单片机原理及应用 课程计实习报告
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指导教师：徐阳 许建国
第一部分 课程设计的题目与要求
1、系统名称：基于单片机的数字电压表的设计 2、设计内容
设计一台基于8051单片机的数字电压表，能够直接测量0-5V范围内的直流电压
（1）数字电压表总体设计方案，合理选择单片机、A/D转换器、显示器件。 （2）根据A/D转换器分辨率计算出数字电压表的测量精度和最小输入量值。
（3）完成数字电压表硬件和软件程序设计，硬件设计包括单片机、ADC0809接口、LCD显示接口、软件设计包括主程序、显示接口程序、A/D转换程序，重点是A/D转换程序及采样数据的处理及显示程序。
（4）采用Proteus进行虚拟仿真设计,结合Keil uvision2集成开发环境进行调试
3、基本要求
从单片机最小应用系统基本要求出发,拟定一个数字电压表设计方案,合理选择各种器
件,根据所采用的A/D转换器，分析计算数字电压表的测量精度，根据所采用的显示器件，设计合理的A/D采样和数字显示程序，要求显示误差满足设计精度，最终实现数字电压表功能。采用Proteus虚拟仿真设计，进一步了解和掌握单片机应用系统的设计方法。了解和掌握单片机应用系统的设计和调试过程，学习软件程序的的调试和排错方法，基本原理框图如下：
单片机 8051 LCD数据显示 模拟电压 A/D转换接口 控制报警电路（可选）
键盘（可选）
第二部分 详细设计
1、 系统设计技术基础
（1）Keil uvision2集成开发环境介绍（网上查资料）
Keil uVision2是德国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，使用接近于传统c语言的语法来开发，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用,而且大大的提高了工作效率和项目开发周期,他还能嵌入汇编，您可以在关键的位置嵌入，使程序达到接近于汇编的工作效率。KEILC51标准C编译器为8051微控制器的软件开发提供了C语言环境,同时保留了汇编代码高效,快速的特点。C51编译器的功能不断增强， 使你可以更加贴近CPU本身，及其它的衍生产品。C51已被完全集成到uVision2的集成开发环境中，这个集成开发环境包含：编译器，汇编器，实时操作系统，项目管理器，调试器。uVision2 IDE可为它们提供单一而灵活的开发环境。 （2）Proteus仿真软件介绍（网上查资料）
Proteus软件是英国Lab Center Electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前比较好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。
2、硬件功能模块
（1）MCS-51单片机的特点和基本结构（教材第一章1.1节，图1-1之前）
8051系列单片机是在美国intel公司于20世纪80年代推出的一系列MCS-51系列高性能8位单片机的基础上发展而来的，它再单一芯片内集成了并行I/O口、异步串行口、16位定时/计时器、中断系统、片内RAM和片内ROM以及其他一些功能部件。现在8051系列单片机已经有了很大的发展，出来intel公司之外，Philips、Siemens、AMD、Fujutsu、OKI、Atmel、SST、Winbond等公司都推出了以8051为核心的新一代8位单片机，这种新型单片机的集成度更高，在片内集成了更多的功能部件，如A/D、PWM、PCA、WDT以及高速I/O口等。不同公司推出的8051具有各自的功能特点，但它们的内核都是以intel公司的MCS-51位基础的，并且指令系统兼容，从而给用户带来了广阔的选择范围，同时又可以采用相同的开发工具。
8051系列单片机可以分为无片内ROM型和带片内RON型两种。对于无片内ROM型的芯
