基于STC12C5A60S2单片机数字电压表的设计Word格式.docx
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STC12C5A60S2单片机系统，数码管显示系统、时钟电路、复位电路档位调节电路以及测量电压输入电路。
硬件电路设计框图如图1所示。
时钟电路
测量电压输入
入
LCD1602显示
STC12C5A60S2
P1
P0
P2
P2
P0
复位电路
图2.1数字电压表系统硬件设计框图
第3章硬件电路设计
3.1STC12C5A60S2单片机
图3.1STC12C5A60S2单片机引脚图及实物图
3.2STC12C5A60S2系列单片机主要性能
1）高速：
1个时钟/机器周期，增强型8051内核，速度比普通8051快6~12倍。
2）宽电压：
5.5~3.3V，2.2~3.6V（STC12LE5A60S2系列）。
3）增加第二复位功能脚/P4.6（高可靠复位，可调整复位门槛电压，频率<
12MHz时，无需此功能）。
4）增加外部掉电检测电路/P4.6，可在掉电时，及时将数据保存进EEPROM，正常工作时无需操作EEPROM。
5）低功耗设计：
空闲模式（可由任意一个中断唤醒）。
6）低功耗设计：
掉电模式（可由外部中断唤醒），可支持下降沿/上升沿和远程唤醒。
7）支持掉电唤醒的管脚：
INT0/P3.2，INT1/P3.3，T0/P3.4，T1/P3.5，RxD/P3.0，
CCP0/P1.3（或P4.2），CCP1/P1.4（或P4.3），EX_LVD/P4.6。
8）工作频率：
0~35MHz，相当于普通8051：
0~420MHz。
9）时钟：
外部晶体或内部RC振荡器可选，在ISP下载编程用户程序时设置。
10）8/16/20/32/40/48/52/56/60/62K字节片内Flash程序存储器，擦写次数10万次以上。
11）1280字节片内RAM数据存储器。
12）芯片内EEPROM功能,擦写次数10万次以上。
13）ISP/IAP，在系统可编程/在应用可编程，无需编程器/仿真器。
14）8通道，10位高速ADC，速度可达25万次/秒，2路PWM还可当2路D/A使用。
15）2通道捕获/比较单元（PWM/PCA/CCP），也可用来再实现2个定时器或2个外部中断（支持上升沿/下降沿中断）。
16）4个16位定时器，兼容普通8051的定时器T0/T1，2路PCA实现2个定时器。
17）可编程时钟输出功能，T0在P3.4输出时钟，T1在P3.5输出时钟，BRT在P1.0输出时钟。
18）硬件看门狗（WDT）。
19）高速SPI串行通信端口。
20）全双工异步串行口（UART），兼容普通8051的串口。
21）通用I/O口（36/40/44个），复位后为：
准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O口）。
可设置成四种模式：
准双向口/弱上拉，推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏。
每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不得超过120mA。
3.3STC12C5A60S2系列单片机的A/D转换器的结构
STC12C5A60S2系列单片机的A/D转换口在P1口（P1.7-P1.0）,有8路10位高速A/D转换器，速度可达到250KHz（25万次/秒）。
8路电压输入型A/D，可做温度检测、电源电压检测、按键扫描、频谱检测等。
上电复位后P1口为弱上拉型I/O口，用户可以通过软件设置将8路中的任何一路设置为A/D转换，不需作为A/D使用的I/O口可以继续作为I/O口使用。
STC12C5A60S2系列单片机ADC的结构如下图所示
图3.2STC12C5A60S2系列单片机ADC的结构
图3.3当AUXR.1/ADRJ=0时，A/D转换结果寄存器格式
图3.4当AUXR.1/ADRJ=1时，A/D转换结果寄存器格式
STC12C5A60S2系列单片机ADC由多路选择开关、比较器、逐次比较寄存器、10位ADC转换寄结果存器（ADC_RES和ADC_RESL）以及ADC_CONTR构成。
STC12C5A60S2系列单片机的ADC是逐次比较型ADC，逐次比较型ADC由一个比较D/A转换器构成，通过逐次比较逻辑，从最高位（MSB）开始，顺序地对每一输入电压与内置D/A转换器输出比较，经过多次比较，使转换所得的数字量逐次比逼近输入模拟量对应值。
逐次比较型A/D转换器具有速度高，功耗低等特点。
从上图可以看出，通过模拟多路开关，将通过ADC0-ADC7的模拟量输入送给比较器。
用数/模转换器（DAC）转换的模拟量与本次输入的模拟量通过比较器进行比较，将比较结果保存到逐次比较器，并通过逐次比较寄存器输出转换结果。
A/D转换结束后，最终的转换结果保存到ADC转换结果寄存器ADC_RES和ADC_RESL，同时，置位ADC控制寄存器ADC_CONTR中的A/D转换结束标志位ADC_FLAG，以供程序查询或发出中断申请。
模拟通道的选择控制由ADC控制寄存器ADC_CONTR中的CHS2~CHS0确定。
ADC的转换速度由ADC控制寄存器中的SPEED1和SPEED0确定。
在使用ADC之前，应先给ADC上电，也就是置位ADC控制寄存器中的ADC_POWER位。
当ADRJ=0时，如果取10位结果，则按下面公式计算：
10-bitA/DConversionResult:
（ADC_RES[7:
0],ADC_RESL[1:
0]）=1023*Vin/Vcc
当ADRJ=0时，如果取8位结果，则按下面公式计算：
8-bitA/DConversionResult:
0]）=255*Vin/Vcc
当ADRJ=1时，如果取10位结果，则按下面公式计算：
（ADC_RESL[1:
0],ADC_RES[7:
当ADRJ=1时，如果取8位结果，则按下面公式计算：
2]）=255*Vin/Vcc
式中，Vin为模拟输入电压，Vcc为单片机实际工作电压，用单片机工作电压作为模拟参考电压。
3.4与A/D转换相关的寄存器及说明
与STC12C5A60S2系列单片机A/D转换相关的寄存器
表3.1A/D转换相关的寄存器
1.P1口模拟功能控制寄存器P1ASF
STC12C5A60S2系列单片机的A/D转换通道与P1（P1.7-P1.0）复用，上电复位后P1为弱上拉型I/O口，用户可以通过将8路中的如何一路设置为A/D转换，不需作为A/D使用的P1口可继续作为I/O口使用（建议只作为输入）。
需作为A/D使用的口需要先将P1ASF特殊功能寄存器中的相应位置为“1”，将相应的口设置为模拟功能。
P1ASF寄存器的格式如下：
P1ASF:
P1口模拟功能控制寄存器（只读）
表3.2P1ASF寄存器
当P1口中的相应位作为A/D使用时，要将P1ASF中的相应位置“1”
表3.3P1ASF寄存器设置
2.ADC控制寄存器ADC_CONTR
ADC_CONTR寄存器的格式如下：
ADC_CONRTR:
ADC控制寄存器
表3.4ADC控制寄存器
对ADC_CONTR寄存器进行操作，建议直接用MOV赋值语句，不要用“与”和“或”语句。
ADC_POWER:
ADC电源控制位。
0：
关闭A/D转换电源；
1：
打开A/D转换电源；
建议进入控模式前，将ADC电源关闭，即ADC_POWER=0.启动A/D转换前一定要确认A/D电源已打开，A/D转换结束后关闭A/D电源可决定功耗，也可以不关闭。
初次打开内部A/D转换模拟电源，需适当延时，等内部模拟电源稳定后，再启动A/D转换。
建议启动A/D转换后，在A/D转换结束之前，不要改变任何I/O口的状态，有利于高精度A/D转换，若能将定时器/串行口/中断系统关闭更好。
SPEED1，SPEED0：
模数转换速度控制位
表3.5模数转换速度控制位设置
STC12C5A60S2系列单片机的A/D转换模块所使用的时钟时内部（或外部石英晶体）所产生的系统时钟，不使用时钟分频寄存器CLK_DIV对系统分频后所产生的供给CPU工作的时钟。
（好处：
这样可以让ADC用较高频率工作，提高A/D的转换速度。
让CPU工作工作在较低频率，降低系统功耗）。
ADC_FLAG:
模数转换结束标志位，当A/D转换完成后，ADC_FLAG=1，要由软件清零。
不管是A/D转换完成后由该位申请中断，还是由软件查询该标志A/D转换是否结束，当A/D转换完成后，ADC_FLAG=1，一定要软件清零。
ADC_START:
模数转换器（ADC）转换启动控制位，设置为“1”时，开始转换，转换结束后ADC_START=1;
CHS2/CHS1/CHS0：
模拟输入通道选择
表3.6模拟输入通道选择
设置ADC_CONTR控制寄存器后，要加4个空操作延时后才能正确度到ADC_CONTR寄存器的值。
原因是设置ADC_CONTR控制寄存器的语句执行后，要经过4个CPU时钟的延时，其值才能够保证被设置进ADC_CONTR控制寄存器。
MOVADC_CONTR,#DATA
NOP
MOVA,ADC_CONRT
3、A/D转换结果寄存器ADC_RES、ADC_RESL
特殊功能寄存器ADC_RES和ADC_RESL寄存器用于存放A/D转换结果，其格式如下：
表3.7用于存放A/D转换结果寄存器ADC_RES、ADC_RESLAUXR1寄存器的ADRJ位是A/D转换结果寄存器的数据格式调整控制位。
表3.8当ADRJ=0时，10位A/D转换结果的高8位存放在ADC_RES中，低2位存放在ADC_RESL的低2位中。
表3.9当ADRJ=1时，10位A/D转换结果的高2位存放在ADC_RES的低2位中，低8位存放在ADC_RESL中。
4、与A/D中断有关的寄存器
IE:
中断允许寄存器
表3.10中断允许寄存器
EA:
CPU的中断开放标志，EA=1,CPU开放中断，EA=0，CPU屏蔽所有的中断请求。
EADC:
A/D转换中断允许位。
EADC=1，允许A/D中断；
EADC=0，屏蔽A/D中断。
IPH:
中断优先级控制寄存器高（不可位寻址）
表3.11中断优先级控制寄存器高
IP:
中断优先级控制寄存器低（可以位寻址）
表3.12中断优先级控制寄存器低
PADCH,PADC:
ADC转换优先级控制位。
5、ADC初始化程序
/*----------------------------
初始化ADC
----------------------------*/
voidInitADC（void）
{
P1ASF=0x58;
//设置P1口为AD口0100011101011000
ADC_RES=0;
//清除结果寄存器
ADC_CONTR=ADC_POWER|ADC_SPEEDLL;
Delay（50）;
//ADC上电并延时
}
6、ADC读子函数
发送ADC结果到PC
voidShowResult（BYTEch）
floatvalue;
change_long_data_to_array（disadch,2,ch）;
value=GetADCResult（ch）;
value=value/255*4.8;
change_data_to_array（disadcval,5,1,value）;
读取ADC结果
BYTEGetADCResult（BYTEch）
ADC_CONTR=ADC_POWER|ADC_SPEEDLL|ch|ADC_START;
_nop_（）;
//等待4个NOP
while（!
