单片机技术课程设计说明书( 2010)单 片 機 技 术 课 程 设 计 说 明 书智能数据采集系统（数字电压表的设计）专业 电气工程及其自动化学生姓名 xxx班级 电气学号 xxx指导教师 xxx完成日期 2010 年 6 月 10 日單片机技术课程设计说明书( 2010)目 录数 字 电 压 表 的 设 计 ……………………………………………………………………………1. 概 述 ………………………………………………………………………………………2. 系 统 方 案 设 计 ……………………………………………………………………………3. 系 统 硬 件 设 计 ……………………………………………………………………………3.1 硬 件 流 程 图 …………………………………………………………………………3.2 硬 件 电 路 图 …………………………………………………………………………3.3 硬 件 电 路 图 各 组 成 模 块 分 析………………………………………………………4. 系 统 软 件 设 计 ……………………………………………………………………………4.1 主 程 序 流 程 图 ………………………………………………………………………4.2 转 换 结 果 处 理 子 程 序 流 程 图……………………………………………………4.3 显 示 子 程 序 鋶 程 图 …………………………………………………………………4.4 延 时 子 程 序 流 程 图 …………………………………………………………………5. 结 束 语 ……………………………………………………………………………………参 考 文 献 ………………………………………………………………………………………附 录 ……………………………………………………………………………………………附 录 1 ： 程 序 清 单 ……………………………………………………………………………附 录 2： 设 计 图 纸 ……………………………………………………………………………附 录 3： 元 器 件 目 录 表 …………………………………………………………………………单片机技术课程设计说明书( 2010)智能数据采集系统（數字电压表的设计）1. 概述1.1 课题要求设计并且制作基于 51 单片机的数据采集系统配置 A／D 转换芯片，编制数据采集系统监控软件数据采集软件，电位器提供模拟输入量（传感器实验系统提供模拟量输入）将模拟量转换成数字量，通过数码管显示出来分析数据采集精度。1.2 课題内容本文介绍了用 ADC0809 集成电压转换芯片和 89C51 单片机设计制作的数字电压表该数字电压表可以测试的电压范围为 0～51V,并可以将测得的电压值显礻在数码管上。在数字电路和显示技术中为了实现数字显示，需要把连续变化的模拟量变换成数字量这种变换就是 A/D 转换。为了使模拟量变换成数字量必须经过取样、量化过程。量化单位越小整量化的误差就越小，数字量就越接近连续量本身的值1.3 课题的性质及目的數字电压表是利用模拟/数字交换器原理，以十进制数字形式显示被测电压值的仪表数字电压表除广泛用于电压测量外，通过各种变换器還可以测量其它电量和非电量用途非常广泛。在数字电路和显示技术中为了实现数字显示，需要把连续变化的模拟量变换成数字量這种变换就是 A/D 转换。为了使模拟量变换成数字量必须经过取样、量化过程。量化单位越小整量化的误差就越小，数字量就越接近连续量本身的值模拟种类繁多，包括各种各样的物理量实际上，很多物理量先别被转换成电压（用各种传感器）然后再由电压转换成数芓量，所以电压/数字变化就是 A/D 转换的重点用电压/数字变换器（ADC0809）单独做成的测量仪器即为数字电压表。2 .系统方案设计ADC0809 是采用逐级比较的方法完成 A/D 转换可通过适当的外接电路对电压在 0～5V 之间的模拟输入量信号进行转换，为了使其可以测试 0～51V 的电压本任务利用分压器对 0～51V 進行分压。从测试端输入的电压(0～5V1V)经过90K∩和 10K∩电阻分压后送到 ADC0809 输入端的电压大约只有测试端的1/10，经过 89C51 处理后将电压值显示在 3 个数码管仩。如测试端输入 4.0V的电压时数码管显示“04.0”。为实现对 0～51V 电压的测量首先将电压模拟量转换为电压的数字量，其中经过抽样和量化过程这些工作通过 ADC0809 完成，ADC0809 是 CMOS 单片型逐次逼近式 A／D 转换器它由 8 路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8 位开关树型 D／A 转换器、逐次逼近，寄存器、三态输出锁存器等其它一些电单片机技术课程设计说明书( 2010)路组成单片机控制 ADC 时，有查询和中断两种方式为此提出两种方案；方案一：（使用查询方式）采用 89C51 带 4K 字节闪烁可编程可擦除之都存储器，具有低电压、高性能的微处理器此外还有 ADC0809（逐级比较型）转换器、如干电阻或电位器、单输入端双 D 触发器、三态输出的八 D 透明锁存器等图 1 以查询方式为控制的硬件接口方案二：（使用中断方式）接线圖与查询方式部分相似，其中只需将上图中的 ADC0809 的 EOC 引脚经过一非门连接到 89C51 的 INT1 引脚即可当转换结束后，EOC 发出一个脉冲向单片机提出中断申请单片机相应中断请求，有外部中断 1 的中断服务程序读 A/D 结果并启动 ADC0809 的下一次转换，外部中断采用跳沿触发方式两种方案的电路各自特點如下：①查询方式是在单片机把启动信号送到 ADC 之后，执行别的程序同时对0809 的 EOC 引脚的状态进行查询，以检查 ADC 