基于單片機(jī)的簡易數(shù)字電壓表的設(shè)計

1、基于單片機(jī)的簡易數(shù)字電壓表的設(shè)計目錄 內(nèi)容摘要2第1章 數(shù)字電壓表簡介31.1數(shù)字電壓表的介紹31.2 數(shù)字電壓表的基本結(jié)構(gòu)及工作原理31.3 數(shù)字電壓表的發(fā)展趨勢3第2章單片機(jī)的概述42.1單片機(jī)簡介42.2 單片機(jī)的特點(diǎn)52.3 單片機(jī)的應(yīng)用5第3章MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)63.1MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)63.1.1內(nèi)部結(jié)構(gòu)概述63.1.2 CPU結(jié)構(gòu)63.1.3 存儲器和特殊功能寄存器73.2 P0-P3口結(jié)構(gòu)73.3 時鐘電路和復(fù)位電路.83.3.1時鐘電路83.3.2 單片機(jī)的復(fù)位狀態(tài).8第4章硬件電路的設(shè)計及原理圖94.1A/D接口技術(shù)94.2 LED 數(shù)碼管顯示器1

2、14.2.1LED數(shù)碼顯示器結(jié)構(gòu)114.2.2 LED數(shù)碼管的原理與接口124.3 AT89S52芯片的簡介124.4 硬件系統(tǒng)的整體框圖.144.5 總原理圖15第5章 軟件編程15后記17參考文獻(xiàn)17附錄18內(nèi)容摘要本報告介紹了基于AT89S52單片機(jī)為核心的、以AD0809數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片采樣、以1602液晶屏顯示的具有電壓測量功能的具有一定精度的數(shù)字電壓表。在實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)功能要求之上擴(kuò)展了串口通訊、時鐘功能、高壓報警、短路測試、電阻測量、交流電壓峰峰值和周期測試等功能，使系統(tǒng)達(dá)到了良好的設(shè)計效果和要求。關(guān)鍵詞：AT89S52單片機(jī)，模數(shù)轉(zhuǎn)換，液晶顯示，擴(kuò)展功能ABSTRACT：The repo

3、rt describes the AT89S52 based on the microcontroller as the core, AD0809 digital-to-analog converter chip sampling, to 1602 LCD display with voltage measurement function with a certain precision of digital voltage meter. In achieving functional requirements based upon the expansion of serial commun

4、ications, high-pressure alarm, short circuit, electrical resistivity measurement, AC voltage and the peak of cycle testing and other functions, allowing the system to achieve good results and the design requirements.Keywords : AT89S52 SCM，analog-to-digital，conversion functions LCD，expansion 設(shè)計目的自動化專

5、業(yè)的專業(yè)實(shí)踐課程。本課程的任務(wù)是使學(xué)生通過“簡易數(shù)字電壓表的設(shè)計”的設(shè)計過程，綜合所學(xué)課程，掌握目前自動化儀表的一般設(shè)計要求，工程設(shè)計方法，開發(fā)及設(shè)計工具的使用方法，通過這一設(shè)計實(shí)踐過程，鍛煉學(xué)生的動手能力和分析，解決問題的能力；積累經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)按部就班，一絲不茍的工作個對所學(xué)知識的綜合應(yīng)用能力。設(shè)計任務(wù)及要求 設(shè)計電壓表并實(shí)現(xiàn)簡單測量。具有以下基本功能：可以測量05V的8路輸入電壓值；可在四位LED數(shù)碼管上輪流顯示或單路選擇顯示；測量最小分辨率為0.019V；.測量誤差約為±0.02V；帶有一定的擴(kuò)展功能；第1章 數(shù)字電壓表簡介1.1數(shù)字電壓表的介紹 數(shù)字電壓表（Digital Vo

6、ltmeter）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。1.2 數(shù)字電壓表的基本結(jié)構(gòu)及工作原理 數(shù)字電壓表是諸多數(shù)字化儀表的核心與基礎(chǔ),電壓表的數(shù)字化是將連續(xù)的模擬量如直流電壓轉(zhuǎn)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(jìn)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(nèi)部核心部件是A/D轉(zhuǎn)換器, 轉(zhuǎn)換器的精度很大程度上影響著數(shù)字電壓表的準(zhǔn)確度,數(shù)字式電壓表是由高阻抗電壓表頭與分壓電路組成的。 1.各部分的功能位A/D轉(zhuǎn)換器：將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。基準(zhǔn)電源：提供精密電壓，供A/

