畢業(yè)設計（論文）基于AT89C51單片機的數(shù)字電壓表的設計

1、濰坊學院本科畢業(yè)論文目錄摘要2abstract31. 引言41.1 數(shù)字電壓表簡介41.2 單片機簡介41.3 數(shù)字電壓表的應用52. 數(shù)字電壓表的工作原理及發(fā)展趨勢52.1 數(shù)字電壓表的工作原理52.2 數(shù)字電壓表的發(fā)展趨勢63. 系統(tǒng)硬件電路的設計73.1 89c51單片機系統(tǒng)和顯示電路73.2 a/d轉換電路74. 系統(tǒng)程序設計84.1 主程序流程如圖84.2 顯示控制子程序94.3 鍵盤處理子程序94.4 八路電壓采集子程序94.5 顯示數(shù)據處理子程序94.6 編寫程序105. 實驗測試和結果分析145.1 測試儀器145.2 測試結果及分析146. 結語16參考文獻17致謝18摘要摘

2、要：在現(xiàn)代檢測技術中，常需用高精度數(shù)字電壓表進行現(xiàn)場檢測，將檢測到的數(shù)據送入微計算機系統(tǒng)，完成計算、存儲、控制和顯示等功能。本文中數(shù)字電壓表的控制系統(tǒng)采用at89c51單片機，a/d轉換器采用asc0809為主要硬件，實現(xiàn)數(shù)字電壓表的硬件電路與軟件設計。該系統(tǒng)的數(shù)字電壓表電路簡單，所用的元件較少，成本低，調節(jié)工作可實現(xiàn)自動化。還可以方便地進行8路a/o轉換量的測量，遠程測量結果傳送等功能。數(shù)字電壓表可以測量0-5v的8路輸入電壓值，并在四位數(shù)碼管上輪流顯示或單路選擇顯示。關鍵詞:單片機；數(shù)字電壓表；a/d轉換；模擬信號abstractin modern measuring technology

3、，it is often required to conduct site measuring with a digitalvoltmeter.the data measured will then be input into the micro- computer system to execute such functions like calculating，storing，controlling and displaying.the digital voltmeter control system described in this paper makes use of at89c51

4、 sc computer and adc0809 a/d converter to fulfill the designing of the software as well as the electrical circuit.the voltmeter features in simple electrical circuit，lower use of elements，low cost and automatic regulation，while it can also easily carry out the duties of measuring a/d converted value

5、s from 8 routes and remote transfer of measuring data.the meter is capable of measuring voltage inputs from 8 routes ranging from 0 to 5 volt，and displaying the measurements in turn or only that from a selected route.keywords: computer-on-a-chip; digital voltmeter; a/d conversion; analogue signal1.

6、引言1.1 數(shù)字電壓表簡介數(shù)字電壓表（digital voltmeter）簡稱dvm，它是采用數(shù)字化測量技術，把連續(xù)的模擬量（直流輸入電壓）轉換成不連續(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，由精度高，抗干擾能力強，可擴展性強、集成方便，還可與pc進行實時通信。目前，由各種單片a/d轉換器構成的數(shù)字電壓表，已被廣泛用于電子及電工測量、工業(yè)自動化儀表、自動測試系統(tǒng)等智能化測量領域，示出強大的生命力。于此同時，由dvm擴展而成的各種通用及專用數(shù)字儀器，也把電量及非電量測技術提高到嶄新水平。1.2 單片機簡介計算機已被廣

7、泛應用于社會生活的各個領域。在自動控制領域，計算機是監(jiān)測、控制的核心。生產過程以及大型設備的監(jiān)測、控制一般使用帶標準鍵盤、顯示和外部存儲設備的計算機系統(tǒng)，但小型儀器儀表、家用電器等設備的自動控制對體積、價值和功能有所要求，均不可能使用常規(guī)的計算機系統(tǒng)，于是出現(xiàn)了單片微型計算機，簡稱單片機。單片機是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模集成電路技術將具有數(shù)據處理能力的中央處理器，隨機存取存儲器、輸入/輸出電路，可能還包括定時/計數(shù)器、串行通信口、顯示驅動電路、脈沖調制電路、模數(shù)轉換器等電路集成到一片芯片上，構成一個既小而又完善的計算機系統(tǒng)。有以上分析可以看出，單片機除了具備微處理器的功能外，還可以單獨地

