交流电压采样单片机课程设计.docx

资源描述

交流电压采样单片机课程设计.docx

《交流电压采样单片机课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《交流电压采样单片机课程设计.docx（22页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

交流电压采样单片机课程设计.docx

交流电压采样单片机课程设计

课程设计任务书

学生姓名：

周鸣一专业班级：

电信1301班

指导教师：

陈德军工作单位：

武汉理工大学

题目:

用串行A/D芯片采集波形

初始条件：

（1）max2win、wave等软件；

（2）先修课程：

数字电子技术、模拟电子技术、单片机、微机处理。

要求完成的主要任务:

（包括课程设计工作量与其技术要求，以与说明书撰写等具体要求）

（1）课程设计时间：

第17周；

（2）课程设计题目：

用串行A/D芯片采集波形；

（3）本课程设计统一技术要求：

采用单片机AT89C51实现交流采样，即系统采集的是交流电压。

该系统主要包括几大模块:

数据采集模块，A/D转换模块，控制模块，显示模块。

在LED上显示采样的采样的瞬时值，有效值和峰值。

（4）课程设计说明书按学校“课程设计工作规范”中的“统一书写格式”撰写，并标明参考文献（至少5篇）；

（5）写出本次课程设计的心得体会（至少500字）。

时间安排：

第17周

参考文献：

[1]李广弟等单片机基础北京航空航天出版社，2001.7

[2]楼然苗等51系列单片机设计实例北京航空航天出版社，2003.3

[3]唐俊翟等单片机原理与应用冶金工业出版社，2003.9

指导教师签名：

年月日

系主任（或责任教师）签名：

年月日

摘要

随着电子技术的发展，计算机在现代科学技术的发展中起着越来越重要的作用。

多媒体技术。

网络技术、智能信息处理技术、自试用控制技术、数据挖掘与处理技术都离不开计算机。

本课程设计是基于微机原理与接口技术的简单应用。

运用所学的微机原理和接口技术知识完成ADC0809的采样，即基于STC89C52RC芯片将模拟电压同过ADC0809的采样完成模拟量转换成的数字量并显示出来。

通过硬件与软件的结合，用我们刚刚学过的汇编语言编写程序模拟分析了ADC0809的芯片功能和硬件配置，结合硬件和软件阐述了该系统的工作原理，得出了一种简单实用的ADC0809的交流电压采样硬件与软件设计方案。

该系统能测量0-5V的电压，并能将瞬时值、峰峰值、有效值结果显示与数码管上。

关键字：

STC89C52RC；ADC0809；AD转换；数码管显示

Abstract

Withthedevelopmentofelectronictechnology,computerplaysamoreandmoreimportantroleinthedevelopmentofmodernscienceandtechnology.Multimediatechnology.Networktechnology,intelligentinformationprocessingtechnology,sincethetrialcontroltechnology,dataminingandprocessingtechnologycannotdowithoutcomputer.ThiscurriculumdesignisasimpleapplicationbasedonMicrocomputerPrincipleandinterfacetechnology.TheuseofthemicrocomputerprincipleandinterfacetechnologyknowledgetocompletethesamplingofADC0809,whichisbasedonSTC89C52RCchipanalogdigitalvoltagesamplingwithADC0809completeanalogconvertedanddisplayed.ThroughacombinationofhardwareandsoftwareofchipfunctionandhardwareconfigurationoftheADC0809wejustlearnedintheassemblylanguagethesimulationprogram,acombinationofhardwareandsoftwareandexpoundstheworkingprincipleofthesystem,theACvoltageisasimpleandpracticalsamplingofADC0809hardwareandsoftwaredesign.Case.Thesystemcanmeasurethevoltageof0-5V,theresultsshowthatwiththedigitaltube.

Keywords:

STC89C52RC;ADC0809;A/DTransformation;Digitaltubedisplay

1单片机系统

51单片机是对所有兼容Intel8031指令系统的单片机的统称。

该系列单片机的始祖是Intel的8004单片机，后来随着Flashrom技术的发展，8004单片机取得了长足的进展，成为应用最广泛的8位单片机之一，其代表型号是ATMEL公司的AT89系列，它广泛应用于工业测控系统之中。

很多公司都有51系列的兼容机型推出，今后很长的一段时间内将占有大量市场。

51单片机是基础入门的一个单片机，还是应用最广泛的一种。

需要注意的是51系列的单片机一般不具备自编程能力。

本课程设计采用的是STC89C52RC单片机系统。

STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。

STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

1.1标准功能

具有以下标准功能：

8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KBEEPROM，MAX810复位电路，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。

另外STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

最高运作频率35MHz，6T/12T可选。

1.2主要特性

8K字节程序存储空间；

512字节数据存储空间；

内带4K字节EEPROM存储空间；

可直接使用串口下载；

2ADC0809芯片简介

ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D模数转换器。

其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。

目前仅在单片机初学应用设计中较为常见。

2.1主要特性

1）8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位。

2）具有转换起停控制端。

3）转换时间为100μs（时钟为640KHz时），130μs（时钟为500KHz时）。

4）单个+5V电源供电。

5）模拟输入电压范围0～+5V，不需零点和满刻度校准。

6）工作温度范围为-40～+85摄氏度。

7）低功耗，约15mW。

2.2内部结构

ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，内部结构如图所示，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A/D转换器、逐次逼近寄存器、逻辑控制和定时电路组成。

