基于單片機的簡易數(shù)字電壓表設計說明

1、 PAGE65 / NUMPAGES79存檔編號華北水利水電大學North China University of Water Resources and Electric Power畢 業(yè) 設 計題目基于單片機的數(shù)字電壓表設計學 院 信息工程學院 專業(yè) 通信工程 姓 名 學 號 200912303 指導教師 完成時間 2013年5月20日 教務處制獨立完成與誠信聲明本人重聲明：所提交的畢業(yè)設計（論文）是本人在指導教師的指導下，獨立工作所取得的成果并撰寫完成的，重確認沒有剽竊、抄襲等違反學術道德、學術規(guī)的侵權行為。文中除已經(jīng)標注引用的容外，不包含其他人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的

2、研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中作了明確的說明并表示了意。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。畢業(yè)設計（論文）作者簽名： 指導導師簽名： 簽字日期： 簽字日期：畢業(yè)設計（論文）使用授權書本人完全了解華北水利水電學院有關保管、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定。特授權華北水利水電學院可以將畢業(yè)設計（論文）的全部或部分容公開和編入有關數(shù)據(jù)庫提供檢索，并采用影印、縮印或掃描等復制手段復制、保存、匯編以供查閱和借閱。同意學校向國家有關部門或機構送交畢業(yè)設計（論文）原件或復印件和電子文檔（涉密的成果在解密后應遵守此規(guī)定）。畢業(yè)設計（論文）作者簽名： 導師簽名：簽字日期： 簽字日期：目錄 TOC o

3、 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc358104504摘要 PAGEREF _Toc358104504 h IHYPERLINK l _Toc358104505Abstract PAGEREF _Toc358104505 h IIHYPERLINK l _Toc358104506緒論 PAGEREF _Toc358104506 h IIIHYPERLINK l _Toc358104507一設計背景 PAGEREF _Toc358104507 h IIIHYPERLINK l _Toc358104508二設計意義 PAGEREF _Toc358104508 h VHYPERLI

4、NK l _Toc358104509第一章數(shù)字電壓表 PAGEREF _Toc358104509 h 1HYPERLINK l _Toc3581045101.1 數(shù)字電壓表的優(yōu)點 PAGEREF _Toc358104510 h 1HYPERLINK l _Toc3581045111.2 數(shù)字電壓表發(fā)展趨勢 PAGEREF _Toc358104511 h 1HYPERLINK l _Toc3581045121.3 設計平臺 PAGEREF _Toc358104512 h 2HYPERLINK l _Toc3581045131.3.1 KEIL C51開發(fā)平臺 PAGEREF _Toc358104

5、513 h 2HYPERLINK l _Toc3581045141.3.2 Proteus 7 Professional設計軟件 PAGEREF _Toc358104514 h 2HYPERLINK l _Toc358104515第二章總體設計方案 PAGEREF _Toc358104515 h 4HYPERLINK l _Toc3581045162.1數(shù)字電壓設計的兩種方案 PAGEREF _Toc358104516 h 4HYPERLINK l _Toc3581045172.1.1 由數(shù)字電路與芯片構建 PAGEREF _Toc358104517 h 4HYPERLINK l _Toc35

6、81045182.1.2 由單片機系統(tǒng)與 A/D 轉換芯片構建 PAGEREF _Toc358104518 h 4HYPERLINK l _Toc3581045192.2 設計要求 PAGEREF _Toc358104519 h 5HYPERLINK l _Toc3581045202.3 技術要求 PAGEREF _Toc358104520 h 5HYPERLINK l _Toc3581045212.4 設計方案 PAGEREF _Toc358104521 h 5HYPERLINK l _Toc358104522第三章硬件簡介 PAGEREF _Toc358104522 h 7HYPERLIN

7、K l _Toc3581045233.1 本設計單片機的選擇 PAGEREF _Toc358104523 h 7HYPERLINK l _Toc3581045243.1.1常用單片機的特點比較 PAGEREF _Toc358104524 h 7HYPERLINK l _Toc3581045253.1.2 單片機的選擇 PAGEREF _Toc358104525 h 7HYPERLINK l _Toc3581045263.1.3 STC89C52單片機介紹 PAGEREF _Toc358104526 h 8HYPERLINK l _Toc3581045273.2 本設計顯示器件選擇 PAGERE

