单片机电压采集装置课程设计(AD转换及编程实现)

单片机课程设计

姓名：学号：

专业：电子科学与技术

题目：单片机电压采集装置

专题： AD转换及编程实现

指导教师：

设计地点：实验楼时间： 20121220

2012 年12月

单片机课程设计任务书

专业年级电科学号学生姓名

任务下达日期：2012年 12 月20 日

设计日期： 2012年12月1日至 2012 年 12月20日

设计题目：单片机电压采集装置

设计专题题目：AD转换及编程实现

设计主要内容和要求：制作单片机电压采集装置

基本要求

1、模拟通道0电压采集功能

在ADC0809的输入0～5V电压，数码管实时显示被测电压值（显示精度0.001V，即显示1位整数，3位小数）。

2、指定通道电压采集功能

通过模式选择按键切换到“指定通道电压采集功能”，利用+/-按键改变通道值，显示同上。

3、8通道自动循环电压采集功能制作单片机电压采集装置

通过模式选择按键切换到“8通道自动循环电压采集功能”，

默认通道切换时间为2秒。

扩展要求

1、超限报警功能

当Vi超出程序预设报警限值时，报警灯以1Hz速度闪烁显示，并显示提示符以区别上限或下限报警。

2、可修改上限和下限报警值的超限报警拨弄能

可随意设置上、下限报警值（步长0.1V，默认下限为0V，上限为5V）。设置时，当下限≥上限（或上限≤下限）时予以提示，并拒绝接受数据。

指导教师签字：

摘要：

此单片机电压采集装置使用AT89S52芯片和ADC0809芯片进行电压采集，实现AD转换的基本功能。，键盘电路和8个LED数码显示电路。扩展电路中包含了A/D转换电路，AD转换五种工作模式下对应要实现的功能:即模式0下完成通道0的模拟信号采集；模式1时完成指定模拟通道电压采集，按加、减（K2,K3）按键手动实现模拟通道的切换, 此外，通过内部定时器T1实现报警功能，即超过上限电压4.999V时报警，同时点亮P1.1即L2发光LED小灯，低于下限电压0.000V时也实现报警功能，只是报警的频率改变，同时点亮P1.0即L1发光LED小灯；而模式2完成8通道模拟信号自动循环采集功能，通过加入内部定时器T0中断，从而实现每隔1秒通道值自动加1的功能；进入模式3的时候，需要人为设置报警上限，此程序设定报警上限为4V,而报警上限默认值为3.999V，通过按加、减（K2/K3）按键实现上限加减0.1V；模式4的时候设置报警下限电压，默认报警下限电压为1.999V,本程序中设置的报警下限电压为2V,通过加减（K2/K3）按键实现电压加减0.1V的功能，最终实现电压采集和扩展功能。

关键词：AT89S52芯片、ADC0809芯片

目录

1 绪论 (1)

1.1 系统设计方案 (1)

1.1.1 系统设计原理框图 (1)

2 硬件电路设计 (3)

2.1 单片机电路 (2)

2.1.1 单片机最小系统 (2)

2.1.2 显示译码电路 (2)

2.2A/D转换 (5)

2.2.1ADC0809转换原理 (5)

2.2.2AD转换电路 (6)

2.2.3 电路设计 (7)

3 软件设计 (8)

3.1 设计任务 (8)

3.1.1 基本任务 (8)

3.2 程序设计 (8)

3.3.1主程序框图 (8)

3.3.2 AD信号采集 (9)

4 系统调试 (17)

5 总结 (18)

参考文献： (19)

附录一电源印刷电路板布线图 (20)

附录二单片机板电路原理图 (21)

附录三单片机印刷电路板布线图 (22)

附录四元件清单 (24)

1 绪论

1.1系统设计方案

本次实验要求设计电压采集装置，课程设计分设计、制作和调试三个部分。设计选题以单片机为核心，基本内容应包括单片机最小系统、键盘和LED 显示电路，以及设计系统涉及的其他电路。

系统硬件电路由标准电路和自制电路两部分组成。标准电路包括单片机最小系统、8个LED数码管电路和键盘电路，可根据设计需要进行配置选用。自制电路需自行设计焊接，包含标准电路不具备的其他电路。

