基于STC89C52單片機的簡易數(shù)字電壓表設(shè)計【畢業(yè)設(shè)計】

1、存檔編號 華北水利水電大學(xué)north china university of water resources and electric power畢 業(yè) 設(shè) 計題目 基于單片機的數(shù)字電壓表設(shè)計學(xué) 院 信息工程學(xué)院 專 業(yè) 通信工程 姓 名 學(xué) 號 200912303 指導(dǎo)教師 完成時間 2013年5月20日 教務(wù)處制目 錄摘 要iabstractii緒論iii一 設(shè)計背景iii二 設(shè)計意義v第一章 數(shù)字電壓表11.1 數(shù)字電壓表的優(yōu)點11.2 數(shù)字電壓表發(fā)展趨勢11.3 設(shè)計平臺21.3.1 keil c51開發(fā)平臺21.3.2 proteus 7 professional設(shè)計軟件2第二章 總

2、體設(shè)計方案42.1數(shù)字電壓設(shè)計的兩種方案42.1.1 由數(shù)字電路及芯片構(gòu)建42.1.2 由單片機系統(tǒng)及 a/d 轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)建42.2 設(shè)計要求52.3 技術(shù)要求52.4 設(shè)計方案5第三章 硬件簡介73.1 本設(shè)計單片機的選擇73.1.1常用單片機的特點比較73.1.2 單片機的選擇73.1.3 stc89c52單片機介紹83.2 本設(shè)計顯示器件選擇133.2.1 常用顯示器件簡介133.2.2 顯示器件的選擇143.2.3 1602字符型lcd簡介143.3a/d芯片193.3.1常用的a/d芯片193.3.2 adc0809芯片20第四章 接口電路234.1 顯示電路234.2 adc080

3、9與單片機接口電路23第五章 硬件電路系統(tǒng)模塊設(shè)計255.1 總電路模塊255.2 硬件系統(tǒng)電路簡介25第六章 系統(tǒng)軟件設(shè)計266.1 主程序266.2 a/d轉(zhuǎn)換子程序266.3 顯示子程序27第七章 調(diào)試及性能分析287.1 調(diào)試與測試287.2 性能分析28總 結(jié)30參考文獻31致 謝33附錄34附錄i（外文翻譯）34外文譯文44附錄ii（任務(wù)書）52附錄iii（開題報告）54附錄iv（圖表）57i proteus仿真圖57ii 硬件總電路圖58iii 實物圖59附錄v（程序清單）60摘 要隨著時代的進步，用指針式萬用表測量小幅度直流電壓已經(jīng)顯得有些不太方便。因為指針式的測量不夠精確，隨

4、著長時間的使用可能會造成歐姆調(diào)零以及機械調(diào)零的磨損，這都會對數(shù)據(jù)的測量造成很多困難，而采用數(shù)字式電壓表來測量就可以避免這種情況的發(fā)生，而且操作更加方便。下面本文將介紹一種由數(shù)字電路以及單片機構(gòu)成的數(shù)字電壓表的設(shè)計方法。本設(shè)計運用stc89c52和adc0809進行a/d轉(zhuǎn)換,根據(jù)數(shù)據(jù)采集的工作原理,設(shè)計簡易數(shù)字電壓表, 將模擬電壓量直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，用lcd液晶屏來顯示。其基本原理是，模擬電壓量經(jīng)過a/d轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，送入單片機進行處理。最后輸出的數(shù)據(jù)在經(jīng)過線路驅(qū)動器送入液晶屏顯示電壓大小。最后介紹了程序流程，并用keil和protues聯(lián)機調(diào)試進行仿真。調(diào)試完成之后進行硬件焊接，測試

5、并進行改進。最后完成測量的電壓值。該數(shù)字電壓表測量電壓類型是直流,測量范圍是0-5v。電路包括:數(shù)據(jù)采集電路的單片機最小化設(shè)計、單片機鐘電路、復(fù)位電路、a/d轉(zhuǎn)換電路、測量電壓輸入電路等。單片機采用stc89c52芯片、a/d轉(zhuǎn)換采用adc0809芯片。關(guān)鍵字：stc89c52單片機；adc0809；a/d轉(zhuǎn)換；lcd顯示；數(shù)據(jù)處理。 abstractwith the progress of the times, the measurement of small amplitude dc voltage with a pointer multimeter has a bit less conv

6、enient. because the pointer is not precise enough to measure，with prolonged use may result in a zero ohms, and the wear of the mechanical zero, this will be the measurement of data caused many difficulties, measuring with a pointer multimeter you can avoid this from happening and the operation is mo

7、re convenient. the following article describes the design of a digital circuits, and mcus digital voltmeter.the use of design stc89c52 and adc0809 a / d converter, according to the working principle of the data acquisition, design simple digital voltmeter analog voltage into digital lcd screen to di

8、splay. the basic principle is that the amount of analog voltage a / d converter chip to convert digital, into the microcontroller for processing. the final output data in the size of the voltage after a line drive into the lcd display. finally, the program flow simulation with keil and protues of on

9、line debugging. after the completion of the debugging hardware welding, test and improve. finalize the measured voltage value. the digital voltmeter to measure the voltage type dc, measuring range is 0-5v.the circuit includes: a data acquisition circuit of the smallest single-chip design, microcontr

