目錄

• 基于51單片機(jī)數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)
• • 1、PCB原理圖
  • 2、Proteus 仿真圖
  • 3、設(shè)計(jì)目標(biāo)
  • • 3.1、基本功能
    • 3.2、主要技術(shù)參數(shù)
  • 4、總設(shè)計(jì)框圖
  • 5、硬件設(shè)計(jì)分析
  • • 5.1、電源的設(shè)計(jì)
    • 5.2、單片機(jī)最小系統(tǒng)
    • 5.3、模數(shù)轉(zhuǎn)換
  • 6、軟件設(shè)計(jì)的組成
  • 7、元件清單
  • 8、程序源碼
  • 9、資源獲取

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基于51單片機(jī)數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)

1、PCB原理圖

2、Proteus 仿真圖

3、設(shè)計(jì)目標(biāo)

3.1、基本功能

利用51單片機(jī)作為主控芯片，模擬量輸入范圍直流0v-5v。模擬量經(jīng)A/D（ADC0809）模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，把模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸入到單片機(jī)的P0口，再由單片機(jī)控制LCD1602液晶顯示模擬量輸入的電壓值。

3.2、主要技術(shù)參數(shù)

測(cè)量電壓范圍：0v至5v

A/D轉(zhuǎn)換器：ADC0809（8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器）。

顯示方式： LCD1602液晶

4、總設(shè)計(jì)框圖

此次設(shè)計(jì)的是數(shù)字電壓表，要求的電壓范圍是0~5v。系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括四個(gè)部分：分別是電源模塊、AD模數(shù)轉(zhuǎn)換部分、51單片機(jī)最小系統(tǒng)部分、數(shù)碼管顯示部分。首先由單片機(jī)初始化ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片和共陰數(shù)碼管顯示，當(dāng)外接被測(cè)電壓后，ADC0809將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸入到單片機(jī)的I/O口，通過(guò)單片機(jī)處理后將電壓的大小顯示在LCD1602液晶上面。

以AT89C51單片機(jī)為核心，起著控制作用。系統(tǒng)包括LCD1602液晶顯示電路、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路電路。設(shè)計(jì)思路分為五個(gè)模塊：復(fù)位電路、晶振電路模塊、AT89C51、LCD1602液晶顯示電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器電路這五個(gè)模塊。

5、硬件設(shè)計(jì)分析

5.1、電源的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)電源使用直流5伏。

由電腦USB接口提供電源。

USB是通用串行總線(Universal Serial Bus)接口的簡(jiǎn)稱。它是目前使用比較廣泛的電腦接口之一，主要版本有1.0、1.1和最新的2.0三種版本。根據(jù)USB總線的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，它可以提供額定功率為5V/500mA的電源供USB設(shè)備使用。

5.2、單片機(jī)最小系統(tǒng)

51單片機(jī)是對(duì)目前所有兼容intel 8031指令系統(tǒng)的單片機(jī)的統(tǒng)稱。該系列單片機(jī)的始祖是intel的8031單片機(jī)，后來(lái)隨著技術(shù)的發(fā)展，成為目前廣泛應(yīng)用的８為單片機(jī)之一。單片機(jī)是在一塊芯片內(nèi)集成了CPU、RAM、ROM、定時(shí)器／計(jì)數(shù)器和多功能I/O口等計(jì)算機(jī)所需要的基本功能部件的大規(guī)模集成電路，又稱為MCU。51系列單片機(jī)內(nèi)包含以下幾個(gè)部件：

一個(gè)８位CPU；一個(gè)片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路；

4KB的ROM程序存儲(chǔ)器；

一個(gè)128B的RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；

尋址64KB外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和64KB外部程序存儲(chǔ)空間的控制電路；

32條可編程的I/O口線；

兩個(gè)16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器；

一個(gè)可編程全雙工串行口；

５個(gè)中斷源、兩個(gè)優(yōu)先級(jí)嵌套中斷結(jié)構(gòu)。

如圖2-2-1所示為AT89C51單片機(jī)基本構(gòu)造，其基本性能介紹如下：

AT89C51本身內(nèi)含40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中端口，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，AT89C51可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，但不可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開(kāi)發(fā)成本。

AT89C51的主要特性如下表所示：

兼容MCS—51指令系統(tǒng)32個(gè)可編程I/O線

4k字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器	可編程UARL通道
三個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷	時(shí)鐘頻率0-24MHz
2個(gè)外部中斷源，共8個(gè)中斷源	256×8bit內(nèi)部RAM
2個(gè)讀寫(xiě)中斷口線	可直接驅(qū)動(dòng)LED
軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能	低功耗空閑和掉電模式