8、F _Toc358104527 h 13HYPERLINK l _Toc3581045283.2.1 常用顯示器件簡介 PAGEREF _Toc358104528 h 13HYPERLINK l _Toc3581045293.2.2 顯示器件的選擇 PAGEREF _Toc358104529 h 14HYPERLINK l _Toc3581045303.2.3 1602字符型LCD簡介 PAGEREF _Toc358104530 h 14HYPERLINK l _Toc3581045313.3A/D芯片 PAGEREF _Toc358104531 h 19HYPERLINK l _Toc358

9、1045323.3.1常用的A/D芯片 PAGEREF _Toc358104532 h 19HYPERLINK l _Toc3581045333.3.2 ADC0809芯片 PAGEREF _Toc358104533 h 20HYPERLINK l _Toc358104534第四章接口電路 PAGEREF _Toc358104534 h 23HYPERLINK l _Toc3581045354.1 顯示電路 PAGEREF _Toc358104535 h 23HYPERLINK l _Toc3581045364.2 ADC0809與單片機接口電路 PAGEREF _Toc358104536 h

10、 23HYPERLINK l _Toc358104537第五章硬件電路系統(tǒng)模塊設計 PAGEREF _Toc358104537 h 25HYPERLINK l _Toc3581045385.1 總電路模塊 PAGEREF _Toc358104538 h 25HYPERLINK l _Toc3581045395.2 硬件系統(tǒng)電路簡介 PAGEREF _Toc358104539 h 25HYPERLINK l _Toc358104540第六章系統(tǒng)軟件設計 PAGEREF _Toc358104540 h 26HYPERLINK l _Toc3581045416.1 主程序 PAGEREF _Toc3

11、58104541 h 26HYPERLINK l _Toc3581045426.2 A/D轉換子程序 PAGEREF _Toc358104542 h 26HYPERLINK l _Toc3581045436.3 顯示子程序 PAGEREF _Toc358104543 h 27HYPERLINK l _Toc358104544第七章調試與性能分析 PAGEREF _Toc358104544 h 28HYPERLINK l _Toc3581045457.1 調試與測試 PAGEREF _Toc358104545 h 28HYPERLINK l _Toc3581045467.2 性能分析 PAGER

12、EF _Toc358104546 h 28HYPERLINK l _Toc358104547總結 PAGEREF _Toc358104547 h 30HYPERLINK l _Toc358104548參考文獻 PAGEREF _Toc358104548 h 31HYPERLINK l _Toc358104549致 PAGEREF _Toc358104549 h 33HYPERLINK l _Toc358104550附錄 PAGEREF _Toc358104550 h 34HYPERLINK l _Toc358104551附錄I（外文翻譯） PAGEREF _Toc358104551 h 34H

13、YPERLINK l _Toc358104552外文譯文 PAGEREF _Toc358104552 h 44HYPERLINK l _Toc358104553附錄II（任務書） PAGEREF _Toc358104553 h 52HYPERLINK l _Toc358104554附錄III（開題報告） PAGEREF _Toc358104554 h 54HYPERLINK l _Toc358104555附錄IV（圖表） PAGEREF _Toc358104555 h 57HYPERLINK l _Toc358104556I Proteus仿真圖 PAGEREF _Toc358104556 h

14、 57HYPERLINK l _Toc358104557II 硬件總電路圖 PAGEREF _Toc358104557 h 58HYPERLINK l _Toc358104558III 實物圖 PAGEREF _Toc358104558 h 59HYPERLINK l _Toc358104559附錄V（程序清單） PAGEREF _Toc358104559 h 60摘 要隨著時代的進步，用指針式萬用表測量小幅度直流電壓已經(jīng)顯得有些不太方便。因為指針式的測量不夠精確，隨著長時間的使用可能會造成歐姆調零以與機械調零的磨損，這都會對數(shù)據(jù)的測量造成很多困難，而采用數(shù)字式電壓表來測量就可以避免這種情況的

