基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)

1、.摘要：在電路設(shè)計(jì)中我們時(shí)常會(huì)用到電壓表，過(guò)去大部分電壓表還是模擬的，雖然精度較高但模擬電壓表采用用指針式，里面是磁電或電磁式結(jié)構(gòu)，所以響應(yīng)較慢。為適應(yīng)許多高速信號(hào)領(lǐng)域目前已廣泛使用數(shù)字電壓表。本設(shè)計(jì)是基于Atmel51單片機(jī)開(kāi)發(fā)平臺(tái)和自動(dòng)控制原理的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的一種數(shù)字電壓表系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用Atmel89C52單片機(jī)作為控制核心，以ADC0809為數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)被測(cè)電壓的數(shù)據(jù)采樣；使用系列比較器檢測(cè)輸入電壓的圍，并通過(guò)繼電器陣列實(shí)現(xiàn)了輸入量程的自動(dòng)轉(zhuǎn)換；使用共陰極數(shù)碼管顯示被測(cè)電壓。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)、電壓檢測(cè)、模數(shù)轉(zhuǎn)換、Abstract:In circuit design, we often

2、 use voltage meter，Over the past most of the voltage meter or a simulation，Although high precision analog voltage used in the table, but with the pointer, which is a magnetic or electromagnetic structure，so the slow responseTo meet the many areas of high-speed signal has been widely used digital vol

3、tmeterThe design is based on Atmel51 microcontroller development platform and automatic control based on the principle of a digital voltage meter systemThe system uses Atmel89C52 microcontroller as the control core, ADC0809 for the sampled data system, data sampling to achieve the measured voltage；S

4、eries compared with the range of detected voltage, and relay array to achieve through the automatic conversion of the input range; using common cathode LED display the measured voltageKey words: Single Chip Micyoco、Voltage detection、Analog Digital Conversion目錄摘要1第一章引言3第二章開(kāi)發(fā)平臺(tái)Keil42.1 系統(tǒng)概述42.2 整體架構(gòu)5第

5、三章硬件設(shè)計(jì)思想和原理圖63.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖63.2 單片機(jī)系統(tǒng)73.3 AD轉(zhuǎn)換電路83.4信號(hào)調(diào)理模塊9第四章軟件設(shè)計(jì)與流程104.1 程序流圖錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。4.2 功能介紹10第五章軟件仿真及測(cè)試數(shù)據(jù)115.1 仿真結(jié)果11參考文獻(xiàn)12附錄13第一章引言電子電壓表主要用于測(cè)量各種高、低頻信號(hào)電壓，它是電子測(cè)量中使用最廣泛的儀器之一。根據(jù)測(cè)量結(jié)果的顯示方式及測(cè)量原理不同，電壓測(cè)量?jī)x器可分為兩大類(lèi)：模擬式電壓表(AVM）和數(shù)字式電壓表（DVM）。模擬式電壓表是指針式的，多用磁電式電流表作為指示器，并在表盤(pán)上刻以電壓刻度。數(shù)字式電壓表首先將模擬量經(jīng)模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字量，然后

6、用電子計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，并以十進(jìn)制數(shù)字顯示被測(cè)電壓值。眾所周知，模擬電壓表精度較高，曾經(jīng)有很廣闊的市場(chǎng)，現(xiàn)在依然有不少工程師依然在使用模擬電壓表。的確模擬電壓表在顯示測(cè)量值方面精度校準(zhǔn)，然而卻也存在問(wèn)題。模擬電壓表采用用指針式，里面是磁電或電磁式結(jié)構(gòu)，所以其響應(yīng)速度較慢。然而在高速發(fā)展的當(dāng)今社會(huì)，高速信號(hào)處理的需求越來(lái)越多，由于模擬電壓表響應(yīng)速度較慢已經(jīng)不適用與高速信號(hào)領(lǐng)域，取而代之的將是數(shù)字電壓表。但數(shù)字電壓表由于存在采樣誤差，精度不是很高。不過(guò)目前可以通過(guò)技術(shù)手段來(lái)縮小誤差。使其精度達(dá)到與模擬電壓表一樣精確甚至更高?？梢?jiàn)將來(lái)數(shù)字電壓表必將取代模擬電壓表?，F(xiàn)在有越來(lái)越多的數(shù)字測(cè)量?jī)x器的出現(xiàn)但原理皆

