基于單片機的數(shù)字電壓表畢業(yè)設計

1、摘 要本文介紹的是數(shù)字電壓表的發(fā)展背景和利用單片機，A/D 轉換芯片結合的方 法設計一個直流數(shù)字電壓表。它的具體功能是:最高量程為 200V，分三個檔位量程，即2V，20V，200V，可以通過調檔開關來實現(xiàn)各個檔位，當測得電壓的數(shù)值小于1V時，系統(tǒng)會自動的將電壓數(shù)值轉換為以mV為電壓單位的電壓值，并且通過按鍵的方法能夠測得后五秒的平均電壓值。 單片機是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模技術把具有數(shù)據(jù)處理能力(如算 術運算，邏輯運算，數(shù)據(jù)傳送，中斷處理)的微處理器(CPU)。隨著單片機技術的 飛速發(fā)展，各種單片機蜂擁而至，單片機技術已成為一個國家現(xiàn)代化科技水平的 重要標志。 單片機可單獨地完成現(xiàn)代工

2、業(yè)控制所要求的智能化控制功能，這是單片機最大的特征。單片機控制系統(tǒng)能夠取代以前利用復雜電子線路或數(shù)字電路構成的控 制系統(tǒng)，可以軟件控制來實現(xiàn)，并能夠實現(xiàn)智能化，現(xiàn)在單片機控制范疇無所不在，例如通信產品，家用電器，智能儀器儀表，過程控制和專用控制裝置等等，單片機的應用領域越來越廣泛。 本畢業(yè)設計的課題是"簡易數(shù)字電壓表的設計"。主要考核我們對單片機技 術，編程能力等方面的情況。觀察獨立分析，設計單片機的能力，以及實際編程 技能。 本課題主要解決A/D轉換，數(shù)據(jù)處理及顯示控制等三個模塊?？刂葡到y(tǒng)采用AT89C52單片機，A/D轉換采用TLC2543。關鍵字介紹:單片機，AT89

3、C52，A/D 轉換，TLC2543，數(shù)據(jù)處理AbstractThis paper is the background of the development of digital voltmeter and using single chip computer, A/D conversion chip design method of the combination of the party A dc digital voltmeter. It is the specific function of: supreme range for 200 V, divide a gear range,

4、namely 2 V, 20 V, 200 V, can switch to achieve each by shifting gear gear, when the voltage of the numerical less than 1 V, the system will automatically will convert to mV voltage values for the voltage is the voltage unit, and through the key method can measure five seconds after the average volta

5、ge. MCU is a kind of integrated circuit chip, using the technology with large scale data processing ability (such as the art operations, logic operations, data transfer, interrupt handling) of the microprocessor (CPU). With the rapid development of the single chip microcomputer, all kinds of single

6、chip in great Numbers, microcontroller technology has become a national modernization level of science and technology. SCM can complete modern industrial control alone for the intelligent control function, it is the greatest feature of single chip microcomputer. Single-chip microcomputer control sys

7、tem can be replaced by complex electronic circuit or before digital circuit consists of the control system system, can control software to achieve, and to realize intelligent, now single-chip microcomputer control category is everywhere, such as communication products, household appliances, intellig

8、ent instruments, process control and special control device and so on, the application field of single chip microcomputer more and more widely. This graduate design topic is "simple digital voltmeter design". We mainly examine of single-chip processor technology technique, the programming

9、ability, etc. Observe independent analysis, design of the single chip microcomputer ability, and the actual programming skills. This subject mainly to solve A/D conversion, data processing and display control and so on three modules. The control system adopts AT89C52 single chip microcomputer, A/D c

10、onversion using ADC0809. Keywords: A single-chip microcomputer, AT89C52, A/D conversion, ADC0809, data processing 目 錄摘 要1Abstract2目 錄3第一章數(shù)字電壓表簡介41.1設計背景41.2設計意義5第二章數(shù)字電壓設計兩種方案簡介62.1 由數(shù)字電路及芯片構建62.2 由單片機系統(tǒng)及 A/D 轉換芯片構建6第三章單片機簡介及本設計單片機的選擇73.1 常用單片機的特點比較及本設計單片機的選擇73.2 本設計使用的單片機的簡介7第四章各種顯示器件的介紹和選擇84.1 常用顯示

