直流電壓表的設(shè)計

1、目 錄一、設(shè)計要求2二、設(shè)計目的2三、設(shè)計的具體實現(xiàn) 21. 系統(tǒng)概述22. 單元電路設(shè)計33. 軟件程序設(shè)計14四、結(jié)論與展望22五、心得體會及建議23六、附錄23七、參考文獻24一設(shè)計要求設(shè)計一個由8051MCU組成的簡易直流電壓表系統(tǒng)。能夠測量一定范圍的電壓值，并以數(shù)字形式進行顯示。通過這個過程熟悉A/D轉(zhuǎn)換、鍵盤控制、串口通信和七段數(shù)碼管的使用，掌握51系列單片機控制和測試方法。設(shè)計以AT89C51單片機為核心，對電壓信號首先進行比例調(diào)節(jié)以滿足A/D的需要；設(shè)置按鍵用于調(diào)節(jié)不同的電壓檔位；用LED顯示測量得到的電壓值；設(shè)計通信接口電路以實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的傳送。完成基本要求，可以適當發(fā)揮進行

2、擴展設(shè)計。測量范圍0-200V10位模數(shù)轉(zhuǎn)換采樣結(jié)果通過LED數(shù)碼管顯示通過串行口與PC通信  二、設(shè)計目的(1)利用所學單片機的理論知識進行軟硬件整體設(shè)計，鍛煉學生理論聯(lián)系實際、提高我們的綜合應(yīng)用能力。 (2)我們這次的課程設(shè)計是以單片機為基礎(chǔ)，設(shè)計并開發(fā)直流電壓表。 (3)掌握各個接口芯片(如ADC0808等)的功能特性及接口方法，并能運用其實現(xiàn)一個簡單的微機應(yīng)用系統(tǒng)功能器件。三、設(shè)計的具體實現(xiàn)1.系統(tǒng)概述 直流電壓表是針對直流屏、太陽能光伏、蓄電池、電鍍、通信電源、直流電動工具等應(yīng)用場合設(shè)計的。該系列的直流電量儀表包含直流電流表、直流電壓表、安培小時計、電壓小時計、直流功率表、

3、直流電能表等。數(shù)字電壓表（Digital Voltmeter）簡稱DVM，它是采用數(shù)字化測量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量（直流輸入電壓）轉(zhuǎn)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，不能滿足現(xiàn)代測量的需求，采用單片機的數(shù)字電壓表，它的精度高、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，有各種單片A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)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)等智能測量領(lǐng)域，與此同時，也能把電量及非電量測量技術(shù)提高到嶄新水平。該系列產(chǎn)品是一種高精度的安裝式儀表.方案論證方案一：采用數(shù)字化測量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量（直流輸入電壓

4、）轉(zhuǎn)換成不連續(xù)離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。這種傳統(tǒng)的指針式電壓表功能單一精度低，不能滿足數(shù)字化時代的要求。方案二：采用單片機與AD轉(zhuǎn)換器設(shè)計一個數(shù)字電壓表，測量直流電壓值，四位數(shù)碼顯示。目前，由于各種單片A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)字電壓表，已被廣泛用于電子及電工測量，工業(yè)自動化儀表等測量領(lǐng)域，顯示出強大的生命力。從以上兩種方案，很容易看出，按系統(tǒng)功能實現(xiàn)要求，兩者相比較方案二的設(shè)計既簡單又實用，軟件設(shè)計也比較簡單同時也實現(xiàn)了功能要求，故采用方案二。T本系統(tǒng)主要包括三大模塊：轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊及顯示模塊。其中，A/D轉(zhuǎn)換采用ADC0808對輸入的模擬信號進行轉(zhuǎn)換，控制核心AT89C51再對轉(zhuǎn)換