15、發(fā)生，而且操作更加方便。下面本文將介紹一種由數(shù)字電路以與單片機構成的數(shù)字電壓表的設計方法。本設計運用STC89C52和ADC0809進行A/D轉換,根據(jù)數(shù)據(jù)采集的工作原理,設計簡易數(shù)字電壓表, 將模擬電壓量直接轉換成數(shù)字量，用LCD液晶屏來顯示。其基本原理是，模擬電壓量經(jīng)過A/D轉換芯片轉換成數(shù)字量，送入單片機進行處理。最后輸出的數(shù)據(jù)在經(jīng)過線路驅動器送入液晶屏顯示電壓大小。最后介紹了程序流程，并用KEIL和PROTUES聯(lián)機調試進行仿真。調試完成之后進行硬件焊接，測試并進行改進。最后完成測量的電壓值。該數(shù)字電壓表測量電壓類型是直流,測量圍是0-5V。電路包括:數(shù)據(jù)采集電路的單片機最小化設計、單

16、片機鐘電路、復位電路、A/D轉換電路、測量電壓輸入電路等。單片機采用STC89C52芯片、A/D轉換采用ADC0809芯片。關鍵字：STC89C52單片機；ADC0809；A/D轉換；LCD顯示；數(shù)據(jù)處理。 AbstractWith the progress of the times, the measurement of small amplitude DC voltage with a Pointer multimeter has a bit less convenient. Because the pointer is not precise enough to measure，with

17、 prolonged use may result in a zero ohms, and the wear of the mechanical zero, this will be the measurement of data caused many difficulties, Measuring with a Pointer multimeteryou can avoid this from happening and the operation is more convenient. The following article describes the design of a dig

18、ital circuits, and MCUs digital voltmeter.The use of design STC89C52 and ADC0809 A / D converter, according to the working principle of the data acquisition, design simple digital voltmeter analog voltage into digital LCD screen to display. The basic principle is that the amount of analog voltage A

19、/ D converter chip to convert digital, into the microcontroller for processing. The final output data in the size of the voltage after a line drive into the LCD display. Finally, the program flow simulation with KEIL and PROTUES of online debugging. After the completion of the debugging hardware wel

20、ding, test and improve. Finalize the measured voltage value. The digital voltmeter to measure the voltage type DC, measuring range is 0-5V.The circuit includes: a data acquisition circuit of the smallest single-chip design, microcontroller clock circuit, reset circuit, A / D conversion circuit, a me

21、asuring voltage input circuit. , A / D conversion using ADC0809 chip microcontroller STC89C52 chip.Keywords: STC89C52 single-chip ；A / D conversion; ADC0809;LCD display; data processing.緒論數(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

22、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(jīng)被廣泛用于電子與電工測量，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。一 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，其設計技術有了不斷的發(fā)展和提升。數(shù)字電壓表是從電位差計的自動化過程中研制成功的。從剛開始使用4位數(shù)碼顯示，發(fā)展到5位、6位，進而發(fā)展到7位、8位；從最初的一兩種類型發(fā)展到功能和量程、精度都不同的好幾十種；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

23、-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。其體積、功耗、價格、可靠性、量程圍都已經(jīng)邁入集成電路領域。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，即為了實時控制與數(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

24、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(chǎn)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與電工的測量，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

25、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，速以與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(jīng)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(jīng)有了很大的提高；讀數(shù)每秒幾萬次，而相對以前，它的價格也有了降

26、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)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

27、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。二 設計意義這個課題的目的和意義在于使自己掌握對數(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一樣參量進行比較， 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。第一章 數(shù)

28、字電壓表1.1 數(shù)字電壓表的優(yōu)點傳統(tǒng)的指針式刻度電壓表功能單一，精度低，容易引起視覺疲勞，因而不能滿足數(shù)字化時代的需要。采用單片機的數(shù)字電壓表，將連續(xù)的模擬量如直流電壓轉換成不連續(xù)的離散的數(shù)字形式并加以顯示，從而精度高、抗干擾能力強，可擴展性強、集成方便，還可與PC實時通信。數(shù)字電壓表是諸多數(shù)字化儀表的核心與基礎。以數(shù)字電壓表為核心，可以擴展成各種通用數(shù)字儀表、專用數(shù)字儀表與各種非電量的數(shù)字化儀表。目前，由各種單片機和A/D轉換器構成的數(shù)字電壓表作全面深入的了解是很有必要的。最近的幾十年來，隨著半導體技術、集成電路（IC）和微處理器技術的發(fā)展，數(shù)字電路和數(shù)字化測量技術也有了巨大的進步，從而促使