11、器件簡介84.2 1602液晶的參數(shù)資料8第五章模數(shù)(A/D)轉換芯片的選擇115.1 常用的A/D芯片簡介115.2 模數(shù)(A/D)芯片 TLC2543 的資料11引腳說明:12第六章總體設計146.1 技術要求146.2 設計方案14第七章硬件電路系統(tǒng)模塊的設計157.1 單片機系統(tǒng)157.2 輸入電路157.3 A/D 轉換芯片與單片機的連接167.4 1602 液晶與單片機連接167.5 鍵盤與單片機的連接如下17第八章系統(tǒng)軟件的設計188.1 匯編語言和 C 語言的特點及選擇188.2 主程序設計18第九章系統(tǒng)的調試269.1 硬件調試269.2 軟件調試26第十章總結與展望27參考

12、文獻28第一章 數(shù)字電壓表簡介數(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)字化測量技術，把連續(xù)的模擬量(直流輸入電壓)轉化成不連續(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轉換器構成的說字電壓表，已經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)等智能化測量領域，顯示出強大的生命力。本文就數(shù)字電壓表加以敘述。 1.1 設計背景數(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，

13、數(shù)字電壓表有了不斷的進步和提高。數(shù)字電壓表是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，量程范圍也逐步擴大。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，把連續(xù)的模擬

14、量，也就是連續(xù)的電壓值轉變?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用逐漸推廣到系統(tǒng)的自動控制信實驗研究的領域，提出了將各種被觀察量或被控制量轉換成數(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)字化測理儀表的產生與發(fā)展與電子計算機的發(fā)展是密切相關的；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

15、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)點已被廣泛的應用于電子及電工的測量，工業(yè)自動化儀表，自動測試系統(tǒng)等智能化測量領域。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構，它不僅保持了比較式準確度高的優(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

16、的基礎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，準確度已經有了很大的提高，精度高達3附錄1NV；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)

17、來分：有4位，5位，6位，7位，8位等。 3. 按測量速度來分：有低準確度，中準確度，高準確度等，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，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。1.2 設計意義這個課題的目的和意義在于使自己掌握對

18、數(shù)字電壓表的理解，自己動手設計數(shù)字電壓表與仿真，它可以廣泛的應用于電壓測量外，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。 DVM廣泛應用于測量領域每期測量的準確度和可信度取決于它的主要性能和技術指標。所示我們要學習和掌握如何設計DVM就顯得十分重要。第二章 數(shù)字電壓設計兩種方案簡介設計數(shù)字電壓表有多種的設計方法，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，導致對模擬數(shù)據(jù)的采集部分的不一致性，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

19、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)字電壓表的設計方案。2.1 由數(shù)字電路及芯片構建這種設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 轉換器和基準電壓源；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轉換器是它的核心器件，它將輸入的模擬量轉換成數(shù)字量。模擬電路和數(shù)字電路是相互聯(lián)系的，由邏輯控制電路產生控制信號，按規(guī)定的時序將A/D轉換器中個組模擬開關接通或4附錄斷開，保證A/D轉換正常進行。A/D轉換結果通過計數(shù)譯碼電路變換成段碼，最后驅動顯示器顯示出

20、相應的數(shù)值。此方案設計其優(yōu)點是，設計成本低，能夠滿足一般的電壓測量。但設計不靈活，都是采用純硬件電路，很難將其在原有的基礎上進行擴展。2.2 由單片機系統(tǒng)及 A/D 轉換芯片構建許多的應用電路這種方案是利用單片機系統(tǒng)與模數(shù)轉換芯片，顯示模塊等的結合構建數(shù)字電壓表。由于單片機的發(fā)展已經成熟，利用單片機系統(tǒng)的軟硬件結合，可以組裝出來。此方案的原理是模數(shù)(A/D)轉換芯片的基準電壓端，被測量電壓輸入端分別輸入基準電壓和被測電壓。模數(shù)(A/D)轉換芯片將被測量電壓輸入端所采集到的模擬電壓信號轉換成相應 的數(shù)字信號，然后通過對單片機系統(tǒng)進行軟件編程，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

