硬件課設(shè)最終報(bào)告

1、電子線路硬件課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告課題： 數(shù)字電壓表設(shè)計(jì) 班級(jí)： 作者： 學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)老師： 課設(shè)評(píng)價(jià)： 課設(shè)成績(jī)： 摘要 隨著數(shù)字電路的發(fā)展和普及，其精度和可靠性已漸漸超過模擬電路，加上其顯示直觀方便，誤差小，數(shù)字電路儀器已漸漸進(jìn)入各種測(cè)試儀器中供給人們使用。 在本設(shè)計(jì)中電壓表可以測(cè)量直流電壓（0200V），分為四檔：200mV、2V、20V及200V，并通過3位7段數(shù)碼管顯示測(cè)量值。根據(jù)可選擇的方案，本設(shè)計(jì)主要采用51單片機(jī)和AD0809AD轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)的采樣和處理，并通過數(shù)碼管顯示。 本設(shè)計(jì)具有實(shí)現(xiàn)方便，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，顯示直觀，可靠性較好等特點(diǎn)。 關(guān)鍵字： 數(shù)字電壓表 51單片機(jī) AD08

2、09AbstractWith the digital circuit's popularization and the development, its precision and the stability has been higher than the analogous circuit by far, Its direct-viewing voltage demonstrates both are advantageous for the use, and can reduce the personal error.During this design, the voltmet

3、er may survey the DC voltage measuring range (0200V) to be divided four grades: 200mv, 2v, 20v, 200v, and nixietube demonstrates its value through three bit LED. According to the digital voltmeter's function request, selecting at89C51 monolithic integrated circuit to make the control system, rea

4、lizes A/D transformation function by ADC0809.This design is reasonable, easy, convenient, stable and has some other advantages.Key words: digital voltmeter at89C51 AD0809一 項(xiàng)目概述本項(xiàng)目要求設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)數(shù)字電壓表的裝置，該裝置能夠?qū)?200V范圍的直流電壓進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量分為4擋：200mV、2V、20V和200V。輸入為模擬直流電壓，輸出為數(shù)字量，并在必要的輔助輸出顯示設(shè)備上顯示。同時(shí)具有正、負(fù)電壓極性顯示，小數(shù)點(diǎn)顯示。能

5、判讀并顯示被測(cè)量信號(hào)超出所選擇的量程范圍。并根據(jù)不同的量程能自動(dòng)調(diào)整小數(shù)點(diǎn)。二 項(xiàng)目設(shè)計(jì)目標(biāo)及方案論證（一） 設(shè)計(jì)目標(biāo)本設(shè)計(jì)項(xiàng)目有基本要求和擴(kuò)展部分要求兩部分：1. 基本要求 數(shù)字電壓表有4個(gè)測(cè)量擋：200mV、2V、20V和200V，能將被測(cè)的模擬直流電壓在顯示設(shè)備上顯示出來。 數(shù)字電壓表以基本量程為基礎(chǔ)，同時(shí)設(shè)計(jì)衰減器進(jìn)行量程的擴(kuò)展。 具有 位（三位半）顯示：有3位完整的顯示，另外最高位只顯示0或1。 能夠判讀并顯示被測(cè)電壓的極性。2. 擴(kuò)展部分 設(shè)計(jì)并調(diào)試自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換電路 設(shè)計(jì)并調(diào)試小數(shù)點(diǎn)自動(dòng)切換功能（二） 方案論證方案一：用A/D轉(zhuǎn)換、LED顯示芯、各種需要的中規(guī)模門電路芯片、電阻、電

6、容等純硬件實(shí)現(xiàn)數(shù)字電壓表：通過電阻衰減網(wǎng)絡(luò)得到衰減后的電壓，送入CC7107，將其輸出的數(shù)字量接入LED顯示。該方法是用純硬件實(shí)現(xiàn)數(shù)字電壓表，硬件連接較復(fù)雜，電路體積大，測(cè)量方式不靈活，測(cè)量的誤差比較大、精確度難做高。方案二：采用單片機(jī)、A/D芯片和顯示芯片設(shè)計(jì)數(shù)字電壓表：?jiǎn)纹瑱C(jī)型號(hào)廣泛、并且價(jià)格低廉。只要單片機(jī)內(nèi)部具有中斷、I/O、RS232等模塊就能夠滿足選型基本要求，系統(tǒng)的精度能夠保證。該方法硬件連接相對(duì)簡(jiǎn)單，測(cè)量誤差較小，精度較高。方案三：基于FPGA及A/D芯片的數(shù)字電壓表：A/D轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，F(xiàn)PGA將轉(zhuǎn)換的數(shù)字量變成需要的數(shù)字量，送LED進(jìn)行顯示。系統(tǒng)集成度高，精度

