畢業(yè)論文數(shù)字電壓表設(shè)計

1、保密類別 編 號 武漢大學(xué)畢 業(yè) 論 文 數(shù)字電壓表設(shè)計系 別 專 業(yè) 年 級 學(xué) 號 姓 名 指導(dǎo)教師 武漢大學(xué)年 月 日 摘要本文是基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表設(shè)計，將模擬電壓量直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，用數(shù)碼管來顯示。首先，介紹了數(shù)字電壓表的特點(diǎn)。其次，介紹了數(shù)字電壓表的設(shè)計方案和各元器件的選擇，并對各元器件做了簡單的介紹；然后對設(shè)計方案做了整體介紹，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(jī)進(jìn)行處理。最后輸出的數(shù)據(jù)在經(jīng)過線路驅(qū)動器送入數(shù)碼管顯示電壓大小。最后介紹了程序流程，并用keil和protues聯(lián)機(jī)調(diào)試進(jìn)行仿真。調(diào)試完成之后進(jìn)行硬件焊接，測試并進(jìn)行行改進(jìn)。本設(shè)計控制系采

2、用at89c52單片機(jī)，a/d轉(zhuǎn)換采用adc0809，系統(tǒng)除能保確實現(xiàn)要求的功能以外，還能方便進(jìn)行8路其他a/d轉(zhuǎn)換量得測量、遠(yuǎn)程測量結(jié)果傳送等擴(kuò)展功能。簡易數(shù)字電壓測量電路由a/d轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、顯示控制等組成。關(guān)鍵詞：單片機(jī) at89c52 a/d轉(zhuǎn)換 adc0809 數(shù)碼顯示 目 錄第1章 緒論1.1 課題研究的背景和意義11.2 數(shù)字電壓表的研究現(xiàn)狀2第2章 總體方案設(shè)計2.1 設(shè)計方案比較32.1.1 基于不同微處理器的兩種方案32.1.2 基于不同a/d轉(zhuǎn)換器的兩種方案32.2 設(shè)計思路4第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 核心元器件介紹53.1.1 單片機(jī)at89c52介紹53.1.2

3、模數(shù)轉(zhuǎn)換adc0809芯片93.1.3 led顯示器簡介113.2 硬件電路設(shè)計123.2.1 總體設(shè)計123.2.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計123.2.3 a/d轉(zhuǎn)換模塊14第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 程序設(shè)計總方案154.2 系統(tǒng)子程序設(shè)計154.2.1 初始化程序154.2.2 a/d轉(zhuǎn)換子程序154.2.3 顯示子程序16第5章 調(diào)試仿真5.1 proteus仿真軟件介紹175.1.1 軟件簡介175.1.2 軟件的功能模塊175.2 仿真電路設(shè)計與程序編譯185.2.1 proteus電路設(shè)計185.2.2 keil 編譯程序19結(jié)論21參考文獻(xiàn)22附錄23后記26 第1章 緒論1.1課

4、題研究的背景和意義 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(jī)的應(yīng)用逐漸推廣到系統(tǒng)的自動控制實驗研究的領(lǐng)域，提出了將各種被觀察量活被控制量轉(zhuǎn)換成數(shù)碼的要求，即為了實現(xiàn)控制及數(shù)據(jù)處理的需要；另一方面，也是電子計算機(jī)的發(fā)展，帶動了脈沖數(shù)字電路技術(shù)的進(jìn)步，為數(shù)字化儀表的出現(xiàn)提供了條件。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，數(shù)字電壓表有了不斷的進(jìn)步和提高。數(shù)字電壓表是

5、從電位差計的自動化過程中研制成功的。開始是4位數(shù)碼顯示，然后是5位、6位顯示，而現(xiàn)在發(fā)展到7位、8位數(shù)碼顯示；從最初的一兩種類型發(fā)展到原理不同的幾十種類型；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。數(shù)字電壓表的體積和功耗越來越小，重量不斷變輕，價格也逐步下降，可靠性越來越高，量程范圍也逐步擴(kuò)大。dvm的高速發(fā)展，使它已成為實現(xiàn)測量自動化、提高工作效率不可缺少的儀表，數(shù)字化是當(dāng)前計量儀器發(fā)展的主要方向之一，而高準(zhǔn)度的dc-dvc的出現(xiàn)，又使dvm進(jìn)入了精密