29、了數(shù)字電壓表的快速發(fā)展，并不斷出現(xiàn)新的類型。數(shù)字電壓表從1952年問世以來，經(jīng)歷了不斷改進的過程，從最早采用繼電器、電子管和形式發(fā)展到了現(xiàn)在的全固態(tài)化、集成化（IC化），另一方面，精度也從0.01%到0.005%。1.2 數(shù)字電壓表發(fā)展趨勢 目前，數(shù)字電壓表的部核心部件是A/D轉換器，轉換的精度很大程度上影響著數(shù)字電壓表的準確度，因而，以后數(shù)字電壓表的發(fā)展就著眼在高精度和低成本這兩個方面。A/D轉換器分成四種：計數(shù)式A/D轉換器、雙積分式A/D轉換器、逐次逼近式A/D轉換器和并行式A/D轉換器。目前最常用的是雙積分式A/D轉換器和逐次逼近式A/D轉換器，其中雙積分式A/D轉換器的主要優(yōu)點是轉換

30、精度高，抗干擾性能好，價格便宜。但是其轉換速度慢，因此這種轉換器這種轉換器主要用于速度要求不高的場合。而逐次逼近式A/D轉換器轉換速度快，但精度相對較差。因此未來的A/D轉換器將兼顧精度和速度，成本也會隨著集成電路的發(fā)展而降低。1.3 設計平臺1.3.1 KEIL C51開發(fā)平臺KEIL軟件是目前最流行開發(fā)MCS-51系列單片機的軟件，這從近年來各仿真機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、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境將這些部分組合在一起。KEIL軟件能在WIN7、WINXP等操作系統(tǒng)完美運行。掌握這一軟件

31、的使用對于使用51系列單片機的愛好者來說是十分必要的，由于小編喜歡使用C語言編程，而KEIL對C語言的編譯方便快捷。C51工具包的整體結構較為豐富，其中UVISION與ISHELL分別是C51 for Windows和for Dos的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調試、仿真等整個開發(fā)流程。開發(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與C51編譯器編譯生成目標文件(.OBJ)。目標文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對目標文件(.ABS)。ABS文件由OH51轉換成標準的Hex文件，以供調試器dScope51或t

32、Scope51使用進行源代碼級調試，也可由仿真器使用直接對目標板進行調試，也可以直接寫入程序存貯器如EPROM中。使用獨立的KEIL仿真器時，注意事項 ，仿真器標配11.0592MHz的晶振，但用戶可以在仿真器上的晶振插孔中換插其他頻率的晶振。仿真器上的復位按鈕只復位仿真芯片，不復位目標系統(tǒng)。仿真芯片的31腳（/EA）已接至高電平，所以仿真時只能使用片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展有外部ROM（其CPU的/EA引腳接至低電平）的目標系統(tǒng)中使用。1.3.2 Proteus 7 Professional設計軟件Proteu

33、s軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國總代理為風標電子技術）。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機與外圍器件。它是目前最好的仿真單片機與外圍器件的工具。雖然目前國推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發(fā)應用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具( HYPERLINK :/baike.baidu /view/561380.htm t _blank 仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調試到 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1012.htm t _blan

34、k 單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設計。是目前世界上唯一將 HYPERLINK :/baike.baidu /view/4952740.htm t _blank 電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種 HYPERLINK :/baike.baidu /vie

35、w/487018.htm t _blank 編譯器。第二章 總體設計方案2.1數(shù)字電壓設計的兩種方案設計數(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)的處理與顯示的方式的多樣性。又由于在現(xiàn)實的工作生活中，電壓表的測量測程圍是比較大的，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。2.1.1 由數(shù)字電路與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

36、；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(chǎn)生控制信號，按規(guī)定的時序將A/D轉換器中各組模擬開關接通或斷開，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。2.1.2 由單片機系統(tǒng)與 A/D 轉換芯片構建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(jīng)成熟，

37、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，難于在原基礎上進行功能擴展等不足。2.2 設計要求 以單片機為核心器件，組成一個簡單的直流數(shù)字電壓表。 能夠測量0-