7、可以保證，但是系統(tǒng)成本較高。方案選擇：在可選的三種方案里，本人結(jié)合自身實(shí)際動(dòng)手能力，沒有選擇之前模擬電路實(shí)驗(yàn)和數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)課上做過的直接通過純硬件電路實(shí)現(xiàn)的數(shù)字電壓表，也沒有選擇比較熟悉的FPGA和AD芯片實(shí)現(xiàn)的數(shù)字電壓表，而選擇了挑戰(zhàn)自己沒有學(xué)過和做過的51單片機(jī)來作為數(shù)字電壓表的控制部分，通過AD采集，數(shù)碼管顯示的數(shù)字電壓表，本人覺得是一次挑戰(zhàn)，也是一次難得的學(xué)習(xí)過程。三 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)（一）系統(tǒng)設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)大致可分為四個(gè)部分：檔位電路；AD采樣電路；單片機(jī)處理部分；LED顯示部分。各部分功能為： 檔位電路：對(duì)測(cè)量檔位進(jìn)行選擇（200mV、2V、20V、200V），并對(duì)較大的輸入電壓進(jìn)行衰減

8、（如20V檔位電壓及200V檔位電壓）及對(duì)較小檔位進(jìn)行放大（200mV檔位），以提高測(cè)量可靠性，安全性等。 AD采樣電路：對(duì)輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，得到可以送給單片機(jī)處理的數(shù)字信號(hào)。 單片機(jī)處理部分：對(duì)獲取的采樣信號(hào)進(jìn)行處理，從而可以得到實(shí)際的測(cè)量電壓值，并調(diào)用顯示模塊，將測(cè)量值送給顯示模塊顯示輸出。 LED顯示部分：將測(cè)量電壓通過7段數(shù)碼管顯示。如下是系統(tǒng)的整體框圖： 以上各功能電路即可構(gòu)成一個(gè)完整的數(shù)字電壓表電路系統(tǒng)，通過51單片機(jī)對(duì)各個(gè)模塊的工作時(shí)序進(jìn)行控制，可完成電壓測(cè)量及顯示的功能。（二）主要芯片介紹1.ADC0809芯片ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及微處理機(jī)

9、兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。ADC0809是8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器。內(nèi)部結(jié)構(gòu)由模擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān)和A/D轉(zhuǎn)換兩大部分構(gòu)成。模擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān)由8路模擬開關(guān)和3位地址鎖存與譯碼器組成，地址鎖存允許信號(hào)ALE將三位地址信號(hào)ADDC、ADDB和ADDA進(jìn)行鎖存，然后由譯碼電路選通其中一路摸信號(hào)加到A/D轉(zhuǎn)換部分進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換部分包括比較器、逐次逼近寄存器SAR、256R電阻網(wǎng)絡(luò)、樹狀電子開關(guān)、控制與時(shí)序電路等，另外具有三態(tài)輸出鎖存緩沖器，其輸出數(shù)據(jù)線可直接被CPU讀取。 ADC0809內(nèi)部原理圖A/D轉(zhuǎn)換器與CPU之間傳送數(shù)據(jù)的方法 等待延時(shí)

10、法等待延時(shí)法是利用CPU執(zhí)行一條輸出指令，啟動(dòng)ADC轉(zhuǎn)換，然后CPU執(zhí)行延時(shí)程序，延時(shí)時(shí)間大于所選用的ADC芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間，延時(shí)結(jié)束，CPU執(zhí)行輸入指令，打開三態(tài)門獲取ADC轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)。 查詢法查詢法是由CPU來檢查EOC信號(hào)。當(dāng)CPU啟動(dòng)ADC芯片開始轉(zhuǎn)換之后，再通過狀態(tài)端口讀取EOC信號(hào)，檢查ADC是否轉(zhuǎn)換結(jié)束。若轉(zhuǎn)換結(jié)束，則讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，否則繼續(xù)查詢。 中斷法用中斷法可提高CPU的利用率，當(dāng)ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束，由EOC信號(hào)上升沿通過8259A中斷控制邏輯向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求，CPU響應(yīng)中斷在服務(wù)程序中讀取結(jié)果。 本設(shè)計(jì)中采用的數(shù)據(jù)傳送方法為查詢法，這種方法雖然沒有中斷法那樣節(jié)省CPU資源，但

11、是由于本設(shè)計(jì)中的單片機(jī)不需要處理其他事務(wù)，只需要執(zhí)行數(shù)字電壓表的程序，所以采用查詢法較為簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。ADC0809工作時(shí)序ADC0809工作時(shí)序圖如下 ADC0809工作時(shí)序圖當(dāng)通道選擇地址有效時(shí)，ALE 信號(hào)一出現(xiàn)， 地址便馬上被鎖存，這時(shí)轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)緊隨 ALE 之后(或與 ALE 同時(shí))出現(xiàn)。START 的上升 沿將逐次逼近寄存器 SAR 復(fù)位，在該上升沿之后的 2s 加 8 個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)(不定)，EOC 信 號(hào)將變低電平，以指示轉(zhuǎn)換操作正在進(jìn)行中，直到轉(zhuǎn)換完成后 EOC 再變高電平。微處理器 收到變?yōu)楦唠娖降?EOC 信號(hào)后，便立即送出 OE 信號(hào)，打開三態(tài)門，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。ADC