6、標(biāo)準(zhǔn)測量領(lǐng)域。隨著現(xiàn)代化技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字電壓表的功能和種類將越來越強(qiáng)，越來越多，其使用范圍也會越來越廣泛。采用智能化的數(shù)字儀器也將是必然的趨勢，它們將不僅能提高測量準(zhǔn)確度，而且能提高電測量技術(shù)的自動化程序，可以擴(kuò)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(如：溫度計、濕度計、酸度計、重量、厚度儀等)，幾乎覆蓋了電子電工測量、工業(yè)測量、自動化儀表等各個領(lǐng)域。從而提高計量檢定人員的工作效率。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(rèn)識過程，就是用實驗的方

7、法將被測量和被選用的相同參量進(jìn)行比較，從而確定它的大小。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。1.2數(shù)字電壓表的研究現(xiàn)狀中國數(shù)字電壓表產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報告闡述了世界數(shù)字電壓表產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程，分析了中國數(shù)字電壓表產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與差距，開創(chuàng)性地提出了“新型數(shù)字電壓表產(chǎn)業(yè)”及替代品產(chǎn)業(yè)概念，在此基礎(chǔ)上，從四個維度即“以人為本”、“科技創(chuàng)新”、“環(huán)境友好”和“面向未來”準(zhǔn)確地界定了“新型數(shù)字電壓表產(chǎn)業(yè)”及替代產(chǎn)品的內(nèi)涵。根據(jù)“新型數(shù)字電壓表產(chǎn)業(yè)”及替代品的評價體系和量化指標(biāo)體系，從全新的角度對中國數(shù)字電壓表產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)行

8、了推演和精準(zhǔn)預(yù)測，在此基礎(chǔ)上，對中國的行政區(qū)劃和四大都市圈的數(shù)字電壓表產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)行了全面的研究。新型數(shù)字儀表的發(fā)展主要方向：(1)廣泛采用新技術(shù)，不斷開發(fā)新產(chǎn)品，向模塊化發(fā)展(2)顯示清晰直觀，讀數(shù)準(zhǔn)確傳統(tǒng)的模擬式儀表必須借助于指針和刻度盤進(jìn)行讀數(shù)，在讀數(shù)過程中不可避免的會引入人為的測量誤差。數(shù)字電壓表則采用先進(jìn)的數(shù)顯技術(shù)，使測量結(jié)果一目了然，只要儀表不發(fā)生跳讀現(xiàn)象，測量結(jié)果是唯一的。(3)擴(kuò)展能力強(qiáng)，測量速度快，抗干擾能力強(qiáng)數(shù)字電壓表，還可擴(kuò)展成各種通用及專用數(shù)字儀表、數(shù)字多用表（dmm）和智能儀表，以滿足不同的需要。高檔dvm還采用數(shù)字濾波、浮地保護(hù)等先進(jìn)技術(shù)，進(jìn)一步提高了抗干擾能力，共模

9、抑制比可達(dá)180db。(4)分辨率高，測量范圍寬數(shù)字電壓表在最低電壓量程上末位1個字所代表的電壓值，稱為儀表的分辨力，它反映儀表靈敏度的高低。分辨力隨顯示位數(shù)的增加而提高。分辨率是指所能顯示的最小數(shù)字（零除外）與最大數(shù)字的百分比。多量程dvm一般可測量01000v直流電壓，配上高壓探頭還可測上萬伏的高壓。(5)輸入阻抗高，集成度高，微功耗數(shù)字電壓表具有很高的輸入阻抗，通常為10m10000m，最高可達(dá)1t。并且新型數(shù)字電壓表普遍采用cmos大規(guī)模集成電路，整機(jī)功耗很低。 第2章 總體方案設(shè)計 2.1 設(shè)計方案比較2.1.1 基于不同微處理器的兩種方案（1）由數(shù)字電路及芯片構(gòu)建：這種設(shè)計方案是由

10、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/d轉(zhuǎn)換正常進(jìn)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(diǎn)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(jìn)行擴(kuò)展。（2）由單片機(jī)系統(tǒng)及 a/d 轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)建：這種方案是利用單片機(jī)

11、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(jī)的發(fā)展已經(jīng)成熟，利用單片機(jī)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(jī)系統(tǒng)進(jìn)行軟件編程，使單片機(jī)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(jī)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(diǎn)，還能改進(jìn)上一種設(shè)計方案設(shè)計不靈活，難于在原基礎(chǔ)上進(jìn)行功能擴(kuò)展等不足。本設(shè)

