數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)

1、電子線路硬件課程設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告課題：生電壓表設(shè)讓班級：作者：學(xué)號：指導(dǎo)老師：摘要一個(gè)測試結(jié)果穩(wěn)定、準(zhǔn)確的數(shù)字電壓表，既能減少了使用者的工作量，又提高了測量的精準(zhǔn)度，而且人為誤差被大大減小，方便與電路打交道的人快速有效的完成自己的工作。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)能夠?qū)?-200V范圍的直流電壓進(jìn)行測量的數(shù)字電壓表，測量分為4擋：200mV2V20V和200M手動(dòng)控制檔位選擇，顯示部分小數(shù)點(diǎn)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)切換。項(xiàng)目基于AT89C51單片機(jī)，拓展AD轉(zhuǎn)換、顯示部分。不同檔位的待測電壓通過不同檔位的衰減電路后變?yōu)?-200mM再通過一個(gè)OPA336一致放大到0-2V送入AD的輸入端，然后通過芯片AT89C51內(nèi)的

2、程序控制AD轉(zhuǎn)換并輸出。不同檔位的電壓信號又不同的程序控制輸出到數(shù)碼管顯示。整個(gè)電路連線簡單易于實(shí)現(xiàn)，而且成本很低，測出的電壓精度也足夠滿足需求。關(guān)鍵字：數(shù)字電壓表；AT89C51單片機(jī)；易于實(shí)現(xiàn)AbstractAdigitalvoltmeterwhichisstableandaccuratecannotonlyreducetheworkoftheuser,butalsofreeofftheerrorproducedbyusingwrong.Itisconvenienttopeoplewhoworkwiththecircuit.Thisvoltmeterisdesignedtomeasurea

3、voltagebetween0to200.Itsdividedintofourgearsas200millivolt,2volt,20volt,and200volt.Gearschangingisworkedbyhang.TheprojectisbaseonthechipAT89C51ofone-chipcomputer.Ananalogtodigitalconverter,adisplaysection,andavoltageattenuationareattachedtothechipandtheymakeupthedesign.Thevoltageofdifferentgearsarec

4、hangedinto0-200millivolt.ThentheyaresenttoanOPA336,anditsoutputis-2)volt.Theoutputissenttotheanalogtodigitalconverter.Thenthechipcontroltheanalogtodigitalconvertersoutputtothedisplayingsection.Thewholecircuitiseasy.Andalthoughitscostisverylow,theaccuracyoftheoutcomeisfine.keywords:digitalvoltmeter,o

5、ne-chipcomputer,AT89C51數(shù)字電壓表（Dig計(jì)alVoltmeter）簡稱DVM它是利用模擬/數(shù)字變換器（A/D）原理，以十進(jìn)制數(shù)字形式顯示被測電壓值的儀表。DVM除了廣泛用于電壓測量外，通過各種變換器還可以測量其他電量或非電量，用途十分廣泛。DVM勺高速發(fā)展，使它已成為實(shí)現(xiàn)量程自動(dòng)化、提高工作效率不可缺少的儀表。數(shù)字化是當(dāng)前計(jì)量儀器儀表發(fā)展的主要方向之一。而高準(zhǔn)確度直流DVM勺出現(xiàn)，又使DVMS入了精密標(biāo)準(zhǔn)測量領(lǐng)域。DVMT泛應(yīng)用在測量領(lǐng)域中，其測量結(jié)果的準(zhǔn)確度和可信度取決于它結(jié)構(gòu)主要性能和技術(shù)指標(biāo)。評價(jià)某種DVM生能的優(yōu)劣，產(chǎn)品質(zhì)量是否合格，是否滿足技術(shù)指標(biāo)的要求，必須

6、通過正確的鑒定和測試結(jié)果才能分析判斷出來。傳統(tǒng)的指針式電壓表功能單一，精度底，讀數(shù)不方便，不能滿足數(shù)字化時(shí)代的需要。采用單片機(jī)的數(shù)字電壓表，具有精度高，抗干擾能力強(qiáng)，可擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)今，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(dòng)化儀表，自動(dòng)測試系統(tǒng)等智能化測量領(lǐng)域，展示了強(qiáng)大的生命力。而且，由DVMT展而成的各種通用及專用數(shù)字儀表儀器，也把電量及非電量測量技術(shù)提高到新的水平。本設(shè)計(jì)中電壓表可以測量直流電壓測量范圍（0200功共分四檔：200mM2v、20v、200v,并且通過4位LE國碼管三位半顯示其數(shù)值。所謂三位半的三位是指可以顯示0-9的十個(gè)數(shù)字，稱作