38、5V之間的直流電壓值。 要求能在LCD1602顯示測量值。測量的最小分辨率為0.019v，測量誤差為0.02V。 盡量使用較少的元器件。2.3 技術要求簡易數(shù)字電壓表應用系統(tǒng)主要利用A/D轉換器，處理過程如下：先用A/D轉換器對各路電壓值進行采樣，得到相應的數(shù)字量，再按數(shù)字量與模擬量成正比關系運算得到對應的模擬電壓值，然后把模擬值通過顯示器顯示出來。設計時假設待測的輸入電壓為8路，電壓值的疇為05V，要求能在LCD液晶準確顯示測得的電壓值。且測量的最小分辨率為0.019V，絕對測量誤差為+0.02V和-0.02V。2.4 設計方案 根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，控制系統(tǒng)采用STC89C52單片機，A/D

39、轉換器采用ADC0809。ADC0809是8位的A/D轉換器。當輸入電壓為5.00V時，輸出的數(shù)據(jù)值為255（0FFH），因此最大分辨率為0.0196V（5/255）。ADC0809具有8路模擬量輸入端口，通過3位地址輸入端能從8路中選擇一路進行轉換。本設計只采集其中一路的電壓值進行測量，即ADC_A=1;ADC_B=1; ADC_C=0時采集IN3輸入端電壓。在LCD上顯示測量的電壓值。簡易數(shù)字電壓表應用系統(tǒng)主要利用A/D轉換器，處理過程如下：先用A/D轉換器對IN-3端口電壓值進行采樣，得到相應的數(shù)字量，再按數(shù)字量與模擬量成正比關系運算得到對應的模擬電壓值，然后把模擬值通過顯示器顯示出來。

40、電壓值的疇為05V，測量的最小分辨率為0.019V，絕對測量誤差為+0.02V和-0.02V。硬件電路設計由6個部分組成: A/D轉換電路、單片機、顯示系統(tǒng)、時鐘電路、復位電路以與測量電壓輸入電路。硬件電路設計框圖如圖1-1所示。時鐘電路復位電路A/D轉換測量電壓輸入LCD顯示STC89C52P0 P2 P0 P2 P0 圖1-1 數(shù)字電壓表總體設計方框圖第三章 硬件簡介3.1 本設計單片機的選擇3.1.1常用單片機的特點比較在這一設計中，我們用到了一個關鍵系統(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，其中最常用的有主流的8位單片機和高性能的32位單片機，本設計中，8位單片機對于本設計

41、已經(jīng)完全能滿足設計需求，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位單片機。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系統(tǒng)，其中包括AVR單片機，PIC單片機，51系列單片機。應用最廣的8位單片機還是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)，加之生產(chǎn)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 單片機雖然具有：高性能，低功能，高速度，性格方面比51單片機高，轉強的驅動電壓等優(yōu)點，但I/O口使用不比51單片機方便。PIC單片機系列是美國微

42、芯公司的產(chǎn)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。3.1.2 單片機的選擇本設計中選用是51系列的STC89C52，它是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗，高性能的CMOS8 位單片機，片含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，8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線， HYPERLINK :/baike.baidu /view/1313309.htm t _blank 看門狗定時器，置4KB EEPROM，MAX81

43、0復位電路，3個16 位 HYPERLINK :/baike.baidu /view/281961.htm t _blank 定時器/計數(shù)器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結構（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結構），全雙工 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1060187.htm t _blank 串行口，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與存儲數(shù)據(jù)的任務，一方面，它將 A/D 轉換器、顯示器等通過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)測電壓的功能。圖3-1單片機

44、總控制電路3.1.3 STC89C52單片機介紹STC89C52是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲器（FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory ）的低電壓，高性能COMOS8的微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL搞密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。單片機總控制電路如圖3-1所示。(1) 時鐘電路STC89C52部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器，引腳RXD和TXD分別是此放大器的輸入端和輸出端。時鐘可以由部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。部方式的時鐘電路如圖3-2 (a)

45、所示，在RXD和TXD引腳上外接定時元件，部振蕩器就產(chǎn)生自激振蕩。定時元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶體振蕩頻率可以在1.212MHz之間選擇，電容值在530pF之間選擇，電容值的大小可對頻率起微調的作用。外部方式的時鐘電路如圖3-2（b）所示，RXD接地，TXD接外部振蕩器。對外部振蕩信號無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于12MHz的方波信號。片時鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個兩相時鐘P1和P2，供單片機使用。RXD接地，TXD接外部振蕩器。對外部振蕩信號無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于12MHz的方波信號。片時鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生

