成绩课程设计报告题 目： 学生姓名： 学生学号： 系 别： 专 业： 指导教师： 电气信息工程学院制2013年6月第1章 课程设计的总体方案1.1 课程设计的目的1.了解A/D芯片PCF8591转换性能及其编程方法。2.掌握A/D转换器与单片机的接口方法3.学会使用A/D转换器进行电压信号采集1.2课程设计的要求1.利用A/D芯片PCF8591及1602液晶显示屏组成。2采用4路模拟量输入。3.尽量使用较少的元器件。 1.3课程设计的思路1.根据设计要求，选择AT89C51单片机为核心控制器件。2.A/D转换采用PCF8591实现，利用PCF8591将模拟电压转换为数字量。3.经单片机将数字量转换成对应电压值，电压显示采用4位一体的LED数码管。1.4 课程设计的方案硬件电路设计由6个部分组成; A/D转换电路，AT89C51单片机系统，LCD显示系统、时钟电路、复位电路以及测量电压输入电路。硬件电路设计框图如图1所示。 时钟电路 复位电路A/D转换电路模拟量输入显示系统AT89C51 P1 P2 P2 P0 图1 数字电压表系统硬件设计框图第2章 系统方案硬件设计2.1 系统方案的提出 根据4路模拟量输入设计的需要，为单片机和A/D转换器提供以下设计方案。2.1.1 单片机方案 AT89C51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k字节Flash可擦写存储器（PEROM）。AT89C51器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，AT89C51的片内Flash允许程序存储器通过传统编程器反复编程。由于芯片内集成了通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的微处理器ATMEL AT89C51可为许多嵌入式控制应用系统提供高度灵活、高性价比的解决方案。AT89C51具有如下特点：4k Bytes Flash存储器、128 bytes的RAM以及32个I/O口、2个16位定时/计数器,5个中断优先级2层中断嵌套中断、1个全双工串行通信口、片内时钟振荡器。 AT89C51芯片，如图所示，各引脚功能如下：VCC：供电电压。 GND：接地。 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。P1口：是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。 图3-1 AT89C51设计 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。 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。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如所示： 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。 /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。/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。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。2.1.2 A/D转换器方案 PCF8591的功能包括多路模拟输入、内置跟踪保持、8-bit模数转换和8-bit数模转换。PCF8591的最大转化速率由IC总线的最大速率决定。1、主要技术指标和特性单独供电; PCF8591的操作电压范围2.5V-6V ;低待机电流 通过I2C总线串行输入/输出;PCF8591通过3个硬件地址引脚寻址 PCF8591的采样率由I2C总线速率决定; 4个模拟输入可编程为单端型或差分输入频道选择自动增量;PCF8591的模拟电压范围从Vss到VDD; PCF8591内置跟踪保持电路;8-bit逐次逼近A/D转换器；通过1路模拟输出实现DAC增益 PCF8591引脚图2.1.3 时钟电路 AT89S51的时钟电路如图所示，在单片机的XTAL1和XTAL2两个管脚接一个晶振及两个电容构成了时钟电路电路中电容C1和C2对振荡频率有微调作用，在设计时取30uF。晶振为11.0592MHz，故选择12MHz即可。 图2-2 时钟电路 图2-3 复位电路2.1.4复位电路 AT89S51的复位电路如图所示。当单片机一上电，立即复位；另外，如果在运行中，外界干扰等因素使单片机的程序陷入死循环状态，就可以通过按键手动使其复位。