8、完成現(xiàn)代工業(yè)控制所要求的智能化控制功能，這也是單片機最大的特點。單片機的一塊半導體芯片集成了微型計算機的基本部件，在硬件結構、指令功能方面均有獨特之處，主要特點如下：單片機內集成了存儲器；單片機存儲結構將rom和 ram 嚴格分工；為了滿足工業(yè)控制的需要，單片機有很強的位處理功能，在其他邏輯控制功能方面也都優(yōu)于一般的8位微處理器。8位處理器的引腳功能一般都是固定的。單片機類型多，并且便于擴展功能。單片機把微型計算機的各個部分集成在一塊芯片上，大大縮短了系統(tǒng)內信號的傳送距離，從而提高了系統(tǒng)的可靠性及運行速度。由于單片機具有體積小、速度快、功耗低、性能可靠、使用方便、價格低廉等特點，因此在工業(yè)控制

9、、智能儀器儀表、數(shù)據采集和處理、通信系統(tǒng)、家用電器等領域得到了日益廣泛的應用4。1.3 數(shù)字電壓表的應用數(shù)字電壓表的發(fā)展與應用。電壓表指固定安裝在電力、電信、電子設備面板上電壓。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，傳統(tǒng)的電壓表在測量電壓時需要手動切換量程，不僅不方便，而且要求不能超過該量程5。目前，由各種單片a/d轉換器構成的數(shù)字電壓表，已被廣泛用于電子及電工測量領域，并且由dvm擴展而成的各種通用及專用數(shù)字儀器儀表，也把電量及非電量測量技術提高到嶄新水平。2. 數(shù)字電壓表的工作原理及發(fā)展趨勢2.1 數(shù)字電壓表的工作原理數(shù)字電壓表是諸多數(shù)字化儀表的核心與基礎，電壓表的

10、數(shù)字化是將連續(xù)的模擬量如直流電壓轉換成不連續(xù)的離散的數(shù)字形式并加以顯示，這有別于傳統(tǒng)的以指針家刻度盤進行讀數(shù)的方法，避免了讀數(shù)的視差和視覺疲勞。目前數(shù)字電壓表的內部核心部件是a/d轉換器，轉換器的精度很大程度上影響著數(shù)字電壓表的準確度，數(shù)字式電壓表是有高阻抗電壓表頭與分壓電路組成的6。1. 各部分的功能：（1）3位a/d轉換器：將輸入的模擬信號轉換成數(shù)字信號。（2）基準電源：提供機密電壓，供a/d轉化器作參考電壓。（3）譯碼器：將二-十進制（bcd）譯碼轉換器作參考電壓。（4） 驅動器：驅動顯示器的a、b、c、d、e、f、g七個發(fā)光段，驅動發(fā)光數(shù)碼管（led）進行顯示。（5）顯示器：將譯碼輸出

11、的七段信號進行數(shù)字顯示，讀取a/d轉換結果。2. 電路工作過程 數(shù)字電壓表通過位選信號ds1-ds4進行動態(tài)掃描顯示，由于mc1433電路的a/d轉換結果是采用bcd碼多路調制方法輸出，只要配上一塊譯碼器，就可以將轉換結果以數(shù)字方式實現(xiàn)四位的led發(fā)光數(shù)碼管動態(tài)掃描顯示7。ds1-ds4輸出多路調制選通脈沖信號，ds選通脈沖為高電平，則表示對應的數(shù)位被選通，此時該位數(shù)據在q0-q3端輸出。每個ds選通脈沖高電平寬度為18個時鐘脈沖周期，兩個相鄰選通脈沖之間間隔2個時鐘脈沖周期。ds和eoc的時序關系是在eoc脈沖結束后，緊接著是ds1輸出正脈沖。以下依次為ds1、ds3和ds4.。其中ds1對

