单片机电压采集装置课程设计AD转换及编程实现.docx
《单片机电压采集装置课程设计AD转换及编程实现.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片机电压采集装置课程设计AD转换及编程实现.docx（24页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
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：
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
2硬件电路设计…………………………………………………………………………3
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
3.3.2AD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
2.2A/D转换
2.2.1ADC0809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。
2.2.2AD转换电路
转换结束：
EOC＝1
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
2.2.3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==p3.3Cs==p3.5
转换通道选择地址线：
CBA==P1（6-4）
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
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
#definezxmaP0//字型码地址，通过P0口送字型码
#definezwmaP2//字位码地址，通过P2口送字位码
sbitlowflag=P1^0;//下限报警LED
sbithighflag=P1^1;//上限报警LED
sbitad_adda=P1^4;//ad0809地址端A，低位
sbitad_addb=P1^5;//ad0809地址端B，中位
sbitad_addc=P1^6;//ad0809地址端C，高位
sbitkey1=P3^0;//按键1
sbitkey2=P3^1;//按键2
sbitkey3=P3^2;//按键3
sbitad_eos=P3^3;//ad0809转换结束标志，1转换完，0正在转换
sbitspeeker=P3^4;//蜂鸣器报警
sbitad_cs=P3^5;//ad0809片选，低电平有效
sbitad_wr=P3^6;//ad0809写入信号，锁存地址和启动ad
sbitad_rd=P3^7;//ad0809读出信号，通过P0口读回ad转换结果
ucharad_data;//ad采集数据
ucharpdataad_start,ad_over;//两个片外地址，用于产生读写信号
ucharad_td;//ad采集通道
ucharad_mode;//ad采集模式
ucharkey;
uintad_high=4000;//ad报警上限，设置为4V
uintad_low=2000;//ad报警下限，设置为2V
uchartt0=100;//定时1s（10ms,需要100次）
sbitad_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*/
ucharcodezixing[]={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*/
ucharcodeziwei[]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80};
voidtimer2int（）;
voiddelay（uinti）;
voiddisp（void）;
voidad_change（void）;
voidkeyscan（void）;
voidkeyanswer（void）;
voidalarm（）;
voidtimer0int（void）;
voidtimer0chengxu（void）;
voidtimer1int（void）;
voidtimer1chengxu（void）;
voidmain（void）
{
timer0int（）;
timer1int（）;
while
（1）
{
keyscan（）;
keyanswer（）;
ad_change（）;
alarm（）;
disp（）;
}
}
voidkeyscan（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;
}
}
voidkeyanswer（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;
}
if（key==3&F0==1）
{
ad_td--;
if（ad_td==255）ad_td=7;
}
}
if（ad_mode==2）TR0=1;
elseTR0=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;
}
voidtimer0int（void）
{
TMOD=0x11;
TH0=（65536-10000/1）/256;
TL0=（65536-10000/1）%256;
ET0=1;
EA=1;
TR0=0;
}
voidtimer0chengxu（void）interrupt1
{
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;
}
}
voidtimer1int（）
{
TMOD=0x11;
TH1=（65536-500/1）/256;
TL1=（65536-500/1）%256;
ET1=1;
EA=1;
TR1=0;
}
voidtimer1chengxu（）interrupt3
{
uintad_dianya;
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;
}
voidalarm（）
{
uintad_dianya;
//uintspeaker;
if（ad_dianya>ad_high|ad_dianya{
TR1=1;//开放T1中断
}
elseTR1=0;//关闭T1中断
}
voidad_change（void）
{
ad_adda=0;
ad_addb=0;
ad_addc=0;
P1=P1|（ad_td<<4）;
ad_cs=0;
ad_start=0x00;
while（ad_eos==1）disp（）;
ad_data=ad_over;
}
voiddisp（void）
{uintad_dianya;
ucharj,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;
}
voiddelay（uinti）
{
unsignedintj,k;
for（j=0;jfor（k=0;k<121;k++）;
}
voidtimer2int（）
{
C_T2=0;
RCAP2H=（65536-100）/256;
RCAP2L=（65536-100）%256;
EA=1;
ET2=1;
TR2=1;
}
voidtimer2pro（void）interrupt5using0{
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KEILC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
附录三单片机印刷电路板布线图
附录四元件清单
电源板
符号
名称
型号参数
数量
备注
C1\5\6
电解电容
2200uF/25V
3
C3\9\10
100uF/25V
3
C2\4\7\8\11\12\13
独石电容
104
7
LED1\2\3
发光二极管
φ5
3
红
R1
电阻
470欧
1
R2/3
1K欧
2
D1_1/1/2/3/4/5
二极管
IN4007
6
散热片
3
变压器
220V~50V
1
MC1
芯片
7805
1
MC2
7812
1
MC3
7912
1
POWERIN/OUT5
电源接口
2
电路板
1
插头
1
扩展板
符号
名称
型号参数
数量
备注
滑动变阻器
1
芯片
ADC0809
1
74HC02
1
4046
1
74HC04
1
双排针
若干
短路帽
若干
单片机主板
符号
名称
型号参数
数量
备注
KP1/2/3/4/SWRST1
微动开关
6*6*6
5
SWPIP1
拨码开关
1
芯片座
14P
4
16P
4
28P
1
40P
11
U1
芯片
AT89S52
1
U2
4511
1
U3
74HC138
1
U5/6
74HC04
2
L1~8
发光二极管
8
红
SEG1~6
LED数码管
共阴极
6
SR1~8
电阻
200欧
8
R1
1K
1
R2
10K
1
CRY1
晶振
12M
1
C2/3
瓷片电容
20P
2
C5
独石电容
104
1
C1
电解电容
22uF/25V
1
RKP1
排阻
3.3K
1
RKP2
1K
1
RL1
10K
1
RLED
470
1
电路板
1
双排针
若干
短路帽
若干
POW1
电源接口
1
升级会员 