7、全位。千位數(shù)最大顯示為1（小于1時(shí)消隱），這位在理論上講最大能顯示2,比如在2V擋，最大顯示應(yīng)該是2.000,但實(shí)際顯示1.999,和理論值還差一。那么這位理論值最大應(yīng)該顯示2,而實(shí)際只能顯示1,就叫做1/2位。理論值為分母，實(shí)際顯示最大值為分子。根據(jù)數(shù)字電壓表的功能實(shí)現(xiàn)要求，選用AT89C51I片機(jī)作控制系統(tǒng)，由ADC080映現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換功能，放大器選用OPA33皺現(xiàn)放大10倍的功能。在保證送入A/D的電壓為2V的等效電壓時(shí)，利用AD還可以較精確地測出其值。因?yàn)閷Σ煌妷簷n位采用不同的端口和程序控制，所以可以大大減小電路的要求，更利于實(shí)現(xiàn)。二、項(xiàng)目設(shè)計(jì)目標(biāo)(1) 項(xiàng)目綜合描述本項(xiàng)目要求設(shè)計(jì)并

8、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)行測量。測量分為4擋：200mV2V20V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。能判讀并顯示被測量信號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)。(2)任務(wù)要求：數(shù)字電壓表有4個(gè)測量擋：200mV2V、20V和200V,能將被測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。1 具有31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電壓的極性。測量速度為25

9、次/秒，分辨率為0.1mV,測量誤差0.1%。(3)發(fā)揮部分1)設(shè)計(jì)并調(diào)試自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換電路。2)設(shè)計(jì)并調(diào)試小數(shù)點(diǎn)自動(dòng)切換電路El12010FL37lOQpF圖1、項(xiàng)目方案論證方案一：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，測量方式不靈活，測量的誤差比較大、精確度難做高。利用ICL7106實(shí)現(xiàn)的電路連線圖如圖1ICL7106是美國Intersil公司的產(chǎn)品，是目前應(yīng)用最廣泛的一種單片三位半的A/D轉(zhuǎn)換器。最

10、OS%osc3TESTVfeup-CfiEF4Ckef.coiICL710&II+皿C*zBUF1NT該儀表的量程UM=200Mv稱之為基本表或基本檔。其中：C1、R1分別為振蕩電容和振蕩電阻。RRR2組成基準(zhǔn)電壓白分壓電路。RP采用精密多圈電位器，R2為固定電阻，調(diào)整RP可使基準(zhǔn)電壓Uref=100.0mVoR3C3為模擬輸入端的高頻阻容式濾波器，以提高儀表的抗干擾能力。因ICL7106的輸入阻抗很大，輸入電流很小，故可取R3=1皿，C3=0.01uF。C2、C4分別為基準(zhǔn)電容與自動(dòng)調(diào)零電容。C5,R4依次為積分電容和積分電阻。儀表采用9V電池供電。電路中將IN-端與CO郵短接。該電壓表的測

11、量速率約為2.5次/秒。而ICL7106只有液晶筆段及背電極驅(qū)動(dòng)端，沒有小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)端8。要顯示小數(shù)點(diǎn)，需另加外圍電路。方案二：采用單片機(jī)+A/D芯片+顯示芯片設(shè)計(jì)數(shù)字電壓表：單片機(jī)型號廣泛、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簡單，測量誤差較小，精度較高。原理框圖如圖2據(jù)數(shù)字電壓表的功能實(shí)現(xiàn)要求，選AT89C51單片機(jī)作控制系統(tǒng)，低電壓經(jīng)放大器選用OPA33較現(xiàn)放大10倍、高電壓經(jīng)大電阻分壓從而控制輸入ADC0809的信號在2V左右實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換經(jīng)AT89C51送入LED顯示。衰誠電路放大電路A/D轉(zhuǎn)換方案

12、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器是一種連接的模擬量轉(zhuǎn)化成離散數(shù)字量的一種電路或器件。模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號一般需要經(jīng)過抽樣保持和量化編碼兩個(gè)過程。針對不同的采樣對象，有不同的A/D轉(zhuǎn)換器可供選擇，其中有通用的也有專用的。有些ADC還包含有其他的功能，在選擇A/D器件時(shí)需要考慮多種因素，除了關(guān)鍵參數(shù)、分辨率和轉(zhuǎn)換速度以外，還需考慮其他因素，如靜態(tài)與動(dòng)態(tài)精度，數(shù)據(jù)接口類型，控制接口與定時(shí)，采樣保持性能，基本要求，校準(zhǔn)能力、功耗、使用環(huán)境要求、封裝形式以及與軟件相關(guān)的問題。ADCR功能劃分可以分為直接轉(zhuǎn)換和非直接轉(zhuǎn)換兩大類，其中非直接轉(zhuǎn)換又有逐次分級轉(zhuǎn)換、積分式轉(zhuǎn)換等類型。A/D轉(zhuǎn)換器在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，除了要設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)牟蓸?/p>