10、oller clock circuit, reset circuit, a / d conversion circuit, a measuring voltage input circuit. , a / d conversion using adc0809 chip microcontroller stc89c52 chip.keywords: stc89c52 single-chip ；a / d conversion; adc0809;lcd display; data processing.緒論數(shù)字電壓表(digital voltmeter)簡稱dvm，作為智能儀表的一種，它是采用數(shù)字

11、化測量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量(直流輸入電壓)轉(zhuǎn)化成不連續(xù)，離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表，傳統(tǒng)的指針式電壓表功能單一，精度低，不能滿足數(shù)字化時代的需求采用單片機的數(shù)字電壓表，精度高，抗干擾能力強，可擴展性強，集成方便。目前，由各種單片a/d轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的說字電壓表，已經(jīng)被廣泛用于電子及電工測量，工業(yè)自動化儀表，自動測量系統(tǒng)等智能化測量領(lǐng)域，顯示出強大的生命力。一 設(shè)計背景數(shù)字電壓表在1952年由美國nls公司首次創(chuàng)造，它剛開始是4位，50多年來，其設(shè)計技術(shù)有了不斷的發(fā)展和提升。數(shù)字電壓表是從電位差計的自動化過程中研制成功的。從剛開始使用4位數(shù)碼顯示，發(fā)展到5位、6位，進而發(fā)展到7位、8位；從最初的

12、一兩種類型發(fā)展到功能和量程、精度都不同的好幾十種；從最早的采用繼電器、電子管發(fā)展到全晶體管、集成電路、微處理器化；從一臺儀器只能測1-2 種參數(shù)到能測幾十種參數(shù)的多用型；顯示器件也從輝光數(shù)碼管發(fā)展到等離子體管、發(fā)光二極管、液晶顯示器等。其體積、功耗、價格、可靠性、量程范圍都已經(jīng)邁入集成電路領(lǐng)域。數(shù)字電壓表出現(xiàn)在50年代初，60 年代末發(fā)起來的電壓測量儀表。簡稱dvm，它采用的是數(shù)字化測量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量，也就是連續(xù)的電壓值轉(zhuǎn)變?yōu)椴贿B續(xù)的數(shù)字量，加以數(shù) 字處理然后再通過顯示器件顯示。這種電子測量的儀表之所以出現(xiàn)，一方面是由于電子計算機的應(yīng)用逐漸推廣到系統(tǒng)的自動控制信實驗研究的領(lǐng)域，提出了將各

13、種被觀察量或被控制量轉(zhuǎn)換成數(shù)碼的要求，即為了實時控制及數(shù)據(jù)處理的需要；另一方面，也是電子計算機的發(fā)展，帶動了脈沖數(shù)字電路技術(shù)的進步，為數(shù)字化儀表的出現(xiàn)提供了條件。所以，數(shù)字化測理儀表的產(chǎn)生與發(fā)展與電子計算機的發(fā)展是密切相關(guān)的；同時，為革新電子測量中的煩鎖和陳舊方式也催促了它的飛速發(fā)展。如今，它又成為向智能化儀表發(fā)展的必要橋梁。如今，數(shù)字電壓表已絕大部分已取代了傳統(tǒng)的模擬指針式電壓表。因為傳統(tǒng)的模擬指針式電壓表功能單一，精度低，讀數(shù)的時候也非常不方便，很容易出錯。而采用單片機的數(shù)字電壓表由于測量精度高，速度快，讀數(shù)時也非常的方便，抗干擾能力強，可擴展性強等優(yōu)點已被廣泛的應(yīng)用于電子及電工的測量，工

14、業(yè)自動化儀表，自動測試系統(tǒng)等智能化測量領(lǐng)域，顯示出強大的生命力。數(shù)字電壓表最初是伺服步進電子管比較式，其優(yōu)點是準(zhǔn)確度比較高，但是采樣速度慢，重量達幾十公斤，體積大，繼之出現(xiàn)了斜波式電壓表，它的速度方面稍有提高，但是準(zhǔn)確度低，穩(wěn)定性差，再后來出現(xiàn)了比較式儀表改進逐次漸近式結(jié)構(gòu)，它不僅保持了比較式準(zhǔn)確度高的優(yōu)點，而且速度也有了很大的提高，但它有一缺點是抗干擾能力差，很容易受到外界各種因素的影響。隨后，在斜波式的基礎(chǔ)上雙引伸出階梯波式，它的唯一的進步是成本降低了，可是準(zhǔn)確寬，速以及抗干擾能力都未能提高。而現(xiàn)在，數(shù)字電壓表的發(fā)展已經(jīng)是非常的成熟，就原理來講，它從原來的一二種已發(fā)展到多種,在功能上講，則