12、計選用此種方案。2.1.2 基于不同a/d轉(zhuǎn)換器的兩種方案 方案1：采用雙積分a/d轉(zhuǎn)換器mc14433，它有多路調(diào)制的bcd碼輸出端和超量程輸出端，采用動態(tài)掃描顯示，便于實現(xiàn)自動控制,且具有外接元件少，輸入阻抗高，功耗低，電源電壓范圍寬，精度高等特點(diǎn)，但芯片只能完成a/d轉(zhuǎn)換功能，要實現(xiàn)顯示功能還需配合其它驅(qū)動芯片等，使得整部分硬件電路板布線復(fù)雜，加重了電路設(shè)計和實際焊接的工作。 方案2：逐次逼近式a/d轉(zhuǎn)換器。它的轉(zhuǎn)換速度更快，而且精度更高，比如adc0808、adc0809等，它們通常具有8路模擬選通開關(guān)及地址譯碼、鎖存電路等，它們可以與單片機(jī)系統(tǒng)連接，將數(shù)字量送單片機(jī)進(jìn)行分析和顯示。這

13、樣電路設(shè)計簡單，電路板布線不復(fù)雜，便于焊接、調(diào)試。雖然mc14433的精度高，功耗低，但是此芯片的成本高，要實現(xiàn)顯示功能還需配合其它驅(qū)動芯片等，使得整部分硬件電路板布線復(fù)雜，根據(jù)本次設(shè)計的要求和目的，采用第二種方案。 2.2 設(shè)計思路本設(shè)計選擇at89c52單片機(jī)作為核心控制器件。a/d轉(zhuǎn)換采用adc0809實現(xiàn)。電壓顯示采用4位一體的led數(shù)碼管，led數(shù)碼管的段碼輸入由并行端口p2產(chǎn)生；位碼輸入由并行端口p3低四位產(chǎn)生。硬件電路設(shè)計由7個部分組成：主控模塊at89c52單片機(jī)系統(tǒng)，a/d轉(zhuǎn)換電路，led顯示系統(tǒng)，led驅(qū)動電路，復(fù)位電路，晶振電路以及測量電壓輸入電路?？傮w設(shè)計方框圖如圖2.

14、1所示。led顯示模塊主控模塊at89c52驅(qū)動電路復(fù)位電路晶振電路adc0809電壓信號 圖2.1 總體設(shè)計方框圖 第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 核心元器件介紹3.1.1 單片機(jī)at89c52介紹 圖3.1 pdip封裝的at89c52引腳圖a.描述： at89c52是一個低電壓，高性能cmos8位單片機(jī)，片內(nèi)含8kbytes的可反復(fù)擦寫的flash只讀程序存儲器和256bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ram），器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和flash存儲單元，at89c52單片機(jī)在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。b.主

15、要特性：1、兼容mcs51指令系統(tǒng)2、8kb可反復(fù)擦寫(大于1000次）flash rom；3、32個雙向i/o口；4、256x8bit內(nèi)部ram；5、3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷；6、時鐘頻率0-24mhz；7、2個串行中斷，可編程uart串行通道；8、2個外部中斷源，共8個中斷源；9、2個讀寫中斷口線，3級加密位；10、低功耗空閑和掉電模式，軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能；11、有pdip、pqfp、tqfp及plcc等幾種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。c.引腳描述： at89c52為8位通用微處理器，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的c51內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的8xc52相同，其主要用于會聚調(diào)整

16、時的功能控制。功能包括對會聚主ic內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù)ram及外部接口等功能部件的初始化，會聚調(diào)整控制，會聚測試圖控制，紅外遙控信號ir的接收解碼及與主板cpu通信等。主要管腳有：xtal1（19腳）和xtal2（18腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接12mhz晶振。rst/vpd（9腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。vcc（40腳）和vss（20腳）為供電端口，分別接+5v電源的正負(fù)端。p0p3為可編程通用i/o腳，其功能用途由軟件定義，在本設(shè)計中，p0端口（3239腳）被定義為n1功能控制端口，分別與n1的相應(yīng)功能管腳相連接，13腳定義為ir輸入端，10腳和11腳定義為i2c總線控制

17、端口，分別連接n1的sdas（18腳）和scls（19腳）端口，12腳、27腳及28腳定義為握手信號功能端口，連接主板cpu的相應(yīng)功能端，用于當(dāng)前制式的檢測及會聚調(diào)整狀態(tài)進(jìn)入的控制功能。p0口：p0口是一組8位漏極開路型雙向i/o口,也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動8個ttl邏輯門電路,對端口p0寫“1”時，可作為高阻抗輸入端用。 在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。 在flash編程時,p0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。p1口：p1是一個帶內(nèi)部