13、/保持電路、基準(zhǔn)電路和多路模擬開關(guān)等電路外，還應(yīng)根據(jù)實(shí)際選擇的具體芯片進(jìn)行輸入模擬信號極性轉(zhuǎn)換等設(shè)計(jì)。方案1:采用分級式轉(zhuǎn)換器，這種轉(zhuǎn)換采用兩步或多步進(jìn)行分辨率的閃爍式轉(zhuǎn)換，進(jìn)而快速的完成模/數(shù)轉(zhuǎn)換，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)較高的分辨率。例如，在利用兩步分級完成n位轉(zhuǎn)換的過程中，首先完成m位的粗轉(zhuǎn)換，然后使用精度至少為m位的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，將此結(jié)果轉(zhuǎn)換達(dá)到1/2的精度并且與輸入信號比較。對此信號用一個(gè)k位轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，最后將兩個(gè)輸出結(jié)果合并。方案2:采用雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器，如ICL7153等。雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換精度高，但轉(zhuǎn)換速度不太快，若用于溫度測量，不能及時(shí)地反映當(dāng)前溫度值，而且多數(shù)雙積分型A/D轉(zhuǎn)

14、換器具輸出端都不是二進(jìn)制碼，而是直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的。所以，若直接將其輸出端接I/O接口會(huì)給軟件設(shè)計(jì)帶來極大的不方便。方案3:采用逐次逼近式轉(zhuǎn)換器，對于這種轉(zhuǎn)換方式，通常是采用一個(gè)比較器輸入信號與為基準(zhǔn)的n位DAC俞出進(jìn)行比較，并執(zhí)行n次1位轉(zhuǎn)換。這種方法類似于天平上用二進(jìn)制碼稱量物質(zhì)。采用逐次逼近寄存器，輸入信號僅與高位比較，確定DAC的高位。確定后結(jié)果別、被鎖存，同時(shí)加到DAC,以決定DAC勺輸出。逐次逼近型轉(zhuǎn)換器，如ADC0809,AD57嚼，其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速度快，精度也比較高，輸出為二進(jìn)制碼，直接接I/O口，軟件設(shè)計(jì)簡單。ADC0809K片內(nèi)包含8位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，8通道多路轉(zhuǎn)換器與微控制器兼

15、容的控制邏輯。8通道多路轉(zhuǎn)換器能直接連通8個(gè)單端輸入信號中的任何一個(gè)。由于ADC0809s計(jì)時(shí)考慮到若干中模/數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，所以該芯片非常適合于過程控制，微控制器輸入通道的結(jié)合口電路、智能儀器和機(jī)床控制等應(yīng)用場合，并且價(jià)格低廉，降低設(shè)計(jì)成本。方案選擇：選擇方案3。理由：用ADC080睬樣速度快，價(jià)格低廉，降低設(shè)計(jì)成本。方案三：基于FPGA+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等轉(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，精度可以保證，但是系統(tǒng)成本較高。最終，我決定選擇老師提供的第二個(gè)方案，也就是用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。因?yàn)橄啾燃冇布?，不需要消耗太多的電?/p>

16、元器件，集成度稍微高一點(diǎn)；相比FPGA它又稍微偏硬件一些，更貼合這次硬件課設(shè)的宗旨。而且它不但可其精度和顯示可以精確控制，且電路相對簡單成本低，穩(wěn)定性較高，功能擴(kuò)展方便，故采用此設(shè)計(jì)。四、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體框圖如下:主要四個(gè)模塊：檔位部分，AD轉(zhuǎn)換部分，芯片AT89C51（內(nèi)部燒錄程序），顯示部分（LED數(shù)碼管）（附加一個(gè)時(shí)鐘模塊）。檔位部分：四種不同的電壓值送到不同的檔位，全部都衰減至0-200mV,然后經(jīng)放大器OPA820放大10倍到0-2V;AD轉(zhuǎn)換：0-2V的衰減電壓經(jīng)0809轉(zhuǎn)換輸出0-255的二進(jìn)制電平值；芯片及顯示部分：輸出的二進(jìn)制電平直接送到AT89C51,通過芯片內(nèi)部程序?qū)?/p>