12、0809引腳圖及引腳功能D7D0：8位數(shù)據(jù)輸出線；IN7IN0：8路模擬信號(hào)輸入；ADDC、ADDB、ADDA：8路模擬信號(hào)輸入通道的地址選擇線；ALE：地址鎖存允許，高電平有效。其正跳變鎖存地址選擇線狀態(tài)，經(jīng)譯碼選通對(duì)應(yīng)的模擬輸入信號(hào)地址鎖存允許信號(hào)，當(dāng)此信號(hào)有效時(shí)，A、B、C 三位地址信號(hào)被鎖存，譯碼選通對(duì)應(yīng)模擬通道。在使用時(shí)，該信號(hào)常和 START 信號(hào)連在一起， 以便同時(shí)鎖存通道地址和啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換。START：A/D 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，正脈沖有效。加于該端的脈沖的上升沿，使逐次逼近寄存器清零，下降沿開始 A/D 轉(zhuǎn)換。如正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)又接到新的啟動(dòng)脈沖，則原來的轉(zhuǎn)換進(jìn)程被中止，重新從

13、頭開始轉(zhuǎn)換。EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，高電平有效。該信號(hào)在 A/D 轉(zhuǎn)換過程中為低電平，其余時(shí)間為高電平。該信號(hào)可作為被CPU 查詢的狀態(tài)信號(hào)，也可作為對(duì) CPU 的中斷請(qǐng)求信號(hào)。在需要對(duì)某個(gè)模擬量不斷采樣、轉(zhuǎn)換的情況下，EOC 也可作為啟動(dòng)信號(hào)反饋接到START端， 但在剛加電時(shí)需由外電路第一次啟動(dòng)。OE：輸出允許信號(hào)，高電平有效。當(dāng)微處理器送出該信號(hào)時(shí)，ADC0809 的輸出三態(tài)門被打開，使轉(zhuǎn)換結(jié)果通過數(shù)據(jù)總線被讀走。在中斷工作方式下，該信號(hào)往往是 CPU 發(fā)出的中斷請(qǐng)求響應(yīng)信號(hào)。CLOCK：時(shí)鐘，最高可達(dá)1280KHz，由外部提供；REF（+）、REF（-）：參考電壓正極、負(fù)極，通常REF（

14、+）接Vcc，REF（-）接GND；Vcc：電源，+5V，GND：地線。模擬輸入與數(shù)字量輸出的關(guān)系為N（VIN-VREF（-）×256/（VREF（+）-VREF（-），當(dāng)VREF（+）+5V，VREF（-）0V，若輸入模擬電壓為2.5V，則轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量N128，即10000000B ADC0809引腳圖ADC0809主要性能 8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，所有引腳的邏輯電平與TTL兼容 帶有鎖存功能的8路模擬量轉(zhuǎn)換開關(guān)，可對(duì)8路05V模擬量進(jìn)行分時(shí)轉(zhuǎn)換 輸出具有三態(tài)鎖存/緩存功能 分辨率為8位，轉(zhuǎn)換時(shí)間為100us 不可調(diào)誤差：±1LSB，功耗：15mV 工作電壓：+5V

15、，參考電壓標(biāo)準(zhǔn)值+5V 片內(nèi)無時(shí)鐘，一般需外加640KHz以下且不低于100KHz的時(shí)鐘信號(hào) ADC0809地址信號(hào)與選中通道關(guān)系 ADDCADDBADDA選中地址000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN72.AT89C51單片機(jī) AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦

16、除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)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。由于將多功能8位CPU和閃速存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器。 AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 AT89C51主要特性AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k 字節(jié)Flash 閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32 個(gè)I/O 口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e

17、方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。 引腳說明 主電源引腳VSS和VCCVSS（20腳）：地線；VCC（40腳）：5V電源。 外接晶振引腳XTAL1（18腳）和XTAL2（19腳）：外接晶體引線端。當(dāng)使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，此端用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，對(duì)于HMOS單片機(jī)，此引腳接地；對(duì)于CMOS單片機(jī)，此引腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端。 RST/VPD（9腳）：復(fù)位信號(hào)。當(dāng)輸入的復(fù)位信號(hào)延續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平即為有效，用以完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操

18、作。在VCC發(fā)生故障、降低到低電平規(guī)定值掉電期間，此引腳可接上備用電源VPD（電壓范圍±5V±0.5V），由VPD向內(nèi)部RAM供電，以保持內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)。 ALE/PROG（30腳）：地址鎖存控制信號(hào)。在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，ALE用于控制把P0口輸出的低8位地址鎖存器鎖存起來，以實(shí)現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的隔離。此外由于ALE是以晶振六分之一的固定頻率輸出的正脈沖，因此可作為外部時(shí)鐘或外部定時(shí)脈沖使用。對(duì)于EPROM型單片機(jī)或Flash單片機(jī)，在EPROM或Flash編程期間，此引腳接收編程脈沖（/PROG功能）。 /PSEN（29腳）：外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)。在讀外部ROM時(shí)有效（