15、從測單一參數(shù)發(fā)展到能測多種參數(shù)；從制作元件來看，發(fā)展到了集成電路，準(zhǔn)確度已經(jīng)有了很大的提高；讀數(shù)每秒幾萬次，而相對以前，它的價格也有了降低了很多。目前實現(xiàn)電壓數(shù)字化測量的方法仍然模-數(shù) (a/d)轉(zhuǎn)換的方法，而數(shù)字電壓表種類繁多，型號新異，目前國際仍未有統(tǒng)一的分類方法，而常用的分類方法有如下幾種:(1) 按用途來分：有直流數(shù)字電壓表，交直流數(shù)字電壓表，交直流萬用表等。(2) 按顯示位數(shù)來分：有4位，5位，6位，7位，8位等。 (3) 按測量速度來分：有低準(zhǔn)確度，中準(zhǔn)確度，高準(zhǔn)確度等。(4) 按測量速度來分：有低速,中速，高速，超高速等。 但在日常生活中，數(shù)字電壓表一般是按照原理不同進行分類的，

16、目前大致分為以下幾類：比較式，電壓時間變換式，積分式等。在電量的測量中，壓電流和頻率是最基本的三個被測量。其中，電壓所以數(shù)字電壓表就成 為一種必不可少的測量儀器。另外，由于數(shù)字式儀器具有讀數(shù)準(zhǔn)確方便，精度高，誤差小，靈敏度高和分辨率高，測量速度快等特點而倍受用戶青睞，數(shù)字式電壓表就是基于這種需求而發(fā)展起來的，是一種必不可少的電子測量儀表。二 設(shè)計意義這個課題的目的和意義在于使自己掌握對數(shù)字電壓表的理解，自己動手設(shè)計數(shù)字電壓表與仿真，它可以廣泛的應(yīng)用于電壓測量外，通過各種變換器還可以測量其他電量和非電量，測量是一種認識過程，就是用實驗的方法將被測量和被選用的相同參量進行比較， 從而確定它的大小。

17、 dvm廣泛應(yīng)用于測量領(lǐng)域每期測量的準(zhǔn)確度和可信度取決于它的主要性能和技術(shù)指標(biāo)。所示我們要學(xué)習(xí)和掌握如何設(shè)計dvm就顯得十分重要。第一章 數(shù)字電壓表1.1 數(shù)字電壓表的優(yōu)點傳統(tǒng)的指針式刻度電壓表功能單一，精度低，容易引起視覺疲勞，因而不能滿足數(shù)字化時代的需要。采用單片機的數(shù)字電壓表，將連續(xù)的模擬量如直流電壓轉(zhuǎn)換成不連續(xù)的離散的數(shù)字形式并加以顯示，從而精度高、抗干擾能力強，可擴展性強、集成方便，還可與pc實時通信。數(shù)字電壓表是諸多數(shù)字化儀表的核心與基礎(chǔ)。以數(shù)字電壓表為核心，可以擴展成各種通用數(shù)字儀表、專用數(shù)字儀表及各種非電量的數(shù)字化儀表。目前，由各種單片機和a/d轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)字電壓表作全面深入

18、的了解是很有必要的。最近的幾十年來，隨著半導(dǎo)體技術(shù)、集成電路（ic）和微處理器技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字電路和數(shù)字化測量技術(shù)也有了巨大的進步，從而促使了數(shù)字電壓表的快速發(fā)展，并不斷出現(xiàn)新的類型。數(shù)字電壓表從1952年問世以來，經(jīng)歷了不斷改進的過程，從最早采用繼電器、電子管和形式發(fā)展到了現(xiàn)在的全固態(tài)化、集成化（ic化），另一方面，精度也從0.01%到0.005%。1.2 數(shù)字電壓表發(fā)展趨勢 目前，數(shù)字電壓表的內(nèi)部核心部件是a/d轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換的精度很大程度上影響著數(shù)字電壓表的準(zhǔn)確度，因而，以后數(shù)字電壓表的發(fā)展就著眼在高精度和低成本這兩個方面。a/d轉(zhuǎn)換器分成四種：計數(shù)式a/d轉(zhuǎn)換器、雙積分式a/d轉(zhuǎn)換器、逐

19、次逼近式a/d轉(zhuǎn)換器和并行式a/d轉(zhuǎn)換器。目前最常用的是雙積分式a/d轉(zhuǎn)換器和逐次逼近式a/d轉(zhuǎn)換器，其中雙積分式a/d轉(zhuǎn)換器的主要優(yōu)點是轉(zhuǎn)換精度高，抗干擾性能好，價格便宜。但是其轉(zhuǎn)換速度慢，因此這種轉(zhuǎn)換器這種轉(zhuǎn)換器主要用于速度要求不高的場合。而逐次逼近式a/d轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度快，但精度相對較差。因此未來的a/d轉(zhuǎn)換器將兼顧精度和速度，成本也會隨著集成電路的發(fā)展而降低。1.3 設(shè)計平臺1.3.1 keil c51開發(fā)平臺keil軟件是目前最流行開發(fā)mcs-51系列單片機的軟件，這從近年來各仿真機廠商紛紛宣布全面支持keil即可看出。keil提供了包括c編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大