7、與數(shù)字電壓表殊途同歸，因此研究數(shù)字電壓表有著很大現(xiàn)實(shí)意義。第二章開(kāi)發(fā)平臺(tái)KeilKeil C51是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。2.1 系統(tǒng)概述Keil軟件是目前最流行開(kāi)發(fā)MCS-51系列單片機(jī)的軟件，這從近年來(lái)各仿真機(jī)廠商紛紛宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在的完整開(kāi)

8、發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起。運(yùn)行Keil軟件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空閑的硬盤(pán)空間、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。掌握這一軟件的使用對(duì)于使用51系列單片機(jī)的愛(ài)好者來(lái)說(shuō)是十分必要的，如果你使用C語(yǔ)言編程，那么Keil幾乎就是你的不二之選（目前在國(guó)你只能買(mǎi)到該軟件、而你買(mǎi)的仿真機(jī)也很可能只支持該軟件），即使不使用C語(yǔ)言而僅用匯編語(yǔ)言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強(qiáng)大的軟件仿真調(diào)試工具也會(huì)令你事半功倍。2.2 整體架構(gòu)C51工具包的整體結(jié)構(gòu)較為豐富，其中uVision與Ishell分別是C51

9、for Windows和for Dos的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開(kāi)發(fā)流程。開(kāi)發(fā)人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。然后分別由C51及C51編譯器編譯生成目標(biāo)文件(.OBJ)。目標(biāo)文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫(kù)文件，也可以與庫(kù)文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對(duì)目標(biāo)文件(.ABS)。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的Hex文件，以供調(diào)試器dScope51或tScope51使用進(jìn)行源代碼級(jí)調(diào)試，也可由仿真器使用直接對(duì)目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫(xiě)入程序存貯器如EPROM中。使用獨(dú)立的Keil仿真器時(shí)，注意事項(xiàng)） 仿真器標(biāo)配11.0592MHz的晶振，但

10、用戶(hù)可以在仿真器上的晶振插孔中換插其他頻率的晶振。） 仿真器上的復(fù)位按鈕只復(fù)位仿真芯片，不復(fù)位目標(biāo)系統(tǒng)。） 仿真芯片的31腳（/EA）已接至高電平，所以仿真時(shí)只能使用片ROM，不能使用片外ROM；但仿真器外引插針中的31腳并不與仿真芯片的31腳相連，故該仿真器仍可插入到擴(kuò)展有外部ROM（其CPU的/EA引腳接至低電平）的目標(biāo)系統(tǒng)中使用。第三章硬件設(shè)計(jì)思想和原理圖3.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖本系統(tǒng)采樣Atmel89C52單片機(jī)作為控制核心，以ADC0809為數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)被測(cè)電壓的數(shù)據(jù)采樣；使用系列比較器檢測(cè)輸入電壓的圍，用共陰極數(shù)碼管顯示結(jié)果。 顯示電路 輸入電壓 51單片機(jī) 極性檢測(cè) AD轉(zhuǎn)

11、換 電壓檢測(cè)3.2 單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)包括復(fù)位電路，晶振電路，電源電路，仿真時(shí)需搭建復(fù)位電路和晶振電路。晶振電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)如下所示，其中P1口用于驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，P0口用于接收ADC0809轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)。P2口用于控制ADC0809。單片機(jī)最小系統(tǒng)：3.3 AD轉(zhuǎn)換電路利用ADC0809作為AD數(shù)據(jù)采樣器件, ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式AD轉(zhuǎn)換器它由8路模擬開(kāi)關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開(kāi)關(guān)樹(shù)型DA轉(zhuǎn)換器、逐次逼近。ADC0809的工作過(guò)程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近

12、寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng) AD轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到AD轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖剑甘続D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng)OE輸入高電平時(shí)，輸出三態(tài)門(mén)打開(kāi)，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。ADC0809各個(gè)管教功能：IN0IN7：8路模擬量輸入端。2-12-8：8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(hào)，輸入，高電平有效。START： AD轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，輸入，高電平有效。EOC： AD轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng)AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）

