单片机课程设计(数字电压表,数字温度计,计时器设计).doc

《单片机原理与应用》 课程设计 目 录 第1章　简易数字电压表的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 第2章　DS18B20数字温度计的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 第3章　秒表/时钟计时器的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12 第一章 简易数字电压表的设计 1.1 功能要求 简易数字电压表的设计可以测量0～5V的8路输入电压值，并在四位上轮流显示或单路选择显示。测量最小分辨率为0.019V，测量误差为±0.02V。 1.2 方案论证 按系统功能实现要求，决定控制系统采用AT89C52单片机，A/D转换采用ADC0809。系统除能确保实现要求的功能外，还可以方便地进行8路其它A/D转换量的测量、远程测量结果传送等扩展功能。数字电压表系统设计方案框图如图1.1。 1.3 系统硬件电路的设计 简易数字电压测量电路由A/D转换、数据处理及显示控制等组成，电路原理图如图1.2所示。A/D转换由集成电路0809完成，0809具有8路模拟输入端口，地址线（23～25脚）可决定对哪一路模拟输入作A/D转换。22脚为地址锁存控制，当输入为高电平时，对地址信号进行锁存。6脚为测试控制，当输入一个2μs宽高电平脉冲时，就开始A/D转换。7脚为A/D转换结束标志，当A/D转换结束时，7脚输出高电平。9脚为A/D转换数据输出允许控制，当OE脚为高电平时，A/D转换数据从端口输出10脚为0809的时钟输入端，利用单片机30脚的六分频晶振频率再通过14024二分频得到1MHz时钟。单片机的P1、P3.0～P3.3端口作为四位LED数码管显示控制。P3.5端口用作单路显示/循环显示转换按钮，P3.6端口用作单路显示时选择通道。P0端口作A/D转换数据读入用，P2端口用作0809的A/D转换控制。 1.4 系统程序的设计 1.4.1 初始化程序 系统上电时，初始化程序将70H～77H内存单元清0，P2口置0。 1.4.2 主程序 在刚上电时，系统默认为循环显示8个通道的电压值状态。当进行一次测量后，将显示每一通道的A/D转换值，每个通道的数据显示时间为1s左右。主程序在调用显示子程序和测试子程序之间循环，主程序流程图见图1.3。 1.4.3 显示子程序 显示子程序采用动态扫描法实现四位数码管的数值显示。测量所得的A/D转换数据放在70H～77H内存单元中，测量数据在显示时需转换成为十进制BCD码放在78H～7BH内存单元中，其中7BH存放通道标志数。寄存器R3用作8路循环控制，R0用作显示数据地址指针。 1.4.4 模/数转换测量子程序 模/数转换测量子程序用来控制对0809八路模拟输入电压的A/D转换，并将对应的数值移入70H～77H内存单元。其程序流程见图1.4。 1.5调试及性能分析 1.5.1 调试与测试 采用Wave E2000编译器进行源程序编译及仿真调试，同时进行硬件电路板的设计制作，烧好程序后进行软硬件联调，最后进行端口电压的对比测试，要求测试对比中标准电压值采用UT56数字万用表测得。 简易数字电压表与“标准”数字电压表测得的绝对误差应在0.02V以内。 1.5.2 性能分析 1.由于单片机为8位处理器，当输入电压为5.00V时，输出数据值为255（FFH），因此单片机最大的数值分辨率为0.0196V（5/255）。这就决定了该电压表的最大分辨率（精度）只能达到0.0196V。测试时电压数值的变化一般以0.02的电压幅度变化，如要获得更高的精度要求，应采用12位、13位的A/D转换器。 2.简易电压表测得的值基本上均比标准值偏大0.01～0.02V。这可以通过校正0809的基准电压来解决，因为该电压表设计时直接用7805的供电电源作为基准电压，电压可能有偏差。另外可以用软件编程来校正测量值。 3.ADC0809的直流输入阻抗1MΩ，能满足一般的电压测试需要。另外，经测试ADC0809可直接在2MHz的频率下工作，这样可省去分频器14024。 第二章 DS18B20数字温度计的设计 2.1 功能要求 数字式温度计要求测温范围为－50°～110℃，精度误差在0.1℃以内，LED数码管直读显示。 2.2 方案论证 在日常生活及工农业生产中经常要用到温度的检测及控制，传统的测温元件有热电偶和热电阻。而热电偶和热电阻测出的一般都是电压，再转换成对应的温度，需要比较多的外部硬件支持，硬件电路复杂，软件调试复杂，制作成本高。 本数字温度计设计采用美国DALLAS半导体公司继DS18B20之后推出的一种改进型智能温度传感器DS18B20作为检测元件，测温范围为－55°～125℃