46、一個兩相時鐘P1和P2，供單片機使用。 （a）部方式時鐘電路 （b）外部方式時鐘電路圖3-2 時鐘電路RXD接地，TXD接外部振蕩器。對外部振蕩信號無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于12MHz的方波信號。片時鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個兩相時鐘P1和P2，供單片機使用。(2) 復位與復位電路 a、復位操作復位是單片機的初始化操作。其主要功能是把PC初始化為0000H，使單片機從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需按復位鍵重新啟動。除PC之外，復位操作還對其他一些寄存器有影響，它們的復位狀

47、態(tài)如表3-1所示。 b、復位信號與其產(chǎn)生RST引腳是復位信號的輸入端。復位信號是高電平有效，其有效時間應持續(xù)24個振蕩周期(即二個機器周期)以上。若使用頗率為6MHz的晶振，則復位信號持續(xù)時間應超過4us才能完成復位操作。產(chǎn)生復位信號的電路邏輯如圖3-3所示。 表3-1寄存器的復位狀態(tài)寄存器復位狀態(tài)寄存器復位狀態(tài)PC0000HTCON00HACC00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0000HTH100HP0-P3FFHSCON00HIPXX000000BSBUF不定IE0X000000BPCON0XXX0000BTMOD00H圖3-3復位信號的電路邏輯圖整個

48、復位電路包括芯片、外兩部分。外部電路產(chǎn)生的復位信號(RST)送至施密特觸發(fā)器，再由片復位電路在每個機器周期的S5P2時刻對施密特觸發(fā)器的輸出進行采樣，然后才得到部復位操作所需要的信號。復位操作有上電自動復位相按鍵手動復位兩種方式。上電自動復位是通過外部復位電路的電容充電來實現(xiàn)的，其電路如圖 3-4（a）所示。這佯，只要電源Vcc的上升時間不超過1ms，就可以實現(xiàn)自動上電復位，即接通電源就成了系統(tǒng)的復位初始化。按鍵手動復位有電平方式和脈沖方式兩種。其中，按鍵電平復位是通過使復位端經(jīng)電阻與Vcc電源接通而實現(xiàn)的，其電路如圖3-4（b）所示；而按鍵脈沖復位則是利用RC微分電路產(chǎn)生的正脈沖來實現(xiàn)的，其

49、電路如圖3-4（c）所示。（a）上電復位 （b）按鍵電平復位 （c）按鍵脈沖復位圖3-4復位電路上述電路圖中的電阻、電容參數(shù)適用于6MHz晶振，能保證復位信號高電平持續(xù)時間大于2個機器周期。本系統(tǒng)的復位電路采用圖3-4（b）上電復位方式。 STC89C52具體介紹如下：主電源引腳（2根） VCC(Pin40)：電源輸入，接5V電源 GND(Pin20)：接地線 外接晶振引腳（2根） XTAL1(Pin19)：片振蕩電路的輸入端 XTAL2(Pin20)：片振蕩電路的輸出端 控制引腳（4根）RST/VPP(Pin9)：復位引腳，引腳上出現(xiàn)2個機器周期的高電平將使單片機復 位。ALE/PROG(P

50、in30)：地址鎖存允許信號PSEN(Pin29)：外部存儲器讀選通信號EA/VPP(Pin31)：程序存儲器的外部選通，接低電平從外部程序存儲器讀指 令，如果接高電平則從部程序存儲器讀指令。 可編程輸入/輸出引腳（32根）表3-2 STC89C52主要功能主要功能特性兼容MCS51指令系統(tǒng)8K可反復擦寫Flash ROM32個雙向I/O口256x8bit部RAM3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷時鐘頻率0-24MHz2個串行中斷可編程UART串行通道2個外部中斷源共6個中斷源2個讀寫中斷口線3級加密位低功耗空閑和掉電模式軟件設置睡眠和喚醒功能 STC89C52單片機有4組8位的可編程I/O口，