單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖

單片機(jī)最小系統(tǒng)說(shuō)明：

時(shí)鐘信號(hào)的產(chǎn)生：在MCS-51芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL1，其輸出端為引腳XTAL2。而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器，這就是單片機(jī)的時(shí)鐘振蕩電路。

時(shí)鐘電路產(chǎn)生的振蕩脈沖經(jīng)過(guò)觸發(fā)器進(jìn)行二分頻之后，才成為單片機(jī)的時(shí)鐘脈沖信號(hào)。

一般地，電容C2和C3取30pF左右，晶體的振蕩頻率范圍是1.2-12MHz。如果晶體振蕩頻率高，則系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率也高，單片機(jī)的運(yùn)行速度也就快。

單片機(jī)復(fù)位使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個(gè)確定的初始狀態(tài)下，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。單片機(jī)復(fù)位條件：必須使9腳加上持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期（即24個(gè)振蕩周期）的高電平。

5.3、模數(shù)轉(zhuǎn)換

ADC0809是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式ＡＤ轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開(kāi)關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。

（1）主要特性：

1）8路輸入通道，2位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位。
　　 2）具有轉(zhuǎn)換起停控制端。
　　 3）轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs(時(shí)鐘為640kHz時(shí))，130μs（時(shí)鐘為500kHz時(shí)）　
　　 4）單個(gè)+5V電源供電
　　 5）模擬輸入電壓范圍0～+5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。
　　 6）工作溫度范圍為-40～+85攝氏度
　　 7）低功耗，約15mW。

（2）模數(shù)轉(zhuǎn)換電路

6、軟件設(shè)計(jì)的組成

該系統(tǒng)由延時(shí)子函數(shù)、LCD1602液晶忙檢測(cè)子函數(shù)、LCD1602液晶寫(xiě)命令/寫(xiě)數(shù)據(jù)子函數(shù)、漢字顯示子函數(shù)、LCD1602液晶顯示字符串子函數(shù)、LCD1602液晶初始化子函數(shù)、ADC0809轉(zhuǎn)換子函數(shù)、主函數(shù)和數(shù)據(jù)定義這幾部分組成。

7、元件清單

8、程序源碼

//<程序名>:數(shù)字電壓表 //<功能>:使用LCD顯示被檢測(cè)電壓，精度為0.05V，范圍是0～5V。 #include"includes.h" #define TIME0H 0x3C #define TIME0L 0xB0 uchar uc_Clock=0; //定時(shí)器0中斷計(jì)數(shù) bit b_DATransform=0; //<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> //<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<把電壓顯示在LCD上>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> //<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> void vShowVoltage(uint uiNumber) {uchar ucaNumber[3],ucCount;if(uiNumber>999) uiNumber=999;ucaNumber[0]=uiNumber/100; //把計(jì)算數(shù)字的每個(gè)位存入數(shù)組。ucaNumber[1]=(uiNumber-100*(int)ucaNumber[0])/10; ucaNumber[2]=uiNumber-100*(int)ucaNumber[0]-10*ucaNumber[1];for(ucCount=0;ucCount<3;ucCount++){vShowOneChar(ucaNumber[ucCount]+48); //從首位到末位逐一輸出。if(ucCount==0)vShowOneChar('.');} } //************************************************************************************************* //* * //* ********************************主函數(shù)****************************** * //* * //************************************************************************************************* void main() {TMOD=0x01; //定時(shí)器0，模式1。TH0=TIME0H;TL0=TIME0L;TR0=1; //啟動(dòng)定時(shí)器。ET0=1; //開(kāi)定時(shí)器中斷。EA=1; //開(kāi)總中斷vdInitialize();vWriteCMD(0x84); //寫(xiě)入顯示起始地址（第一行第4個(gè)位置）vShowChar("voltage");vWriteCMD(0xC9); vShowChar("(V)");while(1){if(b_DATransform==1){b_DATransform=0;vWriteCMD(0xC4);vShowVoltage(uiADTransform());}} } //<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> //<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<定時(shí)器0中斷函數(shù)>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> //<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> void t0() interrupt 1 {if(uc_Clock==0){uc_Clock=5;b_DATransform=1;}elseuc_Clock--;TH0=TIME0H; //恢復(fù)定時(shí)器0。TL0=TIME0L; }

9、資源獲取

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總結(jié)

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