18、上拉電阻的8位雙向i/o口，p1的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個ttl邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(iil)。 與at89c51不同之處是，p1.0和p1.1還可分別作為定時/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（p1.0/t2）和輸入（p1.1/t2ex），flash編程和程序校驗期間，p1接收低8位地址。表3.1 p1.0和p1.1的第二功能引腳號功能特性引腳號功能特性p1.0t2，時鐘輸出p1.1t2ex（定時/計數(shù)器2）p2口：p2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i

19、/o口，p2的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個ttl邏輯門電路。對端口p2寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(iil)。 在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行movxdptr指令）時，p2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行movxri指令）時，p2口輸出p2鎖存器的內(nèi)容。 flash編程或校驗時，p2亦接收高位地址和一些控制信號。p3口：p3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口。p3口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個ttl邏輯

20、門電路。對p3口寫入“1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時，被外部拉低的p3口將用上拉電阻輸出電流（iil）。 p3口除了作為一般的i/o口線外，更重要的用途是它的第二功能 p3口還接收一些用于flash閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時，rst引腳出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ale/:當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ale（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ale仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。對flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（pr

21、og）。psen：程序儲存允許（psen）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)at89c52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機(jī)器周期兩次psen有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次psen信號。ea/vpp：外部訪問允許。欲使cpu僅訪問外部程序存儲器（地址為0000hffffh），ea端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位lb1被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存ea端狀態(tài)。 如ea端為高電平（接vcc端），cpu則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。 flash存儲器編程時，該引腳加上+12v的編程允許電源vpp。xtal1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸

22、入端。xtal2：振蕩器反相放大器的輸出端。特殊功能寄存器 在at89c52片內(nèi)存儲器中，80h-ffh共128個單元為特殊功能寄存器（sfe）。at89c52除了與at89c51所有的定時/計數(shù)器0和定時/計數(shù)器1外，還增加了一個定時/計數(shù)器2。定時/計數(shù)器2的控制和狀態(tài)位位于t2cont2mod，寄存器對（rcao2h、rcap2l）是定時器2在16位捕獲方式或16位自動重裝載方式下的捕獲/自動重裝載寄存器。數(shù)據(jù)存儲器at89c52有256個字節(jié)的內(nèi)部ram，80h-ffh高128個字節(jié)與特殊功能寄存器（sfr）地址是重疊的，也就是高128字節(jié)的ram和特殊功能寄存器的地址是相同的，但物理

23、上它們是分開的。當(dāng)一條指令訪問7fh以上的內(nèi)部地址單元時，指令中使用的尋址方式是不同的，也即尋址方式?jīng)Q定是訪問高128字節(jié)ram還是訪問特殊功能寄存器。如果指令是直接尋址方式則為訪問特殊功能寄存器。at89c52的定時器0和定時器1的工作方式與at89c51相同。定時器2定時器2是一個16位定時/計數(shù)器。它既可當(dāng)定時器使用，也可作為外部事件計數(shù)器使用，其工作方式由特殊功能寄存器t2con的c/t2位選擇。定時器2有三種工作方式：捕獲方式，自動重裝載（向上或向下計數(shù)）方式和波特率發(fā)生器方式，工作方式由t2con的控制位來選擇。定時器2由兩個8位寄存器th2和tl2組成，在定時器工作方式中，每個機(jī)

24、器周期tl2寄存器的值加1，由于一個機(jī)器周期由12個振蕩時鐘構(gòu)成，因此，計數(shù)速率為振蕩頻率的1/12。捕獲方式在捕獲方式下，通過t2con控制位exen2來選擇兩種方式。如果exen2=0，定時器2是一個16位定時器或計數(shù)器，計數(shù)溢出時，對t2con的溢出標(biāo)志tf2置位，同時激活中斷。如果exen2=1，定時器2完成相同的操作，而當(dāng)t2ex引腳外部輸入信號發(fā)生1至0負(fù)跳變時，也出現(xiàn)th2和tl2中的值分別被捕獲到rcap2h和rcap2l中。自動重裝載（向上或向下計數(shù)器）方式當(dāng)定時器2工作于16位自動重裝載方式時，能對其編程為向上或向下計數(shù)方式，這個功能可通過特殊功能寄存器t2con的dcen

