简易数字电压表设计

简易数字电压表设计

姓 名：学 号：专 业：电子工程系班 级：指 导 教 师：

李召 刘世平 2011年 06月19日

摘 要

简易数字电压表主要采用单片机、ADC0809、8279、LED显示管完成，具有可

以测量0-5V电压并在LED管4位显示的功能。本数字电压表课程设计报告先介绍了总体硬件的设计，硬件部分有模数转换模块、数据处理模块、驱动显示和显示模块。再对电压表使用到的芯片进行了介绍，然后给出了完整的简易数字电压表最小系统原理图。最后再介绍了电压表软件的设计，给出了程序流程图和实现电压表功能的源程序。

关键词：ADC0809、模数转换、8279、LED显示管、CAD制图

目 录

1 设计任务与要求 ......................................................................................................................................... 1 2 硬件设计 ..................................................................................................................................................... 1 2.1总体设计 ............................................................................................................................................. 1 2.2 芯片介绍 ............................................................................................................................................ 2 2.2.1 80C320芯片介绍 ...................................................................................................................... 2 2.2.2 ADC0809芯片介绍................................................................................................................ 4 2.2.3 8279芯片介绍 ........................................................................................................................... 6 2.3 器件清单 ............................................................................................................................................ 7 3 电路原理图 ................................................................................................................................................. 7 4 软件设计 ..................................................................................................................................................... 9 4.1 流程图 ................................................................................................................................................ 9 4.2 程序设计 ............................................................................................................................................ 9 4.2.1 数字量标度转换子程序的设计 ................................................................................................. 9 4.2.2 8279显示子程序 ....................................................................................................................... 10 4.3 源程序清单与注释 .......................................................................................................................... 10 5 小 节 ......................................................................................................................................................... 13 参考文献 ....................................................................................................................................................... 14

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1 设计任务与要求

设计任务：设计一个用单片机控制的简易数字电压表。 要 求：1. 电压表的测量范围为0—5V；

2. 测量最小分辨率为0.0196V，测量误差约为0.02V； 3. 1路输入电压； 4. 4位LED或LCD显示； 5. 结果按十进制显示;

6. 原理图采用电子CAD绘制。

2 硬件设计

2.1总体设计

基于单片机控制的简易数字电压表的的基本原理将采样得到的模拟量电压通过模数转换转换成数字量，再将得到的数字量经过单片机数据处理将实际测得的电压以十进制形式显示在LED管上。简易数字电压表硬件设计方框图如图1所示。

图 1 简易数字电压表硬件设计方框图

A/D转换使用ADC0809芯片，作用是对模拟量电压采样转换成数字量电压。单片机使用80C320芯片，作用是控制着电压表各个模块的正常运行，将ADC0809输出的数字量电压进行数据处理，再将数据送给8279驱动显示。LED驱动电路使用8279芯片，8279驱动LED显示管显示经过单片机数据处理后的真实十进制电压值，显示则使用4位LED管显示数据。

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2.2 芯片介绍

2.2.1 80C320芯片介绍

单片机80C320芯片在简易数字电压表中起着核心作用，80C320控制着ADC0809进行电压采样，同时将经过ADC0809转换后的数字量电压进行数据处理，再送给8279驱动LED显示管显示电压值。

单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。

单片机引脚说明： VCC：供电电压。 GND：接地。

P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于

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外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为ATC51的一些特殊功能口，如下表所示： 口管脚 备选功能 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1） P3.4 T0（记时器0外部输入） P3.5 T1（记时器1外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。

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振荡器特性:

XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。

单片机的引脚如图2所示。

图 2 单片机的引脚图

2.2.2 ADC0809芯片介绍

ADC0809芯片在电压表中的作用是对输出的模拟电压采样转换成数字量形式。ADC0809的引脚如图3所示。

图 3 ADC0809引脚图

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ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器、逐次逼近寄存器、逻辑控制和定时电路组成。

ADC0809主要特性：

1）8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位。 2）具有转换起停控制端。

3）转换时间为100μs(时钟为0kHz时)，130μs（时钟为500kHz时） 4）单个+5V电源供电

5）模拟输入电压范围0～+5V，不需零点和满刻度校准。 6）工作温度范围为-40～+85摄氏度 7）低功耗，约15mW。 ADC0809引脚说明：

IN0～IN7：为模拟量的输入口,我们选取IN3口为入口，外接可变电阻，通过改变阻值来控制模拟量的输入。

A、B、C：3位地址输入，2个地址输入端的不同组合选择八路模拟量输入。这里我们将A，B接高电平，C为低电平。

ALE：地址锁存启动信号,在ALE的上升沿,将A、B、C上的通道地址锁存到内部的地址锁存器。

D0～D7：八位数据输出线，A/D转换结果由这8根线传送给单片机。 OE：允许输出信号。当OE=1时，即为高电平，允许输出锁存器输出数据。 START：启动信号输入端，START为正脉冲，其上升沿清除ADC0808的内部的各寄存器，其下降沿启动A/D开始转换。