片，必须外接EPROM才能应用（典型芯片为8031）。带片内ROM型的芯片又分为片内EPROM型（典型芯片为87C51）、片内FLASH（典型芯片为89C51）、片内掩膜ROM型（典型芯片为8051），一些公司还推出了一种带有片内一次性可编程的ROM（One Time Programing。OTP）的芯片（典型芯片为97C51）。一般来说，片内EPROM型或片内FLASH型芯片适合开发样机和需要现场进行进一部完善的场合，当样机开发基本完成后，可以采用OTP型芯片进行小批量试生产，完全成功后再采用带掩膜ROM的8051进行大批量生产。
8051系列单片机再存储器的配置上采用所谓的额“哈佛”结构，即在物理上具有独立的程序存储器和数据存储器，而在逻辑上则采用相同的地址空间，利用不同的指令和寻址方式进行访问，可分别寻址67KB的程序存储空间和64KB的数据存储空间，充分慢粗工业测量控制的需要。8051系列单片机共有111条指令，其中包括乘除指令和位操作指令。中断源有5个（8032/8052为6个），分为2个优先级，每个中断源的优先级是可编程的，在8051系列单片机的内部RAM区中开辟了4个通用工作寄存区，共有32个通用寄存器，可以适用于多种中断或子程序嵌套的情况。另外还在内部RAM中开辟了1个为寻址区，利用位操作指令可以对位寻址区中每个单元的每一个位直接进行操作，特别适合于解决各种开关控制和逻辑问题。ROM型8051在单芯片运用方式下其4个并行I/O口（P0到P3）都可以作为输入输出之用，再扩展运用方式下则需要采用P0和P2口作为片外扩展地址总线之用。8051单片机内部集成了2个（8032/8052为3个）16位定时/计数器，可以十分方便地进行定时计数操作，还集成了1个全双工的异步串行接口，可同时发送和接受数据，为单片机之间的互相通信与上位机通信带来极大的方便。
8051单片机的基本组成如图1所示，一个单片机芯片被包括中央处理器CPU，它是单片机的核心，用于产生各种控制信号，并完成对数据的算术逻辑运算和传送。内部数据存储器RAM，用以存放可以读书的数据。内部程序存储器ROM，用以存放程序指令或某些常数表格。4个8位并行I/O接口P0、P1、P2和P3，每个接口都可以用作输入或是输出。2个（8051）或3个（8052）定时/计数器，用来做外部时间计数器，也可用来定时。内部中断系统具有5个中断源，2个优先级的嵌套中断结构，可实现两级嵌套服务程序嵌套，每一个中断源都可用软件程序规定为高优先级中断或低优先级中断。一个串行接口电路，可用于一部接收发送器。内部时钟电路，但晶体和微调电容需要外接，振荡频率可以高达40MHz。以上各部分通过总线相连接。
（2）震荡电路介绍（教材第一章1.3节，图1-8之前）
8051单片机内部由一个高增益反向放大器，用于构成振荡器，反向放大器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2，分别是8051的19和18脚。在XTAL1和XTAL2之间接一个石英晶体及两个电容，就可以构成稳定的自激振荡器，当振荡器再6MH~12MHZ时通常取30pF左右的电容进行微调，如图1-7所示。晶体振荡器的震荡信号经过片内时钟发生器进行2分频，向CPU提供两相时钟信号P1和P2.时钟信号的周期成为状态时间S，它是震荡周期的2倍，再每个状态的前半周期P1信号有效，再每个状态的后半周期P2信号有效，CPU就以这两相时钟信号为基本节拍指挥单片机各部分协调工作。
CPU执行一条指令所需要的时间是以机器周期为单位的，8051单片机的一个机器周期包
括12个震荡周期，分为6个S状态：S1~S6，每个状态又分为2拍，即前面介绍的P1和P2信号，因此一个机器周期中的12各震荡周期可表示为S1P1,S1P2,S2P1…S6P1,S6P2,S6P2.当采用12MHz的晶体振荡器时，一个机器周期为1us。CPU执行一条指令通常需要1~4各机器周期，指令的执行速度与其需要的机器数直接有关，所需机器周期数越少速度越快，8051单片机只有乘、除2条指令需要4各机器周期，其余均为单周期或双周期指令。
S1P1 P218C2石英晶体P1振荡器C180C5119XTAL1时钟发生器P2XTAL2S2P1 P2
图？ 8051的片内振荡器及时钟发生电路
波形发生器仿真电路中的震荡电路如图？所示：
学生模板(数字电压表)