5、的結(jié)果進行運算處理，最后驅(qū)動輸出裝置LED顯示數(shù)字電壓信號。總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示模擬電 壓AT89C51 單片機ADC0808轉(zhuǎn)換LED數(shù)字顯 示圖1 總體結(jié)構(gòu)框圖2.單元電路設(shè)計（1)各部分概述 A/D轉(zhuǎn)換器的設(shè)計 A/D轉(zhuǎn)換器具有抗干擾能力強的特點，在采用零點校準的前提下，其轉(zhuǎn)換精度也可以做得很高，但顯著的不足是轉(zhuǎn)換速度較慢，并且分辨率越高，其轉(zhuǎn)換速度也就越慢，因此本設(shè)計采用了A/D轉(zhuǎn)換器，可以較好的改善轉(zhuǎn)換速度慢的缺點，它的轉(zhuǎn)換速率分辨率的乘積比傳統(tǒng)的雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器提高至少兩個數(shù)量級。 單片機計數(shù)、控制電路設(shè)計 通過對A/D轉(zhuǎn)換器的方案分析，本設(shè)計采用的單片機編程實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，

6、脈沖的計數(shù)功能由單片機實現(xiàn)，所以對單片機的速度提出了較高的要求，基本要求分辨率為11位，轉(zhuǎn)換速度不低于2次/S，發(fā)揮部分要求分辨率15位，采用MCS-51單片機實現(xiàn)控制和脈沖計數(shù)，采用16MHZ晶振，完全能滿足分辨率15位和轉(zhuǎn)換速度2次/S的要求。顯示電路 顯示是電路采用數(shù)碼管顯示器，可顯示各種字體的數(shù)字、字母，還可以自定義內(nèi)容，增加了顯示的美觀性與直觀性，是重要的是提供了友好的人機界面。同時LED 8段數(shù)碼管有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種方式。靜態(tài)顯示方式的各位數(shù)碼管相互獨立，公共端恒定接地或接正電源。每一個字段都要獨占一條I/O口只要有斷碼輸出，顯示器就可以顯示出所要顯示的字符，如果CPU不改寫

7、，則一直保持下去。動態(tài)顯示方式下各位數(shù)碼管的段選線相應(yīng)并連在一起，由一個8位的I/O口控制；各位的為選線有另外的I/O口控制。（2）單元硬件電路本次設(shè)計是以單片機AT89C51芯片、A/D轉(zhuǎn)換器為核心設(shè)計了一個簡易的直流電壓測量電路，在硬件方面，通過一個可變電阻調(diào)節(jié)輸入電壓的變化來反映所檢測到的電壓變化。此變化的電壓通過ADC0808的一個通道（INO）送入并進行A/D轉(zhuǎn)換后再送入單片機AT89C51中進行處理，再轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的實際電壓值，最后通過四位LED數(shù)碼管顯示，精確到十分位，LED采用的是動態(tài)掃描顯示，使用74HC02P芯片進行驅(qū)動，軟件方面采用匯編編程。使得整個系統(tǒng)完成一個簡易的數(shù)字電

8、壓表的功能。輸入電壓電路輸入電路的作用是把不同量程的被測的電壓規(guī)范到A/D轉(zhuǎn)換器所要求的電壓值。衰減輸入電路如圖2所示 圖2衰減輸入電路 圖3量程切換開關(guān)本儀表設(shè)計的是0-1000V電壓，靈敏度高，所以只需衰減器，如圖2所示9M 900K 90K 和10K電阻構(gòu)成1/101/1001/1000的衰減器。衰減輸入電路可由開關(guān)來選擇不同的衰減率，從而切換檔位。AT89C51單片機AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）是低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。單

9、片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。外形及引腳排列如圖4所示：單片機最小系統(tǒng)主要由電源、復(fù)位、振蕩電路以及擴展部分等部分組成。最小系統(tǒng)原理圖如圖5所示。 圖4 AT89C51引腳圖 圖5最小系統(tǒng)電路圖接口分配電路設(shè)計如右圖6所示：VCC：供電電壓。 GND：接地。 圖6 單片機接口電路

10、P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/ 地址的第八位。在這里P0口作為輸入與輸出分別與ADC0808的輸出端和LCD顯示的輸入端相連，且P0外部被阻值為1K的電阻拉高。 P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P

11、2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。這里只用到了P2.0P2.3四個端口，其中P2.1P2.3都是作為輸出端口控制顯示電路的寄存器選擇、讀寫信號和使能端口。 P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，在這里用到了P3.3 /INT1（外部中斷1）、 P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存