7、D轉(zhuǎn)換器作參考電壓。譯碼器：將二-十進(jìn)制（BCD）碼轉(zhuǎn)換成七段信號。驅(qū)動器：驅(qū)動顯示器的a、b、c、d、e、f、g七個發(fā)光段，驅(qū)動發(fā)光數(shù)碼管（LED）進(jìn)行顯示。顯示器：將譯碼輸出的七段信號進(jìn)行數(shù)字顯示，讀出A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。2電路工作數(shù)字電壓表通過位選信號進(jìn)行動態(tài)掃描顯示，由于MC1433電路的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果是采用BCD碼多路調(diào)制方法輸出，只要配上一塊譯碼器，就可以將轉(zhuǎn)換結(jié)果以數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)四位數(shù)字的LED發(fā)光數(shù)碼管動態(tài)掃描顯示。輸出多路調(diào)制選通脈沖信號，選通脈沖為高電平，則表示對應(yīng)的數(shù)位被選通，此時該位數(shù)據(jù)在端輸出。每個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

8、周期。和的時序關(guān)系是在脈沖結(jié)束后，緊接著是輸出正脈沖。以下依次為、和。其中對應(yīng)最高位（），則對應(yīng)最低位（）。在對應(yīng)、和選通期間，輸出BCD全位數(shù)據(jù)，即以8421碼方式輸出對應(yīng)的數(shù)字09。在選通期間，輸出千位的半位數(shù)0或1及過量程、欠量程和極性標(biāo)志信號。1.3 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(jī)的數(shù)字電壓表，由精度高、抗干擾能力強(qiáng)，可擴(kuò)展性強(qiáng)、集成方便，還可與PC進(jìn)行實(shí)時通信。目前，由各種單片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)等智能化測量領(lǐng)域，示出強(qiáng)大的生命力。與此同時，由DVM擴(kuò)展而

9、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(shù)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(chǔ),電壓表的數(shù)字化是將連續(xù)的模擬量如直流電壓轉(zhuǎn)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(jìn)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(nèi)部核心部件是A/D轉(zhuǎn)換器, 轉(zhuǎn)換器的精度很大程度上影響著數(shù)字電壓表的準(zhǔn)確度,本文A/D轉(zhuǎn)換器采用ADC0809對輸人模擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換, 控制核心AT89C51再對轉(zhuǎn)換的結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算和處理,最后驅(qū)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

10、歐以上，滿量程時所流經(jīng)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(jīng)的電流與量程有關(guān)，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(dāng)前電子、電工、儀器、儀表和測量領(lǐng)域大量使用的一種基本測量工具有關(guān)數(shù)字電壓表的書籍和應(yīng)用已經(jīng)非常普及了。 數(shù)字電壓表的設(shè)計和開發(fā),已經(jīng)有多種類型和款式。傳統(tǒng)的數(shù)字電壓表各有特點(diǎn),它們適合在現(xiàn)場做手工測量,要完成遠(yuǎn)程測量并要對測量數(shù)據(jù)做進(jìn)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(jù)的傳遞,又可借助PC,做測量數(shù)據(jù)的處理。所以這種類型的數(shù)字電壓表無論在功能和實(shí)際上,都具有傳統(tǒng)數(shù)字電壓表無法比擬的

11、特點(diǎn),這使得它的開發(fā)和應(yīng)用具有良好的前景。第2章單片機(jī)的概述 計算機(jī)已被廣泛應(yīng)用于社會生活的各個領(lǐng)域。在自動控制領(lǐng)域，計算機(jī)是監(jiān)測?？刂频暮诵摹Ｉa(chǎn)過程以及大型設(shè)備的監(jiān)測、控制一般使用帶標(biāo)準(zhǔn)鍵盤、顯示和外部存儲設(shè)備的計算機(jī)系統(tǒng)，但小型儀器儀表、家用電器等設(shè)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(jī) 系統(tǒng)，于是出現(xiàn)了單片微型計算機(jī)，簡稱單片機(jī)。2.1單片機(jī)簡介單片機(jī)是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)將具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器，隨機(jī)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(qū)動電路、脈沖調(diào)制電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器等電路集成到一片芯片上，構(gòu)成一

