基于stc89c52单片机的简易数字电压表设计

基于stc89c52单片机的简易数字电压表设计内容摘要：

完美运行。 掌握这一软件的使用对于使用 51 系列单片机的爱好者来说是十分必要的， 由于小编喜欢 使用 C 语言 编程， 而 KEIL 对 C 语言的编译方便快捷。 C51 工具包的整体结构较为丰富，其中 UVISION 与 ISHELL 分别是 C51 for Windows和 for Dos的集成开发环境 (IDE)，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。 开发人员可用 IDE 本身或其它编辑器编辑 C 或汇编源文件。 然后分别由 C51 及 C51 编译器编译生成目标文件 (.OBJ)。 目标文件可由LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经 L51连接定位生成绝对目标文件(.ABS)。 ABS 文件由 OH51 转换成标准的 Hex 文件，以供调试器 dScope51 或tScope51 使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如 EPROM 中。 使用独立的 KEIL 仿真器时，注意事项 ， 仿真器标配 的晶振，但用户可以在仿真器上的晶振插孔中换插其他频率的晶振。 仿真器上的复位按钮只复位仿真芯片，不复位目标系统。 仿真芯片 的 31 脚（ /EA）已接至高电平，所以仿真时只能使用片内 ROM，不能使用片外 ROM；但仿真器外引插针中的 31脚并不与仿真芯片的 31脚相连，故该仿真器仍可插入到扩展有外部 ROM（其 CPU 的 /EA 引脚接 至低电平）的目标系统中使用。 Proteus 7 Professional 设计软件 Proteus 软件是英国 Labcenter electronics 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 工具软件的仿华北水利水电大学毕业设计 (论文 ) 3 真功能，还能仿真单片机及外围器件。 它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。 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/DsPIC3 AVR、 ARM、 8086 和 MSP430 等， 2020 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。 华北水利水电大学毕业设计 (论文 ) 4 第 二 章 总体设计方案 数字电压设计的两种方案 设计数字电压表有多种的设计方法 ， 方案是多种多样的 ， 由于大规模集成电路数字芯片的高速发展 ， 各种数字芯片品种多样 ， 导致对模拟数据的采集部分的不一致性 ， 进而又使对数据的处理及显示的方式的多样性。 又由于在现实的工作生活中 ， 电压表的测量测程范围是比较大的 ， 所以必须要对输入电压作分压处理 ，而各个数据处理芯片的处理电压范围不同 ， 则各种方案的分段也不同。 下面介绍两种数字电压表的设计方案。 由数字电路及芯片构建 这种设计方案是由模拟电路与数字电路两大部分组成 ， 模 拟部分包括输入放大器。 A/D 转换器和基准电压源 ； 数字部分包括计数器 ， 译码器 ， 逻辑控制器 ，振荡器和显示器。 其中 ， A/D 转换器是它的核心器件 ， 它将输入的模拟量转换成数字量。 模拟电路和数字电路是相互联系的 ， 由逻辑控制电路产生控制信号 ， 按规定的时序将 A/D 转换器中 各 组模拟开关接通或断开 ， 保证 A/D 转换正常进行。 A/D 转换结果通过计数译码电路变换成段码 ， 最后驱动显示器显示出相应的数值。 此方案设计其优点是 ， 设计成本低 ， 能够满足一般的电压测量。 但设计不灵活 ， 都是采用纯硬件电路 ， 很难将其在原有的基础上进行扩展。 由单片机系统及 A/D 转换芯片构建 这种方案是利用单片机系统与模数转换芯片 ， 显示模块等的结合构建数字电压表。 由于单片机的发展已经成熟 ， 利用单片机系统的软硬件结合 ， 可以组装出来。 此方案的原理是模数 (A/D)转换芯片的基准电压端 ， 被测量电压输入端分别输入基准电压和被测电压。 模数 (A/D)转换芯片将被测量电压输入端所采集到的模拟电压信号转换成相应的数字信号 ， 然后通过对单片机系统进行软件编程 ， 使单片机系统能按规定的时序来采集这些数字信号 ， 通过一定的算法计算出被测量电压的值。 最后单片机系统将计算好了的被测电压值 按一定的时序送入显示电路模块加以显示。 华北水利水电大学毕业设计 (论文 ) 5 此方案不仅能够继承上一种方案的各种优点 ， 还能改进上一种设计方案设计不灵活 ， 难 于 在原基础上进行功能扩展等不足。 设计要求 ⑴ 以单片机为核心器件，组成一个简单的直流数字电压表。 ⑵ 能够测量 05V之间的直流电压值。 ⑶ 要求能在 LCD1602 显示 测量值。 测量的最小分辨率为 ，测量误差为177。 ⑷ 尽量使用较少的元器件。 技术要求 简易数字电压表应用系统主要利用 A/D 转换器，处理过程如下：先用 A/D转换器对各路电压值进行采样，得 到相应的数字量，再按数字量与模拟量成正比关系运算得到对应的模拟电压值，然后把模拟值通过显示器显示出来。 设计时假设待测的输入电压为 8 路，电压值的范畴为 0~5V，要求能在 LCD 液晶 准确显示测得的电压值。 且 测量的最小分辨率为 ，绝对测量误差为 + 和。 设计方案 根据系统的功能要求，控制系统采用 STC89C52 单片机， A/D 转换器采用ADC0809。 ADC0809 是 8 位的 A/D 转换器。 当输入电压为 时，输出的数据值为 255（ 0FFH），因此最大分辨率为 （ 5/255）。 ADC0809 具有 8路模拟量输入端口，通过 3位地址输入端能从 8 路中选择一路进行转换。 本设计只采集其中一路的电压值进行测量，即 ADC_A=1。 ADC_B=1。 ADC_C=0 时采集 IN~3 输入端电压。 在 LCD 上显示测量的电压值。 简易数字电压表应用系统主要利用 A/D 转换器，处理过程如下：先用 A/D转换器对 IN3 端口电压值进行采样，得到相应的数字量，再按数字量与模拟量成正比关系运算得到对应的模拟电压值，然后把模拟值通过显示器显示出来。 