51、分別位P0、P1、P2、P3口，每 個口有8位（8根引腳），共32根。 PO口（Pin39Pin32）：8位雙向I/O口線，名稱為P0.0P0.7 P1口（Pin1Pin8）：8位準雙向I/O口線，名稱為P1.0P1.7 P2口（Pin21Pin28）：8位準雙向I/O口線，名稱為P2.0P2.7 P3口（Pin10Pin17）：8位準雙向I/O口線，名稱為P3.0P3.7 STC89C52主要功能如表3-2所示。(3) 單片機最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)由一個單片機、一個晶振和2 個磁片電容組成，是單片機外圍核心電路，如圖3-5所示。圖3-5 單片機最小系統(tǒng)圖3.2 本設計顯示器件選擇3.2.1

52、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。1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的 HYPERLINK :/baike.baidu /view/545607.htm t _blank 點陣型液晶模塊。它由若干個5X7或者5X11等 HYPERLINK :/baike.baidu /view/545607.htm t _blank 點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，本設計需要顯示測量電壓的數(shù)值和單位

53、，固此選用LCD1602作為顯示模塊1602 液晶模塊部的字符發(fā)生存儲器已經(jīng)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，價格相對便宜。3.2.2 顯示器件的選擇LCD1602以微功耗、體積小、顯示容豐富、超薄輕巧，常用在袖珍式儀表和低功耗應用系統(tǒng)中，在本次設計中由于便于接入電路和拆除被選用。3.2.3 1602字符型LCD簡介字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點陣式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40

54、*2行等的模塊。下面以1602字符型液晶顯示器為例，介紹其用法。一般1602字符型液晶顯示器實物如圖3-6：圖3-6 1602字符型液晶顯示器實物圖1602LCD主要技術參數(shù)：顯示容量:162個字符芯片工作電壓:4.55.5V工作電流:2.0mA(5.0V)模塊最佳工作電壓:5.0V字符尺寸:2.954.35(WH)mm引腳功能說明：1602LCD采用標準的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接說明如表3-3所示:表3-3引腳接口說明表編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3V0液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R

55、/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15A背光源正極8D1數(shù)據(jù)16K背光源負極第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個5K的電位器調整對比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為

56、使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負極1602LCD的指令說明與時序1602液晶模塊部的控制器共有11條控制指令，如表3-4所示：表3-4：控制命令表序號指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標返回000000001*3置輸入模式00000001I/DS4顯示開/關控制0000001DCB5光標或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標志或

57、地址01BF計數(shù)器地址10寫數(shù)到CGRAM或DDRAM）10要寫的數(shù)據(jù)容11從CGRAM或DDRAM讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)容1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。（說明：1為高電平、0為低電平）指令1：清顯示，指令碼01H,光標復位到地址00H位置。指令2：光標復位，光標返回到地址00H。指令3：光標和顯示模式設置 I/D：光標移動方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。指令4：顯示開關控制。 D：控制整體顯示的開與關，高電平表示開顯示，低電平表示關顯示 C：控制光標的開與關，高電平表示有光標，低電平表示無光標

58、 B：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令5：光標或顯示移位 S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標。指令6：功能設置命令 DL：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線 N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 F: 低電平時顯示5x7的點陣字符，高電平時顯示5x10的點陣字符。指令7：字符發(fā)生器RAM地址設置。指令8：DDRAM地址設置。指令9：讀忙信號和光標地址 BF：為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。指令10：寫數(shù)據(jù)。指令11：讀數(shù)據(jù)。1602LCD的RAM地址映射與標準字庫表：液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條

59、指令之前一定要確認模塊的忙標志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符，圖3-5是1602的部顯示地址。圖3-5 1602LCD部顯示地址例如第二行第一個字符的地址是40H，那么是否直接寫入40H就可以將光標定位在第二行第一個字符的位置呢？這樣不行，因為寫入顯示地址時要求最高位D7恒定為高電平1所以實際寫入的數(shù)據(jù)應該是01000000B（40H）+10000000B(80H)=11000000B(C0H)。在對液晶模塊的初始化中要先設置其顯示模式，在液晶模塊顯示字符時光標是自動右移的，無需人工干預。每次輸入指令前都要判斷液晶模塊是否處于

60、忙的狀態(tài)。1602液晶模塊部的字符發(fā)生存儲器（CGROM）已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，如圖3-6所示，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，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”圖3-6 字符代碼與圖形對應圖3.3A/D芯片3.3.1常用的A/D芯片常用的A/D芯片有AD0809，AD0832，LC2543C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