20、的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境將這些部分組合在一起。keil軟件能在win7、winxp等操作系統(tǒng)完美運行。掌握這一軟件的使用對于使用51系列單片機的愛好者來說是十分必要的，由于小編喜歡使用c語言編程，而keil對c語言的編譯方便快捷。c51工具包的整體結(jié)構(gòu)較為豐富，其中uvision與ishell分別是c51 for windows和for dos的集成開發(fā)環(huán)境(ide)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個開發(fā)流程。開發(fā)人員可用ide本身或其它編輯器編輯c或匯編源文件。然后分別由c51及c51編譯器編譯生成目標(biāo)文件(.obj)。目標(biāo)文件可由lib51創(chuàng)建生成庫

21、文件，也可以與庫文件一起經(jīng)l51連接定位生成絕對目標(biāo)文件(.abs)。abs文件由oh51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的hex文件，以供調(diào)試器dscope51或tscope51使用進行源代碼級調(diào)試，也可由仿真器使用直接對目標(biāo)板進行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如eprom中。使用獨立的keil仿真器時，注意事項 ，仿真器標(biāo)配11.0592mhz的晶振，但用戶可以在仿真器上的晶振插孔中換插其他頻率的晶振。仿真器上的復(fù)位按鈕只復(fù)位仿真芯片，不復(fù)位目標(biāo)系統(tǒng)。仿真芯片的31腳（/ea）已接至高電平，所以仿真時只能使用片內(nèi)rom，不能使用片外rom；但仿真器外引插針中的31腳并不與仿真芯片的31腳相連，故該仿真器仍可插入

22、到擴展有外部rom（其cpu的/ea引腳接至低電平）的目標(biāo)系統(tǒng)中使用。1.3.2 proteus 7 professional設(shè)計軟件proteus軟件是英國labcenter electronics公司出版的eda工具軟件（該軟件中國總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司）。它不僅具有其它eda工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學(xué)的教師、致力于單片機開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。proteus是世界上著名的eda工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到

23、pcb設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、pcb設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計平臺，其處理器模型支持8051、hc11、pic10/12/16/18/24/30/dspic33、avr、arm、8086和msp430等，2010年又增加了cortex和dsp系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持iar、keil和mplab等多種編譯器。第二章 總體設(shè)計方案2.1數(shù)字電壓設(shè)計的兩種方案設(shè)計數(shù)字電壓表有多種的設(shè)計方法，方案是多種多樣的，由于大規(guī)模集成電路數(shù)字芯片的高速發(fā)展，各種數(shù)字芯片品種多樣，導(dǎo)致對模擬數(shù)據(jù)的采集部分的不一致性，

24、進而又使對數(shù)據(jù)的處理及顯示的方式的多樣性。又由于在現(xiàn)實的工作生活中，電壓表的測量測程范圍是比較大的，所以必須要對輸入電壓作分壓處理，而各個數(shù)據(jù)處理芯片的處理電壓范圍不同，則各種方案的分段也不同。下面介紹兩種數(shù)字電壓表的設(shè)計方案。2.1.1 由數(shù)字電路及芯片構(gòu)建這種設(shè)計方案是由模擬電路與數(shù)字電路兩大部分組成，模擬部分包括輸入放大器。a/d 轉(zhuǎn)換器和基準(zhǔn)電壓源；數(shù)字部分包括計數(shù)器，譯碼器，邏輯控制器，振蕩器和顯示器。其中，a/d轉(zhuǎn)換器是它的核心器件，它將輸入的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。模擬電路和數(shù)字電路是相互聯(lián)系的，由邏輯控制電路產(chǎn)生控制信號，按規(guī)定的時序?qū)/d轉(zhuǎn)換器中各組模擬開關(guān)接通或斷開，保證a/

25、d轉(zhuǎn)換正常進行。a/d轉(zhuǎn)換結(jié)果通過計數(shù)譯碼電路變換成段碼，最后驅(qū)動顯示器顯示出相應(yīng)的數(shù)值。此方案設(shè)計其優(yōu)點是，設(shè)計成本低，能夠滿足一般的電壓測量。但設(shè)計不靈活，都是采用純硬件電路，很難將其在原有的基礎(chǔ)上進行擴展。2.1.2 由單片機系統(tǒng)及 a/d 轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)建這種方案是利用單片機系統(tǒng)與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，顯示模塊等的結(jié)合構(gòu)建數(shù)字電壓表。由于單片機的發(fā)展已經(jīng)成熟，利用單片機系統(tǒng)的軟硬件結(jié)合，可以組裝出來。此方案的原理是模數(shù)(a/d)轉(zhuǎn)換芯片的基準(zhǔn)電壓端，被測量電壓輸入端分別輸入基準(zhǔn)電壓和被測電壓。模數(shù)(a/d)轉(zhuǎn)換芯片將被測量電壓輸入端所采集到的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號，然后通過對單片機系統(tǒng)進

26、行軟件編程，使單片機系統(tǒng)能按規(guī)定的時序來采集這些數(shù)字信號，通過一定的算法計算出被測量電壓的值。最后單片機系統(tǒng)將計算好了的被測電壓值按一定的時序送入顯示電路模塊加以顯示。此方案不僅能夠繼承上一種方案的各種優(yōu)點，還能改進上一種設(shè)計方案設(shè)計不靈活，難于在原基礎(chǔ)上進行功能擴展等不足。2.2 設(shè)計要求 以單片機為核心器件，組成一個簡單的直流數(shù)字電壓表。 能夠測量0-5v之間的直流電壓值。 要求能在lcd1602顯示測量值。測量的最小分辨率為0.019v，測量誤差為0.02v。 盡量使用較少的元器件。 2.3 技術(shù)要求簡易數(shù)字電壓表應(yīng)用系統(tǒng)主要利用a/d轉(zhuǎn)換器，處理過程如下：先用a/d轉(zhuǎn)換器對各路電壓值進