13、。OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng)AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開(kāi)輸出三態(tài)門(mén)，輸出數(shù)字量。CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ。REF（+）、REF（-）：基準(zhǔn)電壓。Vcc：電源，單一5V。GND：地。ADC0809與單片機(jī)的連接。3.4信號(hào)調(diào)理模塊該部分主要實(shí)現(xiàn)的功能是自動(dòng)量程切換和電壓變換，模塊主要由電壓極性檢測(cè)電路、電壓圍粗測(cè)電路、電壓變換電路三部分組成。電壓極性檢測(cè)電路電壓極性檢測(cè)電路采用過(guò)零比較器檢測(cè)負(fù)電壓的方式實(shí)現(xiàn)的，運(yùn)算放大器LM324的反向端接地，同向端通過(guò)100K電阻接輸入信號(hào)。電壓圍粗測(cè)電路為了粗略地得到被測(cè)量的電壓圍我們采用多組比

14、較器的方式，通過(guò)階梯式比較的方法確定輸入電壓的圍。量程切換電路電路由衰減電阻、切換繼電器和運(yùn)算放大器組成，對(duì)應(yīng)的是衰減1/2、1/3、1/4和無(wú)零漂放大50倍，切換電路如圖所示。電壓變換到0-5V標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)后，再由A/D轉(zhuǎn)換進(jìn)行采樣，最后由單片機(jī)算法還原。第四章軟件設(shè)計(jì)與流程4.1 程序流圖軟件部分采用模塊化程序設(shè)計(jì)的方法，由單片機(jī)控制主程序、A/D轉(zhuǎn)換子程序、電壓檢測(cè)及繼電器控制程序、液晶顯示組成。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)是在KeilC編譯環(huán)境下進(jìn)行的，由于C語(yǔ)言程序可移植性好，所以提高了編程的效率。軟件程序流程圖：4.2 功能介紹P0首先接收數(shù)據(jù)，據(jù)此控制PC6,PC7實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換，保證正電壓輸出。PB

15、0,PB1,PB2,PB3,PA6的輸入值通過(guò)PA1,PA2,PA3,PA4,PA5控制繼電器1，2，3，4，5實(shí)現(xiàn)電壓增減并輸入A/D轉(zhuǎn)換器MAX187進(jìn)行測(cè)量。最后輸入PB4,PB6,PB7并由輸入數(shù)碼管顯示。第五章軟件仿真及測(cè)試數(shù)據(jù)5.1 仿真結(jié)果將寫(xiě)好的程序下載到仿真軟件中的單片機(jī)中，點(diǎn)擊運(yùn)行，觀察數(shù)碼管顯示數(shù)值與圖中輸入電壓進(jìn)行比較。理解其誤差有多大。由于仿真軟件缺少相應(yīng)器材，故而未能進(jìn)行徹底仿真?？傮w電路圖：參考文獻(xiàn)：1馬潮詹衛(wèi)前耿德根編Atmel51原理及應(yīng)用手冊(cè)清華大學(xué)2譚浩強(qiáng)編C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)（第二版）清華大學(xué)3馬潮編AVR單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用實(shí)踐航空航天大學(xué)附錄主程序：

16、*include<reg52.h>Unsignedcharcode dispbitcode=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;unsigned char dispbuf4;unsigned int i;unsigned int j;unsigned char getdata;unsigned int temp;unsigned int temp1;unsigned char count;unsigned char d;sbit ST=P30;sbit OE=P31;sbit EOC=P32;sbit CLK=P33;

17、sbit P20=P20;sbit P21=P21;sbit P22=P22;sbit P23=P23;sbit P17=P17;void TimeInitial();void Delay(unsigned int i);void TimeInitial() TMOD=0x10; TH1=(65536-200)/256; TL1=(65536-200)%256; EA=1; ET1=1; TR1=1; void Delay(unsigned int i) unsigned int j; for(;i>0;i-) for(j=0;j<125;j+) ; void Display()

18、P1=dispbitcodedispbuf3; P20=0; P21=1; P22=1; P23=1; Delay(10); P1=0x00; P1=dispbitcodedispbuf2; P17=1; P20=1; P21=0; P22=1; P23=1; Delay(10); P1=0x00; P1=dispbitcodedispbuf1; P20=1; P21=1; P22=0; P23=1; Delay(10); P1=0x00; P1=dispbitcodedispbuf0; P20=1; P21=1; P22=1; P23=0; Delay(10); P1=0x00;void main(