12、應最高位（msd），ds4則對應最低位（lsd）。對應的ds1、ds3和ds4選通期間，q0-q3輸出bcd全位數(shù)據，即以8421碼得方式輸出對應的數(shù)字為0-9。在ds1選通期間，q0q3輸出千位的半位數(shù)0或1及過量程、欠量程和極性標志信號。2.2 數(shù)字電壓表的發(fā)展趨勢傳統(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，由精度高、抗干擾能力強，可擴展性強、集成方便，還可與pc進行實時通信8。目前，由各種單片a/d轉換器構成的數(shù)字電壓表，已被廣泛用于電子及電工測量、工業(yè)自動化儀表、自動測試系統(tǒng)等智能化測量領域，表示出強大的生命力。與此同時，由dvm擴展而成的各種

13、通用及專用數(shù)字儀器儀表，也把電量及非電量測量技術提高到嶄新水平。數(shù)字電壓表是諸多數(shù)字化儀表的核心與基礎,電壓表的數(shù)字化是將連續(xù)的模擬量如直流電壓轉換成不連續(xù)的離散的數(shù)字形式并加以顯示,這有別于傳統(tǒng)的以指針加刻度盤進行讀數(shù)的方法, 避免了讀數(shù)的視差和視覺疲勞。目前數(shù)字電壓表的內部核心部件是a/d轉換器,轉換器的精度很大程度上影響著數(shù)字電壓表的準確度,本文a/d轉換器采用adc0809對輸人模擬信號進行轉換,控制核心at89c51再對轉換的結果進行運算和處理,最后驅動輸出裝置顯示數(shù)字電壓信號。數(shù)字式電壓表是由高阻抗電壓表頭與分壓電路組成的。數(shù)字式電壓表頭的等效輸入電阻通常在200m歐以上，滿量程時

14、所流經的電流通常在1皮安左右。以上述表頭制成的數(shù)字式電壓表，滿量程時所流經的電流與量程有關，通常在1皮安至100微安之間。數(shù)字電壓表(數(shù)字面板表)是當前電子、電工、儀器、儀表和測量領域大量使用的一種基本測量工具有關數(shù)字電壓表的書籍和應用已經非常普及了9。數(shù)字電壓表的設計和開發(fā),已經有多種類型和款式。傳統(tǒng)的數(shù)字電壓表各有特點,它們適合在現(xiàn)場做手工測量,要完成遠程測量并要對測量數(shù)據做進一步處理,傳統(tǒng)數(shù)字電壓表是無法完成的。然而基于pc通信的數(shù)字電壓表,既可以完成測量數(shù)據的傳遞,又可借助pc,做測量數(shù)據的處理。所以這種類型的數(shù)字電壓表無論在功能和實際應用上,都具有傳統(tǒng)數(shù)字電壓表無法比擬的特點,這使得

15、它的開發(fā)和應用具有良好的前景。3. 系統(tǒng)硬件電路的設計硬件電路設計主要包括:at89c51單片機系統(tǒng)，a/d轉換電路，顯示電路。測量最大電壓為5v，顯示最大值為5.00v10。圖3-l是數(shù)字電壓表硬件電路原理圖。圖3.1 數(shù)字電壓表硬件電路原理圖3.1 89c51單片機系統(tǒng)和顯示電路由于單片機體積小、重量輕、價格便宜，所以本系統(tǒng)采用ay89c51單片機，其原理圖如圖3.1所示。at89c51內部有4kb的eeprom，128字節(jié)的ram，所以一般都要根據系統(tǒng)所需存儲容量的大小來擴展rom和ram。本電路a接高電平，沒有擴展片外rom和ram。at89c51的pl、p3.o一p3.3端口作為四位