17、信號送到LED顯示；時(shí)鐘部分：涉及0809的一個(gè)分頻模塊，因?yàn)锳DC0809需要500KHz的輸入，而芯片AT89C51（30腳）提供一個(gè)2MHz的時(shí)鐘，所以要經(jīng)過一個(gè)分頻模塊送給ADC0809。五、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)1檔位控制部分設(shè)計(jì)檔位部分，分為4個(gè)檔位，0-200mV,0-2V,0-20V,0-200V,為了方便調(diào)檔，將4個(gè)檔位送進(jìn)來的電壓均衰減至0-200mV,然后統(tǒng)一經(jīng)過放大電路放大至U0-2V送入ADC0809。電路原件及連線如下：S1,S2,S3,S4分別為雙刀雙置開關(guān)，如S1閉合，不僅將電壓信號送到200V檔位的衰減電路，而且同時(shí)送入了一個(gè)標(biāo)志為信號V1,V1控制芯片內(nèi)顯示程序

18、選擇為200V檔位。200V檔位，900K,20V檔90K,2V檔9K;所以200V檔衰減1K/(900K+90K+9K+1K)=0.001,衰減1000倍；20V檔衰減1K/(90K+9K+1K)=0.01,衰減100倍；2V檔衰減1K/(9K+1K)=0.1,衰減10倍；200mV直接送入。而放大器OPA33求用同相比例運(yùn)算電路，放大倍數(shù)為：A=1+R5/R4=10放大倍數(shù)10倍放大后輸入給A/D轉(zhuǎn)換電路做模數(shù)轉(zhuǎn)換（因?yàn)?809輸入為0-5V,分成256個(gè)電平值），這樣可以精確的轉(zhuǎn)換200mVW下的電壓信號。2AD轉(zhuǎn)換部分設(shè)計(jì)2.1A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)把輸入的1路模擬信號量化轉(zhuǎn)換為8路數(shù)字量

19、，然后把8路數(shù)字量送入芯片處理，再由芯片輸出到數(shù)碼管。如圖為連線圖：輸入稹拼喝懸空TN-02-2IN-1132-4TN-22-6IN-31-7bz-sIN-4HOCIN-5ADD-AWGADD-BADD-CLN-7ALUEXABLESTAKT十）ZSA.-TJ加捫加Elsww機(jī)片片片片片片片片單跑量冬電單單單7P3.2單片機(jī)I口_25_23.8位二進(jìn)制電平輸出到芯片的I/O端25+59P3.1a片機(jī)I。6pro單片機(jī)io工修時(shí)鐘脈沖IABC三個(gè)選擇端均接地，故輸入端地址000,也就是0輸入端一IN-0口。電壓經(jīng)過衰減和放大后進(jìn)入IN-0口進(jìn)入AD然后芯片AT89C51的P3.0,P3.1,P3

20、.2分別控制轉(zhuǎn)換開始和轉(zhuǎn)換結(jié)束后數(shù)據(jù)允許輸出。1路模擬信號進(jìn)入IN-0量化轉(zhuǎn)換為8路數(shù)字量。如AD轉(zhuǎn)換輸入為A,則輸出電平為8位二進(jìn)制數(shù)（對應(yīng)十進(jìn)制B）B=A*255/5;實(shí)際顯示到數(shù)碼管：C=B*5/255。（顯示代碼處理常乘以1000,然后適當(dāng)加上小數(shù)點(diǎn)用以數(shù)碼管輸出顯示）2.2ADC0809K片介紹ADC080雋帶有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CMOSS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由一個(gè)8路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用

21、A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。1）ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)忑hi出鎮(zhèn)n器坦址鎮(zhèn)存與譯碼器陪心另A/I轉(zhuǎn)換品路模擬境下美ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)2）引腳結(jié)構(gòu)IN3M2LN&LN1rwomoaTN7日STLEOCALED3D7OE06CLKD5VREF+DO門Id】V11，E，-DIDZ28i726252423工上2120191K171615icTTT-12ITITADC080躬I腳結(jié)構(gòu)圖IN0-IN7:8條模擬量輸入通道ADC0809寸輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是05V,若信號太小，必

22、須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。地址輸入和控制線：4條ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ALE線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將A,B,C三條地址線的地址信號進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A,B和C為地址輸入線，用于選通IN0IN7上的一路模擬量輸入。通道選擇表如下表所示。地址輸入線的通道選擇CBA選擇的通道000IN0001IN1010IN2011IN3;下跳沿時(shí),ST開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST應(yīng)保持低電平。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。當(dāng)0必高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行A/D