19、低電平），以實(shí)現(xiàn)外部ROM單元的讀操作。 /EA/VPP（31腳）：訪問程序存儲(chǔ)控制信號(hào)。當(dāng)/EA信號(hào)為低電平時(shí)，對(duì)ROM的讀操作限定在外部程序存儲(chǔ)器；而當(dāng)/EA信號(hào)為高電平時(shí)，則對(duì)ROM的讀操作是從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器開始，并可延至外部程序存儲(chǔ)器。對(duì)于EPROM(或Flash)單片機(jī)，在EPROM編程期間，此引腳上加12.75V或21V的編程電源（VPP）。 輸入/輸出引腳P0口（P0.0P0.7）、P1口(P1.0P1.7)、P2口(P2.0P2.7)、P3口(P3.0P3.7)：8位雙向并行I/O接口。擴(kuò)展片外存儲(chǔ)器或I/O口時(shí)，作為低8位地址總線和8位數(shù)據(jù)總線的分時(shí)復(fù)用接口，為雙向三態(tài)，能以

20、吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。 3.74LS74 74ls74是一個(gè)邊沿觸發(fā)器數(shù)字電路器件，每個(gè)器件中包含兩個(gè)相同的相互獨(dú)立的邊沿觸發(fā)d觸發(fā)器電路。 對(duì)于邊沿D觸發(fā)器，負(fù)跳沿觸發(fā)的主從觸發(fā)器工作時(shí)，必須在正跳沿前加入輸入信號(hào)。如果在CP 高電平期間輸入端出現(xiàn)干擾信號(hào)，那么就有可能使觸發(fā)器的狀態(tài)出錯(cuò)。而邊沿觸發(fā)器允許在CP 觸發(fā)沿來到前一瞬間加入輸入信號(hào)。這樣，輸入端受干擾的時(shí)間大大縮短，受干擾的可能性就降低了。邊沿D觸發(fā)器也稱為維持-阻塞邊沿D觸發(fā)器。 電路結(jié)構(gòu): 該觸發(fā)器由6個(gè)與非門組成，其中G1和G2構(gòu)成基本RS觸發(fā)器。 D觸發(fā)器工作原理：SD 和RD 接至基本RS 觸發(fā)器的輸入端

21、，它們分別是預(yù)置和清零端，低電平有效。當(dāng)SD=0且RD=1時(shí),不論輸入端D為何種狀態(tài)，都會(huì)使Q=1，Q=0，即觸發(fā)器置1；當(dāng)SD=1且RD=0時(shí)，觸發(fā)器的狀態(tài)為0,SD和RD通常又稱為直接置1和置0端。我們?cè)O(shè)它們均已加入了高電平，不影響電路的工作。工作過程如下： 1.CP=0時(shí)，與非門G3和G4封鎖，其輸出Q3=Q4=1，觸發(fā)器的狀態(tài)不變。同時(shí)，由于Q3至Q5和Q4至Q6的反饋信號(hào)將這兩個(gè)門打開，因此可接收輸入信號(hào)D，Q5=D，Q6=Q5=D。 2.當(dāng)CP由0變1時(shí)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)。這時(shí)G3和G4打開，它們的輸入Q3和Q4的狀態(tài)由G5和G6的輸出狀態(tài)決定。Q3=Q5=D，Q4=Q6=D。由基本RS觸

22、發(fā)器的邏輯功能可知，Q=D。 3.觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)后，在CP=1時(shí)輸入信號(hào)被封鎖。這是因?yàn)镚3和G4打開后，它們的輸出Q3和Q4的狀態(tài)是互補(bǔ)的,即必定有一個(gè)是0，若Q3為0，則經(jīng)G3輸出至G5輸入的反饋線將G5封鎖，即封鎖了D通往基本RS 觸發(fā)器的路徑；該反饋線起到了使觸發(fā)器維持在0狀態(tài)和阻止觸發(fā)器變?yōu)?狀態(tài)的作用,故該反饋線稱為置0維持線,置1阻塞線。Q4為0時(shí)，將G3和G6封鎖，D端通往基本RS觸發(fā)器的路徑也被封鎖。Q4輸出端至G6反饋線起到使觸發(fā)器維持在1狀態(tài)的作用，稱作置1維持線；Q4輸出至G3輸入的反饋線起到阻止觸發(fā)器置0的作用,稱為置0阻塞線。因此，該觸發(fā)器常稱為維持-阻塞觸發(fā)器?？傊?/p>

23、該觸發(fā)器是在CP正跳沿前接受輸入信號(hào)，正跳沿時(shí)觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，正跳沿后輸入即被封鎖,三步都是在正跳沿后完成，所以有邊沿觸發(fā)器之稱。與主從觸發(fā)器相比,同工藝的邊沿觸發(fā)器有更強(qiáng)的抗干擾能力和更高的工作速度。 邊沿D觸發(fā)器特征方程：Qn+1 = D 邊沿D觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表如下DQQn+1000010101111 74LS74引腳圖如下 4.NE5532NE5532是高性能低噪聲雙運(yùn)算放大器（雙運(yùn)放）集成電路。與很多標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)放相似，但它具有更好的噪聲性能，優(yōu)良的輸出驅(qū)動(dòng)能力及相當(dāng)高的小信號(hào)帶寬，電源電壓范圍大等特點(diǎn)。因此很適合應(yīng)用在高品質(zhì)和專業(yè)音響設(shè)備、儀器、控制電路及電話通道放大器。工作性能： 小信號(hào)帶