12、個既小而又完善的計算機(jī)系統(tǒng)。有以上分析可以看出，單片機(jī)除了具備微處理器的功能外，還可以單獨(dú)地完成現(xiàn)代工業(yè)控制所要求的智能化控制功能，這也是單片機(jī)最大的特點(diǎn)。2.2單片機(jī)的特點(diǎn)單片機(jī)的一塊半導(dǎo)體芯片集成了一太微型計算機(jī)的基本部件，在硬件結(jié)構(gòu)、指令功能方面均有獨(dú)特之處，主要特點(diǎn)如下：（1）單片機(jī)內(nèi)集成了存儲器。（2）單片機(jī)存儲結(jié)構(gòu)將ROM和RAM嚴(yán)格分工。（3）為了滿足工業(yè)控制的需要，單片機(jī)有很強(qiáng)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。（4）8位處理器的引腳功能一般都是固定的。（5）單片機(jī)類型多，并且便于擴(kuò)展功能。（6）單片機(jī) 把微型計算機(jī)的各個部分集成在一塊芯片上，大大縮

13、短了系統(tǒng)內(nèi)信號的傳送距離，從而提高了系統(tǒng)的可靠性及運(yùn)行速度。由于單片機(jī)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(diǎn)，因此在工業(yè)控制、智能儀器儀表、數(shù)據(jù)采集和處理、通信系統(tǒng)、家用電器等領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用。2.3 單片機(jī)的應(yīng)用單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個范疇： 1.在智能儀器儀表上的應(yīng)用 單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理

14、量的測量。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。例如精密的測量設(shè)備（功率計，示波器，各種分析儀）。 2.在工業(yè)控制中的應(yīng)用 用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。 3.在家用電器中的應(yīng)用 可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機(jī)控制，從電飯褒、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門，無所不在。 4.在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用 現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計算機(jī)

15、網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從手機(jī)，電話機(jī)、小型程控交換機(jī)、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線電對講機(jī)等。 5.單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用 單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。 此外，單片機(jī)在工商，金融，科研、教育，國防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途 第3章MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)3.1MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)3.1.1內(nèi)部結(jié)構(gòu)概述典型的MCS-51單片機(jī)芯片集成了以下幾個基本組成部分。 1 一

16、個8位的CPU2 128B或256B單元內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器（RAM）3 4KB或8KB片內(nèi)程序存儲器（ROM或EPROM）4 4個8位并行I/O接口P0P3。5 兩個定時/計數(shù)器。6 5個中斷源的中斷管理控制系統(tǒng)。7 一個全雙工串行I/O口UART（通用異步接收、發(fā)送器） 8 一個片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路。3.1.2 CPU結(jié)構(gòu)CPU 是單片機(jī)的核心部件。它由運(yùn)算器和控制器等部件組成。1.     運(yùn)算器 運(yùn)算器以完成二進(jìn)制的算術(shù)/邏輯運(yùn)算部件ALU為核心。它可以對半字節(jié)（4）、單字節(jié)等數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。例如，能完成加、減、乘、除、加1、減1、BCD碼十

17、進(jìn)制調(diào)整、比較等算術(shù)運(yùn)算，完成與、或、異或、求反、循環(huán)等邏操作，操作結(jié)果的狀態(tài)信息送至狀態(tài)寄存器。運(yùn)算器還包含有一個布爾處理器，用以處理位操作。它以進(jìn)位標(biāo)志位C為累加器，可執(zhí)行置位、復(fù)位、取反、位判斷轉(zhuǎn)移，可在進(jìn)位標(biāo)志位與其他可位尋址的位之間進(jìn)行位數(shù)據(jù)傳誦等操作，還可以完成進(jìn)位標(biāo)志位與其他可位尋址的位之間進(jìn)行邏輯與、或操作。2.程序計數(shù)器PCPC是一個16位的計數(shù)器，用于存放一條要執(zhí)行的指令地址，尋址范圍為64kB，PC有自動加1功能，即完成了一條指令的執(zhí)行后，其內(nèi)容自動加1。3.指令寄存器 指令寄存器用于存放指令代碼。CPU執(zhí)行指令時，由程序存儲器中讀取的指令代碼送如指令寄存器，經(jīng)指令譯碼器

