产生：位码输入，用并行端口P3低四位产生。

1.3设计方案

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一所示。

图一数字电压表系统硬件设计框图

第二章：系统硬件电路设计

2.1A/D转换模块

现实世界的物理量都是模拟量，能把模拟量转化呈数字量的器件称为模/数转换器（A/D转换器），A/D转换器是单片机数据采集系统的关键接口电路，按照各种A/D芯片的转化原理可分为逐次逼近型，双重积分型等等。双重积分式A/D 转换器具有抗干扰能力强、转换精度高，价格便宜等优点。与双积分相比，逐次逼近式A/D转换器的转换速度快，而且精度更高，比如ADC0809、ADC0808、ADC0804等，它们通常具有8路模拟选通开关及地址译码，锁存电路等。它们可以与单片机系统连接，将数字量送到单片机进行分析和显示。一个n位的逐次逼近型A/D 转换器只需要比较n次，转换时间只取决于数位和时钟周期，逐次逼近型A/D 转换其速度快，因而在实际中广泛应用。

2．1.1 逐次逼近型A/D 转换器原理

逐次逼近型A/D转换器是由—个比较器、A/D转换器、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—次开始逐位试探比较。转换过程如下：

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用转换器转换，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，然后从第一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。其原理框图如图二所示：

顺序脉

冲发生

器

逐次逼

近寄存

器

ADC电压比

较器

输入

数字

量

输入电压

图二逐次逼近式A/D转换器原理图

2.1.2 ADC0804的管脚和转换原理

工作电压：+5V，即VCC=+5V。

模拟输入电压范围：0~5V，即0V

Vin5

+

≤

≤。

分辨率：8位，即分辨率为1/2=1/256，转换值介于0~255之间。

转换时间：100us(fCK=640KHz)。

转换误差：LSB

1

±。

参考电压：2.5V，即Verf=2.5V。

ADC0804是属于连续渐进式的A/D转换器，这类型的A/D转换器除了转换速度快、分辨率高外，还有价钱便宜的优点，普遍被应用于微电脑的接口设计上。

以输出8位的ADC0804动作来说明“连续渐进式的A/D转换器”的转换原理，动作步骤如下表示（原则上先从左侧最高位找起）。

第一次寻找结果：10000000（若假设值输入值

≤，则寻找位=假设位=1）

第二次寻找结果：11000000（若假设值输入值

≤，则寻找位=假设位=1）

第三次寻找结果：11000000（若假设值>输入值，则寻找位=假设位=0）

第四次寻找结果：11010000（若假设值输入值

≤，则寻找位=假设位=1）