21、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，還能改進上一種設計方案設計不靈活，難與在原基礎上進行功能擴展等不足。 第三章 單片機簡介及本設計單片機的選擇3.1 常用單片機的特點比較及本設計單片機的選擇綜合上一章提到的兩種設計方案的各方面優(yōu)點及其在現(xiàn)在的所設計電壓表的實用性，我們選擇第二種電壓表設計方案，即由單片機系統(tǒng)及數(shù)字芯片構建的方法來我們本次設計。在這一設計中，我們涉及到了一個關鍵系統(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，主要有主流的8位單片機和高性能的32位單片機，結合本設計各方

22、面因素，8位單片機對于本設計已經是綽綽有余了，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5 系列單片機，AVR單片機，PIC單片機。應用最廣的8位單片機還是intel的51系列單片機。51系列單片機的特點是：硬件結構合理，指令系統(tǒng)規(guī)范，加之生產歷史悠久，世界有許多芯片公司都買了51的芯片核心專利技術，并在其基礎上擴充其性能，使得芯片的運行速度變得更快，性價比更高。 AVR 單片機是atmel公司推出較新的單片機，它的顯著特點是：高性能，低功能，高速度，指令單周期為主，但性格方面比51單片機要高

23、。有專門的I/O方向寄存器。雖然有轉強的驅動電壓，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單片機方便綜合以上各種單片機的基本性能及本設計的滿足需要,我們將選擇 51 系列單片機. 3.2 本設計使用的單片機的簡介本設計中選用是51系列的AT89C52，它是低電壓，低功耗，高性能的CMOS8 位單片機，片內含8KB的可反復擦寫的只讀程序存儲器和256B的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器，2個 I/O 口線, 3 個 1

24、6 位定時/計數(shù)器，片內振蕩器及時鐘電路，并與 MCS-51系列單片機兼容。在設計中，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，一方面，它將 A/D 轉換器。顯示器和語音芯片等通過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過控制總線控制數(shù)據(jù)的輸入輸出，從而實現(xiàn)冊電壓的功能。第四章 各種顯示器件的介紹和選擇 4.1 常用顯示器件簡介本次設計中有顯示模塊，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。 數(shù)碼管是最常用的一種顯示器件，它是由幾個發(fā)光二極管組成的8字段顯示器件，其特點是價格非常的便宜，用也非常的方便，顯示效果非常的清楚。小電

25、流下可以驅動發(fā)光，發(fā)光響應時間極短，體積小，重量輕，抗沖擊性能好，壽命長。但數(shù)碼管只能是顯示09的數(shù)據(jù)。不能夠顯示字符，這也是數(shù)碼管的不足之處。LED陣顯示器件是由好多個發(fā)光二極管組成的。具有高亮度，功耗低，視角大，壽命長，耐濕，冷，熱等特點，LED點陣顯示器件可以顯示數(shù)字，英文字符，中文字符等。但用LED點陣顯示的軟件程序設計比較麻煩32個字符。1602 液晶模塊內部的字符發(fā)生存儲器已經存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字這些字符有:阿拉伯數(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動即可。它的特點是顯示字跡清楚，價

26、格相對便宜。12864液晶也是一種工業(yè)字符型液晶，它不僅能夠顯示1602液晶所可以顯示的字符，數(shù)字等信息，而且還可以顯示8*4個中文漢字和一些簡單的圖片，顯示信息也非常的清楚。使用時也直接編寫軟件程序按一定的時序驅動即可。不過它的價格比1602液晶貴了很多。在本設計中，我們只需要顯示最后電壓的數(shù)字值和電壓的單位，綜合上面各種顯示器件的特點：數(shù)碼管只能顯示數(shù)字，不能顯示單位字符，不符合本設計的要求。而點陣顯示器件驅動顯示軟件程序編寫麻煩，占用的引腳相對也較多。也不是理解的顯示器件。所以在本設計中，我們考慮用液晶顯示器件，雖然12864 液晶比1602液晶的功能強，不過在價格方面貴了好多。而160