12、儲器寫選通）、P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）。RST：復(fù)位輸入。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在

13、外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 A/D轉(zhuǎn)換器2.3.1概述 模數(shù)

14、轉(zhuǎn)換器即A/D轉(zhuǎn)換器，或簡稱ADC，通常是指一個將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號的電子元件。 通常的模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將一個輸入電壓信號轉(zhuǎn)換為一個輸出的數(shù)字信號。由于數(shù)字信號本身不具有實際意義，僅僅表示一個相對大小。故任何一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器都需要一個參考模擬量作為轉(zhuǎn)換的標準，比較常見的參考標準為最大的可轉(zhuǎn)換信號大小。而輸出的數(shù)字量則表示輸入信號相對于參考信號的大小。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器最重要的參數(shù)是轉(zhuǎn)換的精度，通常用輸出的數(shù)字信號的位數(shù)的多少表示。轉(zhuǎn)換器能夠準確輸出的數(shù)字信號的位數(shù)越多，表示轉(zhuǎn)換器能夠分辨輸入信號的能力越強，轉(zhuǎn)換器的性能也就越好。 A/D轉(zhuǎn)換一般要經(jīng)過采樣、保持、量化及編碼4個過程。在實際電路中，有些過

15、程是合并進行的，如采樣和保持，量化和編碼在轉(zhuǎn)換過程中是同時實現(xiàn)的。 一般來說，AD比DA貴，尤其是高速的AD，因為在某些特殊場合，如導(dǎo)彈的攝像頭部分要求有高速的轉(zhuǎn)換能力。一般那樣AD要上千美元。還有通過AD的并聯(lián)可以提高AD的轉(zhuǎn)換效率，多個AD同時處理數(shù)據(jù)，能滿足處理器的數(shù)字信號需求了。模數(shù)轉(zhuǎn)換過程包括量化和編碼。量化是將模擬信號量程分成許多離散量級，并確定輸入信號所屬的量級。編碼是對每一量級分配唯一的數(shù)字碼，并確定與輸入信號相對應(yīng)的代碼。最普通的碼制是二進制，它有2n個量級（n為位數(shù)）,可依次逐個編號。模數(shù)轉(zhuǎn)換的方法很多，從轉(zhuǎn)換原理來分可分為直接法和間接法兩大類。 直接法是直接將電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)

16、字量。它用數(shù)模網(wǎng)絡(luò)輸出的一套基準電壓，從高位起逐位與被測電壓反復(fù)比較，直到二者達到或接近平衡?？刂七壿嬆軐崿F(xiàn)對分搜索的控制，其比較方法如同天平稱重。先使二進位制數(shù)的最高位Dn-11，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后得到一個整個量程一半的模擬電壓VS，與輸入電壓Vin相比較，若Vin>VS,則保留這一位；若Vin<Vin，則Dn-10。然后使下一位Dn-21,與上一次的結(jié)果一起經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后與Vin相比較,重復(fù)這一過程，直到使D01，再與Vin相比較,由Vin>VS還是Vin<V 來決定是否保留這一位。經(jīng)過n次比較后，n位寄存器的狀態(tài)即為轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。這種直接逐位比較型（又稱反饋比較型）轉(zhuǎn)換器

17、是一種高速的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換精度很高，但對干擾的抑制能力較差，常用提高數(shù)據(jù)放大器性能的方法來彌補。它在計算機接口電路中用得最普遍。 間接法不將電壓直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字，而是首先轉(zhuǎn)換成某一中間量,再由中間量轉(zhuǎn)換成數(shù)字。常用的有電壓-時間間隔(V/T)型和電壓-頻率(V/F)型兩種，其中電壓-時間間隔型中的雙斜率法（又稱雙積分法）用得較為普遍。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的選用具體取決于輸入電平、輸出形式、控制性質(zhì)以及需要的速度、分辨率和精度。 用半導(dǎo)體分立元件制成的模數(shù)轉(zhuǎn)換器常常采用單元結(jié)構(gòu)，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，模數(shù)轉(zhuǎn)換器體積逐漸縮小為一塊模板、一塊集成電路 接口分配電路設(shè)計如圖7所示：IN0IN7為8路

