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单片机原理与应用课程设计报告

单片机原理与应用课程设计报告

一、任务技术指标

本设计以MCS-51系列单片机为核心，采用常用电子器件设计。单片机通过A/D采集模拟量，并显示在LED上。要求电压量程0-5V、0-10V两档，电流量程0-10mA、0-20mA两档，手动切换或自动切换均可。

二、总体设计思想

基本原理

本文介绍了一种基于单片机的简易数字电压表的设计。该设计主要由三个模块组成：A/D转换模块，数据处理模块及显示模块。A/D转换主要由芯片ADC0808来完成，它负责把采集到的模拟量转换为相应的数字量在传送到数据处理模块。数据处理则由芯片AT89C51来完成，其负责把ADC0808传送来的数字量经过一定的数据处理，产生相应的显示码送到显示模块进行显示；此外,它还控制着ADC0808芯片工作。

该系统的数字电压表电路简单，所用的元件较少，成本低，且测量精度和可靠性较

高。此数字电压表可以测量0-5V的1路模拟直流输入电压值，并通过一个四位一体的7

段数码管显示出来。

系统框图

硬件电路设计由6个部分组成;A/D转换电路，AT89C51单片机系统，LED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1所示。

时钟电路

时钟电路

AT89C51

P1P2

A/D转换电路

测量电压输入

P2

P0

显示系统

复位电路

图1数字电压表系统硬件设计框图

三、具体设计

总体设计电路

经过以上的设计过程，可设计出基于单片机的简易数字直流电压表硬件电路原理图如图2所示。

图2简易数字电压表电路图此电路的工作原理是：+5V模拟电压信号通过变阻器VR1分压后由ADC08008的IN0通道进入（由于使用的IN0通道，所以ADDA,ADDB,ADDC均接低电平），经过模/数转换后，产生相应的数字量经过其输出通道D0-D7传送给AT89C51芯片的P1口，AT89C51负责把接收到的数字量经过数据处理，产生正确的7段数码管的显示段码传送给四位LED，同时它还通过其四位I/O口P2.0、P2.1、P2.2

图2简易数字电压表电路图

此电路的工作原理是：+5V模拟电压信号通过变阻器VR1分压后由ADC08008的IN0

通道进入（由于使用的IN0通道，所以ADDA,ADDB,ADDC均接低电平），经过模/数转换后，产生相应的数字量经过其输出通道D0-D7传送给AT89C51芯片的P1口，AT89C51负

简易数字直流电压表的硬件电路已经设计完成，就可以选取相应的芯片和元器件，利用Proteus软件绘制出硬件的原理，并仔细地检查修改，直至形成完善的硬件原理图。但要真正实现电路对电压的测量和显示的功能，还需要有相应的软件配合，才能达到设计要求。

模块设计

A/D转换模块

现实世界的物理量都是模拟量，能把模拟量转化成数字量的器件称为模/数转换器

（A/D转换器），A/D转换器是单片机数据采集系统的关键接口电路，按照各种A/D芯片的转化原理可分为逐次逼近型，双重积分型等等。双积分式A/D转换器具有抗干扰能力强、转换精度高、价格便宜等优点。与双积分相比，逐次逼近式A/D转换的转换速度更快，而且精度更高，比如ADC0809、ADC0808等，它们通常具有8路模拟选通开关及地址译码、锁存电路等，它们可以与单片机系统连接，将数字量送到单片机进行分析和显示。一个n位的逐次逼近型A/D转换器只需要比较n次，转换时间只取决于位数和时钟周期，逐次逼近型A/D转换器转换速度快，因而在实际中广泛使用。

逐次逼近型A/D转换器原理

逐次逼近型A/D转换器是由一个比较器、A/D转换器、存储器及控制电路组成。它利用内部的寄存器从高位到低位一次开始逐位试探比较。

转换过程如下：

开始时，寄存器各位清零，转换时，先将最高位置1，把数据送入A/D转换器转换，转换结果与输入的模拟量比较，如果转换的模拟量比输入的模拟量小，则1保留，如果

转换的模拟量比输入的模拟量大，则1不保留，然后从第二位依次重复上述过程直至最

输入电压输入数字量

输入电压

输入数字量

顺序脉冲发生器

逐次逼近

寄存器

ADC

电压

比较器

图3逐次逼近式A/D转换器原理图

ADC0808主要特性

ADC0808是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，带有使能控制端，与微机直接接口，片内带有锁存功能的8路模拟多路开关，可以对8路0-5V输入模拟电压信号分时进行转换，由于ADC0808设计时考虑到若干种模/数变换技术的长处，所以该