目錄

• 基于51單片機數字電壓表的設計
• • 1、PCB原理圖
  • 2、Proteus 仿真圖
  • 3、設計目標
  • • 3.1、基本功能
    • 3.2、主要技術參數
  • 4、總設計框圖
  • 5、硬件設計分析
  • • 5.1、電源的設計
    • 5.2、單片機最小系統
    • 5.3、模數轉換
  • 6、軟件設計的組成
  • 7、元件清單
  • 8、程序源碼
  • 9、資源獲取

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基于51單片機數字電壓表的設計

1、PCB原理圖

2、Proteus 仿真圖

3、設計目標

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A/D（ADC0809）模數轉換芯片，把模擬量轉換為數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、主要技術參數

測量電壓范圍：0v至5v

A/D轉換器：ADC0809（8位模數轉換器）。

顯示方式： LCD1602液晶

4、總設計框圖

此次設計的是數字電壓表，要求的電壓范圍是0~5v。系統設計主要包括四個部分：分別是電源模塊、AD模數轉換部分、51單片機最小系統部分、數碼管顯示部分。首先由單片機初始化ADC0809模數轉換芯片和共陰數碼管顯示，當外接被測電壓后，ADC0809將模擬電壓信號轉換為數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。系統包括LCD1602液晶顯示電路、復位電路、時鐘電路、模數轉換電路電路。設計思路分為五個模塊：復位電路、晶振電路模塊、AT89C51、LCD1602液晶顯示電路、模數轉換器電路這五個模塊。

5、硬件設計分析

5.1、電源的設計

系統電源使用直流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USB總線的工業標準，它可以提供額定功率為5V/500mA的電源供USB設備使用。

5.2、單片機最小系統

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

一個８位CPU；一個片內振蕩器及時鐘電路；

4KB的ROM程序存儲器；

一個128B的RAM數據存儲器；

尋址64KB外部數據存儲器和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／計數器；

一個可編程全雙工串行口；

５個中斷源、兩個優先級嵌套中斷結構。

如圖2-2-1所示為AT89C51單片機基本構造，其基本性能介紹如下：

AT89C51本身內含40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內含2個外中端口，3個16位可編程定時計數器,2個全雙工串行通信口，AT89C51可以按照常規方法進行編程，但不可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發成本。

AT89C51的主要特性如下表所示：

兼容MCS—51指令系統32個可編程I/O線

4k字節可編程閃爍存儲器	可編程UARL通道
三個16位可編程定時/計數器中斷	時鐘頻率0-24MHz
2個外部中斷源，共8個中斷源	256×8bit內部RAM
2個讀寫中斷口線	可直接驅動LED
軟件設置睡眠和喚醒功能	低功耗空閑和掉電模式

單片機最小系統原理圖

單片機最小系統說明：

時鐘信號的產生：在MCS-51芯片內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電容，從而構成一個穩定的自激振蕩器，這就是單片機的時鐘振蕩電路。

時鐘電路產生的振蕩脈沖經過觸發器進行二分頻之后，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，則系統的時鐘頻率也高，單片機的運行速度也就快。

單片機復位使CPU和系統中的其他功能部件都處在一個確定的初始狀態下，并從這個狀態開始工作。單片機復位條件：必須使9腳加上持續兩個機器周期（即24個振蕩周期）的高電平。

5.3、模數轉換

ADC0809是美國國家半導體公司生產的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式ＡＤ轉換器。其內部有一個8通道多路開關，它可以根據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行A/D轉換。

（1）主要特性：

1）8路輸入通道，2位A/D轉換器，即分辨率為8位。
　　 2）具有轉換起停控制端。
　　 3）轉換時間為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。
　　 6）工作溫度范圍為-40～+85攝氏度
　　 7）低功耗，約15mW。

（2）模數轉換電路

6、軟件設計的組成

該系統由延時子函數、LCD1602液晶忙檢測子函數、LCD1602液晶寫命令/寫數據子函數、漢字顯示子函數、LCD1602液晶顯示字符串子函數、LCD1602液晶初始化子函數、ADC0809轉換子函數、主函數和數據定義這幾部分組成。

7、元件清單

8、程序源碼

//<程序名>:數字電壓表 //<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 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; //把計算數字的每個位存入數組。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****************************** * //* * //************************************************************************************************* 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>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> //<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> void t0() interrupt 1 {if(uc_Clock==0){uc_Clock=5;b_DATransform=1;}elseuc_Clock--;TH0=TIME0H; //恢復定時器0。TL0=TIME0L; }

9、資源獲取

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總結

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