18、譯碼后由定時有控制電路發(fā)出相應(yīng)的控制信號，完成指令功能。3.1.3     存儲器和特殊功能寄存器 1. 存儲器（Memory）是計算機(jī)系統(tǒng)中的記憶設(shè)備，用來存放程序和數(shù)據(jù)。計算機(jī)中的全部信息，包括輸入的原始數(shù)據(jù)、計算機(jī)程序、中間運(yùn)行結(jié)果和最終運(yùn)行結(jié)果都保存在存儲器中。它根據(jù)控制器指定的位置存入和取出信息。  2.特殊功能寄存器 特殊功能寄存器（SFR）的地址范圍為80HFFH。在MCS51中，除程序計數(shù)器PC和四個工作寄存器區(qū)外，其余21個特殊功能寄存器都在這SFR塊中。其中5個是雙字節(jié)寄存器，它們共占用了26個字節(jié)。各特殊功能寄存器的符號和

19、地址見附表2。其中帶號的可位尋址。特殊功能寄存器反映了8051的狀態(tài)，實(shí)際上是8051的狀態(tài)字及控制字寄存器。用于CPU PSW便是典型一例。這些特殊功能寄存器大體上分為兩類，一類與芯片的引腳有關(guān)，另一類作片內(nèi)功能的控制用。與芯片引腳有關(guān)的特殊功能寄存器是P0P3，它們實(shí)際上是4個八位鎖存器（每個I/O口一個），每個鎖存器附加有相應(yīng)的輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器就構(gòu)成了一個并行口。MCS51共有P0P3四個這樣的并行口，可提供32根I/O線，每根線都是雙向的，并且大都有第二功能。其余用于芯片控制的寄存器中，累加器A、標(biāo)志寄存器PSW、數(shù)據(jù)指針DPTR等的功能前已提及。3.2 P0-P3口結(jié)構(gòu)

20、0;  P0口功能 ：P0口具有兩種功能：第一，P0口可以作為通用I/O接口使用，P0.7P0.0用于傳送CPU的輸入/輸出數(shù)據(jù)。輸出數(shù)據(jù)時可以得到鎖存，不需外接專用鎖存器，輸入數(shù)據(jù)可以得到緩沖。第二，P0.7P0.0在CPU訪問片外存儲器時用于傳送片外存儲器de低8位地址，然后傳送CPU對片外存儲器的讀寫    P1口 功能  ：P1口的功能和P0口de第一功能相同，僅用于傳遞I/O輸入/輸出數(shù)據(jù)。   P2口的功能 ：P2口的第一功能和上述兩組引腳的第一功能相同，即它可以作為通用I/O使用。它的第二功能和P0口引腳的第二功能相配合，作為地址

21、總線用于輸出片外存儲器的高8位地址。 P3口功能 ：P3口有兩個功能：第一功能與其余三個端口的第一功能相同；第二功能作控制用，每個引腳都不同。 P3.0RXD    串行數(shù)據(jù)接收口 P3.1TXD    串行數(shù)據(jù)發(fā)送口 P3.2INT0  外中斷0輸入 P3.3INT1  外中斷1輸入 P3.4T0    計數(shù)器0計數(shù)輸入 P3.5T1    計數(shù)器1計數(shù)輸入 P3.6WR  

22、  外部RAM寫選通信號 P3.7RD    外部RAM讀選通信號 3.3 時鐘電路和復(fù)位電路 單片機(jī)的時鐘信號用來提供單片機(jī)內(nèi)各種微操作的時間基準(zhǔn)；復(fù)位操作則使單片機(jī)的片內(nèi)電路初始化，使單片機(jī)從一種確定的狀態(tài)開始運(yùn)行。3.3.1時鐘電路單片機(jī)的時鐘信號通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩和外部振蕩方式。在引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器或陶瓷諧振蕩器，構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機(jī)內(nèi)部有一個高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自積振蕩，并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。晶振通常選用6MHZ、12MHZ、或24MHZ。單片機(jī)的時序單位 振蕩