设计中采用了模数转换器，利用ADC0809型8位MOS型A/D转换器。可实现8路模拟信号的分时采集，片内有8路模拟选通开关，以及相应的通道地址锁存用译码电路，实现模拟信号到数字信号的转换。控制部分采用单片机89C52来完成。显示部分利用LED数码管显示模块，来显示采集到的电压分量。

1.2.1系统设计原理框图

2 硬件电路设计

系统硬件电路由标准电路和自制电路两部分组成。标准电路包括单片机最小系统、6个LED数码管电路和键盘电路，可根据设计需要进行配置选用。自制电路需自行设计焊接，包含标准电路不具备的其他电路。

2.1单片机电路

2.1.1单片机最小系统

CPU原理图

该原理图包含单片机以及外部连接译码，锁存电路端口，其中的ALE,REST为高电平时用来启动ADC0809.P0、P2口控制数码输出显示，P3口的P3.3、P3.4、P3.5控制按键，P1.1~P1.3控制通道选择。

晶振采用12MHZ，该频率有利于提高串口的通信可靠性，同时又保证单片机有较高的运行速度。

2.1.2 显示译码电路

LED显示电路可提供8位LED显示；可显示P1（P3）口状态；也可显示输入按键状态

LED显示电路

显示电路采用6位共阳极LED动态扫描显示，CD4511输出所需字形，74LS138选择字位。在动态方式中，逐个地循环地点亮各位显示器。

数码管显示电路

显示译码电路部分由P0口或P2口输出显示。

显示译码器采用CD4511芯片：输入：BCD 输出：七段码

74LS138芯片是用来控制显示时候的字位的，由于单片机的管脚是有限的通过使用138芯片可以避免少使用些单片机的管脚，当输入001时，译码可得10111111:输入：0~7 输出：低电平

2.2 A/D转换

2.2.1 ADC0809转换原理

当单片机端的P3.3接低电平时，可以使两个非门打开

（1）当模拟量送至某一输入通道后，CPU将标识该通道编码的三位地址信号经数据线或地址线输入到ADDC、ADDB、ADDA引脚上。

（2）地址锁存允许ALE锁存地址信号，启动命令START启动A/D转换。

（3）转换开始,EOC变低电平，转换结束，EOC变为高电平。EOC可作为中断请求信号。

（4）转换结束后，可通过执行IN指令，设法在输出允许OE脚上形成一个正脉冲，打开三态缓冲器把转换的结果输入到DB，一次A/D转换便完成。

IN-026

msb2-1

212-220IN-1272-3192-418IN-2282-582-615IN-312-714lsb2-8

17IN-4

2EOC

7IN-53ADD-A 25IN-64ADD-B 24ADD-C 23IN-7

5

ALE

22

ref(-)16ENABLE 9START 6

ref(+)12CLOCK 10IC12ADC0809

12345678J1CON8

VCC

1213

DBNOT2F 7404

1

1

2

2

W

3WR15.1K

VCC

CADP 0.1U

ADCCLK

NEOC

CH0

1

2

3

74LS02A

4

5

6

74LS02B

ADCCS

PD7

PD6CH3CH4CH5CH6CH71

ADCH0D0D1D2D3D4D5D6D7

A0A1A2CH2CH1GND

IN0，通道0

参考电压：5V

转换时钟：

接单片机ALE 输出经分频后得到

启动和地址锁存信号

输出使能信号

通道地址信号

输出数据

/WR /RD

片选信号： P3.3=0

/INT0

CC4060_7 AD_CS 2.2.2 AD 转换电路

2.2.3电路设计

硬件资源分配

数码管显示电路：用 P2 口：bcd 码输出－－P2.3~P2.0；字位选择－－ cba=P2.6~P2.4 ；小数点－－ P2.7

键盘电路： P3口低四位

1号按键P3.0---模式切换

2号按键P3.1---通道、报警限加 3号按键P3.2--通道、报警限减

4号按键P3.3-- 查询法，接收ad 转换状态

（不作为按键使用） 中断法，收ad 结束中断信号 ADC0809电压转换电路控制信号： /wr==p3.6 /rd==p3.7 eoc== p3.3 Cs== p3.5