24、寬：10MHz 輸出驅(qū)動(dòng)能力：600，10V有效值 輸入噪聲電壓：5nV/Hz(典型值) 直流電壓增益：50000 交流電壓增益：220010kHz 功率帶寬：140kHz 轉(zhuǎn)換速率：9V/s 電源電壓范圍：±3V±20VNE5532引腳圖 8腳引腳圖 16腳引腳圖四 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)（一） 檔位電路由于本次設(shè)計(jì)采用的AD轉(zhuǎn)換器為ADC0809，而ADC0809的輸入轉(zhuǎn)換電壓范圍為：05V，所以對(duì)于高于5V電壓應(yīng)衰減至05V范圍內(nèi)（如20V、200V檔位的電壓），而對(duì)于太低的電壓（200mV檔位電壓）則應(yīng)經(jīng)過放大電路放大至05V范圍，這樣才能提高測(cè)量精度。所以本人設(shè)計(jì)的檔

25、位電路方案為：0200mV檔位的電壓，經(jīng)過一個(gè)10倍放大電路放大至02V，送給ADC0809處理；200mV2V檔位的電壓，直接送給ADC0809處理；220V檔位的電壓，經(jīng)過一個(gè)10倍的衰減電路衰減至02V，送給ADC0809處理；同理對(duì)于20V200V檔位的電壓，經(jīng)過100倍的衰減再送給ADC0809處理。0200mV檔位電路 200mV2V檔位電壓是直接送給ADC0809，故省略不給出。2V20V檔位電路20V200V檔位電路（二） AD轉(zhuǎn)換電路AD轉(zhuǎn)換電路就是將檔位選擇電路中輸入的模擬電壓通過AD芯片內(nèi)的AD轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，再將數(shù)字信號(hào)鎖存，等待單片機(jī)處理器的讀取。本次設(shè)

26、計(jì)采用的AD芯片為ADC0809，各個(gè)檔位的輸出信號(hào)輸給AD0809的IN0腳，故ADDC、ADDB、ADDC的地址信號(hào)為000，對(duì)應(yīng)IN0輸入口。轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)輸出給單片機(jī)的P1口。由于ADC0809的參考電壓選為Vref+ =VCC=5V，Vref- = 0V，故轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)為 Ui*255/5,Ui為實(shí)際顯示的電壓值。STR端接單片機(jī)P3.7口、EOC端接單片機(jī)P3.6口、OE接單片機(jī)P3.5口，由于ADC0809無內(nèi)部時(shí)鐘，故需要外部電路提供一個(gè)500kHz的工作頻率以確保ADC0809正確工作，故將單片機(jī)的ALE口輸出作為分頻電路的輸入，進(jìn)行四分頻，得到500kHz的時(shí)鐘頻率，就可

27、以供給ADC0809，故CLK接外部擴(kuò)展電路分頻電路的輸出口。（三） 單片機(jī)模塊本設(shè)計(jì)采用普中科技開發(fā)盒內(nèi)的單片機(jī)90C516RD+，單片機(jī)最小系統(tǒng)由單片機(jī)、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路三部分組成。單片機(jī)作為核心控制器控制著整個(gè)系統(tǒng)的工作，而時(shí)鐘電路負(fù)責(zé)產(chǎn)生單片機(jī)工作所必需的時(shí)鐘信號(hào)，復(fù)位電路使得單片機(jī)能夠正常、有序、穩(wěn)定地工作。（四） LED顯示模塊顯示電路在電路中用于將被測(cè)電壓的實(shí)際大小直觀的顯示在LED數(shù)碼管上，供用戶讀取電壓信息。本設(shè)計(jì)采用4合1的8段數(shù)碼管，使得整個(gè)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間最快，顯示精度更高，同樣還可以減少PCB表面走線提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。單片機(jī)的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.

28、4、P1.5、P1.6、P1.7分別與數(shù)碼管的a、b、c、d、e、f、g、dp顯示段碼相連接，單片機(jī)的P2.4、P2.5、P2.6與四位八段數(shù)碼管的選位輸入wela1、wela2、wela3相連接，如此用單片機(jī)P2.4、P2.5、P2.6控制P1口輸出到四位LED的相應(yīng)位，其中，P2.4對(duì)應(yīng)數(shù)碼管的最低位。（五） 分頻電路由于ADC0809片內(nèi)無時(shí)鐘，要它能夠正常工作需要外加時(shí)鐘脈沖，利用單片機(jī)提供的地址鎖存使能信號(hào)ALE經(jīng)D觸發(fā)器四分頻后獲得時(shí)鐘。 如上圖所示，U4B的11腳接到單片機(jī)的ALE腳（30腳）輸入信號(hào)，Q非（即Q上有一橫杠的腳）接D腳，Q或Q()作輸出，這是二分頻電路，像這樣只用