复位也是使单片机退出低功耗工作方式而进入正常状态的一种操作。电容C3和电阻R10实现上电自动复位。增加按键开关S1和电阻R9又可实现按键手动复位功能。R9的作用是在S1按下的时候，防止电容C3放电电流过大烧坏开关S1的触点。2.1.5 显示电路LED硬件设计 LED数码管由8个发光二极管组成，其中7个按“8”型排列，另一个发光二极管为圆点形状，位于右下角，常用于显示小数点。 共阳极LED电路连接如图2-4所示,8支发光二极管的阳极共同接到电源上，所以叫共阳极LED，在每个发光二极管的阳极接的电阻将起到保护作用。在输入管脚接低电平时，对应的发光二极管将会发光。和共阴极LED一样，适当编码后，8支发光二极管组合起来就可以显示数据了。 2-4共阳极接法原理图 动态显示来完成该显示电路的硬件设计。 图2-5显示电路设计2.1.6总体设计电路图：见Protel图第3章 系统软件设计3.1.1程序设计总方案 根据模块的划分原则，将该程序划分初始化模块，A/D转换子程序和显示子程序，这三个程序模块构成了整个系统软件的主程序，如图12所示。开始初始化调用A/D转换子程序调用显示子程序结束图3-1 数字式直流电压表主程序框图3.1.2系统子程序设计 初始化程序所谓初始化，是对将要用到的MCS_51系列单片机内部部件或扩展芯片进行初始工作状态设定，初始化子程序的主要工作是设置定时器的工作模式，初值预置，开中断和打开定时器等3.1.3 A/D转换子程序开始A/D转换子程序用来控制对输入的模块电压信号的采集测量，并将对应的数值存入相应的内存单元，其转换流程图如图3-2所示。启动转换A/D转换结束？输出转换结果数值转换显示结束图3-2 A/D转换流程图3.1.4 显示子程序显示子程序采用动态扫描实现四位数码管的数值显示，在采用动态扫描显示方式时，要使得LED显示的比较均匀，又有足够的亮度，需要设置适当的扫描频率，当扫描频率在70HZ左右时，能够产生比较好的显示效果，一般可以采用间隔10ms对LED进行动态扫描一次，每一位LED的显示时间为1ms10。在本设计中，为了简化硬件设计，主要采用软件定时的方式，即用定时器0溢出中断功能实现11s定时，通过软件延时程序来实现5ms的延时。第四章电路原理图和PCB板的设计第5章 实习总结 经过两周的单片机课程设计，我有了很多的体会和感想。通过本次对简易电压表的设计，我们对单片机这门课程有了更进一步的了解。无论是在其硬件连接方面还是在软件编程方面，都取得了新的收获。本次课程设计采用了AT89C51单片机芯片，与以往我们我们所熟悉的C51芯片有许多不同之处，通过本次实验及查阅相关资料，我们对其之间的区别有了一定的认识，在本课题设计报告的硬件介绍部分也对其作了详细的论述。S51在C51的基础上增加了许多新的功能，使其功能更为完善，应用领域也更为广泛。另外，在对单片机编程方面，我们又掌握了一些新的编程思想，使得程序更为简练、易懂，而且更为严谨，程序执行的稳定性得到了提高。 设计中我们还用到了模/数转换芯片PCF8591，以前在学单片机这门课程时只是对其理论知识有了初步的了解。通过本次实验，我们对它的工作原理彻底理解了，对其启动设置、转换结束判断以及输出控制等都基本掌握。电路连接方面，我们对其与单片机的连接也有了更为直观的认识，通过实验的摸索以及必要的理论知识，我们准确的实现了它于单片机的互连。设计过程中，我遇到过许多次失败的考验，比如，自己对单片机编程时遇到了很多阻碍，想要放弃，然而，就在要放弃的那一刻，我明白了，原来结果并不那么重要，我们更应该注重的是这一整个过程。于是，我坚持了下来。我非常感激实习老师对我的的指导和帮助，没有老师的指导，我只能晕头转向的瞎忙。 通过这次设计，这也对我们今后的工作敲响了警钟：要认真的看待每个需要处理的问题，不要认为事情过于简单，不能急于求成，但不要放弃。要保持头脑清醒。单片机是很重要的一门课程，老师和一些工作的朋友都曾说过，如果学好一门单片机，就凭这个技术这门手艺找一个好工作也不成问题。尽管我们在课堂学到的内容很有限，但在以后的学习中单片机还需要好好的深入研究和学习。最后感谢老师对我的精心指导和帮助，感谢同学们对我的帮助。参考文献1. 魏立峰 王宝兴.单片机原理及应用技术.北京：北京大学出版社， 2006 .2. 张毅刚. MCS-51单片机应用与设计.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2003 .3. 马忠梅 单片机的C语言应用程序设计.北京：北京航空航天大学出版社2003 4.PCF8591使用说明书 程序: ORG 0000H LJMP START ORG 0003H RETI ORG 000BH