16、led數(shù)碼管顯示控制。p3.5端口用作單路顯示/循環(huán)顯示轉換按鈕，p3.6端口用作單路顯示時選擇通道11。p0端口作0809的a/d轉換數(shù)據讀入用，p2端口用作0809的a/d轉換控制。3.2 a/d轉換電路a/d轉換由集成電路0809完成。0809具有8路模擬信號輸人端口，地址線(23-25腳)可決定對哪一路模擬信號進行a/d轉換。22腳為地址鎖存控制，當輸入為高電平時，對地址信號進行鎖存。6腳為測試控制，當輸人一個2個寬高電平脈沖時，就開始a/d轉換。7腳為a/d轉換結束標志，當a/d轉換結束時，7腳輸出高電平。9腳為a/d轉換數(shù)據輸出允許控制，當oe腳為高電平時，a/d轉換數(shù)據從該端口輸

17、出。10 腳為0809的時鐘輸人端，利用單片機30引腳的六分頻晶振頻率再通過14024二分頻得到1mhz時鐘。4. 系統(tǒng)程序設計本系統(tǒng)軟件由顯示控制子程序、顯示數(shù)據處理子程序、8路電壓采集子程序、鍵盤處理子程序等組成，采用匯編語言編程12。4.1 主程序流程如圖 主程序流程圖如4.1所示。 啟動結束條件？選通校準1初始化選通通道2選通通道1選通校準2選通校準3否是采樣子程序顯示結束圖4.1 主程序流程圖4.2 顯示控制子程序測量的 a/d 轉換數(shù)據放在 ram70h77h中，測量數(shù)據轉換成的bcd碼放在 7ah7dh 中。20h為顯示方式標志位，21h存放通道標志數(shù)。r4用作8路循環(huán)控制，r0

18、用作顯示通道原始數(shù)據地址指針，r1為處理后的四位顯示數(shù)據地址指針。程序通過測試 20h.0來確定采用8路循環(huán)顯示還是單通道顯示。循環(huán)顯示時每通道顯示約2s。數(shù)字電壓值是通過查表方式采用動態(tài)掃描法實現(xiàn)的。4.3 鍵盤處理子程序本設計采用2個功能鍵和1個硬復位鍵。2個功能鍵接在 p0.0 與 p0.1 口上。對功能鍵的處理采用測試端口并設置標志的方法，使用了延時去抖處理。鍵盤按下時，還可以顯示通道號碼，松開后才顯示測量電壓值13。循環(huán)顯示時,通道號顯示為“0”;單通道顯示號碼為 08。4.4 八路電壓采集子程序單片機為 adc0809 14提供所需的控制時序，采集到的八路電壓數(shù)據分別存放在單片機

19、ram 70h77h 中。程序流程如圖 4.2所示。主程序1秒子程序調用adc0832轉換程序1 秒到了44.2 程序流程圖4.5 顯示數(shù)據處理子程序放在 at89c51 70h77h 中的對應電壓值數(shù)據必須轉換成相應的 bcd 碼后才能送數(shù)碼管顯示15。由于本系統(tǒng)中 adc0809 的參考電壓 vref=vcc，所以最大測量電壓 5v 所對應的二進制數(shù)就是 ffh，而每伏電壓對應的二進制數(shù)為 33h。其處理方法是，用轉換后的數(shù)據除以 33h，得到的商即為電壓值的個位數(shù)。余數(shù)5 后再除以 33h 得到的商2 即為電壓值的十分位數(shù)。所余之數(shù)2后再進行一次533h 得到的商2 即為電壓值的百分位數(shù)

20、。同理可得到千分位數(shù)。最后進行四舍五入處理，若千分位處理后的余數(shù)大于 19h 即千分位加 1。四舍五入處理后需要對各位進行進位調整。調整后的個位、十分位、百分位、千分位分別存入 7ah7dh 中。4.6 編寫程序 選通道0 badcl=1; badcl=0;/ 3 down badda=1; badcl=1; badcl=0;/ 4 down 數(shù)碼管顯示程序/數(shù)字電壓表#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#include code uchar tab=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,