（ADC_CONTR&
ADC_FLAG））;
//等待ADC转换完成
ADC_CONTR&
=~ADC_FLAG;
//CloseADC
returnADC_RES;
//返回ADC结果
3.5系统电路设计、说明
3.5.1系统电路总原理图
图3.5系统原理图
3.5.2晶振电路简介
时钟信号的振荡器提供正常工作稳定的供应链接管理。
晶振也被称为晶振谐振器，是一种机电设备，是需要精密磨削的石英晶体镀上电极焊上导线制成。
这种晶体有一个很关键的特性----压电效应，给它导电，产生机械振荡，反之，给它机械力，便会产生电[7]。
它的形状，材质，切割方向影响到振荡的频率。
根据石英晶体等效为一个谐振回路，它的机电效应是机-电-机-电..的不断转换，由电感和电容组成的谐振回路是电场-磁场的不断转换。
AT89S52的反相放大器，振荡器,时钟信号可以由单片机产生周期性功能是机械指令驱动芯片实现。
这个放大器与石英晶体或陶瓷谐振器一起可构成一个自激振荡器,外接石英晶体或陶瓷谐振器以及电容C8和C10组成并联谐振电路,接在放大器的反馈回路中。
一个外部电容C8和C10的值虽然没有严格的要求,但会影响许多电容振荡器的频率稳定度、振荡器、起振圈内部振荡的接法的快速及时性和温度稳定性。
AT89S52芯片里面有一个反相高增益放大器，它两头跟石英晶体及两个常用30pF电容相连接，组成稳定的自激振荡器微调震荡频率。
震荡电路如图5所示。
图3.6晶振电路
3.5.3复位电路
系统CPU和其辅助部件是在一个精确的状态开始运行,单片机成功复位。
不论是电源故障或刚接上电源，要使用单片机就要先复位。
施密特触发器通过AT89S52单片机RST引脚接收复位信号。
当系统振荡稳定没发生异常情况下，假如RST出现一个持续24个振荡周期的高电平,则系统复位。
本设计系统是自动电源复位。
本系统中采用上电电路复位，即在单片机运行期间人工的复位,方便又简单。
工作按钮接通电源，单片机便可复位，即手动复位完成。
系统上电运行后，如果要复位，则动手复位即可，手动复位电路如图6所示。
图3.7复位电路
3.5.4显示电路
LCD1602显示32个字符内容，分为2行显示。
当前面向市场上字符液晶显示模块几近都是一样在HD44780液晶芯片的控制原理上完成的。
图3.8LCD1602显示电路
第4章系统软件设计
4.1程序设计框图
ADC初始化
延时400ms
读取被测电
压并计算
1602显示
开始
图4.1程序设计框图
#include<
STC12C5A60s2.h>
stdio.h>
#include"
1602.h"
adc.h"
delay.h"
intrins.h"
#defineRatio2.0//用来确定电阻比值，电阻总阻值除以承载电压的那个电阻
/*------------------------------------------------
主函数
------------------------------------------------*/
voidmain（void）
floatVo=0.0;
unsignedinttemp_data=0;
unsignedchartemp[16];
LCD_Init（）;
LCD_Clear（）;
LCD_Write_String（6,0,"
test"
）;
while
（1）
{
temp_data=GetADCResult（0）;
//使用ADC得到电压值
Vo=（float）temp_data*Ratio*Vcc/255.0/100.0;
//将得到的电压值进行处理
sprintf（temp,"
U=%.2fV"
Vo）;
LCD_Write_String（0,1,temp）;
DelayMs（200）;
}
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