27、2液晶也足夠滿足本設計的需要。因此，在本設計實驗我們選擇1602液晶顯示器件。4.2 1602液晶的參數(shù)資料示模塊的顯示器件。以下是1602液晶的各方面我們選擇了1602液晶做為本設計的顯參數(shù): 接口信號說明: 編號符號引腳說明1VSS電源地2VDD電源正極3WL液晶顯示偏壓信號4RS數(shù)據(jù)/命令選擇器5R/W讀/寫選擇器6E使能信號7-14D0-D7Data I/015BLA背光源正極16BLK背光源負極基本操作時序: 1. 讀狀態(tài):輸入:RS=0，RW=1，E=1、輸出:D0-D7為狀態(tài)字 2. 寫狀態(tài):輸入:RS=0，RW=0，D0-D7為指令碼，E為高脈沖、輸出:無 3. 讀數(shù)據(jù):輸入:

28、RS=1，RW=1，E=1。輸出:D0-D7 為數(shù)據(jù)。4. 寫數(shù)據(jù):輸入:RS=1，RW=0，D0-D7為數(shù)據(jù)，E為高脈沖。輸出:無 狀態(tài)字說明STA7STA6STA5STA4STA3STA2STA1STA0STA0-6當前數(shù)據(jù)地址指針的數(shù)值STA7讀寫操作使能1：禁止 0：允許指令的說明.顯示模式設置指令碼功能0011100設置16*2顯示，5*7點陣，8位數(shù)據(jù)口顯示開/關及光標設置指令碼功能00001DCBD=1 開顯示；D=0 關顯示C=1 顯示光標；C=0 不顯示光標B=1 光標閃爍；B=0 光標不顯示閃爍000001NSN=1 當讀寫一個字條款后地址指針加一，且光標加一。N=0 當讀

29、或寫一個字符后地址指針減一，且光標減一。S=1 當寫一個字條款，整屏顯示左移（N=1）或右移（N=0），以得到光標不移動而屏幕移動的效果。S=0 當寫一個字符，整屏顯示不移動。數(shù)據(jù)控制指令碼功能80H+地址碼 （0-27H,40H-67H）設置數(shù)據(jù)地址指針01H顯示清屏：1.數(shù)據(jù)指針清0 2.所有顯示清002H顯示回車： 數(shù)據(jù)指針清0第五章 模數(shù)(A/D)轉換芯片的選擇在本設計中，模數(shù)(A/D)轉換模塊是一個重要的模塊，它關系到最后數(shù)電壓表電壓值的精確度。所以，A/D 芯片的選擇是設計過程中一個很重要的環(huán)節(jié)。5.1 常用的A/D芯片簡介 常用的A/D芯片有AD0809，AD0832，LC254

30、3C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轉換器，它是由一個8路的模擬開關，一個地址鎖存譯碼器，一個A/D轉換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關可選通 8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用A/D轉換器進行轉換。些A/D轉換器是的特點是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。AD0832也是8位逐次逼近型A/D轉換器，可支持致命傷個單端輸入通道和一個差分輸 入通道。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。TLC2543C是12位開關電容逐次逼近 A/D 轉換，每個器件有三個控制輸

31、入端，片選， 輸入/輸出時鐘以及地址輸入端。它可以從主機高速傳輸轉換數(shù)據(jù)。它有高速的轉換，通用的控制能力，具有簡化比率轉換，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。 綜合上述幾種A/D轉換芯片的特點，前兩種芯片的性能和精度都不如第三種芯片。在本設計中，我們的目標是設計高精度的電壓表，因此在此，我們選擇精度為12位的TLC2543芯片。5.2 模數(shù)(A/D)芯片 TLC2543 的資料 綜合本設計的各方面考慮，我們選了TLC2543模數(shù)轉換芯片。下面就介紹此芯片的各方面資料。TLC2543 芯片的封裝引腳圖和引腳說明如下:引腳說明:引腳號名稱I/0說明1-9, 11, 12AIN