21、0x82,0xf8,0x80,0x90; /定義數(shù)碼管顯示數(shù)值uchar str_tme4=0,0,0,0,; /定義數(shù)碼管顯示初始值unsigned char data1; /data1用來存放轉換以后的數(shù)據 void delay(uchar ms) /定義ms延遲程序uchar j;while(ms-)for(j=0;j0;i-) data1=1; /從第7位開始，要左移data1=data11 badcl=0;badcl=1;if(badda=1) data1|=0x01; /如果輸出1，data1最后一位補1 badcs=1;/轉換完后cs置1 void changs() /轉換程序

22、double sum; uchar val_integer; /定義整數(shù)變量 unsigned int val_decimal; /定義小數(shù)變量 sum=data1*0.0196078 ; val_integer=(uchar)sum; val_decimal=(unsigned int)(sum-val_integer)*1000); str_tme3=val_decimal%10; str_tme2=val_decimal/10%10; str_tme1=val_decimal/100; str_tme0=val_integer; /*定義數(shù)碼管顯示（共陽數(shù)碼管）*/sbit g1=p10

23、; /第一位sbit g2=p11; /第二位sbit g3=p12; /第三位sbit g4=p13; /第四位void val_xs() p3=(tabstr_tme0)&0x7f; /顯示小數(shù)點 g1=0; /第一位顯示 delay(4); g1=1; p3=tabstr_tme1; g2=0; /第二位顯示 delay(4); g2=1; p3=tabstr_tme2; g3=0; /第三位顯示 delay(4); g3=1; p3=tabstr_tme3; g4=0; /第四位顯示 delay(4); g4=1; 主程序 /* 主程序*/main() p1=0xc0; ie=0x82

24、; /中斷請求 tmod=0x01; ip=0x01; tl0=0x58; th0=0x9e; tr0=1; /運行控制位 while(1) val_xs(); if(sim=1) ad(); /電壓轉換 changs(); /數(shù)據轉換 sim=0; 5. 實驗測試和結果分析5.1 測試儀器測試所用的儀器主要有直流穩(wěn)壓電源1臺、數(shù)字萬用表1個和計算機1臺等。5.2 測試結果及分析在仿真實驗結果正確的情況下，完成了硬件電路的制作硬件電路測試結果見表5.1。 表5.1 電路測試結果序號待測電壓（伏）實測值（伏）10.000.0020.200.2130.400.4040.600.5850.800.8

25、061.000.9872.002.0086.005.9598.008.08109.909.841112.0011.951214.0014.061316.0016.161418.0017.921520.0020.031622.0022.141724.0023.901826.0026.01從上表中，我們將實際測得的電壓與待測電壓相對比，可以發(fā)現(xiàn)實驗過程中存在著誤差，約為4.83%，基本可以忽略。6.結語通過這次對簡易數(shù)字電壓表的設計，讓我了解了設計電路的程序，也讓我了解了關于電壓表的原理與設計理念，。通過這次學習，讓我對各種電路都有了大概的了解，所以說，坐而言不如立而行，對于這些電路還是應該自己動

26、手實際操作才會有深刻理解。除了學會了許多專業(yè)知識外，在遇到困難時，積極地去請教我的指導老師，我通過看現(xiàn)有的教材、去圖書館查閱資料、去網上搜索相關信息這些方式，不僅完成了我的畢業(yè)論文，而且大大增強了我的自學能力和獨立能力。更重要的是，我拓展了思路，開闊了視野，活躍了思想。這次畢業(yè)設計不僅使我對相關專業(yè)知識有了更深的理解，而且還讓我認識到了理論知識對工作實踐的重大意義，學會理論聯(lián)系實際。畢業(yè)設計要求我們完全依靠自己的能力去學習和設計，而不是像以往課程那樣一切由教材和老師安排。因此，它給了我更大的發(fā)揮空間。讓我發(fā)揮主觀能動性獨立的查閱資料、尋找數(shù)據、設計實驗方案，并將理論知識應用到實踐中去。同時，讓我懂得紅外線在生活中的廣泛應用。通過這次設計提高了我認識問題、分析問題、解決問題的能力?？傊@次設計既是對我課程知識的考核，又是對我思考問題、解決問題能力的考核，更是對我人格品德的考驗，設計讓我受益匪淺。參考文獻1 童詩白主編.模擬電子技