25、位（允許向下計數(shù)）來選擇的。復(fù)位時，dcen位置“0”，定時器2默認(rèn)設(shè)置為向上計數(shù)。當(dāng)dcen置位時，定時器2既可向上計數(shù)也可向下計數(shù)，這取決于t2ex引腳的值，當(dāng)dcen=0時，定時器2自動設(shè)置為向上計數(shù)?？删幊虝r鐘輸出定時器2可通過編程從p1.0輸出一個占空比為50%的時鐘信號。p1.0引腳除了是一個標(biāo)準(zhǔn)的i/o口外，還可以通過編程使其作為定時/計數(shù)器2的外部時鐘輸入和輸出占空比50%的時鐘脈沖。在時鐘輸出方式下，定時器2的翻轉(zhuǎn)不會產(chǎn)生中斷。定時器2作為波特率發(fā)生器使用時，還可作為時鐘發(fā)生器使用，但需要注意的是波特率和時鐘輸出頻率不能分開確定，這是因為它們同使用rcap2l和rcap2l。

26、uart：at89c52的uart工作方式與at89c51工作方式相同。中斷at89c52共有6個中斷向量：兩個外中斷（int0和int1），3個定時器中斷（定時器0、1、2）和串行口中斷。這些中斷源可通過分別設(shè)置專用寄存器ie的置位或清0來控制每一個中斷的允許或禁止。ie也有一個總禁止位ea，它能控制所有中斷的允許或禁止。時鐘振蕩器 at89c52中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳xtal1和xtal2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器。外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容c1、c2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)

27、振蕩電路。3.1.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換adc0809芯片 圖3.2 adc0809引腳圖 a.描述： adc0809是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的cmos工藝8通道，8位逐次逼近式a/d模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換。adc 0808和adc 0809除精度略有差別外(前者精度為8位、后者精度為7位)，其余各方面完全相同。它們都是cmos器件，不僅包括一個8位的逐次逼近型的adc部分，而且還提供一個8通道的模擬多路開關(guān)和通道尋址邏輯，因而有理由把它作為簡單的“數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”。利用它可直接輸入8個單端的模擬信號分時進(jìn)行a

28、/d轉(zhuǎn)換，在多點(diǎn)巡回檢測和過程控制、運(yùn)動控制中應(yīng)用十分廣泛。b.主要特性：1）8路輸入通道，8位a/d轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位。2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?。3）轉(zhuǎn)換時間為100s(時鐘為640khz時)，130s（時鐘為500khz時）4）單個+5v電源供電5）模擬輸入電壓范圍0+5v，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。6）工作溫度范圍為-40+85攝氏度7）低功耗，約15mw。c.外部特性（引腳功能）： 圖3.3 adc0809內(nèi)部圖in0in7：8路模擬量輸入端。 db0-db7：8位數(shù)字量輸出端。 adda、addb、addc：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路 ale：地址鎖存允許信號，輸入，

29、高電平有效。 start： a/d轉(zhuǎn)換啟動脈沖輸入端，輸入一個正脈沖（至少100ns寬）使其啟動（脈沖上升沿使0809復(fù)位，下降沿啟動a/d轉(zhuǎn)換）。 eoc： a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當(dāng)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：接地。3.1.3 led顯示器簡介 圖3.4 led:7seg-mpx4-cca.描述：液晶顯示屏（

30、lcd）由于采用光線投射機(jī)制會產(chǎn)生視角模糊等問題。而數(shù)碼管顯示（led）就不會出現(xiàn)這種狀況，而且具有低功耗、低壓、壽命長、耐老化、防曬、防潮、防火、防高溫，對外界環(huán)境要求低，易于維護(hù)，同時其精度比較高，測量快，精確可靠，操作簡單等特點(diǎn)。這里采用7seg-mpx4-cc四個公陰二極管顯示器，1234是陰公共端。b.led數(shù)碼管驅(qū)動方式：led數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)led數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。靜態(tài)顯示驅(qū)動靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機(jī)的i/o端口進(jìn)行驅(qū)動，或者使用

31、如bcd碼二十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點(diǎn)是編程簡單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用i/o端口多，如驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要58=40根i/o端口來驅(qū)動，要知道一個89s51單片機(jī)可用的i/o端口才32個呢，實際應(yīng)用時必須增加譯碼驅(qū)動器進(jìn)行驅(qū)動，增加了硬件電路的復(fù)雜性。動態(tài)顯示驅(qū)動led數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極com增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的i/o線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示

32、出字形，取決于單片機(jī)對位選通com端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的com端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的i/o端口，而且功耗更低。 3.2 硬件電路設(shè)計3.2.1 總體設(shè)計硬件電路設(shè)計由5個部分組成：a/d轉(zhuǎn)換電路，at89c52單片