27、行采樣，得到相應(yīng)的數(shù)字量，再按數(shù)字量與模擬量成正比關(guān)系運算得到對應(yīng)的模擬電壓值，然后把模擬值通過顯示器顯示出來。設(shè)計時假設(shè)待測的輸入電壓為8路，電壓值的范疇為05v，要求能在lcd液晶準(zhǔn)確顯示測得的電壓值。且測量的最小分辨率為0.019v，絕對測量誤差為+0.02v和-0.02v。2.4 設(shè)計方案 根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，控制系統(tǒng)采用stc89c52單片機，a/d轉(zhuǎn)換器采用adc0809。adc0809是8位的a/d轉(zhuǎn)換器。當(dāng)輸入電壓為5.00v時，輸出的數(shù)據(jù)值為255（0ffh），因此最大分辨率為0.0196v（5/255）。adc0809具有8路模擬量輸入端口，通過3位地址輸入端能從8路中選擇

28、一路進行轉(zhuǎn)換。本設(shè)計只采集其中一路的電壓值進行測量，即adc_a=1;adc_b=1; adc_c=0時采集in3輸入端電壓。在lcd上顯示測量的電壓值。簡易數(shù)字電壓表應(yīng)用系統(tǒng)主要利用a/d轉(zhuǎn)換器，處理過程如下：先用a/d轉(zhuǎn)換器對in-3端口電壓值進行采樣，得到相應(yīng)的數(shù)字量，再按數(shù)字量與模擬量成正比關(guān)系運算得到對應(yīng)的模擬電壓值，然后把模擬值通過顯示器顯示出來。電壓值的范疇為05v，測量的最小分辨率為0.019v，絕對測量誤差為+0.02v和-0.02v。硬件電路設(shè)計由6個部分組成: a/d轉(zhuǎn)換電路、單片機、顯示系統(tǒng)、時鐘電路、復(fù)位電路以及測量電壓輸入電路。硬件電路設(shè)計框圖如圖1-1所示。時鐘電

29、路復(fù)位電路a/d轉(zhuǎn)換測量電壓輸入lcd顯示stc89c52p0 p2 p0 p2 p0 圖1-1 數(shù)字電壓表總體設(shè)計方框圖 第三章 硬件簡介3.1 本設(shè)計單片機的選擇3.1.1常用單片機的特點比較在這一設(shè)計中，我們用到了一個關(guān)鍵系統(tǒng)模塊單片機系統(tǒng)模塊，而目前單片機的種類是很繁多的，其中最常用的有主流的8位單片機和高性能的32位單片機，本設(shè)計中，8位單片機對于本設(shè)計已經(jīng)完全能滿足設(shè)計需求，但將用哪一種類8的單片機呢？在這里，不得不先簡單的介紹一下幾種常用的8位單片機。單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統(tǒng)，具有一個完整計算機系統(tǒng)，其中包括avr單片機，pic單片機，51系列單片機。應(yīng)用最

30、廣的8位單片機還是51系列單片機。51系列單片機的特點是：硬件結(jié)構(gòu)合理，指令系統(tǒng)規(guī)范，加之生產(chǎn)歷史悠久，世界有許多芯片公司都買了51的芯片核心專利技術(shù)，并在其基礎(chǔ)上擴充其性能，使得芯片的運行速度變得更快，性價比更高。 avr 單片機雖然具有：高性能，低功能，高速度，性格方面比51單片機高，轉(zhuǎn)強的驅(qū)動電壓等優(yōu)點，但i/o口使用不比51單片機方便。pic單片機系列是美國微芯公司的產(chǎn)品，也是市面上增長最快的單片機之一，屬精簡指令集單片機，其特點是：高速度，高性能，但在性格方面比51單片機要高，也有專門的,i/o方向寄存器，i/o 口使用不比 51單片機方便。 3.1.2 單片機的選擇本設(shè)計中選用是5

31、1系列的stc89c52，它是stc公司生產(chǎn)的一種低功耗，高性能的cmos8 位單片機，片內(nèi)含8kb的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器和256b的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器，8k字節(jié)flash，512字節(jié)ram， 32 位i/o 口線，看門狗定時器，內(nèi)置4kb eeprom，max810復(fù)位電路，3個16 位定時器/計數(shù)器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口，并與 mcs-51系列單片機兼容。在設(shè)計中，單片機起著連接硬件電路與程序運行及存儲數(shù)據(jù)的任務(wù)，一方面，它將 a/d 轉(zhuǎn)換器、顯示器等通過i/o口地址線和數(shù)據(jù)線連接起來；另一方面， 它將用戶下載的程序通