23、轉(zhuǎn)換。OE為輸出允許信號，用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。0巳1,輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；0巳0,輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7D0為數(shù)字量輸出線。CLK為時(shí)鐘輸入信號線。因ADC0809勺內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為500KHZVREF(+),VREF(-)為參考電壓輸入。3)ADC080的用說明:(1)ADC080吶部帶有輸出鎖存器，可以與AT89S51單片機(jī)直接相連。(2)初始化時(shí)，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(gè)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

24、W號來判斷。(6)當(dāng)EOC變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，這時(shí)給OE為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了3芯片及顯示部分設(shè)計(jì)芯片為整個(gè)硬件設(shè)計(jì)的核心，燒錄進(jìn)芯片的代碼既負(fù)責(zé)控制AD的轉(zhuǎn)換和AD量化的數(shù)字電壓信號的輸出，還負(fù)責(zé)數(shù)字電壓信號的處理和輸出到數(shù)碼管顯示的控制，所以做好與芯片部分有關(guān)的設(shè)計(jì)十分關(guān)鍵。3.1芯片連接及說明如下:4位位選信號rmpiVipiiPl.5PISPI.7施僧連接AD的8位輸出電平AD轉(zhuǎn)換和輸出控制STIIIUJIOK13檔位標(biāo)志位VITvfhwm%17muntrsi孑nspihIJU工心加出g：nt?mLIL5P114L1LJPCI2mlULII的串AiJTimi|四洲Kl?陽國5l

25、idIYJpisP2IJ41到117151狎Mi15*iJJq才vu:Ij-AiJ：7J-I8位段選信號nnnn口口口口3Igl學(xué)【紐曲DMWMH-l|aBlllriis/內(nèi)子V型上面的顯示部分采用4合1的8段數(shù)碼管。單片機(jī)的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3、P2.4、P2.5、P2.6、P2.7分別與數(shù)碼管的a、b、c、d、e、f、g、dp相連接,芯片的P2口提供數(shù)碼管的段碼；單片機(jī)的P0.0、P0.1、P0.2、P0.3與四位八段數(shù)碼管的選位輸入DI、D2、D3、D4相連接，芯片的P0.0-P0.3提供位選信號，用單片機(jī)P0.0、P0.1、P0.2、P0.3控制P2口輸出到四位LED

26、的相應(yīng)位。AT89C51的幾個(gè)I/O口連線很清楚，將AD模塊和數(shù)碼管模塊連接起來，并且利用其中的程序起到了一個(gè)總的控制和存儲(chǔ)作用，也使得電路大大簡化。3.3AT89C51單片機(jī)的介紹AT89C51是美國ATM公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS粉單片機(jī)，片內(nèi)含4Kbytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（EPROM和128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)序存器（RAM,器彳采用ATME公司的高密度/非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU和FLASHY儲(chǔ)單元，AT89C5俾片機(jī)為許多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活行高且價(jià)廉的方案。管腳排布如圖2-2所示。1）主要特性

27、一一一P10VCCPl1P07P12PQ0PI3P05Pl.APB.4Pl5P83PigP03Pl7PlLPQ0Pi.aeaatfpP31AL&PROaP32?SENPS3P：7P34Pl6P3riP24P37F23XTAUP22XTAL1P2IGNDP20二s融37二%35-XX一323i二的二劉一%2726一25一工4二三二一22一31A7B9C5L圖2-2AT89C51管腳排列 4K字節(jié)可編程FLASHY儲(chǔ)器（壽命：1000寫/擦循環(huán)） 全靜態(tài)工作：0Hz-24KHz 三級程序存儲(chǔ)器保密鎖定 128*8位內(nèi)部RAM 32條可編程I/O線 兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 6個(gè)中斷源,可編程串行通

28、道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路2) 管腳說明VCC供電電壓。GND:接地。P0:P0口為一個(gè)8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高P1口:P1是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校

29、驗(yàn)時(shí)，P1作為第八位地址接收。P2:P2為一個(gè)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(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，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(shí)，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(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASHS程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號和控制信號。P3:P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)

30、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也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：管腳備選功能：P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（用行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4T0（記時(shí)器0外部輸入）P3.5T1（記時(shí)器1外部輸入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。RST:復(fù)位信號的輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。AL

