基于單片機的數(shù)字電壓表設計-畢業(yè)設計

畢業(yè)設計論文基于單片機的數(shù)字電壓表設計摘要本文介紹了一種基于單片機的簡易數(shù)字電壓表的設計。該設計主要由三個模塊組成：A/D轉(zhuǎn)換模塊，數(shù)據(jù)處理模塊及顯示模塊。A/D轉(zhuǎn)換主要由芯片ADC0809來完成，它負責把采集到的模擬量轉(zhuǎn)換為相應的數(shù)字量在傳送到數(shù)據(jù)處理模塊。數(shù)據(jù)處理那么由芯片AT89C51來完成，其負責把ADC0809傳送來的數(shù)字量經(jīng)過一定的數(shù)據(jù)處理，產(chǎn)生相應的顯示碼送到顯示模塊進行顯示；此外,它還控制著ADC0809芯片工作。該系統(tǒng)的數(shù)字電壓表電路簡單，所用的元件較少，本錢低，且測量精度和可靠性較高。此數(shù)字電壓表可以測量0-5V的1路模擬直流輸入電壓值，并通過一個四位一體的7段數(shù)碼管顯示出來。關鍵詞單片機；數(shù)字電壓表；A/D轉(zhuǎn)換；AT89C51；ADC0809DesignofDigitalVoltmeterBasedonSingle-chipMicrocontrollerAbstractThispaperwhichintroducesakindofsimpledigitalvoltmeterisbasedonsingle-chipmicrocontrollerdesign.Thecircuitofthevoltagemeterismainlyconsistedofthreemouldpieces:A/Dconvertingmouldpiece,A/DconvertingismainlycompletedbytheADC0809,itconvertsthecollectedanalogdataintothedigitaldataandtransmitstheoutcometothemanifestationcontrollingmouldpiece.DataprocessingismainlycompletedbytheAT89C51chip,itprocessesthedataproducedbytheADC0809chipandgeneratestherightmanifestationcodes,alsotransmitsthecodestothemanifestationcontrollingmouldpiece.Also,theAT89C51chipcontrolstheADC0809chiptowork.Thevoltmeterfeaturesinsimpleelectricalcircuit,loweruseofelements,lowcost,moreover,itsmeasuringprecisionandreliability.Thevoltmeteriscapableofmeasuringvoltageinputsfrom1routerangingfrom0to5volt,anddisplayingthemeasurementsthoughadigitalcodetubeof7piecesofLED.KeywordsSingle-chipmicrocontroller;Digitalvoltmeter;A/Dconverter;AT89C51;ADC0809目錄引言電壓表是固定安裝在電力、電信、電子設備面板上使用的儀表，用來測量交、直流電路中的電壓。傳統(tǒng)的指針式電壓表功能單一、精準度低，不能滿足數(shù)字化時代的需求，并且傳統(tǒng)的電壓表在測量電壓時需要手動切換量程，不僅不方便，而且要求不超過該量程。目前，由各種單片A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)字電壓表，已經(jīng)被廣泛用于電子及電工測量領域，并且由DVM擴展而成的各種通用及專用數(shù)字儀器儀表，也把電量及非電量技術(shù)提高到嶄新水平。數(shù)字電壓表作為電壓表的一個分支，在近五十年間得到巨大開展，構(gòu)成數(shù)字電壓表的核心器件已從早期的中小規(guī)模電路跨入到大規(guī)模ASIC(專用集成電路)階段。數(shù)字電壓表涉及的范圍也從傳統(tǒng)的測量擴展至自動控制、傳感、通信等領域，展示了廣闊的應用前景。近入21世紀，隨著信息技術(shù)一日千里的開展，電壓表也必須經(jīng)歷從單一測量向數(shù)據(jù)處理、自動控制等多功能過度的這一歷程，特別是計算機技術(shù)的開展必將出現(xiàn)智能化技術(shù)。