32、過控制總線控制數(shù)據(jù)的輸入輸出，從而實現(xiàn)測電壓的功能。圖3-1單片機總控制電路3.1.3 stc89c52單片機介紹stc89c52是一種帶8k字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲器（fperom-flash programable and erasable read only memory ）的低電壓，高性能comos8的微處理器，俗稱單片機。該器件采用atmel搞密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的mcs-51指令集和輸出管腳相兼容。單片機總控制電路如圖3-1所示。(1) 時鐘電路stc89c52內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳rxd和txd分別是此放大器的輸入端和輸出端。時鐘

33、可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。內(nèi)部方式的時鐘電路如圖3-2 (a) 所示，在rxd和txd引腳上外接定時元件，內(nèi)部振蕩器就產(chǎn)生自激振蕩。定時元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶體振蕩頻率可以在1.212mhz之間選擇，電容值在530pf之間選擇，電容值的大小可對頻率起微調(diào)的作用。外部方式的時鐘電路如圖3-2（b）所示，rxd接地，txd接外部振蕩器。對外部振蕩信號無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于12mhz的方波信號。片內(nèi)時鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個兩相時鐘p1和p2，供單片機使用。rxd接地，txd接外部振蕩器。對外部振蕩信號無特殊要求，只要求保證脈沖寬

34、度，一般采用頻率低于12mhz的方波信號。片內(nèi)時鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個兩相時鐘p1和p2，供單片機使用。 （a）內(nèi)部方式時鐘電路 （b）外部方式時鐘電路圖3-2 時鐘電路rxd接地，txd接外部振蕩器。對外部振蕩信號無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于12mhz的方波信號。片內(nèi)時鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個兩相時鐘p1和p2，供單片機使用。(2) 復(fù)位及復(fù)位電路 a、復(fù)位操作復(fù)位是單片機的初始化操作。其主要功能是把pc初始化為0000h，使單片機從0000h單元開始執(zhí)行程序。除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境

35、，也需按復(fù)位鍵重新啟動。除pc之外，復(fù)位操作還對其他一些寄存器有影響，它們的復(fù)位狀態(tài)如表3-1所示。 b、復(fù)位信號及其產(chǎn)生rst引腳是復(fù)位信號的輸入端。復(fù)位信號是高電平有效，其有效時間應(yīng)持續(xù)24個振蕩周期(即二個機器周期)以上。若使用頗率為6mhz的晶振，則復(fù)位信號持續(xù)時間應(yīng)超過4us才能完成復(fù)位操作。產(chǎn)生復(fù)位信號的電路邏輯如圖3-3所示。 表3-1寄存器的復(fù)位狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài)pc0000htcon00hacc00htl000hpsw00hth000hsp07htl100hdptr0000hth100hp0-p3ffhscon00hipxx000000bsbuf不定ie0x00

36、0000bpcon0xxx0000btmod00h圖3-3復(fù)位信號的電路邏輯圖整個復(fù)位電路包括芯片內(nèi)、外兩部分。外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號(rst)送至施密特觸發(fā)器，再由片內(nèi)復(fù)位電路在每個機器周期的s5p2時刻對施密特觸發(fā)器的輸出進行采樣，然后才得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。復(fù)位操作有上電自動復(fù)位相按鍵手動復(fù)位兩種方式。上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的，其電路如圖 3-4（a）所示。這佯，只要電源vcc的上升時間不超過1ms，就可以實現(xiàn)自動上電復(fù)位，即接通電源就成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。按鍵手動復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中，按鍵電平復(fù)位是通過使復(fù)位端經(jīng)電阻與vcc電源接通而實現(xiàn)的

37、，其電路如圖3-4（b）所示；而按鍵脈沖復(fù)位則是利用rc微分電路產(chǎn)生的正脈沖來實現(xiàn)的，其電路如圖3-4（c）所示。（a）上電復(fù)位 （b）按鍵電平復(fù)位 （c）按鍵脈沖復(fù)位圖3-4復(fù)位電路上述電路圖中的電阻、電容參數(shù)適用于6mhz晶振，能保證復(fù)位信號高電平持續(xù)時間大于2個機器周期。本系統(tǒng)的復(fù)位電路采用圖3-4（b）上電復(fù)位方式。 stc89c52具體介紹如下： 主電源引腳（2根） vcc(pin40)：電源輸入，接5v電源 gnd(pin20)：接地線 外接晶振引腳（2根） xtal1(pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端 xtal2(pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端 控制引腳（4根）rst/vp

38、p(pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn)2個機器周期的高電平將使單片機復(fù) 位。ale/prog(pin30)：地址鎖存允許信號psen(pin29)：外部存儲器讀選通信號ea/vpp(pin31)：程序存儲器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲器讀指 令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲器讀指令。 可編程輸入/輸出引腳（32根）表3-2 stc89c52主要功能主要功能特性兼容mcs51指令系統(tǒng)8k可反復(fù)擦寫flash rom32個雙向i/o口256x8bit內(nèi)部ram3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷時鐘頻率0-24mhz2個串行中斷可編程uart串行通道2個外部中斷源共6個中斷源2個讀寫中斷口線3級