EOC：转换完成信号，当EOC上升为高电平时，表明内部A/D转换已完成。 CLK：时钟输入信号，选用频率500KHZ。

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2.2.3 8279芯片介绍

8279芯片在电压表中的功能是驱动LED管显示经单片机数据处理后的十进制电压值。8279引脚图如图4所示。

图 4 8279引脚图

8279是Intel公司生产的通用可编程键盘和显示器I／O接口部件。利用8279，可实现对键盘／显示器的自动扫描，并识别键盘上闭合键的键号，不仅可以大大节省CPU对键盘／显示器的操作时间，从而减轻CPU的负担，而且显示稳定，程序简单，不会出现误动作，由于这些优点，8279芯片日益被设计者所采用。DB0~DB7：双向数据总线。在CPU与8279间做数据与命令传送。

8279引脚说明:

CLK：8279的系统时钟，100KHz为最佳选择。 RESET：复位输入线。输入HI时可复位8279。

CS：芯片选择信号线。当这个输入引脚为低电平时，可将命令写入8279或读取8279的数据。

A0：缓冲器地址选择线。A0=0时，读写一般数据；A0=1时，读取状态标志位或写入命令。

RD：读取控制线。RD=0时，8279输送数据到外部总线。 WR：写入控制线。WR=0时，8279从外部总线接收数据。

IRQ：中断请求。平常IRQ为LO，在键盘模式下，每次读取FIFO/SENSOR RAM

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的数据时，IRQ变为HI，读取后转为LO；在传感器模式下，只要传感器一有变化，就会使IRQ变为HI，读取后转为LO。

SL0~SL3：扫描按键开关或传感器矩阵及显示器，可以是编码模式(16对1)或解码模式(4对1)。

RL0~RL7：键盘/传感器的返回线。无按键被按时，返回线为HI；有按键被按时，该按键的返回线为LO。在激发输入模式时，为8位的数据输入。

SHIFT：在键盘扫描模式时，引脚的输入状态会与其它按键的状态一同储存(在BIT6)，内部有上拉电阻，未按时为HI，按时为LO。

CNTL/STB：在键盘扫描模式时，引脚的输入状态会与SHIFT以及其它按键的状态同一储存，内部有上拉电阻，未按时为HI，按时为LO。在激发输入模式时，作为返回线8位数据的使能引脚。

OUTA0~OUTA3：动态扫描显示的输出口(高4位)。 OUTB0~OUTB3：动态扫描显示的输出口(低4位)。 BD：消隐输出线。

2.3 器件清单

简易数字电压表设计使用的器件清单如表1。

表1 器件清单

使用器件 80C320 ADC0809 8279 74LS138 75P3 74LS244 74LS32 74LS14 LED显示管 个数 1 1 1 1 4 1 2 3 4

3 电路原理图

简易数字电压表的原理图如图5所示。包括单片机模块、ADC0809模块、8279模块和LED显示管，具体见原理图标识。

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4 软件设计

4.1 流程图

简易数字电压表系统的主程序流程图如图6所示。

图 6 简易数字电压表系统的主程序流程图

4.2 程序设计

4.2.1 数字量标度转换子程序的设计

ADC0809输出的是8位二进制数，电压表最高量程是5V，255（0FFH）/5.0=51。所以数据处理的基本原理是将ADC0809输出的数字量数除以51分离出电压值的整数

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存入H单元，再将余数乘以十后除以51分离出小数点后第一位存入55H单元，得到的余数乘以十后除以51再分离出小数点后第二位存入56H单元，同理再分离出电压值小数后第三位存入57H单元。

由于单片机MUL AB 指令的功能是将结果的低8位存入A寄存器，高8位存入B及寄存器。所以数据处理时当得到的余数大于26（即乘以10后会大于255）时做乘法时高8位数据会被舍去，故要进行加5调整使之能的到正确的十进制数字电压表的数值。具体数字量标度转换子程序设计见源程序清单中AD_CALC段。 4.2.2 8279显示子程序

采用查表法将单片机处理处理后的数据送LED管显示，依次查表显示电压值的四位数据。电压值最高位小数点显示方法是将电压值最高位每次与80H异或，即ORL A,#80H指令，得到的数值送LED管显示即为带小数点的电压值高位。

4.3 源程序清单与注释

PORT0809 EQU 8000H ;0809通道0地址 PORT8279 EQU 8700H AADS EQU 50H DY EQU 53H DY_H EQU H DY_M EQU 55H DY_L EQU 56H DY_LL EQU 57H ORG 0000H STAR:MOV SP,#60H