29、單級(jí)（一個(gè)D觸發(fā)器）就是二分頻，用兩級(jí)就是四分頻；如此，經(jīng)分頻后的時(shí)鐘頻率為單片機(jī)時(shí)鐘頻率的1/24，單片機(jī)的時(shí)鐘平率為11.0592MHz,機(jī)器周期為6個(gè)時(shí)鐘周期，則ALE腳輸出的頻率近視為2MHz,在經(jīng)四分頻電路后得到頻率為500KHz的時(shí)鐘，在將此時(shí)鐘輸入到ADC0809轉(zhuǎn)換芯片作為時(shí)鐘信號(hào)。利用單片的ALE輸出腳作為分頻電路的輸入時(shí)應(yīng)該在單片的EA/VPP腳接上+5V電壓。電路工作過程測(cè)量電壓時(shí)根據(jù)不同的測(cè)量電壓選擇不同的檔位，輸入被測(cè)量信號(hào)經(jīng)過檔位電路的衰減或放大后輸入到ADC0809的IN-0（26腳）做信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)輸出給AT89C51的P1口，單片機(jī)將接收到的信

30、號(hào)做數(shù)據(jù)處理并將處理好的信號(hào)由單片機(jī)的P2.4、P2.5、P2.6腳和三極管控制3位LED顯示P0口輸出的數(shù)據(jù)，從而顯示本系統(tǒng)測(cè)量的電壓值。五 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)由于是在單片機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和模塊控制的，故在軟件方面是通過51單片機(jī)專門的設(shè)計(jì)語言C51語言實(shí)現(xiàn)的。用C51開發(fā)單片機(jī)，開發(fā)速度快，程序可讀性和維護(hù)性較強(qiáng)。數(shù)字電壓表程序設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)。本數(shù)字電壓表由以下幾部分功能模塊組成： ADC輸入、ADC使能控制、測(cè)量數(shù)據(jù)處理、測(cè)量值顯示等電路組成。程序中的子程序 功能模塊主要分成3個(gè)，延時(shí)、ADC轉(zhuǎn)換和顯示，延時(shí)子程序在整個(gè)程序中多次被調(diào)用，ADC轉(zhuǎn)換則是每次測(cè)量都會(huì)需要用到

31、的，當(dāng)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，ADC0809將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為2進(jìn)制數(shù)發(fā)給單片機(jī)然后單片機(jī)根據(jù)軟件協(xié)議送顯示。軟件設(shè)計(jì)過程軟件設(shè)計(jì)使用單片機(jī)對(duì)各個(gè)單元電路進(jìn)行功能和工作時(shí)序的控制，它使得整個(gè)系統(tǒng)正常的工作，完成整個(gè)電路的功能。程序設(shè)計(jì)的時(shí)，首先使電路中各個(gè)部件初始化，讓他們工作在隨時(shí)待機(jī)狀態(tài)。單片機(jī)初始化是為了分配單片機(jī)的的引腳資源。單片機(jī)P1.0P1.7端口作為A/D轉(zhuǎn)換信號(hào)的輸入，用于采集處理信號(hào)；單片的的P3口用于信號(hào)的檢測(cè)和反饋，P3.7作為啟動(dòng)A/D開始轉(zhuǎn)換信號(hào)的控制端與A/D芯片的START腳連接；P3.5作為A/D轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換信號(hào)輸出允許輸入輸出的控制信號(hào)與A/D的ENABLE腳連接；P3.6用

32、于接收來自A/D轉(zhuǎn)換芯片EOC引腳的外來信號(hào)，如果接收到的為高電平那么表示A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則輸出低電平表明A/D正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換。單片機(jī)的P0.0P0.7用于輸出顯示；單片機(jī)的P2.4P2.6用于控制輸出顯示。A/D初始化應(yīng)該讓A/D輸出為0。初始化完后，單片機(jī)首先向A/D轉(zhuǎn)換芯片的啟動(dòng)轉(zhuǎn)換引端ST啟動(dòng)轉(zhuǎn)換命令（當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后A/D的換結(jié)束引腳EOC輸出一個(gè)高電平）；此階段單片機(jī)將通過P3.2引腳檢測(cè)A/D的準(zhǔn)換結(jié)束引腳EOC是否為高電平；當(dāng)檢測(cè)到高電平時(shí)，單片機(jī)P3.1向A/D的輸出允許端OE發(fā)一個(gè)高電平，A/D輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)，單片機(jī)接收到來自A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)后，在片內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，

33、并將處理后有效的數(shù)據(jù)輸出到LED顯示。 軟件流程圖本次設(shè)計(jì)采用C語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，因?yàn)樵贑語言中，函數(shù)是程序的基本組成單位，因此可以很方便地用函數(shù)作為程序模塊來實(shí)現(xiàn)C語言程序。利用函數(shù)，不僅可以實(shí)現(xiàn)程序的模塊化，程序設(shè)計(jì)得簡(jiǎn)單和直觀，提高了程序的易讀性和可維護(hù)性，而且還可以把程序中普通用到的一些計(jì)算或操作編成通用的函數(shù)，以供隨時(shí)調(diào)用，這樣可以大大地減輕程序員的代碼工作量。本次設(shè)計(jì)的軟件代碼見附錄。六 系統(tǒng)測(cè)試與結(jié)果分析因?yàn)楸鞠到y(tǒng)較為簡(jiǎn)單，連線不多，故不進(jìn)行軟件上的仿真，直接用51開發(fā)盒進(jìn)行測(cè)試。在Keil uvision4中編輯好本系統(tǒng)的C51代碼后，通過串口燒入51單片機(jī)中，由于51單片機(jī)燒