32、O-AINIOI模擬輸出端15CSI片選端17Data inputI串行數(shù)據(jù)輸入端16Data out0用于A/D轉換結果輸出的3態(tài)串行輸出端19EOC0轉換結束端10GND接地端18I/0 clkI輸入/輸出時鐘端11REF+I正基準電壓端13REF-I負基準電壓端20VCC正電壓端各引腳的使用詳細介紹 1. AIN0-AIN10 這 11 個模擬信號輸入由內部多路選器選擇。對4.1MHZ的 I/Oclk，驅動源阻抗必須小于或等于50歐并且能夠將模擬電壓由60PF的電容來限制其斜率。2. 在CS端的一個由高低低變化將復位內部計數(shù)器并控制使能data out,data input和I/O cl

33、k。一個由低至高的變化將在一個設置時間內禁止data input和I/O clk. 3. 串行數(shù)據(jù)輸入端data input是一個4位的串行地址選擇下一個即將被轉換的所需的模擬輸入或測試電壓。串行數(shù)據(jù)以MSB為前導并在I/O clk的前4個上升沿被移入。4在個地址位被讀入地址寄存器后，I/O clk將剩下的幾位依次輸入。4. Data out在CS為高時處于高阻抗狀態(tài)，而當CS為低時處于激活狀態(tài)。CS一旦有效，按照前一次轉換結果的MSB/LSB值將data out從高阻抗狀態(tài)轉變成相應的邏輯電平，I/O clk的下一個下降沿將根據(jù)下一個MSB/LSB將data out 驅動成相應的邏輯電平，剩

34、下的各位依次移出。 5. EOC在最后的I/O clk下降沿之后，從高電平變?yōu)榈碗娖讲⒈３值椭钡睫D換完成及數(shù)據(jù)準備傳輸。6. GND端是內部電路的地回路端，除加有說明外，所有電壓測量都相對于 GND。 7. I/O clk端串行輸入并完成以下四個功能：第一，在 I/O clk 的前8個上升沿，它將8個輸入數(shù)據(jù)信鍵入輸入數(shù)據(jù)寄存器。在第4個上升沿之后為多路器的地址。第二，I/O在clk的第4個下降沿，在選定的多路器的輸入端上的模擬輸入電壓開始和電容器充電并繼續(xù)到I/O clk的最后一個下降沿。第三，它將前一次轉換的數(shù)據(jù)的其余11位移出data out端。在I/O clk的下降沿時數(shù)據(jù)變化。第四，

35、在I/Oclk的最后一個下降沿它將轉換的控制信號傳送到內部的狀態(tài)控制位。 8. REF+端通常接VCC，最大輸入電壓范圍取決于加于本端與加于REF-端的電壓差。9. REF-端通常接地。第六章 總體設計6.1 技術要求1) 最高量程為:200V。 2) 分為三檔量程:2V，20V，200V?？梢酝ㄟ^調檔開關實現(xiàn)各檔位。最高精度為 0.01mv。3) 被測電壓的電壓值小于1V時，有自動換以MV為單位顯示。4) 通過按鍵可以顯示5秒的平均電壓的電壓值。6.2 設計方案 根據(jù)上述，我們選擇單片機與A/D轉換芯片結合的方法實現(xiàn)本設計。使用的基本元器件是:AT89C51單片機。TLC2543模數(shù)轉換芯片

36、，1602液晶顯示器，開關，按鍵，電容，電阻，晶振，標準電源等等。 設計的基本框圖如下: 第七章 硬件電路系統(tǒng)模塊的設計根據(jù)上述選擇的各元器件，各電路模塊的電路圖如下描述。7.1 單片機系統(tǒng) 單片機最小系統(tǒng)包括晶振電路,復位電路,電源.其原理圖如下: 此模塊中，單片機的晶振是12MHZ，C1和C2的電容是10UF，C3可選 1-10UF。R電阻為1K。7.2 輸入電路 由于輸入電路的電壓比基準電壓(2V)高很多，因此在輸入電路必須加電壓衰減器。衰減電路可由開關來選擇不同的衰減率，從而切換檔位。則完整輸入電路如下: 通過計算，可知設計衰減器用的電阻R2，R3和R4分別為:9M，900K，100K