33、機(jī)系統(tǒng)，led顯示系統(tǒng)、最小系統(tǒng)（包括時鐘電路、復(fù)位電路）。3.2.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計 單片機(jī)最小系統(tǒng)是單片機(jī)工作的基礎(chǔ)，at89c52單片機(jī)加上時鐘振蕩電路和復(fù)位電路就構(gòu)成了它的最小系統(tǒng)。（1）時鐘振蕩電路： 單片機(jī)工作時，從取指令到譯碼再進(jìn)行微操作，必須在時鐘信號控制下才能有序地進(jìn)行，時鐘電路就是為單片機(jī)工作提供基本時鐘的。單片機(jī)的時鐘信號通常有兩種產(chǎn)生方式：內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式，這里使用內(nèi)部時鐘方式。 內(nèi)部時鐘方式的原理電路如圖3.5所示。在單片機(jī)xtal1和xtal2引腳上跨接上一個晶振和兩個穩(wěn)頻電容，可以與單片機(jī)片內(nèi)的電路構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。晶振的取值范圍一般為024

34、mhz，常用的晶振頻率有6mhz、12 mhz、11.0592 mhz、24 mhz等。一些新型的單片機(jī)還可以選擇更高的頻率。外接電容的作用是對振蕩器進(jìn)行頻率微調(diào)，使振蕩信號頻率與晶振頻率一致，同時起到穩(wěn)定頻率的作用，一般選用2030pf的瓷片電容。這里選用由一個11.0592mhz石英晶體和兩個30pf電容構(gòu)成。 圖3.5 時鐘振蕩電路 （2）復(fù)位電路： 在單片機(jī)剛開始接上電源正常工作前需要先對它復(fù)位，復(fù)位電路用于將單片機(jī)內(nèi)部各電路的狀態(tài)恢復(fù)到一個確定的初始值，并從這個狀態(tài)開始工作。rst引腳上加上大于2個機(jī)器周期的高電平就可使單片機(jī)復(fù)位，一般使rst引腳上出現(xiàn)10ms的高電平，就足以確保單

35、片機(jī)復(fù)位。 復(fù)位電路分為手動復(fù)位和上電復(fù)位兩種，這里使用手動復(fù)位電路，如圖3.6所示。電路由按鈕、電容和電阻組成，其參數(shù)可通過計算得到，有多組選擇，這里選用10uf的電解電容和10k的電阻。 圖3.6 手動復(fù)位電路3.2.3 a/d轉(zhuǎn)換模塊 圖3.7 a/d轉(zhuǎn)換模塊仿真圖 這里仿真采用adc0808，adc0808是adc0809的簡化版本，功能基本相同。一般在硬件仿真時采用adc0808進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換，實際使用時采用adc0809進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換。 ad0809具有8路模擬量輸入信號inoin7(15、2628腳)，地址線c、b、a(2325腳)決定哪一路模擬輸入信號進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換，本電路將地

36、址線c、b、a均接低電平，選擇0號通道輸入模擬量電壓信號。6腳start 由單片機(jī)的p3.0腳控制，作為啟動a/d轉(zhuǎn)換控制信號。7腳eoc由單片機(jī)的p3.2腳控制，作為a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。9腳oe由單片機(jī)的p3.1腳控制，作為a/d轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出允許控制信號。l0腳clock由單片機(jī)的p3.3腳控制，作為adc0809的實時時鐘輸入端，8個數(shù)字量輸出端接到單片機(jī)的p2口。 第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 程序設(shè)計總方案根據(jù)模塊的劃分原則，將該程序劃分初始化模塊，a/d轉(zhuǎn)換子程序和顯示子程序，這三個程序模塊構(gòu)成了整個系統(tǒng)軟件的主程序，如圖4.1所示 開始輸入初始化調(diào)用a/d轉(zhuǎn)換子程序調(diào)用顯示子程序 圖

37、4.1 數(shù)字式直流電壓表主程序框圖4.2 系統(tǒng)子程序設(shè)計4.2.1 初始化程序 所謂初始化，是對將要用到的mcs_52系列單片機(jī)內(nèi)部部件或擴(kuò)展芯片進(jìn)行初始工作狀態(tài)設(shè)定，初始化子程序的主要工作是設(shè)置定時器的工作模式，初值預(yù)置，開中斷和打開定時器等。4.2.2 a/d轉(zhuǎn)換子程序 a/d轉(zhuǎn)換子程序用來控制對adc0809輸入的8路模擬電壓信號的采集測量并將對應(yīng)的數(shù)值存入相應(yīng)的內(nèi)存單元中。其轉(zhuǎn)換流程圖如圖4.2所示：開始啟動轉(zhuǎn)換a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束?輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)值轉(zhuǎn)換 顯示 圖4.2 轉(zhuǎn)換流程圖4.2.3 顯示子程序顯示子程序采用動態(tài)掃描實現(xiàn)四位數(shù)碼管的數(shù)值顯示，在采用動態(tài)掃描顯示方式時，要使得led顯示