电华北水利水电大学毕业设计 (论文 ) 6 压值的范畴为 0~5V，测量的最小分辨率为 ，绝对 测量误差为 + 和。 硬件电路设计由 6 个部分组成 : A/D 转换电路、单片机、显示系统、时钟电路、复位电路以及测量电压输入电路。 硬件电路设计框图如图 11所示。 图 11 数字电压表总体设计方框图 时钟电路 复位电路 A/D 转换 测量电压输入 LCD 显示 STC89C52 P0 P2 P0 P2 P0 华北水利水电大学毕业设计 (论文 ) 7 第三 章 硬件简介 本设计单片机的选择 常用单片机的特点比较 在这一设计中 ， 我们 用 到了一个关键系统模块 —— 单片机系统模块 ， 而目前单片机的种类是很繁多的 ， 其中最常用的 有主流的 8 位单片机和高性能的 32 位单片机 ， 本设计 中 ， 8 位单片机 对于本设计已经 完全能满足设计需求 ， 但将用哪一种类 8的单片机呢。 在这里 ， 不得不先简单的介绍一下几种常用的 8位 单片机。 单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统 ， 具有一个完整计算机系统 ， 其中包括 AVR 单片机 ， PIC 单片机 ， 51 系列单片机。 应用最广的 8 位单片机还是 51系列单片机。 51 系列单片机的特点是 ： 硬件结构合理 ， 指令系统规范 ， 加之生产历史悠久 ， 世界有许多芯片公司都买了 51的芯片核心专利技术 ， 并在其基础上扩充其性能 ， 使得芯片的运行速度变得更快 ，性价比更高。 AVR 单片机 虽然具有 ： 高性能 ， 低功能 ， 高速 度 ， 性格方面比 51 单片机 高 ，转强的驱动电压 等优点， 但 I/O 口使用不比 51 单片机方便。 PIC 单片机系列是美国微芯公司的产品 ， 也是市面上增长最快的单片机之一 ， 属精简指令集单片机 ，其特点是 ： 高速度 ， 高性能 ， 但在性格方面比 51 单片机要高 ， 也有专门的 ,I/O方向寄存器 ， I/O 口使用不比 51 单片机方便。 单片机的选择 本设计中选用是 51 系列的 STC89C52， 它是 STC 公司生产的一种 低功耗 ， 高性能的 CMOS8 位单片机 ， 片内含 8KB 的可反复擦写的只读程序存储器和 256B 的随机存取数据存储器 ， 8k字节 Flash， 512 字节 RAM， 32 位 I/O 口线， 看门狗定时器 ，内置 4KB EEPROM， 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 ， 并与 MCS51 系列单片机兼容。 在设计中 ， 单片机起着连接硬件电路与程序运行及存储数据的任务 ， 一方面 ， 它将 A/D 转换器 、 显示器等通过 I/O华北水利水电大学毕业设计 (论文 ) 8 口地址线和数据线连接起来 ； 另一方面 ， 它将用户下载的程序通过控制总线控制数据的输入输出 ， 从而实现 测 电压的功能。 图 31 单片机总控制电路 STC89C52 单片机介绍 STC89C52 是一种带 8K 字节闪烁可编程可檫除只读存储器（ FPEROMFlash Programable and Erasable Read Only Memory ）的低电压，高性能 COMOS8 的微处理器，俗称单片机。 该器件采用 ATMEL 搞密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS51指令集和输出管脚相兼容。 单片机总控制电路如图 31 所示。 (1) 时钟电路 STC89C52 内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚 RXD 和 TXD分别是此放大器的输入端和输出端。 时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。 内部方式的时钟电路如图 32 (a) 所示，在 RXD 和 TXD 引脚上外接定时元件，内部振荡器就产生自激振荡。 定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。 晶体振荡频率可以在 ～ 12MHz 之间选择，电容值在 5～ 30pF 之间选择，电容值的大小可对频率起微调的作用。 华北水利水电大学毕业设计 (论文 ) 9 外部方式的时钟电路如图 32（ b）所示， RXD 接地， TXD 接外部振荡器。 对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于 12MHz 的方波信号。 片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟 P1和 P2，供单片机使用。 RXD 接地， TXD 接外部振荡器。 对外部振荡信号无特殊要求，只 要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于 12MHz 的方波信号。 片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟 P1和 P2，供单片机使用。 （ a）内部方式时钟电路 （ b）外部方式时钟电路 图 32 时钟电路 RXD 接地， TXD 接外部振荡器。 对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于 12MHz 的方波信号。 片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟 P1和 P2，供单片机使用。 (2) 复位及复位电路 a、复位操作 复位是单片机的初 始化操作。 其主要功能是把 PC 初始化为 0000H，使单片机从 0000H 单元开始执行程序。 除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键重新启动。 除 PC 之外，复位操作还对其他一些寄存器有影响，它们的复位状态如表 31所示。 b、复位信号及其产生 RST 引脚是复位信号的输入端。 复位信号是高电平有效，其有效时间应持续24个振荡周期 (即二个机器周期 )以上。 若使用颇率为 6MHz 的晶振，则复位信号华北水利水电大学毕业设计 (论文 ) 10 持续时间应超过 4us 才能完成复位操作。 产生复位信号的电。