单片机电压采集与显示
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基于单片机的电压采集摘要： (2)关键词： (2)引言 (3)一、电路设计方案及原理说明 (4)1.1A DC0809 模数转换芯片 (5)1.2A T89C51 单片机 (9)1.34个共阳7 段数码管显示器 (10)1.4系统整体工作原理. (11)二、软件设计 (12)三、设计框图 (17)3．1 硬件总体框图 (17)3.2主程序流程图 (18)3.3待测信号源单元电路 (19)3.4A T89C51 单片机（如下图所示） (20)3.5单片机控制单元 (20)3.5.1 外部时钟电路 (20)3.5.2 复位电路 (20)3.5.3 ............................................. 数码管显示模块21四、实验仿真...................... 21 摘要：本设计待测的输入电压为8路，电压范围为0～5V，使用目前广泛使用的AT89C51来做控制系统，用ADC0809来进行模拟电压的采集及模数转换，实现采集8路数据，并将结果在四位一体数码管上进行显示。
该系统主要包括几大模块：数据采集模块、A／D转换模块、控制模块、显示模块。
显示部分由LED数码显示器构成。
该数字电压表具有电路简单，成本低等优点，可以方便地进8路A／D转换量的测量。
关键词：电压采集、ADC080、9 A/D转换、单片机89C51、数码管显示引言随着计算机技术的飞速发展和普及，数据采集系统在多个领域有着广泛的应用。
数据采集是工、农业控制系统中至关重要的一环，在医药、化工、食品、等领域的生产过程中，往往需要随时检测各生产环节的温度、湿度、流量及电压等参数。
同时，还要对某一检测点任意参数能够进行随机查寻，将其在某一时间段内检测得到的数据经过转换提取出来，以便进行比较，做出决策，调整控制方案，提高产品的合格率，产生良好的经济效益。
随着工、农业的发展，多路数据采集势必将得到越来越多的应用，为适应这一趋势，作这方面的研究就显得十分重要。
在科学研究中，运用数据采集系统可获得大量的动态信息，也是获取科学数据和生成知识的重要手段之一。
总之，不论在哪个应用领域中，数据采集与处理将直接影响工作效率和所取得的经济效益。
采集系统，从严格的意义上来说，应该是用计算机控制的多路数据自动检测或巡回检测，并且能够对数据实行存储、处理、分析计算以及从检测的数据中提取可用的信息，供显示、记录、打印或描绘的系统。
电压测量成为广大电子领域中必须掌握的过程，并且对测量的精度和采集功能的要求也越来越高，而电压的测量与显示系统甚为重要。
在课程设计中对一路电压采集系统与显示系统作了基本的研究。
电压采集与通信控制采用了模块化的设计，并用单片机8051 来实现，硬件部分是以单片机为核心，还包括模- 数转换模块，显示模块，和串行接口部分，还有一些简单的外围电路。
1 路被测电压通过通用ADC0809模- 数转换，实现对采集到的电压进行模拟量到数字量的转换，由单片机对数据进行处理，用数码管显示模块来显示所采集的结果，由相关控制器完成数据接收和显示，汇编程序编写了更加明了化数据显示界面。
本系统主要包括四大模块：数据采集模块、控制模块、显示模块、A/D 转换模块。
绘制电路原理图与工作流程图，并进行调试，最终设计完成了该系统的硬件电路。
在软件编程上，采用了汇编语言进行编程，开发环境使用相关集成开发环境。
开发了显示模块程序、A/D 转换程序。
一、电路设计方案及原理说明依据综合课程设计的要求，利用ADC0809设计一个单通道模拟电压采集显示电路，要求对所接通道变化的模拟电压值进行采集，采集来的数字量送至数码管指示出来，通过相关转换在数码管上精确显示出来。
本课程设计相当于测直流电压的大小，通过对电压值的采集与处理，而由所学微控制器的知识可知，可以利用单片机的模数转换来实现这一设计，进一步把相应的电压值精确显示出来。
模数转换就是利用单片机控制模数转换芯片（A/D）, 让它对外部的一个模拟信号进行采样、量化、编码然后转化为一个离散的数字量，提供给控制器作进一步处理。
对于常用的A/D 转换芯片有ADC080、9 ADC0808等。
它们都是8 位的模数转换芯片，就是把模拟量转换为一个8 位的二进制数。
利用单片机AT89C51与ADC0809设计一个电压采集系统，将模拟信号（实际设计时采用0～5 V）之间的直流电压值转换成数字量信号0～FF，以数码管显示。
Proteus 软件启动仿真，当前输入电压为2．5 0V，转换成数字值为7FH，用鼠标指针调节电位器尺, 可改变输入模／数转换器ADC0809的电压，并通过虚拟电压表观察ADC0809模拟量输入信号的电压值，LED数码管实时显示相应的数值量。
此次电压表总体的方案就是用单片机的I/O 口输出信号来控制A/D启动转换，将送入的模拟量转换为一个8 位数字量，然后再通过I/O 口送回单片机内部进行处理，单片机进行一系列的运算和校准后，通过数码管将电压值显示出来。
而在方案的实现上由两部分组成：硬件部分和软件部分。
硬件即电子元器件的选择且将它们连接成一个可行的硬件系统，软件是硬件系统功能化的重要组成部分。
硬件的设计可以在Proteus 上进行，软件可以用Proteus 自带的汇编工具，然后在Proteus 将硬软件相结合，进行仿真，再根据结果不断对硬件进行改进，对软件进行调试，实现电压的采集与显示功能。
1.1A DC0809 模数转换芯片1. ADC0809是带有8 位A/D 转换器、8 路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。