变换是否已经结束如查询箌变换已经结束，则读入转换完毕的数据具有通用性好，硬件接线和查询程序十分简单但效率不高②中断方式是在启动信号送到 ADC 之后，单片机执行别的程序0809 转换结束并向单片机发出中断请求信号时，单片机响应此中断请求进入中断服务程序，读入转换数据此方式效率高，适合变换时间较长的 ADC缺点是需要较多硬件，电路交复杂耗电量交大，不太适合于普通场合及变换时间要求短的电路中单片機技术课程设计说明书( 2010)综上所述采用方案一（查询方式），并对细节进行进一步完善制作3 系统的硬件设计3.1 简要硬件流程图如下：模拟电量产生电路(分压电路)ADC0809 转换为数字量89C51 对 ADC0809设置和数字量进行处理CD4511 锁存/7 段译码驱动器7 段数码管显示电压值（3 个）图 2 硬 件 电 路 流 程 图注：本电路相關涉及元器件大体有 90 千欧和 10 千姆电阻各 1 个、ADC0809 转换器 1 个、单输入端双 D 触发器（74HC74）1 个、与非门（74ALS02）2 个、89C51 芯片 1 个、三极管（C1815）3 个、锁存 7 段译码驱動器（CD4511）1 个、7 段数码管 3 个、导线如干等……数字电压表的硬件电路原理图如下图 3 所示，主要由分压电路、A/D 转换、单片机处理、数码管显示等四个模块组成分压模块如图 4 所示：由于 AD0809 的器件本身只能对电压在 0～5V 的模拟信号进行转换，为对 0～51V 范围内待测电压值准确测定需使用電位器或电阻进行分压，采用两个并联电阻完成得到在 ADC0809 工作范围内的转换电压值A/D 转换模块如图 4 所示：就是直接利用 ADC0809 芯片对输入量进行转換，模拟量转换成数字量单片机处理模块如图 5 所示：对 ADC0809 的数值进行内部运算，最终产生数码管显示的十进制值这种方法获得值更加精確，而且处理起来更加灵活数码管显示模块如图 6、图 7 所示：为产生更加显示效果，数码管采用动态显示的方式与 89C51 之间通过锁存 7 段译码驅动器、上拉电阻连接，便于驱单片机技术课程设计说明书( 2010)动和满足阻抗匹配、限压分流的作用此外利用三极管分别工作在饱和区与截圵区的不同性能起到数字开关的功效。图 3 数字电压表系统原理电路图图 4 分压、A/D 转换单片机技术课程设计说明书( 2010)图 5 单片机数值处理图 6单片机技术课程设计说明书( 2010)图 7注：三个三极管的集电极分别与三个数码管的 COM 端相连锁存 7 段译码驱动器右端的端口 A、B 、C、D 分别于 89C51 的 P1.0、P1.1 、P1.2、P1.3 端口相連4 系统软件设计数值电压表的控制系统软件主要分为主程序、转换结果处理子程序、显示子程序、延时子程序四个部分。4.1 主程序主程序主偠负责总体程序管理功能包括初始化部分与人机交互设定部分。包含了系统运行过程中所需所有子程序如采用动态扫描方式显示电压數值，因侧主程序就需调用延时、显示程序主程序流程图如图 8 所示：4.2 转换结果处理子程序此程序主要是单片机对将已经过 A/D 转换而来的数芓进行处理，分高低位的循环执行进行一系列计算得到最终待测的电压数值，其流程图如下图所示4.3 显示子程序数码管使用动态显示方式即在某一时刻，只让某一位的位选线处于选通状态而其他各位的位选线处于关闭状态，同时段码线上输出相应位要显示的字符的段碼，分时选通如此循环下去就可以使各位显示出将要显示的字符。虽然这些字符是在不同的时刻出现的而在同一时刻，只有一位显示其他各位熄灭，但由于 LED 显示器的余晖和人眼的视觉暂留作用显示间隔短就可以造成多位同时亮的假象，达到同时显示的效果此方式實质是以牺牲 CPU 的显示时间来换取器件的减少。流程图如下图所示4.4 延时子程序延时子程序流程图如下图所示数码管动态时间间隔时间其计算如下：250*2=500us ，0.5ms*10=5ms 间隔 5ms 流程图如下图所示单片机技术课程设计说明书( 2010)P1 地位清零启动 A/D 转换查询 A/D 转换是否结束读取 A/D 转换结果调用转换值处理程序调用顯示程序对数值进行循环动态显示图 8 主程序流程图R6 赋值（R6=10 ）R7 赋值（R7=250 ）R7 减 1R6 减 1返 回单片机技术课程设计说明书( 2010)图 9 延时子程序图 10 显示子程序显示┿分位延时 5ms显示个位延时 5ms显示十位延时 5ms清 0返 回进位标志位清零高低位寄存器赋值设置扫描次数低位数字处理过程高位数字处理过程扫面次數检查存储高低位返 回单片机技术课程设计说明书( 2010)图 11 转换结果处理子程5 结束语：在单片机的应用系统中被测量对象的相关变量，如温度、压力、流量、速度等非电物理量须经传感器转换成连续变化的模拟电信号（电压或电流） ，这些模拟电信号必须转换成数字量后才能茬单片机中用软件进行处理它的方法是多样的，宜根据实际情况来进行电路设置于连接本文的课题是关于智能数据采集系统的设计，茬实际工作学习中电力元器件电压表相对接触比较频繁、使用方便、制作简单、随着技术的发展其性能也得到了进一步的完善有普通的、万能式的……在这我们选择以制作数字式电压表为例，来阐述 MCS-51 单片机与 A/D 转换器的实际连接与应用从构思、理论分析、设计、制作、编程、校验等不同环节进行。本课题本着贴近实际使用的原则来对具体元器件进行选择如选取 ADC0809、单片机 89C51 等，根据具体课题内容设计要求、器件的自身性能规范来组织连接电路为满足需要，添加必要的辅助元件本课题中 89C51 采用查询的方式控制 ADC，在单片机把启动信号送到 ADC 之后执行别的程序，同时对 0809 的 EOC 引脚的状态进行查询以检查 ADC

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