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基于51單片機數(shù)字電壓表的設(shè)計

1、PCB原理圖

2、Proteus 仿真圖

3、設(shè)計目標(biāo)

3.1、基本功能

利用51單片機作為主控芯片，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)字量輸入到單片機的P0口，再由單片機控制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)計框圖

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

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

5、硬件設(shè)計分析

5.1、電源的設(shè)計

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、單片機最小系統(tǒng)

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

一個８位CPU；一個片內(nèi)振蕩器及時鐘電路；

4KB的ROM程序存儲器；

一個128B的RAM數(shù)據(jù)存儲器；

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

32條可編程的I/O口線；

兩個16位定時／計數(shù)器；

一個可編程全雙工串行口；

５個中斷源、兩個優(yōu)先級嵌套中斷結(jié)構(gòu)。

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

AT89C51本身內(nèi)含40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含2個外中端口，3個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，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存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。

AT89C51的主要特性如下表所示：

單片機最小系統(tǒng)原理圖

單片機最小系統(tǒng)說明：

時鐘信號的產(chǎn)生：在MCS-51芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器，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)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器，這就是單片機的時鐘振蕩電路。

時鐘電路產(chǎn)生的振蕩脈沖經(jīng)過觸發(fā)器進(jìn)行二分頻之后，才成為單片機的時鐘脈沖信號。

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)的時鐘頻率也高，單片機的運行速度也就快。

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

5.3、模數(shù)轉(zhuǎn)換

ADC0809是美國國家半導(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8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進(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?？刂贫?。
　　 3）轉(zhuǎn)換時間為100μs(時鐘為640kHz時)，130μs（時鐘為500kHz時）　
　　 4）單個+5V電源供電
　　 5）模擬輸入電壓范圍0～+5V，不需零點和滿刻度校準(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)計的組成

該系統(tǒng)由延時子函數(shù)、LCD1602液晶忙檢測子函數(shù)、LCD1602液晶寫命令/寫數(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;		//定時器0中斷計數(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;								//把計算數(shù)字的每個位存入數(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;			//定時器0，模式1。
	TH0=TIME0H;
	TL0=TIME0L;
	TR0=1;				//啟動定時器。
	ET0=1;				//開定時器中斷。
	EA=1;				//開總中斷
	vdInitialize();
	vWriteCMD(0x84);	   //寫入顯示起始地址（第一行第4個位置）
	vShowChar("voltage");
	vWriteCMD(0xC9);     
	vShowChar("(V)");
	while(1)
	{
		if(b_DATransform==1)
		{
			b_DATransform=0;
			vWriteCMD(0xC4);
			vShowVoltage(uiADTransform());
		}
	}
}
//<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
//<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<定時器0中斷函數(shù)>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
//<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
void t0() interrupt 1
{
	if(uc_Clock==0)
	{
		uc_Clock=5;
		b_DATransform=1;
	}
	else
		uc_Clock--;
	TH0=TIME0H;		   //恢復(fù)定時器0。
	TL0=TIME0L;
}

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