18、模擬量輸入端，這里只接一路電壓信號，其輸入信號是由直流電源及可調(diào)電阻提供。 OUT1OUT8為8位二進制數(shù)字量 圖7 A/D轉(zhuǎn)換電路 輸出端，其另一端連接到AT89C51單片機進行數(shù)值轉(zhuǎn)換。 ADDA、ADDB、ADDC為3位片選地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。 ALE為地址鎖存允許信號，由單片機P3.6口寫信號與P2.0口相或取反輸入，高電平有效。 START為 AD轉(zhuǎn)換啟動脈沖輸入端，由單片機P3.6口寫信號與P2.0口相或取反輸入一個正脈沖使其啟動（脈沖上升沿使0808復(fù)位，下降沿啟動A/D轉(zhuǎn)換）。 EOC為 AD轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，當AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平取反給P3.3

19、口（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 OE為數(shù)據(jù)輸出允許信號，高電平有效。當AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端由單片機P3.7讀信號與P2.0口相或后取反輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。2.3.2 逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器原理逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器是由一個比較器、A/D轉(zhuǎn)換器、存儲器及控制電路組成。它利用內(nèi)部的寄存器從高位到低位一次開始逐位試探比較。轉(zhuǎn)換過程如下：開始時，寄存器各位清零，轉(zhuǎn)換時，先將最高位置1，把數(shù)據(jù)送入A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果與輸入的模擬量比較，如果轉(zhuǎn)換的模擬量比輸入的模擬量小，則1保留，如果轉(zhuǎn)換的模擬量比輸入的模擬量大，則1不保留，然后從第二位依次重復(fù)上述過程直至最低位，最后寄存

20、器中的內(nèi)容就是輸入模擬量對應(yīng)的二進制數(shù)字量。其原理框圖如圖8所示：順序脈沖發(fā)生器逐次逼近寄存器ADC電壓比較器輸入電壓輸入數(shù)字量圖8 逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器原理圖2.3.3 ADC0808 主要特性ADC0808是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，帶有使能控制端，與微機直接接口，片內(nèi)帶有鎖存功能的8路模擬多路開關(guān)，可以對8路0-5V輸入模擬電壓信號分時進行轉(zhuǎn)換，由于ADC0808設(shè)計時考慮到若干種模/數(shù)變換技術(shù)的長處，所以該芯片非常適應(yīng)于過程控制，微控制器輸入通道的接口電路，智能儀器和機床控制等領(lǐng)域5。ADC0808主要特性:8路8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位；具有鎖存控制的8路模擬開關(guān)；

21、易與各種微控制器接口；可鎖存三態(tài)輸出，輸出與TTL兼容；轉(zhuǎn)換時間：128s；轉(zhuǎn)換精度：0.2%；單個+5V電源供電；模擬輸入電壓范圍0- +5V，無需外部零點和滿度調(diào)整；低功耗，約15mW。2.3.4 ADC0808的外部引腳特征 ADC0808芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，其引腳圖如圖9所示。圖9 ADC0808引腳圖下面說明各個引腳功能:IN0-IN7（8條）：8路模擬量輸入線，用于輸入和控制被轉(zhuǎn)換的模擬電壓。地址輸入控制（4條）：ALE:地址鎖存允許輸入線，高電平有效，當ALE為高電平時，為地址輸入線，用于選擇IN0-IN7上那一條模擬電壓送給比較器進行A/D轉(zhuǎn)換。ADDA,AD

22、DB,ADDC:3位地址輸入線，用于選擇8路模擬輸入中的一路，其對應(yīng)關(guān)系如表1所示： 表1 ADC0808通道選擇表地址碼 對應(yīng)的輸入通道 C B A 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 START：START為“啟動脈沖”輸入法，該線上正脈沖由CPU送來，寬度應(yīng)大于100ns，上升沿清零SAR,下降沿啟動ADC工作。EOC: EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出線，該線上高電平表示A/D轉(zhuǎn)換已結(jié)束，數(shù)字量已鎖入三態(tài)輸出鎖存器。D1-D8：數(shù)字量輸出端，D1為高位。OE：OE為輸出允許端