31、E/PROG當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLAS閭程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，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(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EHfe址上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVXMOV的令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN:外部程序存儲(chǔ)器的選通信號。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)

32、存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP:當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器(0000H-FFFFH,不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASHY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(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2:來自反向振蕩器的輸出。3) 震蕩特性XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號要

33、通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對外部時(shí)鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。4) 芯片擦除整個(gè)PERO幃列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。4分頻模塊設(shè)計(jì)之所以會(huì)有分頻模塊，是因?yàn)锳D部分工作的時(shí)鐘是500KHz與芯片AT89C51能提供的時(shí)鐘（2MHz相差較大，所以把AT89C51（30腳）提供的時(shí)鐘進(jìn)行四分頻，得到500KHz送入AQ分頻電路所需原件及連線U4B的11腳接到單片機(jī)的ALE腳（30腳）輸入信號，Q非（即Q上有一橫杠的

34、腳）接D腳，Q或Q作輸出，這是二分頻電路，像這樣只用單級（一個(gè)D觸發(fā)器）就是二分頻，用兩級就是四分頻；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專換芯片作為時(shí)鐘信號。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電壓六、系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)這個(gè)部分是依托于系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)部分的芯片連接設(shè)計(jì)部分，是整個(gè)數(shù)字電壓表核心，是數(shù)字電壓表的整體和細(xì)節(jié)控制終端。1數(shù)字電壓表功能模塊前面已經(jīng)提到主要有四

35、個(gè)功能模塊：檔位部分，AD轉(zhuǎn)換部分，芯片AT89C51（內(nèi)部燒錄程序），顯示部分（LED數(shù)碼管）（時(shí)鐘模塊不需軟件設(shè)計(jì)）。系統(tǒng)的軟件部分主要是實(shí)現(xiàn)這四個(gè)功能模塊，并讓它們銜接起來。故進(jìn)行數(shù)字電壓表軟件設(shè)計(jì)，就是從這四個(gè)功能模塊出發(fā)。從這四個(gè)部分出發(fā)，本設(shè)計(jì)的軟件部分分為了AD轉(zhuǎn)換模塊，數(shù)據(jù)處理模塊，顯示模塊，還有一個(gè)延時(shí)模塊。AD轉(zhuǎn)換模塊通過控制P3.0-P3.2的值來控制AD的STARTEOCOE弓|腳來控制ADC0809勺轉(zhuǎn)換開始和數(shù)字量輸出。數(shù)據(jù)處理模塊則負(fù)責(zé)調(diào)用AD模塊并且處理AD俞出的數(shù)據(jù)，把它們送到顯示模塊。顯示模塊則是將處理后的數(shù)據(jù)，由位選信號選通不同位的數(shù)碼管來顯示電壓。延時(shí)模

36、塊則是在不同是模塊中被調(diào)用，是各個(gè)模塊更好地進(jìn)行2軟件部分的程序流程圖3軟件部分的實(shí)現(xiàn)軟件設(shè)計(jì)就是在單片機(jī)中燒錄程序，從而用這個(gè)程序?qū)Ω鱾€(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。首先是電路中各個(gè)部件初始化。初始化單片機(jī)的引腳連接，把單片機(jī)的各個(gè)引腳分配到正確的元件位置。(1)單片機(jī)P1.0P1.7端口作為A/D轉(zhuǎn)換信號的輸出，用于轉(zhuǎn)換后的信號是輸出，初始化要清零；(2)單片的的P3口用于信號的檢測和反饋；P3.0-P3.2分配給AD0809勺三個(gè)控制弓唧。P3.0作為啟動(dòng)A/D開始轉(zhuǎn)換信號的控制端與A/D芯片的START卻連接；P3.1作為A/D轉(zhuǎn)換芯片

37、轉(zhuǎn)換信號輸出允許輸入輸出的控制信號與A/D的ENABL腳連接；P3.2用于接收來自A/D轉(zhuǎn)換芯片EOCSI腳的外來信號，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。P3.3用于反饋當(dāng)前測量信號是否超量程報(bào)警，超量程是該量程輸出一個(gè)高電平，揚(yáng)聲器報(bào)警提示用戶量程超限和欠壓請換用其他檔位測量。P3.4P3.7分配給檔位部分，用于檢測檔位信號。(3)單片機(jī)的P2.0P2.7分配給顯示部分，它們連接到數(shù)碼管的段碼部分，用于送段碼給數(shù)碼管來顯示；(4)單片機(jī)的P0.0-P0.3分配給顯示部分的數(shù)碼管位選端，用于控制輸出顯示。初始化完后，數(shù)據(jù)處理模塊要開始工作，它首先

