基于单片机的简易数字电压表设计-精品

第1章 课程设计的目的和意义

1.1 课程设计的目的

1. 运用单片机的基础知识，依据课程设计内容，能够完成从硬件电路图设

计，到PCB制版，再到软件编程以及系统调试实现系统功能，完成课程设计，加深对单片机基础知识的理解，并灵活运用，将各门知识综合应用。

2. 能够上网查询器件资料，培养对新知识，新技术的独立的学习能力和应

用能力。

3. 能够独立完成一个小的系统设计，从硬件设计到软件设计，增强分析问

题、解决问题的能力，为今后的毕业设计及科研工作奠定良好的基础。

1.2课程设计的意义

单片机是随着超大规模集成电路技术的发展而诞生的，由于它具有体积小、功能强、性价比高等特点，所以广泛应用于电子仪表、家用电器、节能装置、军事装置、机器人、工业控制等诸多领域，使产品小型化、智能化，既提高了产品的功能和质量，又降低了成本，简化了设计。本课题主要实现利用单片机对电压表进行控制。

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第2章 系统方案设计及确定

2.1 系统方案的提出

根据简易数字电压表设计的需要，为单片机和A/D转换器提供以下设计方案。

2.1.1 单片机方案 方案一：AT89S51

AT89S51 是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k Bytes ISP的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元。

AT89S51具有如下特点：40个引脚，8k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。 方案二：AT89C51

AT89C51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k字节Flash可擦写存储器（PEROM）。AT89C51器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，AT89C51的片内Flash允许程序存储器通过传统编程器反复编程。由于芯片内集成了通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的微处理器ATMEL AT89C51可为许多嵌入式控制应用系统提供高度灵活、高性价比的解决方案。

AT89C51具有如下特点：4k Bytes Flash存储器、128 bytes的RAM以及32个I/O口、2个16位定时/计数器,5个中断优先级2层中断嵌套中断、1个全双工串行通信口、片内时钟振荡器。 2.1.2 A/D转换器方案 方案一：ADC0808

ADC0808是逐次逼近型A/D转换器，它能把输入的模拟电压直接转换为输出地数字代码，而不需要经过中间变量。主要由比较器，环形分配器，控制门，寄存器等组成。

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方案二：ADC0809

ADC0809是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模—数转换的器件。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。 2.2 方案比较及确定 2.2.1 单片机的选择

AT89S51与ＡT89C51相比,外型管脚完全相同，但AT89S51比AT89C51新增了一些功能，支持在线编程，烧写次数高，工作频率高，电源范围宽，抗干扰性强，加密功能强，性能有了较大提升，价格比89C51低！

综上所述：方案一比方案二更佳，因此选择方案一即单片机用AT89S51。 2.2.2 A/D转换器的选择

与ADC0808相比ADC0809 具有转换起停控制端，转换时间为100μs，模拟输入电压范围0～＋5V，不需零点和满刻度校准，工作温度范围为-40～＋85摄氏度 ，低功耗，约15mW等特性。

综上所述：由于两个方案都可以实现同样的功能，但方案二编程简单，价格便宜，更符合设计要求，因此选择方案二。 2.2.3系统设计方案：

简易数字电压表设计要求我们可以测量0~5V范围内的8路输入电压值，并在

4位LED数码显示管上可以实现8路循环显示或单路选择显示。其测量最小分辨率为0.02V。

注：1. 4位LED显示，一位显示模拟量通道数，3 位显示电压值（0.00~5.00V）； 2.使用按键切换8路循环显示和单路显示； 3.在单路显示时，使用按键选择待显示的通道。

4.按键可采用查询方式，也可采用中断和查询相结合的方式。

根据以上设计内容及技术指标，数字电压表按系统功能实现要求,决定控制系统采用AT89S51单片机,A/D转换采用ADC0809。系统除能确保实现要求的功能外，还可以方便地进行8路其他A/D转换量的测量和远程测量结果传送等扩展功能。

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简易数字电压表系统设计方案框图如下图所示：

复位电路AT89S51显示电路时钟电路单片机八个可调电阻A/D转换电路按键电路

图2-1 系统设计方案框图

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第3章 系统硬件设计

3.1 AT89S51最小系统设计

AT89S51芯片，如图所示，各引脚功能如下：

VCC：供电电压。 GND：接地。

P0口：为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。 P1口：是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

图3-1 AT89S51设计

P2口：为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高。 P3口：管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如所示： P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口）

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