39、加密位低功耗空閑和掉電模式軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 stc89c52單片機有4組8位的可編程i/o口，分別位p0、p1、p2、p3口，每 個口有8位（8根引腳），共32根。 po口（pin39pin32）：8位雙向i/o口線，名稱為p0.0p0.7 p1口（pin1pin8）：8位準(zhǔn)雙向i/o口線，名稱為p1.0p1.7 p2口（pin21pin28）：8位準(zhǔn)雙向i/o口線，名稱為p2.0p2.7 p3口（pin10pin17）：8位準(zhǔn)雙向i/o口線，名稱為p3.0p3.7 stc89c52主要功能如表3-2所示。(3) 單片機最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)由一個單片機、一個晶振和2 個磁片電容組成，是

40、單片機外圍核心電路，如圖3-5所示。圖3-5 單片機最小系統(tǒng)圖3.2 本設(shè)計顯示器件選擇3.2.1 常用顯示器件簡介本次設(shè)計中有顯示模塊，而常用的顯示器件比較多，有數(shù)碼管，led點陣，1602液晶，12864液晶等。 1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊。它由若干個5x7或者5x11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，本設(shè)計需要顯示測量電壓的數(shù)值和單位，固此選用lcd1602作為顯示模塊 1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器已經(jīng)存儲了160個不同的點

41、陣字符圖形，這些字這些字符有:阿拉伯?dāng)?shù)字，英文字母的大小寫，常用的符號，和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼。使用時直接編寫軟件程序按一定的時序驅(qū)動即可。它的特點是顯示字跡清楚，價格相對便宜。3.2.2 顯示器件的選擇lcd1602以微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧，常用在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中，在本次設(shè)計中由于便于接入電路和拆除被選用。3.2.3 1602字符型lcd簡介字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點陣式lcd，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模塊。下面以1602字符型液晶顯示器為例，介紹其用法。一般1602字符型液晶顯示器實物

42、如圖3-6：圖3-6 1602字符型液晶顯示器實物圖1） 1602lcd主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量:162個字符芯片工作電壓:4.55.5v工作電流:2.0ma(5.0v)模塊最佳工作電壓:5.0v字符尺寸:2.954.35(wh)mm2） 引腳功能說明：1602lcd采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接說明如表3-3所示:表3-3引腳接口說明表編號符號引腳說明編號符號引腳說明1vss電源地9d2數(shù)據(jù)2vdd電源正極10d3數(shù)據(jù)3v0液晶顯示偏壓11d4數(shù)據(jù)4rs數(shù)據(jù)/命令選擇12d5數(shù)據(jù)5r/w讀/寫選擇13d6數(shù)據(jù)6e使能信號14d7數(shù)據(jù)7d0數(shù)據(jù)15a背光源正極8d1數(shù)

43、據(jù)16k背光源負極第1腳：vss為地電源。第2腳：vdd接5v正電源。第3腳：vl為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個5k的電位器調(diào)整對比度。第4腳：rs為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：r/w為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當(dāng)rs和r/w共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)rs為低電平r/w為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)rs為高電平r/w為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：e端為使能端，當(dāng)e端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：d0d7為8位雙

44、向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負極3） 1602lcd的指令說明及時序1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如表3-4所示：表3-4：控制命令表序號指令rsr/wd7d6d5d4d3d2d1d01清顯示00000000012光標(biāo)返回000000001*3置輸入模式00000001i/ds4顯示開/關(guān)控制0000001dcb5光標(biāo)或字符移位000001s/cr/l*6置功能00001dlnf*7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標(biāo)志或地址01bf計數(shù)器地址10寫數(shù)到cgram或ddram）10要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容1

45、1從cgram或ddram讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。（說明：1為高電平、0為低電平）指令1：清顯示，指令碼01h,光標(biāo)復(fù)位到地址00h位置。指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00h。指令3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 i/d：光標(biāo)移動方向，高電平右移，低電平左移 s:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。指令4：顯示開關(guān)控制。 d：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示 c：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo) b：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令5：光標(biāo)或顯示移位

46、 s/c：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標(biāo)。指令6：功能設(shè)置命令 dl：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線 n：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 f: 低電平時顯示5x7的點陣字符，高電平時顯示5x10的點陣字符。指令7：字符發(fā)生器ram地址設(shè)置。指令8：ddram地址設(shè)置。指令9：讀忙信號和光標(biāo)地址 bf：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。指令10：寫數(shù)據(jù)。指令11：讀數(shù)據(jù)。4） 1602lcd的ram地址映射及標(biāo)準(zhǔn)字庫表：液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。

47、要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符，圖3-5是1602的內(nèi)部顯示地址。圖3-5 1602lcd內(nèi)部顯示地址例如第二行第一個字符的地址是40h，那么是否直接寫入40h就可以將光標(biāo)定位在第二行第一個字符的位置呢？這樣不行，因為寫入顯示地址時要求最高位d7恒定為高電平1所以實際寫入的數(shù)據(jù)應(yīng)該是01000000b（40h）+10000000b(80h)=11000000b(c0h)。在對液晶模塊的初始化中要先設(shè)置其顯示模式，在液晶模塊顯示字符時光標(biāo)是自動右移的，無需人工干預(yù)。每次輸入指令前都要判斷液晶模塊是否處于忙的狀態(tài)。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（cgrom）已