转换通道选择地址线：CBA ==P1(6-4)

转换结束：EOC ＝1

3 软件设计

3.1 设计任务

3.1.1 基本任务1、进行电压采集并显示

3.1.2 扩展任务1、指定通道采集

2、循环采集显示，默认每通道显示1秒钟。

3、报警设置报警上限为4V

报警下限为2V

3.2 程序设计

3.2.1 主程序框图

主程序框图

3.3.2AD信号采集程序

#include

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

#define zxma P0 //字型码地址，通过P0口送字型码

#define zwma P2 //字位码地址，通过P2口送字位码

sbit l owflag=P1^0; //下限报警LED

sbit h ighflag=P1^1; //上限报警LED

sbit a d_adda=P1^4; //ad0809地址端A，低位

sbit a d_addb=P1^5; //ad0809地址端B，中位

sbit a d_addc=P1^6; //ad0809地址端C，高位

sbit k ey1=P3^0; //按键1

sbit k ey2=P3^1; //按键2

sbit a d_eos=P3^3; //ad0809转换结束标志，1转换完，0正在转换

sbit speeker=P3^4; //蜂鸣器报警

sbit a d_cs=P3^5; //ad0809片选，低电平有效

sbit a d_wr=P3^6; //ad0809写入信号，锁存地址和启动ad

sbit a d_rd=P3^7; //ad0809读出信号，通过P0口读回ad转换结果uchar ad_data; //ad采集数据

uchar pdata ad_start,ad_over; //两个片外地址，用于产生读写信号

uchar ad_td; //ad采集通道

uchar ad_mode; //ad采集模式

uchar key;

uint ad_high=4000; //ad报警上限，设置为4V

uint ad_low=2000; //ad报警下限，设置为2V

uchar tt0=100; //定时1s(10ms,需要100次)

sbit ad_clk=P1^7; //本程序利用P1.7产生方波来给ad0808提供脉冲，/*共阴极数码管字形码,共阳极数码管取反即可*/

uchar code zixing[]={0x3F, 0x06, 0x5B, 0x4F, 0x66, 0x6D, 0x7D, 0x07,

0x7F, 0x6F, 0x77, 0x7C, 0x39, 0x5E, 0x79, 0x71};

/*共阳极数码管字位码,共阴极数码管取反即可*/

uchar code ziwei[]={0x01, 0x02, 0x04, 0x08,0x10, 0x20, 0x40, 0x80};

void timer2int();

void delay(uint i);

void disp(void);

void ad_change(void);

void keyscan(void);

void keyanswer(void);

void alarm();

void timer0int(void);

void timer0chengxu(void);

void timer1int(void);

void timer1chengxu(void);

void main(void)

{

timer0int();

timer1int();

while(1)

{

keyscan();

keyanswer();

ad_change();

disp();

}

}

void keyscan(void)

{

if(!key1)

{

while(!key1)disp();

key=1;F0=1;

}

if(!key2)

{

while(!key2)disp();

key=2;F0=1;

}

if(!key3)

{

while(!key3)disp();

key=3;F0=1;

}

}

void keyanswer(void)

{

if(key==1&F0==1)

{

ad_mode++;

if(ad_mode==5)ad_mode=0;

}

if(ad_mode==0)

{

ad_td=0;

}

if(ad_mode==1)

{

if(key==2&F0==1)

{

ad_td++;

if(ad_td==8)ad_td=0;

}

{

ad_td--;

if(ad_td==255)ad_td=7;

}

}

if(ad_mode==2)TR0=1;

else TR0=0;

if(ad_mode==3)

{

if(key==2&F0==1)

{

ad_high=ad_high+100;

}

if(key==3&F0==1)

{

ad_high=ad_high-100;

}

}

if(ad_mode==4)

{

if(key==2&F0==1)

{

ad_low=ad_low+100;

}

if(key==3&F0==1)

{

ad_low=ad_low-100;

}

}

F0=0;

}

void timer0int(void)

{

TH0=(65536-10000/1)/256;

TL0=(65536-10000/1)%256;

ET0=1;

EA=1;

TR0=0;

}

void timer0chengxu(void) interrupt 1 {

TH0=(65536-10000/1)/256;