38、的比較均勻，又有足夠的亮度，需要設(shè)置適當(dāng)?shù)膾呙桀l率。在本設(shè)計中，為了簡化硬件設(shè)計，主要采用軟件定時的方式，通過軟件延時程序來實現(xiàn)的延時。 第5章 調(diào)試仿真5.1 proteus仿真軟件介紹5.1.1 軟件簡介proteus軟件是英國labcenter electronics公司出版的eda工具軟件，它從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到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

39、、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。5.1.2 軟件的功能模塊智能原理圖設(shè)計豐富的器件庫：超過27000種元器件，可方便地創(chuàng)建新元件；智能的器件搜索：通過模糊搜索可以快速定位所需要的器件；智能化的連線功能：自動連線功能使連接導(dǎo)線簡單快捷，大大縮短繪圖時間；支持總線結(jié)構(gòu)：使用總線器件和總線布線使電路設(shè)計簡明清晰；可輸出高質(zhì)量圖紙：通過個性化設(shè)置，可以生成印刷質(zhì)量的bmp圖紙，可以方便地供word、powerpoint等多種文檔使用。完善的電路仿真功能prospic

40、e混合仿真：基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)spice3f5，實現(xiàn)數(shù)字/模擬電路的混合仿真；超過27000個仿真器件：可以通過內(nèi)部原型或使用廠家的spice文件自行設(shè)計仿真器件，labcenter也在不斷地發(fā)布新的仿真器件，還可導(dǎo)入第三方發(fā)布的仿真器件；多樣的激勵源：包括直流、正弦、脈沖、分段線性脈沖、音頻（使用wav文件）、指數(shù)信號、單頻fm、數(shù)字時鐘和碼流，還支持文件形式的信號輸入；豐富的虛擬儀器：13種虛擬儀器，面板操作逼真，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器、直流電壓/電流表、交流電壓/電流表、數(shù)字圖案發(fā)生器、頻率計/計數(shù)器、邏輯探頭、虛擬終端、spi調(diào)試器、i2c調(diào)試器等；生動的仿真顯示：用色點(diǎn)顯示引腳的

41、數(shù)字電平，導(dǎo)線以不同顏色表示其對地電壓大小，結(jié)合動態(tài)器件（如電機(jī)、顯示器件、按鈕）的使用可以使仿真更加直觀、生動；高級圖形仿真功能（asf）：基于圖標(biāo)的分析可以精確分析電路的多項指標(biāo)，包括工作點(diǎn)、瞬態(tài)特性、頻率特性、傳輸特性、噪聲、失真、傅立葉頻譜分析等，還可以進(jìn)行一致性分析；單片機(jī)協(xié)同仿真功能支持主流的cpu類型：如arm7、8051/52、avr、pic10/12、pic16、pic18、pic24、dspic33、hc11、basicstamp、8086、msp430等，cpu類型隨著版本升級還在繼續(xù)增加，如即將支持cortex、dsp處理器；支持通用外設(shè)模型：如字符lcd模塊、圖形lc

42、d模塊、led點(diǎn)陣、led七段顯示模塊、鍵盤/按鍵、直流/步進(jìn)/伺服電機(jī)、rs232虛擬終端、電子溫度計等等，其compim（com口物理接口模型）還可以使仿真電路通過pc機(jī)串口和外部電路實現(xiàn)雙向異步串行通信；實時仿真：支持uart/usart/eusarts仿真、中斷仿真、spi/i2c仿真、mssp仿真、psp仿真、rtc仿真、adc仿真、ccp/eccp仿真；編譯及調(diào)試：支持單片機(jī)匯編語言的編輯/編譯/源碼級仿真，內(nèi)帶8051、avr、pic的匯編編譯器，也可以與第三方集成編譯環(huán)境（如iar、keil和hitech）結(jié)合，進(jìn)行高級語言的源碼級仿真和調(diào)試；實用的pcb設(shè)計平臺原理圖到pcb