34、入的程序是存在ROM中的，故掉電也不會(huì)丟失程序，比較方便。在實(shí)驗(yàn)室里，本系統(tǒng)通過對(duì)0200V范圍內(nèi)眾多電壓的測(cè)量，結(jié)果顯示為較為準(zhǔn)確。由于本設(shè)計(jì)用到了NE5532作為200mV擋位的放大器，故需要正負(fù)12V的電壓提供給NE5532，而另一個(gè)直流電源作為測(cè)試數(shù)字電壓表的電源將電壓值輸入到系統(tǒng)中。下圖是本系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的狀態(tài)。而測(cè)試的結(jié)果列表如下：200mV檔位測(cè)試結(jié)果：(由于實(shí)驗(yàn)室提供的電壓有限，最低位為十分位，故只能測(cè)兩組電壓數(shù)據(jù))實(shí)際電壓值測(cè)量電壓值絕對(duì)誤差相對(duì)誤差0.1V98mV2mV2%0.2V216mV16mV8%2V檔位測(cè)試結(jié)果：實(shí)際電壓值測(cè)量電壓值絕對(duì)誤差相對(duì)誤差0.7V0.73

35、V0.03V4.2%0.4V0.46V0.06V15%1.0V1.09V0.09V9%1.2V1.28V0.08V6.7%1.8V1.86V0.06V3.3%20V檔位測(cè)試結(jié)果：實(shí)際電壓值測(cè)量電壓值絕對(duì)誤差相對(duì)誤差3.3V3.4V0.1V3%4.1V4.2V0.1V2.4%6.8V7.0V0.2V2.9%11.3V11.6V0.3V2.7%15.3V15.6V0.3V2%200V檔位測(cè)試結(jié)果:(由于實(shí)驗(yàn)室電壓最高只能到32V，故測(cè)量值最多只能到32V，但可以根據(jù)2032V內(nèi)的測(cè)量值與實(shí)際值的比較，看出本數(shù)字電壓表的準(zhǔn)確性)實(shí)際電壓值測(cè)量電壓值絕對(duì)誤差相對(duì)誤差21.1V22V0.9V4.1%22

36、.1V22V-0.1V-0.05%24.7V24V-0.7V-2.8%25.3V26V0.7V2.8%31.5V32V0.5V1.6%結(jié)果分析：從上面4個(gè)檔位的測(cè)試結(jié)果可以看出，每個(gè)檔位的測(cè)量值都較接近實(shí)際值，其中對(duì)于低的兩個(gè)檔位（200mV和2V）來說，測(cè)量結(jié)果的誤差較大，這是由于實(shí)驗(yàn)室所給電源精度有限造成的，因?yàn)閷?duì)于毫伏檔來說，電源只能顯示出百毫伏，即0.1V、0.2V，而無法精確到幾十毫伏，故造成誤差較大，2V檔位的誤差也同理。同時(shí)，誤差的出現(xiàn)也是由于檔位電路電阻的不完全準(zhǔn)確引起的，而且ADC0809本身也自帶了誤差，誤差為1LSB，并且在單片機(jī)處理器的處理中，由于計(jì)算的數(shù)據(jù)類型會(huì)涉及到

37、數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換，故精度也會(huì)受到一定的影響。總的來說，測(cè)量值雖然與實(shí)際值有偏差，但所幸偏差不大，也得到了老師的認(rèn)可。 七 心得體會(huì)與項(xiàng)目總結(jié)設(shè)計(jì)心得本次設(shè)計(jì)項(xiàng)目較為簡(jiǎn)單，并且由于老師給出了三種實(shí)現(xiàn)方案，故很快就確定了自己要實(shí)現(xiàn)的方案，故開題立項(xiàng)做得比較早，在初期就確定了自己要用單片機(jī)加AD轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)的思路，所以也能較早地去學(xué)習(xí)單片機(jī)的有關(guān)知識(shí)，比如單片機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及單片機(jī)語言C51。而在中期學(xué)習(xí)的過程中，我一開始是先看C51的語法，然后在掌握了一定的語法基礎(chǔ)后開始接觸各種有關(guān)數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)的例子，比如AD/DA的例子，數(shù)碼管顯示的例子等等，最后在開始制作自己的設(shè)計(jì)前又看了一兩個(gè)關(guān)于用5

38、1單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的數(shù)字電壓表例子，這些都給我挺大的啟示。而在后期設(shè)計(jì)的過程中，一開始編寫的代碼并不能成功地運(yùn)行出來，后來經(jīng)過與學(xué)習(xí)過51單片機(jī)的同學(xué)交流后重新確定設(shè)計(jì)思路，又將代碼修改、測(cè)試，最后初步得到了想要的在02V內(nèi)的結(jié)果，然后后面的工作就比較簡(jiǎn)單了，就是將其他三個(gè)檔位在面包板上搭建起來，再分別送給AD轉(zhuǎn)換器，通過調(diào)試后得到的各個(gè)檔位的測(cè)量值都較為接近實(shí)際值，在自己確認(rèn)系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)后就交給老師驗(yàn)收。總之，本次設(shè)計(jì)過程工作量不大，一個(gè)人就能完成，在本次設(shè)計(jì)的過程中，雖然經(jīng)歷了沒有結(jié)果的傷心，日夜編寫代碼的疲倦，不斷奔赴實(shí)驗(yàn)室調(diào)試的汗水，但所幸最后得到了自己想要的結(jié)果，并且增長(zhǎng)了自己對(duì)有關(guān)數(shù)字電