23、周期： 晶振的振蕩周期，又稱時鐘周期，為最小的時序單位。 狀態(tài)周期： 振蕩頻率經(jīng)單片機(jī)內(nèi)的二分頻器分頻后提供給片內(nèi)CPU的時鐘周期。因此一個狀態(tài)周期包含2個振蕩周期。 機(jī)器周期：1個機(jī)器周期由6個狀態(tài)周期12個振蕩周期組成，是計算機(jī)執(zhí)行一種基本操作的時間單位。 指令周期：執(zhí)行一條指令所需的時間。一個指令周期由1-4個機(jī)器周期組成，依據(jù)指令不同而不同.3.3.2 單片機(jī)的復(fù)位狀態(tài)當(dāng)MCS-5l系列單片機(jī)的復(fù)位引腳RST(全稱RESET)出現(xiàn)2個機(jī)器周期以上的高電平時，根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位和上電或開關(guān)復(fù)位。 上電復(fù)位要求接通電源后，自動實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。上電或開關(guān)復(fù)位要

24、求電源接通后，單片機(jī)自動復(fù)位，并且在單片機(jī)運(yùn)行期間，用開關(guān)操作也能使單片機(jī)復(fù)位。上電后，由于電容C3的充電和反相門的作用，使RST持續(xù)一段時間的高電平。當(dāng)單片機(jī)已在運(yùn)行當(dāng)中時，按下復(fù)位鍵K后松開，也能使RST為一段時間的高電平，從而實(shí)現(xiàn)上電或開關(guān)復(fù)位的操作。單片機(jī)的復(fù)位操作使單片機(jī)進(jìn)入初始化狀態(tài)，其中包括使程序計數(shù)器PC0000H，這表明程序從0000H地址單元開始執(zhí)行。單片機(jī)冷啟動后，片內(nèi)RAM為隨機(jī)值，運(yùn)行中的復(fù)位操作不改變片內(nèi)RAM區(qū)中的內(nèi)容，21個特殊功能寄存器復(fù)位后的狀態(tài)為確定值 統(tǒng)復(fù)位是任何微機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行的第一步，使整個控制芯片回到默認(rèn)的硬件狀態(tài)下。51單片機(jī)的復(fù)位是由RESET引腳

25、來控制的，此引腳與高電平相接超過24個振蕩周期后，51單片機(jī)即進(jìn)入芯片內(nèi)部復(fù)位狀態(tài)，而且一直在此狀態(tài)下等待，直到RESET引腳轉(zhuǎn)為低電平后，才檢查EA引腳是高電平或低電平，若為高電平則執(zhí)行芯片內(nèi)部的程序代碼，若為低電平便會執(zhí)行外部程序。51單片機(jī)在系統(tǒng)復(fù)位時，將其內(nèi)部的一些重要寄存器設(shè)置為特定的值，至于內(nèi)部RAM內(nèi)部的數(shù)據(jù)則不變。第4章 硬件電路的設(shè)計及原理圖4.1A/D接口技術(shù)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)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。1 .ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)ADC0809由一個8路模擬開關(guān)、一個地址

26、鎖存與譯碼器、一個A/D轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)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(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換.ADC0809內(nèi)部邏輯電路圖如下：ADC0809引腳圖如下：ADC0809各腳功能：D7-D0：8位數(shù)字量輸出引腳。IN0-IN7：8位模擬量輸入引腳。VCC：+5V工作電壓。GND：地。REF（+）：參考電壓正端。REF（-）：參考電壓負(fù)端。START：A/D轉(zhuǎn)換啟動信號輸入端。ALE：地址鎖存允許信號輸入端。.EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出引腳，開始轉(zhuǎn)換時為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時為高電平。OE：輸出允許控制端，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。CLK：時鐘信號輸入端（一般

27、為500KHz）。A、B、C：地址輸入線。從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。2.ADC0809應(yīng)用說明（1） ADC0809內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與AT89S51單片機(jī)直接相連。（2） 初始化時，使ST和OE信號全為低電平。（3） 送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到A，B，C端口上。（4） 在ST端給出一個至少有100ns寬的正脈沖信號。（5） 是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)EOC信號來判斷。（6） 當(dāng)EOC變?yōu)楦唠娖綍r，這時給OE為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了。4.2 LED 數(shù)碼管顯示器4.2.1LED數(shù)碼顯示器結(jié)構(gòu)基本的半導(dǎo)體數(shù)碼管是由七個條狀發(fā)光二極管芯片排列而成的?？蓪?shí)現(xiàn)09的顯示。其具體結(jié)