37、 控制檔位的開關是雙開關的，目地是能夠使單片機CPU自動識別檔位，即可用相應的檔位的數(shù)據(jù)轉換的算法計算出正確的電壓值。被測電壓輸入端，整理過的模擬電壓輸入端，開關與單片機的連接如圖所示。 7.3 A/D 轉換芯片與單片機的連接 此設計中選擇的是A/D轉換芯片的通道0，A/D芯片的數(shù)據(jù)輸入口連接單片機的P1.3口，數(shù)據(jù)輸出口連接單片機的P1.4口，芯片使能端連接單片機的 P1.5 口，脈沖端連接單片機的P1.6口。模塊連接如下圖所示。7.4 1602 液晶與單片機連接 此模塊液晶的 RS，RW 和E端分別連接單片機的 P1.2，P1.1 和 P1.0 口；液晶的數(shù)據(jù)各端口連接單片機的 P0 口。

38、具體如下圖所示。7.5 鍵盤與單片機的連接如下 此鍵盤的一端與單片機的 P2.0 口連接，一端接地。原理圖如下所示。該鍵盤的功能:當鍵盤被按下時，即可計算后5秒的平均電壓值。第八章 系統(tǒng)軟件的設計8.1 匯編語言和 C 語言的特點及選擇 本設計是硬件電路和軟件編程相結合的設計方案，選擇合適的編程語言是一個重要的環(huán)節(jié)。在單片機的應用系統(tǒng)程序設計時，常用的是匯編語言和C語言。匯編語言的特點是占用內存單元少，執(zhí)行效率高，執(zhí)行速度快。但它依賴于計算機硬件，程序可讀性和可移植性比較差。而C語言雖然執(zhí)行效率沒有匯編語言高，但語言簡潔，使用方便，靈活,運算豐富，表達化類型多樣化，數(shù)據(jù)結構類型豐富，具有結構化

39、的控制語句，程序設計自由度大，有很好的可重用性，可移植性等特點。由于現(xiàn)在單片機的發(fā)展已經達到了很高的水平，內部的各種資源相當?shù)呢S富，CPU的處理速度非常的快。用C語言來控制單片機無疑是一個理想的選擇。所以在本設計中采用C語言編寫軟件程序。8.2 主程序設計主程序設計包括以下方面: 按照硬件電路對單片機位定義。 編寫延時模塊程序。 編寫驅動 1602 液晶顯示模塊程序。 編寫驅動 A/D 轉換模塊程序。編寫鍵盤掃描模塊程序。 主程序的總體流程如下圖全部軟件程序如下:#include<reg52.h>#define uchar unsigned char #define uint un

40、signed int #define key_state0 0 /鍵盤掃描的各個狀態(tài) #define key_state1 1 #define key_state2 2 #define key_state3 3 sbit rs=P12;/1602 液晶寫命令/數(shù)據(jù)標志,0 時寫命令 sbit rw=P11;/1602 液晶寫入/讀出標志,0 時寫入數(shù)據(jù) sbit ep=P10; sbit input=P24; sbit output=P23; sbit cs=P25; sbit clk=P26; sbit key=P20; sbit flag_1=P13;/定義電壓表檔位相關標志 sbit f

41、lag_2=P14; sbit flag_3=P15; sbit flag_4=P16; uchar code tab0="V " /顯示的單位及有關的字符 uchar code tab1="MV" uchar code tab2="Power:" uchar code tab3="Aver_V:"/平均電壓值標志符 uchar t; void delay(int z)/延時函數(shù) int x,y; for(x=z;x>0;x-) for(y=10;y>0;y-); void write_com(ucha