38、調(diào)用A/D部分進(jìn)行采樣和量化輸出：單片機(jī)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；此階段單片機(jī)將通過P3.2引腳檢測A/D的準(zhǔn)換結(jié)束引腳EOCM否為高電平；當(dāng)檢測到高電平時(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。單片機(jī)接收到來自A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號后，送到數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行片內(nèi)數(shù)據(jù)處理。然后將處理后的數(shù)據(jù)輸出到LED顯示。4程序設(shè)計(jì)、編譯和調(diào)試本次設(shè)計(jì)用到的開發(fā)工具是KeilIDE,Keil采用C語言編程，是51系列單片機(jī)的通用編程軟件。之所以采用C語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，是因?yàn)槭紫任覀€(gè)人對C語言的熟悉程度稍微高一點(diǎn)，而且C語言中，函數(shù)是程序的基本組成

39、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。故用C語言來設(shè)計(jì)不僅簡單，程序的可讀性和可維護(hù)性也大大提升，減輕了程序員的代碼工作量。程序代碼見附錄二。七、系統(tǒng)測試與結(jié)果分析本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)測試是直接在51開發(fā)盒上進(jìn)行的，因?yàn)檎麄€(gè)設(shè)計(jì)比較直觀易懂，加上51開發(fā)盒的便利性能很方便地進(jìn)行系統(tǒng)的測試和維護(hù)，找出軟硬件設(shè)計(jì)中的各種問題并一一解決。在系統(tǒng)的測試中也的的確確遇到過很多問題，如數(shù)碼管不亮，顯示電壓有誤等，但都一一解決，最后比較成功地顯示出了結(jié)果c實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)收結(jié)果如下圖比較準(zhǔn)確地顯示出了待測電壓測試的各檔位幾組數(shù)據(jù)如下表0-200mVH位（實(shí)驗(yàn)室200mVS只能顯示輸出0.1和0.2）輸

40、入待測電壓/V輸出測量電壓/V絕對誤差/V相對誤差0.10.1170.0170.17000.20.2190.0190.09500-2V檔位輸入待測電壓/V輸出測量電壓/V絕對誤差/V相對誤差0.40.4300.030.07501.11.1170.0170.01561.21.2140.0140.01171.51.4890.0110.00731.81.8080.0080.00440-20V檔位輸入待測電壓輸出測量電壓/V絕對誤差/V相對誤差3.73.666-0.0340.00928.07.84-0.0160.002012.512.15-0.3500.028018.117.64-0.4600.025

41、419.719.20-0.5000.02540-200V檔位（實(shí)驗(yàn)室只能提供20-32V的電壓）輸入待測電壓/V輸出測量電壓/V絕對誤差/V相對誤差22.822.140.660.028924.323.710.590.024328.928.520.380.013130.729.980.620.020231.630.770.830.0263結(jié)果分析從實(shí)驗(yàn)室測試的4個(gè)檔位數(shù)據(jù)來看，數(shù)字電壓表的測量大致準(zhǔn)確，誤差在0.02到0.03之間，輸出比較穩(wěn)定。只有200mV勺檔位誤差比較大，當(dāng)然,實(shí)驗(yàn)室輸出只能顯示到100mV!對此影響較大。分析整個(gè)設(shè)計(jì)，在檔位選擇部分，我選擇的電阻可能精度不句務(wù),因?yàn)闆]有準(zhǔn)

42、確的9K,90K和900K,故而在衰減的時(shí)候，電壓值就產(chǎn)生了一部分誤差；再經(jīng)過放大電路放大，誤差更大（而且放大電路本身就有一些誤差產(chǎn)生）；還有就是A/D轉(zhuǎn)換部分，ADC等模擬值轉(zhuǎn)換為數(shù)字值也會(huì)有一個(gè)量化誤差。這些主要的誤差加起來對數(shù)字電壓表的影響比較大?？偟膩碚f，還是比較成功地完成了整個(gè)設(shè)計(jì)。八、心得體會(huì)與項(xiàng)目總結(jié)心得體會(huì)就我個(gè)人來說，很少參與到這種硬件設(shè)計(jì)，而且是要一個(gè)人完成對整個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，不僅搭建好項(xiàng)目框架，項(xiàng)目細(xì)節(jié)，各個(gè)部分都要自己一個(gè)人去仔細(xì)推敲，一步一個(gè)腳印，慢慢付出時(shí)間與汗水。所以，總的下來，我的體會(huì)是很深刻的，而且收獲頗多。選擇項(xiàng)目時(shí)，考慮到個(gè)人的能力有限，選擇了數(shù)字電壓表，而