28、構(gòu)有“反射罩式”、“條形七段式”及“單片集成式多位數(shù)字式”等 （1）反射罩式數(shù)碼管一般用白色塑料做成帶反射腔的七段式外殼，將單個LED貼在與反射罩的七個反射腔互相對位的印刷電路板上，每個反射腔底部的中心位置就是LED芯片。在裝反射罩前，用壓焊方法在芯片和印刷電路上相應(yīng)金屬條之間連好30m的硅鋁絲或金屬引線，在反射罩內(nèi)滴入環(huán)氧樹脂，再把帶有芯片的印刷電路板與反射罩對位粘合，然后固化。 反射罩式數(shù)碼管的封裝方式有空封和實(shí)封兩種。實(shí)封方式采用散射劑和染料的環(huán)氧樹脂，較多地用于一位或雙位器件?？辗夥绞绞窃谏戏缴w上濾波片和勻光膜，為提高器件的可靠性，必須在芯片和底板上涂以透明絕緣膠，這還可以提高光效率。

29、這種方式一般用于四位以上的數(shù)字顯示（或符號顯示）。 （2）條形七段式數(shù)碼管屬于混合封裝形式。它是把做好管芯的磷化鎵或磷化鎵圓片，劃成內(nèi)含一只或數(shù)只LED發(fā)光條，然后把同樣的七條粘在日字形“可伐”框上，用壓焊工藝連好內(nèi)引線，再用環(huán)氧樹脂包封起來。 （3）單片集成式多位數(shù)字顯示器是在發(fā)光材料基片上（大圓片），利用集成電路工藝制作出大量七段數(shù)字顯示圖形，通過劃片把合格芯片選出，對位貼在印刷電路板上，用壓焊工藝引出引線，再在上面蓋上“魚眼透鏡”外殼。它們適用于小型數(shù)字儀表中。 （4）符號管、米字管的制作方式與數(shù)碼管類似。 （5）矩陣管（發(fā)光二極管點(diǎn)陣）也可采用類似于單片集成式多位數(shù)字顯示器工藝方法制作

30、。4.2.2 LED數(shù)碼管的原理與接口 八段LED顯示器與單片機(jī)的接口比較簡單，只要將一個8位并行口與顯示器的引腳對應(yīng)相接即可，由8位并行口輸出不同的字節(jié)數(shù)據(jù)，顯示出不同的數(shù)字或字符。 控制LED顯示出不同的數(shù)字或字符的8位字節(jié)數(shù)據(jù)稱為“段選碼”。共陰極LED與共陽極LED的段選碼互為補(bǔ)碼。數(shù)碼管的接口有靜態(tài)和動態(tài)接口兩種。靜態(tài)接口為固定顯示方式，無閃爍，其電路可采用一個并行口接一個數(shù)碼管，數(shù)碼管的公共端按共陰或共陽分別接地。動態(tài)接口采用各數(shù)碼管循環(huán)輪流顯示的方法，當(dāng)循環(huán)顯示的頻率教高時，利用人眼的暫留性，看不出閃爍顯示現(xiàn)象，這種顯示與要一個接口完成字形碼的輸出，另一接口 完成各數(shù)碼管的輪流點(diǎn)

31、亮。4.3 AT89S52芯片的簡介 AT89S52，它是一個低功耗,高性能CMOS 8位單片機(jī),片內(nèi)含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造,兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu),芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元,功能強(qiáng)大的微型計算機(jī)的AT89S52可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。單片機(jī)基礎(chǔ)電路如下： 功能特性概述：40個引腳，8k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器，256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)

32、存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。此外，AT89S52設(shè)計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。引腳功能：·VCC：電源電壓·GND：地·RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時，R

33、ST引腳出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。·ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時或用于定時目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無效。·PSEN：程序存儲允許PSE

34、N輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)AT89C52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次PSEN信號。·EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H-FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。·XTAL1:振蕩器反相放大器的內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。·XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。4.4 硬件系統(tǒng)的整體框圖R