43、的快速通道：原理圖設(shè)計完成后，一鍵便可進(jìn)入ares的pcb設(shè)計環(huán)境，實現(xiàn)從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計；先進(jìn)的自動布局/布線功能：支持器件的自動/人工布局；支持無網(wǎng)格自動布線或人工布線；支持引腳交換/門交換功能使pcb設(shè)計更為合理；完整的pcb設(shè)計功能：最多可設(shè)計16個銅箔層，2個絲印層，4個機(jī)械層（含板邊），靈活的布線策略供用戶設(shè)置，自動設(shè)計規(guī)則檢查，3d 可視化預(yù)覽；多種輸出格式的支持：可以輸出多種格式文件，包括gerber文件的導(dǎo)入或?qū)С觯憷c其它pcb設(shè)計工具的互轉(zhuǎn)（如protel）和pcb板的設(shè)計和加工。5.2 仿真電路設(shè)計與程序編譯 5.2.1 proteus電路設(shè)計 利用單片機(jī)at89

44、c52和adc0809設(shè)計一個數(shù)字電壓表的原理圖如圖5.1所示。圖5.1 數(shù)字電壓表原理圖（1）選取元器件： 單片機(jī)：at89c52 電阻：res 4位共陰極的數(shù)碼管：7seg-mpx4-cc a/d轉(zhuǎn)換芯片：adc0808（代替0809） 電位器：pot-hg 瓷片電容：cap 晶振：crystal（2） 放置元器件、電源極地、連線、元器件屬性設(shè)置。數(shù)字電壓表的原理圖如圖1-1所示，整個電路設(shè)計操作都在isis平臺中進(jìn)行。5.2.2 keil 編譯程序 keil軟件是目前最流行開發(fā)mcs-51系列單片機(jī)的軟件。keil提供包括c編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的

45、完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境visiion2將這些部分組合在一起。 利用keil軟件編譯的c語言程序如圖5.2所示。 圖5.2 編譯圖c語言程序在修改后編譯成功，產(chǎn)生的hex文件就可以導(dǎo)入單片機(jī)atc89c52中了。 結(jié) 論 本設(shè)計基于單片機(jī)at89c52采用8位逼近式a/d轉(zhuǎn)換器adc0809設(shè)計的電壓檢測裝置。用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)控制、處理，送到顯示器顯示，硬件結(jié)構(gòu)簡單，所用元件較少，大大降低了制作成本。在對總體電路進(jìn)行了設(shè)計后，用proteus畫出了電路圖，并對各接口電路進(jìn)行了詳細(xì)的分析與論證，并焊接了電路板，最后軟件部分在keil環(huán)境下進(jìn)行了調(diào)試與測量。軟件因為采用c語言實現(xiàn)，程序簡

46、單可讀性強(qiáng)，效率高。與傳統(tǒng)的電路相比，具有方便操作、處理速度快、穩(wěn)定性高、性價比高的優(yōu)點(diǎn)，具有一定的使用價值。 通過這次設(shè)計，使我在關(guān)于電子方面的實際動手能力有很大的提高，在元器件的布置、安裝、焊接、調(diào)試等方面都有很大的進(jìn)步。同時我也學(xué)到了許多課外的東西，加深了對單片機(jī)等知識的了解，提高了應(yīng)用思考和設(shè)計能力，這種經(jīng)驗為我們以后步入社會開始工作打下了一定的基礎(chǔ)，我將繼續(xù)努力學(xué)習(xí)電路設(shè)計方面的理論知識，并理論聯(lián)系實際，爭取在電路設(shè)計方面能有所提升。 參考文獻(xiàn)1 沈佳玲. 數(shù)字電壓表的設(shè)計與制作j.考試周刊，2011.2 趙波，楊迎春.基于a/d轉(zhuǎn)換器件adc0809的數(shù)字電壓表設(shè)計j.內(nèi)蒙古石油化

47、工，2010.3 李朝青單片機(jī)原理及接口技術(shù)m第3版北京：北京航空航天大學(xué)出版社，20084 宋春榮通用集成電路速查手冊m山東：山東科學(xué)技術(shù)出版社，19955 沈小豐電子線路實驗數(shù)字電路實驗m北京：清華大學(xué)出版社，20076 高吉祥電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計m第2版北京：電子工業(yè)出版社，20057 康華光數(shù)字電子技術(shù)技術(shù)m武漢：高等教育出版社 2009.78 閻石數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)m第4版北京：高等教育出版社，2001 附 錄附錄1：采用adc0809設(shè)計的數(shù)字電壓表的proteus仿真圖附錄2：采用adc0809設(shè)計的數(shù)字電壓表的c語言清單 #include#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuchar code table= 0x3f,0x06,0x5b,0x4f