TL0=(65536-10000/1)%256;

tt0--;

if (tt0==0)

{

tt0=100;

ad_td++;

if(ad_td==8)ad_td=0;

}

}

void timer1int()

{

TMOD=0x11;

TH1=(65536-500/1)/256;

TL1=(65536-500/1)%256;

ET1=1;

EA=1;

TR1=0;

}

void timer1chengxu() interrupt 3 {

if (ad_dianya

{

lowflag=0;

TH1=(65536-100/1)/256;

TL1=(65536-100/1)%256;

speeker=~speeker;

}

else

{

lowflag=~lowflag;

highflag=0;

TH1=(65536-5000/1)/256;

TL1=(65536-5000/1)%256;

speeker=~speeker;

}

lowflag=1;

highflag=1;

}

void alarm()

{

uint ad_dianya;

// uint speaker;

if (ad_dianya>ad_high|ad_dianya

TR1=1; //开放T1中断

}

else TR1=0; //关闭T1中断

}

void ad_change(void)

{

ad_adda=0;

ad_addb=0;

ad_addc=0;

P1=P1|(ad_td<<4);

ad_start=0x00;

while(ad_eos==1)disp();

ad_data=ad_over;

}

void disp(void)

{ uint ad_dianya;

uchar j,k,l,m;

if(ad_mode==0|ad_mode==1|ad_mode==2)

{

ad_dianya=ad_data*19.60784;

}

if(ad_mode==3)

{

ad_dianya=ad_high;

}

if(ad_mode==4)

{

ad_dianya=ad_low;

}

j=ad_dianya/1000;

k=ad_dianya%1000/100;

l=ad_dianya%100/10;

m=ad_dianya%10;

zwma=~ziwei[0]; zxma=~zixing[ad_mode]; delay(1); zxma=0xFF;

zwma=~ziwei[2]; zxma=~zixing[ad_td]; delay(1); zxma=0xFF;

zwma=~ziwei[4]; zxma=~zixing[j]&0x7f; delay(1); zxma=0xFF;

zwma=~ziwei[5]; zxma=~zixing[k]; delay(1); zxma=0xFF;

zwma=~ziwei[6]; zxma=~zixing[l]; delay(1); zxma=0xFF;

zwma=~ziwei[7]; zxma=~zixing[m]; delay(1); zxma=0xFF;

}

void delay(uint i)

{

unsigned int j,k;

for(j=0;j

for(k=0;k<121;k++);

void timer2int()

{

C_T2=0;

RCAP2H=(65536-100)/256;

RCAP2L=(65536-100)%256;

EA=1;

ET2=1;

TR2=1;

}

void timer2pro(void) interrupt 5 using 0 { TF2=0;

ad_clk=~ad_clk;

}

4 系统调试

硬件焊接分为单片机板和扩展版两部分。在焊接单片机板的时候出现过虚焊和漏焊的现象，再其次就是在焊接扩展板的时候，自己将排阵竟然全部焊接反了，由于自己的疏忽，导致杜邦线无法连接。然后自己又逐一将排阵全部焊接了一遍，再者就是电路板的布局问题，由于自己是第一次走线，导致板子背面的走线很不光滑而且混乱，没有秩序，但最终在自己的努力下实现了功能。

由于自己曾经掌握一些简单的汇编语言，例如VB,C,C++等汇编语言，所以开始的时候总想将汇编语言写成C语言的格式，导致程序频频出现问题。而且由于自己起初对KEIL C软件不是非常了解，所以很多时候出现问题自己不会改写。但最终在老师和同学的帮助之下，悉心学习，耐心请教，通过程序调试各个部分的功能，完成各功能模块，把程序下载到单片机中，最终实现电压采集功能和扩展功能。

参考文献：

[1]胡汉才，《单片机原理及其接口技术》（2版），清华大学出版社

[2]张迎新，《单片机中级教程》，北京航空航天大学出版社

[3]丁元杰，《单片机原理与应用》，机械工业出版社

[4]孙育才，《MCS-51系列单片微型计算机及其应用》，东南大学出版社

附录一电源印刷电路板布线图

附录二单片机板电路原理图