MOV DPTR,#PORT8279+1 ;置8279清除命令字 MOV A,#0D1H MOVX @DPTR,A

MOV A,#00H ;置键盘/显示器方式命令字 MOVX @DPTR,A

MOV DPTR,#PORT0809 ;启动A/D转换 MOV A,#10H

MOVX @DPTR,A MAIN: LCALL AD

LCALL AD_CALC ;数字量标度转换子程序 LCALL DISP8279 ;8279显示子程序 LCALL DELAY1 LCALL MAIN

AD: MOV DPTR,#PORT0809 ;读取A/D转换结果 MOVX A,@DPTR MOV AADS,A RET

AD_CALC:PUSH ACC

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MOV A,AADS ;A/D转换后的数字量进行标度转换 MOV B,#51 ;255/51=5.0 DIV AB

MOV DY_H,A ;整数存入H MOV A,B CLR F0 CLR C SUBB A,#26 MOV F0,C MOV A,#10 MUL AB MOV B,#51 DIV JB ADD COVLP1: MOV MOV CLR CLR SUBB MOV MOV MUL MOV DIV JB ADD COVLP2: MOV MOV CLR CLR SUBB MOV MOV MUL MOV DIV JB ADD COVLP3:MOV POP RET DISP8279:PUSH PUSH MOV MOV MOVX MOV MOV MOV LCALL MOVX

MOV MOV MOV AB

F0,COVLP1 A,#5

DY_M,A ;小数后第1位存入55H A,B F0 C A,#26 F0,C A,#10 AB B,#51 AB

F0,COVLP2 A,#5

DY_L,A ;小数后第2位存入56H A,B ;小数后第3位存入57H F0 C A,#26 F0,C A,#10 AB B,#51 AB

F0,COVLP3 A,#5

DY_LL,A ACC

ACC ;8279显示子程序 01H ;占用R1

DPTR,#PORT8279+1 ;置显示RAM命令字 A,#90H @DPTR,A

DPTR,#PORT8279 R1,#DY_LL A,@R1 TABLE @DPTR,A DPTR,#PORT8279 R1,#DY_L A,@R1

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LCALL TABLE MOVX @DPTR,A

MOV DPTR,#PORT8279 MOV R1,#DY_M MOV A,@R1 LCALL TABLE

MOVX @DPTR,A

MOV DPTR,#PORT8279 MOV R1,#DY_H MOV A,@R1 LCALL TABLE

ORL A,#80H ;显示小数点 MOVX @DPTR,A POP 01H POP ACC RET

TABLE: INC A

MOVC A,@A+PC ;查段码 RET

DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H DB 7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H DB 80H,40H,73H,00H,3EH

DELAY1: MOV R6,#50 ;延时0.001秒 DELAY2: MOV R5,#20 DELAY3: DJNZ R5,DELAY3 DJNZ R6,DELAY2 RET END

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5 小 节

此次课程设计的简易数字电压表可以测0-5V电压，可以显示4位十进制电压值。数字电压表主要使用到80C320、8279、ADC0809芯片，80C320芯片控制着电压表各个芯片的正常运行，将ADC0809输出的数字量电压进行数据处理。ADC0809对模拟量电压采样转换成数字量电压。8279驱动LED显示管显示电压值。

这次的简易数字电压表设计主要三大任务是硬件的设计、软件设计和电压表完整小系统原理图的绘制，由小组成员共同完成。我主要负责程序的设计，根据设计的硬件的模块进行软件模块划分，设计各模块的程序代码。最终在实验箱上调试。程序的调试开始并不理想，出现很多错误，每次运行根据现象再进行改进。或是翻阅资料或是小组成员讨论或是询问指导老师，经过反复调试最终达到预期效果。所以这次简易数字电压表的课程设计不仅使我进一步加深了对单片机知识的了解，而且锻炼了我的学习和动手能力，让我受益匪浅。

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参考文献

[1] 汪德彪．MCS-51单片机原理及接口技术（第一版）．北京：电子工业出版社，2006 [2] 吴金戌，沈庆阳，郭庭吉．8051单片机实践与应用．北京：清华大学出版社，2002 [3] 黄智伟．全国大学生电子设计竞赛训练教程．北京：电子工业出版社，2004 [4] 晁阳．单片机MCS—51原理及应用开发教程．北京：清华大学出版社，2000

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课程设计评分表

学生姓名：李召 班级：08级应电1班 学号：

课程设计题目：简易数字电压表设计 选 题 项目内容 能结合所学课程知识、有一定的能力训练。符合选题要求 （5人一题） 工作量适中，难易度合理 能熟练应用所学知识，有一定查阅文献及运用文献资料能力 能 力 水 平 理论依据充分，数据准确，公式推导正确 能应用计算机软件进行编程、资料搜集录入、加工、排版、制图等 能体现创造性思维，或有独特见解 总体设计正确、合理，各项技术指标符合要求。 说明书综述简练完整，概念清楚、立论正确、技术用语准确、结论严谨合理；分析处理科学、条理分明、语言流畅、结构严谨、版面清晰 设计说明书栏目齐全、合理，符号统一、编号齐全。 格式、绘图、表格、插图等规范准确，符合国家标准 有一定篇幅，字符数不少于5000 指导教师评语： 指导教师签名： 年 月 日 总 分 满分 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 100 实 评 成 果 质 量

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