39、壓表方面知識(shí)，也提到了自己的硬件電路的設(shè)計(jì)能力，也學(xué)習(xí)到了51單片機(jī)的開發(fā)過程，總之我覺得本次課程設(shè)計(jì)對(duì)于自己來說比較滿意。項(xiàng)目總結(jié)本次項(xiàng)目相對(duì)于其他課題來說較為簡(jiǎn)單，但由于本人之前沒有接觸過所選用的單片機(jī)，故又顯得不太簡(jiǎn)單，但最終還是得到了想要的結(jié)果。本項(xiàng)目是一個(gè)以單片機(jī)為控制模塊，以AD0809芯片為AD轉(zhuǎn)換器，以LED數(shù)碼管為顯示模塊，可測(cè)量200mV、2V、20V、200V四個(gè)檔位的電壓表，待測(cè)量信號(hào)通過檔位電路后送入AD0809進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，而轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號(hào)被單片機(jī)讀取，計(jì)算處理得到測(cè)量值，最后單片機(jī)通過對(duì)數(shù)碼管的位選和段選信號(hào)將測(cè)量值送給數(shù)碼管顯示。本設(shè)計(jì)思路較為明確，軟件設(shè)計(jì)

40、配合硬件設(shè)計(jì)，最終得到軟件硬件結(jié)合的整個(gè)數(shù)字電壓表系統(tǒng)。設(shè)計(jì)結(jié)果綜述：（1）數(shù)字電壓表完成的功能是對(duì)電壓的測(cè)量，它主要由分壓電路、51單片機(jī)最小系統(tǒng)、顯示部分、AD轉(zhuǎn)換和控制部分組成。（2）數(shù)字電壓表屬于一種測(cè)量工具，其本身的好壞直接影響到測(cè)量結(jié)果，因此上面的設(shè)計(jì)只是設(shè)計(jì)用來測(cè)量電壓，其它量的測(cè)量則要添加擴(kuò)展功能。（3）單片機(jī)部分跟AD轉(zhuǎn)換部分是整個(gè)設(shè)計(jì)的核心，ADC0809的參考電壓VREFVCC，所以轉(zhuǎn)換之后的數(shù)據(jù)要經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，在數(shù)碼管上顯示出電壓值。實(shí)際顯示的電壓值(D/255*VREF)；AT89C51單片機(jī)作為主控芯片，配以RC上電復(fù)位電路和11.0592MHZ震蕩電路，使系統(tǒng)穩(wěn)定

41、運(yùn)行。（4）在本次軟件設(shè)計(jì)過程中，采用的是C51語言編程。致謝經(jīng)過幾周的努力，我的硬件課程設(shè)計(jì)基本完成了。在這次課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐中，學(xué)到很多有用的知識(shí)，也積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。在此要特別感謝老師，在我做設(shè)計(jì)期間得到他的精心指導(dǎo)，他對(duì)我們要求嚴(yán)格，并對(duì)實(shí)踐中出現(xiàn)的問題給予耐心的解答，完成設(shè)計(jì)后在百忙之中抽空給我們驗(yàn)收，給出修改意見。硬件課程設(shè)計(jì)的順利完成離不開老師的幫助的。同時(shí)感謝身邊的同學(xué)，他們?yōu)槲姨峁┝撕芏鄬氋F的資料和幫助。同時(shí)由于自己對(duì)一些知識(shí)的掌握不是很深刻，設(shè)計(jì)之中難免會(huì)出現(xiàn)一些漏洞，雖然設(shè)計(jì)做的不是很完美，但是畢竟這是自己認(rèn)認(rèn)真真做出來的。希望各位老師給予指正。同時(shí)感謝院系對(duì)我們的良苦用心

42、， 希望我們通過這次硬件課程設(shè)計(jì)對(duì)以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)，甚至以后的工作都能像這次課程設(shè)計(jì)過程一樣，井井有條，不斷實(shí)現(xiàn)自己的小目標(biāo)，最后得到自己想要的結(jié)果。再次衷心感謝所有關(guān)心和幫助過我的老師和同學(xué)，謝謝你們! 參考文獻(xiàn)1宋戈 黃鶴松.51單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)范例大全M.北京：人民郵電出版社 20122羅杰 謝自美主編.電子線路設(shè)計(jì)·實(shí)驗(yàn)·測(cè)試M.北京：電子工業(yè)出版社 2008.43馮占嶺.數(shù)字電壓表及數(shù)字多用表檢測(cè)技術(shù)M.北京：中國計(jì)量出版社 20034賈金玲.單片機(jī)原理及應(yīng)用M.成都：電子科技大學(xué)出版社.2004附錄 （數(shù)字電壓表C51代碼）#include <reg52.h>#include <intrins.h>sbit ST = P37; /轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，正脈沖有效sbit EOC = P36;/輸出允許信號(hào)，高有效sbit OE = P35; /轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，高有效。當(dāng)微處