它是逐次逼近式A/D 转换器，可以和单片机直接接口。
（1）ADC0809的内部逻辑结构由下图可知，ADC0809由一个8 路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D 转换器和一个三态输出锁存器组成。
多路开关可选通8 个模拟通道，允许8 路模拟量分时输入，共用A/D 转换器进行转换。
三态输出锁器用于锁存A/D 转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。
（2）．ADC0809引脚结构ADC0809各脚功能如下：D7-D0：8 位数字量输出引脚。
IN0-IN7 ：8 位模拟量输入引脚。
VCC：+5V工作电压。
GND：地。
REF（+）：参考电压正端。
REF（- ）：参考电压负端。
START：A/D转换启动信号输入端。
ALE：地址锁存允许信号输入端。
（以上两种信号用于启动A/D 转换）.EOC：转换结束信号输出引脚，开始转换时为低电平，当转换结束时为高电平。
OE：输出允许控制端，用以打开三态数据输出锁存器。
CLK：时钟信号输入端（一般为500KHz）。
A、B、C：地址输入线。
ADC0809 对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是0－5V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。
地址输入和控制线：4 条ALE 为地址锁存允许输入线，高电平有效。
当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A，B，C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进入转换器进行转换。
A，B 和C为地址输入线，用于选通IN0－IN7 上的一路模拟量输入。
通道选择表如下表所示。
选择的通道IN0IN10 1 0 IN20 1 1 IN31 0 0 IN41 0 1 IN51 1 0 IN61 1 1 IN7数字量输出及控制线：11 条ST 为转换启动信号。
当ST 上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D 转换；在转换期间，ST应保持低电平。
EOC 为转换结束信号。
当EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D转换。
OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。
OE＝1，输出转换得到的数据；OE＝0，输出数据线呈高阻状态。
D7－D0 为数字量输出线。
CLK为时钟输入信号线。
因ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHZ，VREF（＋），VREF（－）为参考电压输入。
2．ADC0809应用说明（1）．ADC0809内部带有输出锁存器，可以与AT89S51单片机直接相连。
（2）．初始化时，使ST和OE信号全为低电平。
（3）．送要转换的哪一通道的地址到A，B，C端口上。
（4）．在ST端给出一个至少有100ns 宽的正脉冲信号。
（5）．是否转换完毕，我们根据EOC信号来判断。
（6）．当EOC变为高电平时，这时给OE为高电平，转换的数据就输出给单片机了。
1.2A T89C51 单片机ADC0809 与8051 单片机的硬件接口有3 种形式，分别是查询方式、中断方式和延时等待方式，本题中选用中断接口方式。
由于ADC0809无片内时钟，时钟信号可由单片机的ALE信号经D 触发器二分频后获得。
该题目中单片机时钟频率采用12MHz,则ALE输出的频率是2MHz，四分频后为500KHz,符合ADC0809对频率的要求。
由于ADC0809内部设有地址锁存器，所以通道地址由P0 口的低3 位直接与ADC0809的A、B、C 相连。
通道基本地址为0000H～0007H。
其对应关系上面已做介绍。
控制信号：将P2.7 作为片选信号，在启动A/D 转换时，由单片机的写信号和P2.7 控制ADC的地址锁存和启动转换。
由于ALE 和START连在一起，因此ADC0809在锁存通道地址的同时也启动转换。
在读取转换结果时，用单片机的P3.0 产生正脉冲作为OE信号，用来打开三态输出锁存器。
其接口电路如图1-2 所示。
图1-2 ADC0809 与AT89C51的接口当8051 通过对0000H～0007H（基本地址）中的某个口地址进行一次写操作，即可启动相应通道的A／D 转换；当转换结束后,ADC0809的EOC端向8051 发出中断申请信号；8051 通过对0000H～0007H中的某个口地址进行一次读操作，即可得到转换结果。
1.34 个共阳7 段数码管显示器共阳极7 段LED数码管和共阴极LED数码管结构类似，其引脚配置，如图所示。
从图中可以看出7段LED数码管同样由8个发光二极管组成，其中7 个发光二极管构成字形“ 8”，另一个发光二极管构成小数点。
共阳极7 段LED数码管的内部结构，如图所示。
其中所有发光二极管的阳极为公共端，接+5v 电压。
如果发光二极管的阴极为低电平的时候，发光二极管导通，该字段发光；反之，如果发光二极管的阴极为高电平的时候，发光二极管截止，该字段不发光共阳极7段LED引脚配置共阳极7 段LED结构图1.4系统整体工作原理1 硬件设计（1）系统构成该系统主要包括几大模块：数据采集模块、A／D转换模块、控制模块、显示模块、按键模块等。