23、，高電平能使D1-D8引腳上輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。REF+、REF-:參考電壓輸入量，給電阻階梯網(wǎng)絡(luò)供給標準電壓。Vcc、GND: Vcc為主電源輸入端，GND為接地端，一般REF+與Vcc連接在一起，REF-與GND連接在一起. CLK:時鐘輸入端。2.3.5 ADC0808的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作流程ADC0808由8路模擬通道選擇開關(guān)，地址鎖存與譯碼器，比較器，8位開關(guān)樹型A/D轉(zhuǎn)換器，逐次逼近型寄存器，定時和控制電路和三態(tài)輸出鎖存器等組成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖10所示。圖10 ADC0808的內(nèi)部結(jié)構(gòu)其中：（1）8路模擬通道選擇開關(guān)實現(xiàn)從8路輸入模擬量中選擇一路送給后面的比較器進行比較。（2）地址鎖存

24、與譯碼器用于當ALE信號有效時，鎖存從ADDA、ADDB、ADDC 3根地址線上送來的3位地址，譯碼后產(chǎn)生通道選擇信號，從8路模擬通道中選擇當前模擬通道。（3）比較器，8位開關(guān)樹型A/D轉(zhuǎn)換器，逐次逼近型寄存器，定時和控制電路組成8位A/D轉(zhuǎn)換器，當START信號有效時，就開始對當前通道的模擬信號進行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后，把轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量送到8位三態(tài)鎖存器，同時通過引腳送出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。（4）三態(tài)輸出鎖存器保存當前模擬通道轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量，當OE信號有效時，把轉(zhuǎn)換的結(jié)果送出。ADC0808的工作流程為：（1）輸入3位地址，并使ALE=1,將地址存入地址鎖存器中，經(jīng)地址譯碼器從8路模擬通道中選通1

25、路模擬量送給比較器。（2）送START一高脈沖，START的上升沿使逐次寄存器復(fù)位，下降沿啟動A/D轉(zhuǎn)換，并使EOC信號為低電平。（3）當轉(zhuǎn)換結(jié)束時，轉(zhuǎn)換的結(jié)果送入到輸出三態(tài)鎖存器中，并使EOC信號回到高電平，通知CPU已轉(zhuǎn)換結(jié)束。（4）當CPU執(zhí)行一讀數(shù)據(jù)指令時，使OE為高電平，則從輸出端D0-D7讀出數(shù)據(jù)。2.4.1 LED基本結(jié)構(gòu)LED是發(fā)光二極管顯示器的縮寫。LED由于結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、與單片機接口方便等優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用。LED顯示器是由若干個發(fā)光二極管組成顯示字段的顯示器件6。在單片機中使用最多的是七段數(shù)碼顯示器。LED七段數(shù)碼顯示器由8個發(fā)光二極管組成顯示字段，其中7個長條形的

26、發(fā)光二極管排列成“日”字形，另一個圓點形的發(fā)光二極管在顯示器的右下角作為顯示小數(shù)點用，其通過不同的組合可用來顯示各種數(shù)字。LED引腳排列如下圖11所示:圖11 LED引腳排列2.4.2 LED顯示器的選擇在應(yīng)用系統(tǒng)中，設(shè)計要求不同，使用的LED顯示器的位數(shù)也不同，因此就生產(chǎn)了位數(shù)，尺寸，型號不同的LED顯示器供選擇，在本設(shè)計中，選擇4位一體的數(shù)碼型LED顯示器，簡稱“4-LED”。本系統(tǒng)中前一位顯示電壓的整數(shù)位，即個位，后兩位顯示電壓的小數(shù)位。4-LED顯示器引腳如圖12所示，是一個共陰極接法的4位LED數(shù)碼顯示管，其中a，b，c，e，f，g為4位LED各段的公共輸出端，1、2、3、4分別是每