外部特性（引脚功能）

ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，下面说明各引脚功能：

IN0～IN7：

8路模拟量输入端。

2-1～2-8：

8位数字量输出端。

ADDA、ADDB、ADDC：

3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路。

ALE：

地址锁存允许信号，输入端，产生一个正脉冲以锁存地址。

START：

A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。

EOC：

A/D转换结束信号，输出端，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。

OE：

数据输出允许信号，输入端，高电平有效。

当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。

CLK：

时钟脉冲输入端。

要求时钟频率不高于640KHz。

REF（+）、REF（-）：

基准电压。

Vcc：

电源，单一+5V。

GND：

地。

2.3工作过程

首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。

此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。

START上升沿将逐次逼近寄存器复位。

下降沿启动A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。

直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。

当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。

转换数据的传送A/D转换后得到的数据应与时传送给单片机进行处理。

数据传送的关键问题是如何确认A/D转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行传送。

为此可采用下述三种方式。

（1）定时传送方式

对于一种A/D转换器来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。

例如ADC0809转换时间为128μs，相当于6MHz的MCS-51单片机共64个机器周期。

可据此设计一个延时子程序，A/D转换启动后即调用此子程序，延迟时间一到，转换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。

（2）查询方式

A/D转换芯片有表明转换完成的状态信号，例如ADC0809的EOC端。

因此可以用查询方式，测试EOC的状态，即可确认转换是否完成，并接着进行数据传送。

（3）中断方式

把表明转换完成的状态信号（EOC）作为中断请求信号，以中断方式进行数据传送。

不管使用上述哪种方式，只要一旦确定转换完成，即可通过指令进行数据传送。

首先送出口地址并以信号有效时，OE信号即有效，把转换数据送上数据总线，供单片机接受。

3软件简介

3.1WAVE6000

WAVE6000编译软件，采用中文界面。

用户源程序大小不受限制，有丰富的窗口显示方式，能够多方位、动态地展示程序的执行过程。

其项目管理功能强大，可使单片机程序化大为小，化繁为简，便于管理。

另外，其书签、断点管理功能以与外设管理功能等为51单片机的仿真带来极大的便利。

3.2protues

Proteus软件是英国LabCenterElectronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。

它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机与外围器件。

它是目前比较好的仿真单片机与外围器件的工具。

虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。

Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真软件），从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。

是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。

在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。

4硬件电路设计

4.1硬件电路流程图

图4.1系统硬件电路

4.2单片机最小系统设计

单片机最小系统以STC89C52RC为核心，并设计晶振为12MHZ，由于protues仿真没有STC系列芯片，所以仿真采用AT89C52代替，仿真电路图如图5.1所示。

图4.1单片机最小系统仿真电路图

4.3ADC0809芯片与其接线设计

因设计要求为测出交流电压的瞬时值，有效值，峰值，所以我设计为从IN0输入采样，将ADDA、ADDB、ADDC三个引脚接地，时钟接在单片机P3.7口，定时器输出为1KHZ,EOC输出后接一个反相器，方便单片机外部中断进行对中断信号的判断，因为protues没有ADC0809的仿真模型，所以采用ADC0808作仿真，两款芯片功能引脚相似，只是ADC0809精度更高所连电路图如图5.2所示。

图4.2ADC0809相关连线

4.4其他部分

数码管采用共阴数码管，为了连接方便和电路图更简单，所以设计单片机引脚直连数码管引脚，并设计三个按键开关，使其能选择是测量瞬时值、有效值还是峰峰值。

5程序部分设计

5.1ADC0809所需时钟信号产生

由于单片机定时器越快越不稳定，也越来越多干扰主程序运行，所以设计时钟为1KHZ，这样既能保证AD采样速度较快，也能减少进入中断次数。

本部分采用定时器0，16位方式。

5.1.1程序流程图

图5.1时钟产生程序流程图

5.1.2时钟产生程序

采样中断方式，定时器T0置于方式1（16位）为计数方式，时钟信号频率f=2KHz,t=1/f=500us,fosc=12MHz,MC=12/fosc=1us,计数初值为2^16-t/MC=FE0BH。

WAVE程序截图如图5.2所示。

图5.2中断服务程序截图

5.2A/D转换程序设计

由于硬件将ADDA、ADDB、ADDC选择端置低，并将ALE于START相连。

5.2.1程序流程图

图5.3A/D转换模块程序流程图

5.2.2A/D转换程序

给A/D芯片START脉冲转换信号，并用标志A判断等待期转换结束，在收到转换结束信号后，单片机进入外部中断1，并发出允许输出信号，改变标志A。

程序截图如5.4和5.5所示。

图5.4A/D转换主程序

图5.5AD芯片转换结束中断服务程序

5.3数据处理转换程序

因为单片机P0口从AD芯片得到的转换数字量为8位二进制代码，所以通过处理才能得到人善于分辨的数字。

5.3.1数据处理原理

因为ADC0809最大测量电压为5V，利用

其中X为，得到的转换后的8位二进制数字。

峰值为测量得到的最大值减去最小值，而有效值为峰峰值的0.7。

5.3.2数据处理程序