基于单片机PCF数字电压表课程设计详解.doc

课程名称： 微机原理课程设计 题 目： 数字电压表 摘要 单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器，常用英文字母的缩写MCU表示单片机，单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。单片机由运算器，控制器，存储器，输入输出设备构成，相当于一个微型的计算机（最小系统），和计算机相比，单片机缺少了外围设备等。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。它最早是被用在工业控制领域。 其中我们用于学习用的最多的是STC89C52单片机，STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构，全双工串行口。一、任务要求 4 1.1 设计任务 4 1.2 4 1.3 发挥部分 4 1.4 创新部分 4 二、方案总体设计与论证 5 6 3.1 单片机晶振部分 6 3.2 单片机复位部分 6 3.3 电源模块部分 7 3.4 A/D转换部分 7 3.5 数码管显示部分 8 3.6 单片机STC89C52 10 四、软件设计 13 4.1 程序设计总方案 13 4.2 系统子程序设计 13 4.3 A/D转换子程序 13 4. 14 五、系统仿真与调试 15 六、设计总结与心得体会 18 6.1 设计总结 18 6.2 心得体会 18 七、参考文献 19 一、任务要求 1.1 设计任务 1.2 设计要求 利用所学的软硬件知识，使用KEIL uVision4软件编写能够实现数字电压表功能的程序。使用软件将数字电压表的硬件电路的模拟电路在70mm*90mmPCB板模板上绘制出来，然后根据lochmaster30软件所绘制的模拟电路在70mm*90mmPCB板上焊接出来。检查电路焊接完好后把编写好的程序下载到单片机内验证编写的程序，观察数字电压表的显示情况是否与实验要求相符。 1.3 发挥部分 使用PCF8591A/D转换芯片通过电阻的调节改变电压并在数码管上显示出来，并且使用一个LED实时的把电压的大小体现出来，电压变高LED就变亮，电压变低LED就变暗。 1.4 创新部分 本实验需求测量0-5V电压，发挥创新，将测量电压的大小增大，设置成可调挡的形式。可测量5V、10V、20V5V电压的，稍后会更新程序。本实验采用的是四路检测问做法，尽可能发挥了它的功能。 二、方案总体设计与论证 P0口接上拉电阻驱动数码管的段码，P2口连接数码管的位码，P2口的高四位从低到高分别控制第一、二、三、四个数码管亮或者灭。P1.0口和P1.1口分别接PCF8591芯片的SCL和SDA引脚。SCL和SDA引脚分别为I2C总线的时钟线、数据线。AIN0口接蓝白卧式可调电阻，当可调电阻滑动时，电阻的变化引起电压的变化，经过PCF8591芯片的实时转换，通过单片机处理实时的在数码管上显示出来。同时也能够通过外接在芯片的AOUT口的LED体现电压的大小。AOUT口为芯片的D/A转换输出端。外加复位和晶振电路等组成的最小系统。EA引脚接高电平。 进行本实验之初具有两套方案： 方案一：使用附加发光二极管的亮与暗来体现电压的大小。此方法拥有体现电压大小的效果更明确的优势。但是硬件电路会复杂一点。 方案二：不使用附加发光二极管的亮与暗来体现电压的大小。此方法具有硬件电路简单的优势，节约了成本。但是体现效果不明显。 经过衡量，觉得附加LED体现会使电压大小的体现效果更加明了。所以选择方案一。使用数码管显示附加LED来体现不电压的大小。 设计变化框图如图1所示： 图1 变化框图 设计系统功能图如图2所示： 图2 系统功能图 总体方案工作原理：STC89C52是集成40个I/O口的单片机，拥有12MHZ的晶振周期，电路拥有可控复位电路。PCF8591芯片可实现模拟量与数字量的变化。移动滑动变阻器，电压的变化模拟量通过PCF8591芯片转换为数字量输送到单片机中，通过单片机处理，并在数码管上显示出来。 三、硬件设计 3.1 单片机晶振部分 如图3所示，为单片机的晶振电路部分。其中C1、C2为22pF的电容，它是振荡回路交联电容，如果没这两个电容的话，振荡部分会因为没有回路而停振。电路就不