43、且聽人說秦臻老師也比較好相處。第一次開會(huì)選擇實(shí)現(xiàn)方案，猶豫許久，最后選擇了單片機(jī)。其實(shí)三種方案都可以，但為了挑戰(zhàn)一下，選擇了第一次接觸的單片機(jī)，而且我有一定的C語言基礎(chǔ)，做起來應(yīng)該不會(huì)太吃力。所以從選擇方案后從頭開始接觸單片機(jī)，學(xué)習(xí)一些例程，慢慢熟了后開始數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)。說實(shí)話整個(gè)設(shè)計(jì)過程不輕松，因?yàn)檫€是對單片機(jī)不太熟，所以在網(wǎng)上找了許多資料對比著來看。慢慢才摸清楚每個(gè)模塊，并對每個(gè)模塊有了自己的理解，然后開始自己的模塊設(shè)計(jì)。硬件慢慢搭好，軟件部分參考了許多資料后慢慢清晰，終于進(jìn)入調(diào)試階段，這時(shí)就出了許多問題，例如數(shù)碼管不亮等等。你不會(huì)知道是哪部分出了問題，只能一部分一部分調(diào)試測量，分析每部

44、分的輸出結(jié)果的好壞，一步步排除。慢慢數(shù)碼管從亮到顯示出正確的結(jié)果，這其中經(jīng)歷許多。項(xiàng)目總結(jié)這次項(xiàng)目雖然對我有一定挑戰(zhàn)但是總的來說難度真的不是太大，比較適合一個(gè)人完成。項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)一個(gè)0-200V的4檔位(0-200mV0-2V,0-20V,0-200V)的數(shù)字電壓表。我把它分為4個(gè)部分，檔位部分、ADC專換部分、芯片控制和顯示部分，再加一個(gè)分頻電路，分頻電路可以歸結(jié)與芯片控制部分。4各部分在硬件方面搭成一個(gè)數(shù)字電壓表，再加上燒錄進(jìn)芯片的軟件部分就是一個(gè)可以工作的4檔電壓表了。4個(gè)不部分的完成情況比較好，盡管遇到過問題，但也都一一解決，順利顯示出電壓致謝此次電子線路硬件課程在經(jīng)過幾個(gè)星期的努力下，終

45、于比較圓滿地完成了。整個(gè)過程我從零開始，收獲頗多。首先要感謝的是我的老師，她不僅在我的題目和方案確立的過程給予了我巨大的幫助，而且，在我設(shè)計(jì)整個(gè)硬件電路和程序時(shí)，給與了我精心的指導(dǎo)。對我在設(shè)計(jì)中遇到的問題也不辭辛苦地幫我檢查電路，指導(dǎo)我解決問題。在最后幾天百忙中抽出時(shí)間來幫我調(diào)試，驗(yàn)收整個(gè)設(shè)計(jì)。其次要感謝一些叢書的作者，我在設(shè)計(jì)時(shí)查找了大量資料，感謝他們的智慧結(jié)晶給與我的巨大幫助。參考文獻(xiàn)1康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ).高等教育出版社2羅杰，謝自美.電子線路設(shè)計(jì).實(shí)驗(yàn).測試.電子工業(yè)出版社3梁宗善.電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì).華中科技大學(xué)出版社4沙占友.數(shù)字萬用表的原理、使用與維修.M.北京電子工業(yè)出版社，

46、20055王曉亮.基于MSP430單片機(jī)的數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)J.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2009,(01)6王守華.李智.基于PC的數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)J.今日電子,2006,(08)7張英平.基于AT89C51單片機(jī)的數(shù)字電壓表的Proteus仿真設(shè)計(jì)與應(yīng)用J.機(jī)床電器,2008,(06)附錄1程序代碼#include#include#define_Nop()_nop_();/空操作sbitST=P3A0;/轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號，正脈沖有效sbitEOC=P3A1；/輸出允許信號，高有效sbitOE=P3A2;轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，高有效。當(dāng)微處理器送出該信號時(shí)，ADC0808/0809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，該信號往往是CPU發(fā)出的中斷請求響應(yīng)信號。sbitV1=P3A4;/200V檔位sbitV2=P3A5;20V檔位sbitV3=P3A6;/2V檔位sbitV4=P3A7;/200mV檔位unsignedlongintdianya=0;unsignedcharcodeDIG_PLACE8=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,