42、r com)/往 1602 液晶寫命令函數(shù) rs=0; P0=com; delay(5); ep=1; delay(5); ep=0; void write_dat(uchar dat)/往 1602 液晶寫數(shù)據(jù)函數(shù) rs=1;P0=dat; delay(5); ep=1; delay(5); ep=0; void init_1602()/對 1602 液晶的初始化函數(shù) rs=0; rw=0; write_com(0x38); delay(1); write_com(0x0c); delay(1); write_com(0x06); delay(1); write_com(0x01); del

43、ay(1); void init_timer0()/定時計數(shù)器0初值化函數(shù), TMOD=0x01;/方式一 TH0=(65536-50000)/256;/每 50ms 中斷一次 TL0=(65536-50000)%256; IE=0x82;/打開中斷 TR0=0;/定時器首先不可工作 void display(uchar x,uchar y,uint dat)/顯示電壓值的函數(shù),x 行 y 列開始顯示 uint add; uchar i,a5; switch(x) case 0:add=0x80;break; case 1:add=0x80+0x40;break; add=add+y; wri

44、te_com(add); for(i=0;i<5;i+) ai=dat%10; dat=dat/10; write_dat(a4+0x30); write_dat(a3+0x30); write_dat(a2+0x30); write_dat('.'); write_dat(a1+0x30); write_dat(a0+0x30); void display_zifu(uchar x,uchar y,uchar *str)/顯示字符函數(shù),x 行 y 列開始顯示 uint add; switch(x) case 0:add=0x80;break; case 1:add=0x

45、80+0x40;break;add=add+y; write_com(add); while(*str!='0') write_dat(*str); uint read2543(unsigned char port) /2543轉換程序 unsigned int i; uint ad_value=0; clk=0; cs=0; eoc=1; port<<=4; for(i=0;i<12;i ) if(output) ad_value|=0x01; input=(bit)(port&0x80); clk=1; _nop_(); _nop_(); _nop

46、_(); clk=0; _nop_(); _nop_(); _nop_(); port=port<<1; ad_value=ad_value<<1; cs=1; ad_value=ad_value>>1; return ad_value; read_key()/當鍵盤按下時,計算后五秒的平均電壓值if(flag=0)delay (10);-imer0()interrupt1;if(t=20) t=0; flag+; if(flag=1) dat1=dat; if(flag=2) dat2=dat; if(flag=3) dat3=dat; if(flag=4

47、) dat4=dat; if(flag=5) dat5=dat; dat_aver=(dat1+dat2+dat3+dat4+dat5)/5; display(1,7,dat_aver); display_zifu(1,13,tab0); dat_aver=0; if(flag=8) flag=0; write_com(0x01); TR0=0; void main() long float dat; long float dat_aver,dat1,dat2,dat3,dat4,dat5;/定義 5 個隨機電壓值變量 uchar flag;/后五秒取隨機電壓的標志 init_timer0()

48、; init_1602();delay(10); while(1) dat=read2543(0x01); if(dat>=100)/當電壓值大于 1V 時,用 V 顯示,否則用 mV 顯示 display_zifu(0,1,tab2); display(0,7,dat); display_zifu(0,13,tab0); else display_zifu(0,1,tab2); display(0,7,dat*1000);display_zifu(0,13,tab1); read_key()； void timer0() interrupt 1/定時器中斷函數(shù) TH0=(65536-5

49、0000)/256;/重新放入初始值 TL0=(65536-50000)%256; t+; 第九章 系統(tǒng)的調試 完成了系統(tǒng)的硬件設計，制作和軟件編程之后，要使系統(tǒng)能夠按設計意圖正常運行。必須進行系統(tǒng)調試.調試分了硬件和軟件調試。 9.1 硬件調試 硬件調試的主要任務是排除硬件故障，其中包括設計的錯誤和工藝性故障等。 1. 檢查所設計的硬件電路板所有的器件和引腳是否正確，尤其是電源的連接是否正確。 檢查各總線是否有短路的故障，檢查開關/按鍵是否正常，是否連接正確，為了保護芯片，應先對各 IC 座電位進行檢查，確認無誤后再插入芯片。2. 將40芯片的仿真插頭插入單片機插座進行調試，檢查各接口是否滿足設計的要求，有正常的程序測試硬件電路的好壞。9.2 軟件調試 軟件調試的