48、經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，如圖3-6所示，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“a”的代碼是01000001b（41h），顯示時模塊把地址41h中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“a”圖3-6 字符代碼與圖形對應(yīng)圖3.3a/d芯片3.3.1常用的a/d芯片常用的a/d芯片有ad0809，ad0832，lc2543c等幾種。下面簡單介紹一下這三種芯片。ad0809是8位逐次逼近型a/d轉(zhuǎn)換器，它是由一個8路的模擬開關(guān)，一個地址鎖存譯碼器，一個a/d轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通 8個

49、模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用a/d轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。些a/d轉(zhuǎn)換器是的特點是8位精度，屬于并行口，如果輸入的模擬量變化大快，必須在輸入之前增加采樣電路。tlc2543c是12位開關(guān)電容逐次逼近 a/d 轉(zhuǎn)換，每個器件有三個控制輸入端：片選、輸入/輸出時鐘以及地址輸入端。從主機傳輸轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)速率高。它有高速的轉(zhuǎn)換，通用的控制能力，具有簡化比率轉(zhuǎn)換，刻度以及模擬電路與邏輯電路和電源噪聲隔離，耐高溫等特點。 ad0832也是8位逐次逼近型a/d轉(zhuǎn)換器，并且支持雙通道a/d轉(zhuǎn)換。它易于和微處理器接口或獨立使用；可滿量程工作；可用地址邏輯多路器選通各輸 入通道。綜合上述幾種a/d轉(zhuǎn)換芯片的特點，為

50、了滿足本次設(shè)計需求，本次設(shè)計選用adc0809芯片。3.3.2 adc0809芯片隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，目前不同廠家已經(jīng)生產(chǎn)出了多種型號的a/d轉(zhuǎn)換器，以滿足不同應(yīng)用場合的需要。如果按照轉(zhuǎn)換原理劃分，主要有3種類型，即雙積分式a/d轉(zhuǎn)換器、逐次逼近式a/d轉(zhuǎn)換器和并行式a/d轉(zhuǎn)換器。目前最常用的是雙積分和逐次逼近式。本次設(shè)計采用8位逐次逼近式a/d轉(zhuǎn)換器adc0809。 1）主要特性 a、8路8位a/d轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位。 b、具有轉(zhuǎn)換起停控制端。 c、轉(zhuǎn)換時間為100s d、單個5v電源供電 e、模擬輸入電壓范圍05v，不需零點和滿刻度校準(zhǔn)。 f、工作溫度范圍為-4085攝氏度。 g、

51、低功耗，約15mw。 2）引腳功能 adc0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖3-8 所示。下面說明各引腳功能。 in0in7：8路模擬量輸入端。2-12-8：8位數(shù)字量輸出端。 adda、addb、addc：3位地址輸入線，用與選通8路模擬輸入中的一路。如表3-7所示。 表3-7 adda、addb、addc真值表addcaddbadda輸入通道000in0001in1010in2011in3100in4101in5110in6111in7 ale：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。 start： a/d轉(zhuǎn)換啟動信號，輸入，高電平有效。 eoc： a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當(dāng)

52、a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 oe：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當(dāng)a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 clk：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640khz。 ref（+）、ref（-）：基準(zhǔn)電壓。 vcc：電源，單一5v。 gnd：地。 adc0809的工作過程是：首先輸入3位地址，并使ale=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。start上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動 a/d轉(zhuǎn)換，之后eoc輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進行。直到a/d轉(zhuǎn)換完成，eoc變?yōu)楦唠娖剑甘綼/d轉(zhuǎn)

53、換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當(dāng)oe輸入高電平 時，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。圖3-8 adc0809引腳圖第四章 接口電路4.1 顯示電路根據(jù)設(shè)計要求，測量結(jié)果需要顯示如vol：0.000v字樣，設(shè)計中采用lcd1602液晶屏來顯示電壓值。利用單片機的i/o口驅(qū)動lcd顯示器，設(shè)計中由p2口驅(qū)動lcd液晶屏顯示，即顯示字符。 電路如圖4-1所示圖4-1 lcd顯示電路4.2 adc0809與單片機接口電路adc0809具有8路模擬輸入端口，由于adc0809內(nèi)部含有輸出三態(tài)緩沖鎖存器，所以可以直接將8位數(shù)字量輸出端與單片機p0口相連。p0端口作a/d轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)讀入用，p1端口的p1.61.7和p3.2用作0809的a/d轉(zhuǎn)換控制。地址線（2325腳）可決定對哪一路模擬輸入作a/d轉(zhuǎn)換。22腳ale為地址鎖存控制，當(dāng)輸入為高電平時，對地址信號進行鎖存。6腳start為測試控制，當(dāng)輸入一個2us寬高電平時，就開始a/d轉(zhuǎn)換。7腳eoc為a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志，當(dāng)a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束時，7腳輸出高電平。9腳為a/d轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出允許控制，當(dāng)oe腳為高電平，a/d轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)從該端口輸出。10腳為adc0809的時鐘輸入端，經(jīng)測試adc0809可直接在2mhz的頻率下工作利用單片機30腳的六分頻晶振頻直接提供給clk端