湖南人文科技学院
课程设计报告
课程名称:单片机原理及应用课程设计
设计题目： 电阻测量 系 别： 通信与控制工程系 专 业： 电子信息专业 班 级： 09级电信二班 学生姓名: 栾圳杰 李达 学 号: 09409201 09409203 起止日期: 2011年12月12日—2011年12月23日 指导教师: 谭周文 田汉平 教研室主任： 侯海良
指导教师评语： 指导教师签名： 年 月 日 成项 目 权重 栾圳杰 0.2 0.5 0.3 李达 成绩 绩1、设计过程中出勤、学习态度等方面 评定 2、课程设计质量与答辩 3、设计报告书写及图纸规范程度 总 成 绩 教研室审核意见： 教研室主任签字： 年 月 日 教学系审核意见：
主任签字： 年 月 日
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摘 要
本设计电阻测量是利用A/D转换原理，将被测模拟量转换成数字量,并用数字方式显示测量结果的电子测量仪表。通常测量电阻都采用大规模的A/D转换集成电路，测量精度高，读数方便，在体积、重量、耗电、稳定性及可靠性等方面性能指标均明显优于指针式万用表。其中，A/D转换器将输入的模拟量转换成数字量，逻辑控制电路产生控制信号，按规定的时序将A/D转换器中各组模拟开关接通或断开，保证A/D转换正常进行。A/D转换结果通过计数译码电路变换成BCD码，最后驱动显示器显示相应的数值。本系统以单片机AT89C52为系统的控制核心,结合A/D转换芯片ADC0809设计一个电阻测量表，能够测量一定数值之间的电阻值，通过四位数码显示。具有读数据准确，测量方便的特点。
关键词：单片机(AT89C52)； 电压；A/D转换；ADC0809
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目 录
设计要求 ............................................................................................................................... 1 1 电路的论证与对比 ........................................................................................................... 1
1.1 方案一 .................................................................................................................... 1 1.2 方案二 .................................................................................................................... 2 1.3 方案的对比与比较 ................................................................................................ 2 2 系统硬件电路设计 ........................................................................................................... 3
2.1 振荡电路模块 ........................................................................................................ 3 2.2 A/D转换电路模块 ................................................................................................. 3
2.2.1主要性能 ...................................................................................................... 3 2.2. 2 ADC0809芯片的组成原理 ..................................................................... 4 2.2.3 ADC0809引脚功能 .................................................................................. 4 2.3 主控芯片AT89C52模块 ....................................................................................... 5
2.3.1主要功能特性 .............................................................................................. 6 2.3.2 主要引脚功能 ............................................................................................. 6 2.4 显示控制电路的设计及原理 ................................................................................ 8 3程序设计 ............................................................................................................................ 9
3.1 初始化程序 ............................................................................................................ 9 3.2主程序 ................................................................................................................... 10 3.3显示子程序 ........................................................................................................... 10 3.4 A/D转换测量子程序 ........................................................................................... 12 4系统调试与分析 .............................................................................................................. 12 5元器件清单 ...................................................................................................................... 13 6 总结与致谢 ..................................................................................................................... 14 7 参考文献 ......................................................................................................................... 15 附一：原理图 ..................................................................................................................... 15 附二：程序 ......................................................................................................................... 16