27、一位的位數(shù)選端，dp是小數(shù)點引出端，4位一體LED數(shù)碼顯示管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由4個單獨的LED組成，每個LED的段輸出引腳在內(nèi)部都并聯(lián)后，引出到器件的外部。圖12 4位LED引腳對于這種結(jié)構(gòu)的LED顯示器，它的體積和結(jié)構(gòu)都符合設(shè)計要求，由于4位LED陰極的各段已經(jīng)在內(nèi)部連接在一起，所以必須使用動態(tài)掃描方式（將所有數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一起，用一個I/O接口控制）顯示。2.4.3 LED譯碼方式譯碼方式是指由顯示字符轉(zhuǎn)換得到對應(yīng)的字段碼的方式，對于LED數(shù)碼管顯示器，通常的譯碼方式有硬件譯碼和軟件譯碼方式兩種。硬件譯碼是指利用專門的硬件電路來實現(xiàn)顯示字符碼的轉(zhuǎn)換。軟件譯碼就是編寫軟件譯碼程序，通過譯碼

28、程序來得到要顯示的字符的字段碼，譯碼程序通常為查表程序。本設(shè)計系統(tǒng)中為了簡化硬件線路設(shè)計，LED譯碼采用軟件編程來實現(xiàn)。由于本設(shè)計采用的是共陰極LED，其對應(yīng)的字符和字段碼如下表2所示。表2 共陰極字段碼表顯示字符共陰極字段碼03FH106H25BH34FH466H56DH67DH707H87FH96FH2.4.4 LED顯示器與單片機接口設(shè)計由于單片機的并行口不能直接驅(qū)動LED顯示器，所以，在一般情況下，必須采用專用的驅(qū)動電路芯片，使之產(chǎn)生足夠大的電流，顯示器才能正常工作。如果驅(qū)動電路能力差，即負載能力不夠時，顯示器亮度就低，而且驅(qū)動電路長期在超負荷下運行容易損壞，因此，LED顯示器的驅(qū)動電

29、路設(shè)計是一個非常重要的問題。為了簡化數(shù)字式直流電壓表的電路設(shè)計，在LED驅(qū)動電路的設(shè)計上，可以利用單片機P0口上外接的上拉電阻來實現(xiàn)，即將LED的A-G段顯示引腳和DP小數(shù)點顯示引腳并聯(lián)到P0口與上拉電阻之間，這樣，就可以加大P0口作為輸出口德驅(qū)動能力，使得LED能按照正常的亮度顯示出數(shù)字，如圖13所示。圖13 LED與單片機接口間的設(shè)計3軟件程序設(shè)計（1）系統(tǒng)軟件設(shè)計進行的整體操作流程方案，總體流程圖和A/D轉(zhuǎn)化流程圖最大的不同就在：總體流程圖是將總體控制電路的運行步驟，而A/D轉(zhuǎn)化流程圖是局部中斷運行方式，兩種控制功能融合在一起，是考慮到可以實現(xiàn)全部功能的原因，且原理簡單。如此設(shè)計，其優(yōu)點

30、在于：設(shè)計思想比較簡單，較容易組裝電路?；蛘呤牵B線方便、一清二楚，不容易出錯。要顯示電路的優(yōu)勢，則勢必形成各門電路使用。引導(dǎo)顯示電路的穩(wěn)定性，抗干擾能力增強。主程序的內(nèi)容包括：起始地址、中斷服務(wù)程序的起始地址、有關(guān)內(nèi)存單元及相關(guān)部件的初始化和一些子程序的調(diào)用等。根據(jù)設(shè)計要求，設(shè)計出如圖所示的主程序流程圖。A/D轉(zhuǎn)換子程序設(shè)計： A/D轉(zhuǎn)換程序的功能是采集數(shù)據(jù)，在整個系統(tǒng)設(shè)計中占有很高的地位。當系統(tǒng)置好后，單片機掃描轉(zhuǎn)換結(jié)束管腳P3.7的輸入電平狀態(tài)，當輸入為高電平則轉(zhuǎn)換完成，將轉(zhuǎn)換的數(shù)值顯示輸出。若輸入為低電平，則繼續(xù)掃描。程序流程圖如下圖所示。（2）程序COM EQU 50H ; 指令寄存

