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基于51单片机数字电压表的设计

1、PCB原理图

2、Proteus 仿真图

3、设计目标

3.1、基本功能

利用51单片机作为主控芯片，模拟量输入范围直流0v-5v。模拟量经A/D（ADC0809）模数转换芯片，把模拟量转换为数字量输入到单片机的P0口，再由单片机控制LCD1602液晶显示模拟量输入的电压值。

3.2、主要技术参数

测量电压范围：0v至5v

A/D转换器：ADC0809（8位模数转换器）。

显示方式： LCD1602液晶

4、总设计框图

此次设计的是数字电压表，要求的电压范围是0~5v。系统设计主要包括四个部分：分别是电源模块、AD模数转换部分、51单片机最小系统部分、数码管显示部分。首先由单片机初始化ADC0809模数转换芯片和共阴数码管显示，当外接被测电压后，ADC0809将模拟电压信号转换为数字信号输入到单片机的I/O口，通过单片机处理后将电压的大小显示在LCD1602液晶上面。

以AT89C51单片机为核心，起着控制作用。系统包括LCD1602液晶显示电路、复位电路、时钟电路、模数转换电路电路。设计思路分为五个模块：复位电路、晶振电路模块、AT89C51、LCD1602液晶显示电路、模数转换器电路这五个模块。

5、硬件设计分析

5.1、电源的设计

系统电源使用直流5伏。

由电脑USB接口提供电源。

USB是通用串行总线(Universal Serial Bus)接口的简称。它是目前使用比较广泛的电脑接口之一，主要版本有1.0、1.1和最新的2.0三种版本。根据USB总线的工业标准，它可以提供额定功率为5V/500mA的电源供USB设备使用。

5.2、单片机最小系统

51单片机是对目前所有兼容intel 8031指令系统的单片机的统称。该系列单片机的始祖是intel的8031单片机，后来随着技术的发展，成为目前广泛应用的８为单片机之一。单片机是在一块芯片内集成了CPU、RAM、ROM、定时器／计数器和多功能I/O口等计算机所需要的基本功能部件的大规模集成电路，又称为MCU。51系列单片机内包含以下几个部件：

一个８位CPU；一个片内振荡器及时钟电路；

4KB的ROM程序存储器；

一个128B的RAM数据存储器；

寻址64KB外部数据存储器和64KB外部程序存储空间的控制电路；

32条可编程的I/O口线；

两个16位定时／计数器；

一个可编程全双工串行口；

５个中断源、两个优先级嵌套中断结构。

如图2-2-1所示为AT89C51单片机基本构造，其基本性能介绍如下：

AT89C51本身内含40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中端口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，AT89C51可以按照常规方法进行编程，但不可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。

AT89C51的主要特性如下表所示：

兼容MCS—51指令系统	32个可编程I/O线
4k字节可编程闪烁存储器	可编程UARL通道
三个16位可编程定时/计数器中断	时钟频率0-24MHz
2个外部中断源，共8个中断源	256×8bit内部RAM
2个读写中断口线	可直接驱动LED
软件设置睡眠和唤醒功能	低功耗空闲和掉电模式

单片机最小系统原理图

单片机最小系统说明：

时钟信号的产生：在MCS-51芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，其输出端为引脚XTAL2。而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器，这就是单片机的时钟振荡电路。

时钟电路产生的振荡脉冲经过触发器进行二分频之后，才成为单片机的时钟脉冲信号。

一般地，电容C2和C3取30pF左右，晶体的振荡频率范围是1.2-12MHz。如果晶体振荡频率高，则系统的时钟频率也高，单片机的运行速度也就快。

单片机复位使CPU和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态下，并从这个状态开始工作。单片机复位条件：必须使9脚加上持续两个机器周期（即24个振荡周期）的高电平。

5.3、模数转换

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ＡＤ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。

（1）主要特性：

1）8路输入通道，2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640kHz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。

（2）模数转换电路

6、软件设计的组成

该系统由延时子函数、LCD1602液晶忙检测子函数、LCD1602液晶写命令/写数据子函数、汉字显示子函数、LCD1602液晶显示字符串子函数、LCD1602液晶初始化子函数、ADC0809转换子函数、主函数和数据定义这几部分组成。

7、元件清单

8、程序源码

//<程序名>:数字电压表															
//<功能>:使用LCD显示被检测电压，精度为0.05V，范围是0～5V。							
#include"includes.h"
#define TIME0H 0x3C
#define TIME0L 0xB0
uchar uc_Clock=0;		//定时器0中断计数
bit b_DATransform=0;
//<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
//<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<把电压显示在LCD上>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
//<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
void vShowVoltage(uint uiNumber)
{
	uchar ucaNumber[3],ucCount;
	if(uiNumber>999)					
		uiNumber=999;
	ucaNumber[0]=uiNumber/100;								//把计算数字的每个位存入数组。
	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);				//从首位到末位逐一输出。
		if(ucCount==0)
			vShowOneChar('.');
	}
}
//*************************************************************************************************
//*																								  *
//*			  ********************************主函数******************************				  *
//*																								  *
//*************************************************************************************************
void main()
{
	TMOD=0x01;			//定时器0，模式1。
	TH0=TIME0H;
	TL0=TIME0L;
	TR0=1;				//启动定时器。
	ET0=1;				//开定时器中断。
	EA=1;				//开总中断
	vdInitialize();
	vWriteCMD(0x84);	   //写入显示起始地址（第一行第4个位置）
	vShowChar("voltage");
	vWriteCMD(0xC9);     
	vShowChar("(V)");
	while(1)
	{
		if(b_DATransform==1)
		{
			b_DATransform=0;
			vWriteCMD(0xC4);
			vShowVoltage(uiADTransform());
		}
	}
}
//<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
//<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<定时器0中断函数>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
//<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
void t0() interrupt 1
{
	if(uc_Clock==0)
	{
		uc_Clock=5;
		b_DATransform=1;
	}
	else
		uc_Clock--;
	TH0=TIME0H;		   //恢复定时器0。
	TL0=TIME0L;
}

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