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电阻测量
设计要求
电阻测量（需要简单的外围检测电路，将电阻转换为电压） 测量100,1k,4.7k,10k,20k的电阻阻值，由数码管显示。 测试：误差10%。
1 电路的论证与对比
1.1 方案一
利用单稳或电容充放电规律等，可以把被测电阻量的大小转换成脉冲的宽窄，即脉冲的宽度Tx与Rx成正比。只要把此脉冲和频率固定不变的方波（以下称为时钟脉冲）相与，便可以得到计数脉冲，将它送给数字显示器。如果时钟脉冲的频率等参数合适，便可实现测量电阻。计数控制电路输出的脉冲宽度Tx应与Rx成正比，其电路原理图及具体555单稳态触发器的构成及仿真如图1所示。
用555构成的单稳态电路在正常工作条件下输出脉冲的宽度Tx与Rx的函数关系是：
图1 方案一原理图
所产生的时间误差可能达到百分之十五，再加上其他原因产生的误差，测量是的时间延迟太大。
1.2 方案二
用ADC0809 电阻测量，以一个1K的电阻作为基准电阻。和被测电阻进行分压，分压比例得出电阻比例。
=
用ACD0809测量电阻时间误差为%10以下，分辨率高，输出能与TTL电平兼容。其原理图如图2所示。
图2 方案二原理图
1.3 方案的对比与比较
由于课程设计的要求是电阻测量需要简单的外围检测电路，将电阻转换为电压，测量100,1k,4.7k,10k,20k的电阻阻值，由数码管显示。测试：误差10%。通过比较以上两个方案，可知方案二相对来说比较适合。所以选用方案二作为实验方案。
图3. 振荡电路
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2 系统硬件电路设计
2.1 振荡电路模块
振荡电路通过这两个引脚外并
接石英晶体振荡器和两只电容（电容和一般取33pF），这样就构成一个稳定的自激振荡器。为单片机提供时钟信号。如右图3所示。
2.2 A/D转换电路模块
ADC0809是采用逐次逼近式原理的A/D转换器。
ADC0809的工作过程是：首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 A／D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A／D转换完成，EOC变为高电平，指示A／D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上，9电路图如图4所示。
图4 A/D转换电路原理图
2.2.1主要性能
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1分辨率为8位二进制数。
2模拟输入电压范围0V—5V，对应A/D转换值为00H—FFH。 3每路A/D转换完成时间为100µs。
4允许输入4路模拟电压，通过具有锁存功能的4路模拟开关，可以分时进行4路A/D转换。
5工作频率为500kHz,输出与TTL电平兼容。 2.2. 2 ADC0809芯片的组成原理
具体设计要求如图5所示，它是由地址锁存器、4路模拟开关、8位逐次A/D转换器和三态锁存输出缓冲器构成。由3位地址输入线ADDRA、ADDRB、ADDRC决定4路模拟输入中的1路进8位A/D转换器，A/D转换值进入三态锁存输出缓冲器暂存，在CPU发来输出允许控制信号OE后，三态门打开，经DB7—DB0进入CPU总线，完成一次A/D转换全过程。
图5 A/D转换电路原路图
2.2.3 ADC0809引脚功能
ADC0809采用28引脚的封装，双列直插式。A/D转换由集成电路ADC0809完成。ADC0809具有8路模拟输入端口，地址线（23— 25脚—即C,B,A,）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（ALE），当输入为高电平时，对地址
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信号进行锁存。6脚为测试控制（START），当输入一个2us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（EOC），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（OE），当OE脚为高电平时，A/D转换数据从该端口输出。10脚为ADC0809的时钟输入端（CLOCK），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ADC0809
的A/D转换控制。
2.3 主控芯片AT89C52模块
AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS—51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。
图6 AT89C52管脚图
AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口。3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和
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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。如图6所示为AT89C52管脚图。 2.3.1主要功能特性
·与MCS—51产品指令和引脚完全兼容 ·8k字节可重擦写Flash闪速存储器 ·1000次擦写周期 ·全静态操作：0Hz—24MHz ·三级加密程序存储器 ·32个可编程I/O口线 ·低功耗空闲和掉电模式 ·3个16位定时/计数器 ·可编程串行UART通道 2.3.2 主要引脚功能
VCC : 电源 GND: 地
P0 口：P0 口是一组8 位漏极开路型双向I/O 口，也即地址/数据总线复用口。
P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX）。
P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流
（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX @DPTR）时，P2口送出高八位地址。在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送
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1。在使用8位地址（如MOVX @RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。