31、器DAT EQU 51H ; 數(shù)據(jù)寄存器RS EQU P2.1 ; LCD寄存器選擇信號RW EQU P2.2 ; LCD讀/寫選擇信號E EQU P2.3 ; LCD使能信號 ORG 0000H LJMP MAIN ;主程序入口 ORG 000BH LJMP BT0 ;T0中斷入口 ORG 0030H ;主程序,初始化MAIN: MOV SP,#60H LCALL INT MOV 30H,#30H MOV 31H,#30H MOV 32H,#0A5H MOV 33H,#30H MOV 34H,#30H MOV R7,#30H LCALL N1 ;顯示 Voltage = 00.00MOV T

32、MOD,#00H ;定時器T0設(shè)為方式0MOV TH0,#00h ;裝入定時常數(shù)MOV TL0,#00hSETB TR0 ;啟動T0MOV 24h, #03h ;裝入T0中斷次數(shù)MOV IE,#82H ;開中斷LP: MOV R7,#30H ;顯示緩沖區(qū)首地址LCALL DISPLYSJMP LP ;循環(huán)顯示DISPLY: MOV COM,#0CAH ;設(shè)置數(shù)據(jù)起始地址（第而行第10位） LCALL PR1 MOV R1,#05H MOV R0,#30Hl: MOV DAT,r0 LCALL PR2 INC R0 DJNZ R1,l RET;1. 逐字依次輸入方式演示程序段N1:MOV COM

33、,#01H ;清屏 LCALL PR1 MOV COM,#06H ;設(shè)置輸入方式 LCALL PR1 MOV COM,#081H ;設(shè)置數(shù)據(jù)起始地址（第一行地二位） LCALL PR1 MOV DPTR,#TAB1 MOV R2,#0EH MOV R3,#00HWRIN1: MOV A,R3 MOVC A,A+DPTR MOV DAT,A LCALL PR2 INC R3 DJNZ R2,WRIN1 MOV COM,#0C1H ;設(shè)置數(shù)據(jù)起始地址（第二行地二位） LCALL PR1 MOV DPTR,#TAB2 MOV R2,#9 MOV R3,#00HWRIN2: MOV A,R3 MOVC

34、 A,A+DPTR MOV DAT,A LCALL PR2 INC R3 DJNZ R2,WRIN2 RETTAB1: DB "VOLTAGE= " LCD間接控制方式下的初始化子程序INT:LCALL DELAY ; 調(diào)延時子程序MOV COM,#38H ; 設(shè)置工作方式（2行，8位數(shù)據(jù)）LCALL PR1MOV COM,#01H ; 清屏LCALL PR1MOV COM,#06H ; 設(shè)置輸入方式LCALL PR1MOV COM,#0CH ; 設(shè)置顯示方式LCALL PR1RETDELAY:MOV R6,#0FH ; 延時子程序MOV R7,#00HDELAY1: NO

35、P NOPDJNZ R7,DELAY1DJNZ R6,DELAY1RET;LCD間接控制方式的驅(qū)動子程序如下;1 讀BF和AC值PR0: PUSH ACC MOV P0,#0FFH ; P0置位, 準備讀 CLR RS ; RS=0 SETB RW; R/W=1 SETB E ; E=1 LCALL DELAY MOV COM,P0 ; 讀BF和AC6-4值 CLR E ; E=0 POP ACC RET;2 寫指令代碼子程序PR1: PUSH ACC CLR RS ; RS=0 SETB RW ; R/W=1PR11:MOV P0,#0FFH; P0置位, 準備讀 SETB E ; E=1

36、LCALL DELAY NOP MOV A,P0 CLR E JB ACC.7,PR11;BF=1? CLR RW; R/W=0 MOV P0,COM SETB E ; E=1 CLR E ; E=0; E=0 POP ACC RET;3 寫顯示數(shù)據(jù)子程序PR2:PUSH ACC CLR RS ; RS=0 SETB RW; R/W=1PR21:MOV P0,#0FFH SETB E ; E=1 LCALL DELAY MOV A,P0 ; 讀BF和AC6-4值 CLR E ; E=0 JB ACC.7,PR21 SETB RS CLR RW MOV P0,DAT; 寫入數(shù)據(jù) SETB E C