35、S232AD采樣AT89S52程序燒錄硬件框圖：1602液晶顯示高壓，短路報警ADC0809串口通訊控制鍵盤 電源電源 電源電源部分提供整個系統(tǒng)的電能，單片機(jī)部分控制系統(tǒng)，顯示部分顯示測量結(jié)果以及模式狀態(tài)，模數(shù)轉(zhuǎn)換采集電壓以及電阻值發(fā)送到單片機(jī)，如果電壓過高超過量程或者測量短路，單片機(jī)控制蜂鳴器報警。通過程序燒錄模塊可以通過燒錄線燒入程序。通過串口通訊可以實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與電壓表的通訊，通過上位機(jī)選擇，可以切換電壓表模式，從而實(shí)現(xiàn)上位機(jī)功能選擇的功能。4.5 總原理圖 第5章 軟件編程5.1 流程圖 后記我們本來想擴(kuò)展12個鍵盤，但是等到把ADC0809焊接上去的時候發(fā)現(xiàn)ADC0809占了15個I/

36、O口，蜂鳴器占了一個I/O口，串口通訊占2個I/O口，液晶1602占11個I/O口，這樣就只有3個I/O口，我們就只能就擴(kuò)展了2個鍵盤做模式切換用。通過“簡易數(shù)字電壓表的設(shè)計”的設(shè)計過程，我們結(jié)合所學(xué)過的課程，了解了簡易儀表的發(fā)展?fàn)顩r，掌握了目前自動化儀表的一般設(shè)計要求，工程設(shè)計方法，開發(fā)及設(shè)計工具使用方法，最重要的是通過這一設(shè)計實(shí)踐過程，我們不在是約束在理論上而是鍛煉了我們的動手能力和分析，解決問題的能力，積累經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)按部就班，一絲不茍的工作和對所學(xué)知識的綜合應(yīng)用能力，了解了很多課本上學(xué)不到的知識，我想這樣的實(shí)踐環(huán)節(jié)在我的學(xué)生生涯是很難得的，也為我們以后步入社會開始工作打下了一定的基礎(chǔ)，最

37、后我也要感謝組里的同學(xué)們，只有在他們團(tuán)結(jié)協(xié)作下，本次課程設(shè)計才可以順利進(jìn)行并實(shí)現(xiàn)所有功能，同時我也明白了團(tuán)結(jié)協(xié)作的重要性。 參考文獻(xiàn)1.周向紅/編著 51系列彈片機(jī)應(yīng)用與實(shí)踐教程，北京航空航天大學(xué)出版社，2008.2.胡輝/編著 單片機(jī)原理與應(yīng)用，中國水利水電出版社，2007.3.徐瑞華/編著 單片機(jī)原理與接口技術(shù)，人民郵電出版社，2008.4.潘永雄/編著 新編單片機(jī)原理與應(yīng)用，西安電子科技大學(xué)出版社，2008.附錄1.元件清單：AT89S52一片；ADC0809一片；1602顯示屏一塊；2.程序:ORG:  0000H      

38、  SJMP  START  START：MOV SP，#60H        MOV 50H，#00H        MOV B，#00H        MOV R6，#04H        MOV DPTR，#7FF

39、8H TTO： MOVX DPTR,A       NOP        NOP        JB P3.2,$       MOVX A,DPTR       ADD A,50H     

40、0; MOV 50H,A       JNC TT1       INC  B   TT1:DJNZ R6,TTO       CLR C       XCH A,B       RRC A

41、       XCH A,B       RRC A       CLR C       XCH A,B       RRC A       XCH A,B   

42、;    RRC A       MOV 50H,A       SJMP DATA   *數(shù)據(jù)處理*   DATA:MOV A,50H        MOV B,#33H        DIV AB

43、        MOV 20H,A        XCH A,B        MOV B,#05H        DIV AB        MOV 21H,A    

44、    MOV 22H,B    *顯示程序*    MODE:MOV R3,#00H         MOV A,#80H         MOV DPTR,#7FFFH         MOV DPTR,A

45、    DISP:MOV R0,#22H         MOV R2,#01H     LOOP:MOV A,#00H         MOV DPTR,#7FFFH         MOVX DPTR,A         MOV A,R2         MOV DPTR,#7FFEH         MOVX DPTR,A         MOV DPTR,#7FFCH