P1口和P2口的第二功能如下表1所示。
表1 P0和P1口的第二功能
引脚号 P1.0 P1.1
P3口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P3口输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3口亦作为AT89C52特殊功能（第二功能）使用，在flash编程和校验时，
功能特性
T2(定时/计数器2外部计数脉冲输入)，时钟输出 T2EX（定时/计数2捕获/重载触发和方向控制）
P3口也接收一些控制信号。具体功能如表2所示：
表2 P3口的第二功能
端口引脚 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7
第二功能
RXD（串行输入口） TXD(串行输出口) 外中断0 外中断1
T0(定时/计数器0) T1（定时/计数器1） 外部数据存储器写选通 外部数据存储器读选通
RST: 复位输入。晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。
ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。
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然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置 “1”，ALE操作将无效。这一位置 “1”，ALE仅在执行MOVX或MOVC指令时有效。否则，ALE将被微弱拉高。这个ALE使能标志位（地址为8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。
PSEN:外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当AT89C52从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。
EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。在flash编程期间，EA也接收12伏VPP 电压。
XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。
2.4 显示控制电路的设计及原理
显示子程序采用动态扫描法实现4位数码管的数值显示。测量所得的A/D转换数据放70H—77H内存单元中，测量数据在显示时须经过转换成为十进制BCD码放在
78H—7BH单元中，其中7B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。
本系统显示部分采用4位数码管动态扫描显示。
动态扫描显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一。其接口电路是把所有显示器的8个笔划段a-h同名端连在一起，而每一个显示器的公共极COM 是各自独立地受I/O线控制。CPU向字段输出口送出字形码时，所有显示器接收到相同的字形码，但究竟是那个显示器亮，则取决于COM端，而这一端是由 I/O控制的，所以我们就可以自行决定何时显示哪一位了。而所谓动态扫描就是指我们采用分时的方法，轮流控制各个显示器的COM端，使各个数码管轮流点亮。本系统采用4位共阴极数码管，COM端接接P20—P23端，8个笔划段a-h分别按顺序接P07—P00，轮流给P20—P23口低电平，使各个数码管轮流点亮。显示控制电路由图7的8255芯片和图8的数码管显示电路两部分组成。在轮流点亮扫描过程中，每位显示器的点亮时间是极为短暂的（约1ms），但由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽
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管实际上各位显示器并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感。
图7
8255芯片
图8 数码管显示电路
3程序设计
3.1 初始化程序
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void Init() { TMOD=0x01; TH0=(65536-200)/256; TL0=(65536-200)%256; EA=1; ET0=1; TR0=1;
a8255_CON=0x80; a8255_PB=0xff; a8255_PA=0xff; }
3.2主程序
void main() { //int i,j; Init(); CLK=0; while(1) { ad0809(); delay(300) ;
t=(float)(256-get_val);
t = 10000.000*(t/(float)get_val);// 电压变电阻值 }
}
display(t);
3.3显示子程序
void display(unsigned int t) { unsigned char x0,x1,x2,x3,x4,x5; x0=t%10;
//个位
10
x1=t/10%10; //十位 //百位
x2=t/100%10;
x3=t/1000%10; //千位 x4=t/10000%10; //万位 x5=t/100000%10; //十万位
a8255_PA=0xdf;
a8255_PB=dis_table[x0]; delay(180); a8255_PA=0xff;
a8255_PA=0xef;
a8255_PB=dis_table[x1]; delay(180); a8255_PA=0xff;
a8255_PA=0xf7;
a8255_PB=dis_table[x2]; delay(180); a8255_PA=0xff;
a8255_PA=0xfb;
a8255_PB=dis_table[x3]; delay(180); a8255_PA=0xff;
a8255_PA=0xfd;
a8255_PB=dis_table[x4]; delay(180);
//个位显示 // 十位显示 //百位显示 //千位显示 //万位显示 11
a8255_PA=0xff;
a8255_PA=0xfe; a8255_PB=dis_table[x5]; delay(180); a8255_PA=0xff; }
//十万位显示
3.4 A/D转换测量子程序
unsigned char ad0809() {
ST = 0; _nop_(); _nop_(); ST = 1; _nop_(); _nop_(); ST = 0; _nop_(); _nop_(); while (EOC==0); //开始装换 _nop_(); OE = 1;
get_val = P0; OE = 0; return get_val; }
4系统调试与分析
1 硬件调试
硬件调试时可以检查印制板和外围电路是否有断路或短路问题，在检查无误的情况下，通过外围电路接入一个被测电阻，检查数码管显示是否正常，若不正常，用万用表检查出电路的问题所在，并纠正电路的焊接问题。
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为了测量的精准度，用万用表选择减少测量的误差。 2 软件调试
的基准电阻，尽量使基准电阻接近,
将用keil编译产生的HEX文件下载到单片机开发板中，通过外围电路接入一个已知的被测电阻，看数码管上的显示数值是否接近已知的电阻值，若不对，则反复调试程序，直到正确为止。 3 性能分析 1.误差W=2.误差分析
AD的分辨率只有八位，分辨率小，所以测量小电阻的时候误差小，随着测量电阻的变大误差变大。
表 3 系统测试结果