37、LR E POP ACC RET;4 讀顯示數(shù)據(jù)子程序PR3:PUSH ACC CLR RS ; RS=0 SETB RW; R/W=1PR31:MOV P0,#0FFH ; P0置位, 準備讀 SETB E ; E=1 LCALL DELAY MOV A,P0 ; 讀BF和AC6-4值 CLR E ; E=0 JB ACC.7,PR31 SETB RS SETB RW; R/W=1 MOV P0,#0FFH ; 讀數(shù)據(jù) SETB E ; E=1 MOV DAT,P0 CLR E ; E=0 POP ACC RET; 定時器T0中斷服務(wù)程序，讀取ADC0809第0通道的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果并化為顯示

38、值BT0: PUSH ACC ;保護現(xiàn)場PUSH PSWMOV PSW,#08HCLR TR0 ;停止T0MOV TH0,#00h ;重裝定時常數(shù)MOV TL0,#00hMOV DPTR,#0F6FFH ;0809端口地址MOV A,#0 ;0通道MOVX DPTR,A ;啟動0809MOV R7,#0FFH ;等待A/D轉(zhuǎn)換完DJNZ R7,$MOVX A,DPTR ;讀0809轉(zhuǎn)換結(jié)果 MOV B,#03H ;將轉(zhuǎn)換的值除以3再累加，存入40H中 DIV AB ADD A,40H MOV 40H,A MOV A,B ;將除以3后的余數(shù)累加放入41H中 ADD A,41H MOV 41H,A

39、 DEC 24h ;3次中斷未到則返回MOV A,24HJNZ RNT1 MOV 24h,#03h ;重裝中斷次數(shù) MOV A,41H ;將累加的余數(shù)再除3后相加 DIV AB ADD A,40H MOV 40H,#0 ;清零累加數(shù) MOV 41H,#0RTN: MOV B,#0fh ;A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果化為顯示值 MUL AB ;(AD*5)/256 MOV R0,A MOV A,B MOV B,R0 MOV R0,A ADD A,#246 MOV A,R0 MOV 30H,#00H JNC LOOP ADD A,#06H MOV 30H,#01HLOOP: MOV 31H,A ;AD*5的高字

40、節(jié)為整數(shù)部分 MOV A,B MOV B,#0AH MUL AB ;AD*5的低字節(jié)為/256的結(jié)果，為小數(shù)部分 MOV 33H,B ;二進制小數(shù)換為10進制數(shù) MOV B,#0AH MUL AB MOV 34H,B LJMP RTN1RTN1: SETB TR0 ORL 30H,#30H ORL 31H,#30H MOV 32H,#0A5H ;小數(shù)點 ORL 33H,#30H ORL 34H,#30H POP PSWPOP ACCRETI END（3）仿真1.打開WAVE 6000 軟件，菜單欄選擇“文件”中的“新建文件”，在彈出的窗口中編寫程序，然后保存后綴為“*.asm”的程序。2.菜單

41、欄選擇“項目”中的“編譯”，如果程序無誤即編譯成功，否則修改程序直至編譯成功。3.打開Proteus軟件，新建文件FileNew Design，同樣在彈出的原理圖編輯窗口中繪制原理圖，然后保存。4.加載程序，選擇SourceAdd/Remove Source Files，在彈出的對話框中點擊“New”選擇在WAVE 6000軟件中編寫保存的程序如“*.asm”，點擊“OK”即加載成功。5.在Proteus軟件中的左下方點擊圖標仿真調(diào)試開始，即可看到仿真調(diào)試的結(jié)果。四、結(jié)論與展望基于單片機的直流數(shù)字電壓表使用性能好、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、外接元件少。在實際應(yīng)用工作中適應(yīng)性強，測量電壓準確，精度高。系統(tǒng)功能、指標達到了課題的預(yù)期要求、系統(tǒng)在硬件設(shè)計上充分考慮了可擴展性，經(jīng)過一定的改造，可以增加功能。本文設(shè)計主要實現(xiàn)了簡易數(shù)字直流電壓表測量電壓的功能，詳細說明了從原理圖的設(shè)計、電路圖的仿真再到軟件的調(diào)試。通過本次設(shè)計，我