测量序号 100Ω 1kΩ 4.7kΩ 10kΩ 20kΩ 理论值 998Ω 1000Ω 4700Ω 10000Ω 20000Ω 测量值 996Ω 999Ω 4698Ω 9986Ω 19898Ω 100%,如表3所示。
5元器件清单
元件名称 芯片 芯片 芯片 杜邦线 万用表 电阻
类型或量程 AT89C52 8255 ADC0809 数量 1片 1片 1片 3根 1个 1K、4.7K、10K、20k、100 各一个 13
电源线 供电电源线 1根
6 总结与致谢
这次单片机课程设计意义非同一般，把我从单深入的理论编程到硬件软件综合实现一个使用的电路。通过这学期的单片机的学习，知道了单片机在实际应用中占据很重要的作用，也了解单片机本身的功能，用编程控制；也了解了单片机的一些扩展功能。通过这次设计，我更深入地了解到单片机的使用原理和功能。
为期两周的设计中，我看到很多同学都很努力，很认真，我也不敢懈怠。虽说两周的时间有点仓促，但老师和同学们夜以继日在解决问题，我做电阻测量的设计中也遇到些许问题，但通过他人的指点，并查阅很多有价值的书籍，我从中认识了不少。也增强了自己发现问题解决问题的能力。还有在编程的时候要仔细，要实现一个完整的功能就要考虑全面，在测试程序的时候要善于发现错误，而且可能是一些小问题，比如说把立即数和地址混用，这是很常见的。
两周的设计完满结束了，经过自己的努力和同学的帮忙终于有了成果，特别离不开指导老师方智文的悉心教导，我受益匪浅，相信他的工作作风和知识筑成都是我们学习榜样，给我很大的启迪。感谢这些老师不畏辛劳，热心精心的指导。在这里向他们说声谢谢，你们辛苦了。
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7 参考文献
[1] 张鑫. 《单片微机原理与应用》.[M] 北京.电子工业出版社. 2008
[2] 楼然苗.李光飞. 《单片机课程设计指导》. [M]北京.航空航天大学出版社. 2007 [3] 长洪润.刘秀英. 《单片机应用设计200例（上、下）》. [M] 北京.航空航天大学出版社.2006
[4] 张毅刚.《 新编MCS—51单片机应用设计（第3版）》.[M]哈尔滨工业大学出版社.2008 [5] 马静.《单片机原理与应用》. [M] 实践教学指导书中国计量出版社. 2003
附一：原理图
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附二：程序
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#include #include #define a8255_PA XBYTE[0xD9FF] //PA口地址 #define a8255_PB XBYTE[0xDAFF] //PB口地址 #define a8255_PC XBYTE[0xDDFF] //PC口地址 #define a8255_CON XBYTE[0xDFFF] //控制字地址 #define VREF 4.75 //基准电压/// //////////////定义0809控制端口//////////////// sbit ST = P2 ^ 7; sbit EOC = P3 ^ 4; sbit OE = P2 ^ 3; sbit CLK = P2 ^ 0; ////////////////////////////// unsigned char get_val; //用于单片机获取0809转化数值///// int t; //中间变量 float light; ///中间变量 unsigned char dis_table[]={0xa0,0xbb,0x62,0x2a,0x39,0x2c,0x24,0xba,0x20,0x28}; unsigned char cho_led[] = { 0xdf,0xef,0xf7,0xfb,0xfd,0xfe }; // 数码管的位 /************************************ * 延时函数 * ************************************/ void delay(unsigned int i) { while(i--); } /************************************ * 显示函数 * ************************************/ void display(unsigned int t) 17 { unsigned char x0,x1,x2,x3,x4,x5; x0=t%10; //个位 //十位 //百位 x1=t/10%10; x2=t/100%10; x3=t/1000%10; //千位 x4=t/10000%10; //万位 x5=t/100000%10; a8255_PA=0xdf; a8255_PB=dis_table[x0]; //个位显示 delay(180); a8255_PA=0xff; a8255_PA=0xef; a8255_PB=dis_table[x1]; // 十位显示 delay(180); a8255_PA=0xff; a8255_PA=0xf7; a8255_PB=dis_table[x2]; //百位显示 delay(180); a8255_PA=0xff; a8255_PA=0xfb; a8255_PB=dis_table[x3]; //千位显示 delay(180); a8255_PA=0xff; a8255_PA=0xfd; 18 //十万位 a8255_PB=dis_table[x4]; //万位显示 delay(180); a8255_PA=0xff; a8255_PA=0xfe; a8255_PB=dis_table[x5]; delay(180); //十万位显示 a8255_PA=0xff; } /************************************ * 初始化 * ************************************/ void Init() { TMOD=0x01; TH0=(65536-200)/256; TL0=(65536-200)%256; EA=1; ET0=1; TR0=1; a8255_CON=0x80; a8255_PB=0xff; a8255_PA=0xff; } /************************************** * ad转换 * ***************************************/ unsigned char ad0809() { ST = 0; _nop_(); _nop_(); 19 ST = 1; _nop_(); _nop_(); ST = 0; _nop_(); _nop_(); while (EOC==0); //开始装换 _nop_(); OE = 1; get_val = P0; OE = 0; return get_val; } /************************************* * 主函数 * *************************************/ void main() { //int i,j; Init(); CLK=0; while(1) { ad0809(); delay(300) ; t=(float)(256-get_val); t = 10000.000*(t/(float)get_val);// 电压变电阻值 } /*****时钟信号发生器***************/ void t0(void) interrupt 1 using 0 { TH0=(65536-200)/256; TL0=(65536-200)%256; 20 } display(t); //频率500HZ CLK=~CLK; } 21 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容