因此，把電壓表和計算機技術(shù)結(jié)合的智能化電壓表就將成為21世紀的新課題。目前，數(shù)字化儀器與微處理器取得令人矚目的進展，就其技術(shù)背景而言，一個內(nèi)藏微處理器的儀表意味著計算機技術(shù)向儀器儀表的移植，它所具有的軟件功能使儀器呈現(xiàn)出某種延伸，強化功能的作用。這相對于過去傳統(tǒng)的、純硬件的儀器來說是一種新的突破，其開展?jié)摿κ志薮?，這已為70年代以來儀表開展的歷史所證實。本文是以簡易數(shù)字直流電壓表的設計為研究內(nèi)容，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ADC0809對輸入的模擬信號進行轉(zhuǎn)換，控制核心AT89C51再對轉(zhuǎn)換的結(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。第一章緒論1.1課題概述課題意義與目的數(shù)字電壓表是諸多數(shù)字化儀表的核心與根底。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)字儀表及各種非電量的數(shù)字化儀表〔如：溫度計，濕度計，酸度計，重量，厚度儀等〕，幾乎覆蓋了電子電工測量，工業(yè)測量，自動化儀表等各個領域。除此之外，數(shù)字電壓還有著傳統(tǒng)指針電壓表無可比較的優(yōu)點：讀數(shù)直觀、準確，顯示范圍寬、分辨力高，轉(zhuǎn)入阻抗高，功耗小、抗干擾強等[3]。因此對數(shù)字電壓表作全面深入的了解是很有必要的。但是傳統(tǒng)的數(shù)字電壓表設計通常以大規(guī)模ASIC(專用集成電路)為核心器件，并輔以少量中規(guī)模集成電路及顯示器件構(gòu)成，可是這種設計方法靈活性差，系統(tǒng)功能固定，難以更新擴展，不能滿足日益開展的電子工業(yè)要求[6]。而應用微處理器〔單片機〕為核心單元的數(shù)字電壓表，其靈活性高、系統(tǒng)功能擴展簡單，性能穩(wěn)定可靠。在這些背景下，設計一種以單片機為根底、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、靈活性好的數(shù)字電壓表是很有意義的。數(shù)字電壓表的開展歷程數(shù)字電壓表簡稱DVM，它是采用數(shù)字化測量技術(shù)設計的電壓表。從性能來看：數(shù)字電壓表的開展從一九五二年美國NLS公司由四位電子管數(shù)字電壓表精度千分之一到現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)8位數(shù)字電壓表。參數(shù)可測量直流電壓、交流電壓、電流、阻抗等。測量自動化程度不斷提高，可以和計算機配合顯示、計算結(jié)果、然后打印出來。目前世界上美國FLUKE公司，在直流和低頻交流電量的校準領域居國際先進水平。例如該公司生產(chǎn)的“4700A〞多功能校準器和“8505〞危機數(shù)字多用電壓表，可用8位顯示，直流精度可到達±5/10-6，讀書分辨力為0.1μV。帶有A/D變換模式、數(shù)據(jù)輸出接口形式IEEE-488。具有比率測量軟件校準和有交流電阻、電流選件。還具有高精度電壓校準器“5400A〞、“5200A〞、“5450A〞等數(shù)字儀表，都是作為一級計量站和國家級計量站使用的標準儀表。還有英國的“7055〞數(shù)字電壓表采用脈沖調(diào)制技術(shù)。日本橫河公司的“2501〞型采用三次采樣等等在不斷的蓬勃開展[1]。從開展過程來看：數(shù)字電壓表自1952年問世以來，已有50年多年的開展史，大致經(jīng)歷了五代產(chǎn)品。第一代產(chǎn)品是20世紀50年代問世的電子管數(shù)字電壓表，第二代產(chǎn)品屬于20世紀60年代出現(xiàn)的晶體管數(shù)字電壓表，第三帶產(chǎn)品為20世紀70年代研制的中、小規(guī)模集成電路的數(shù)字電壓表。今年來，國內(nèi)外相繼推出有大規(guī)模集成電路〔LSI〕或超大規(guī)模集成電路〔VLSI〕構(gòu)成的數(shù)字電壓表、智能數(shù)字電壓表，分別屬于第四代、第五代產(chǎn)品。它們不僅開創(chuàng)了電子測量的先河，更以高準確度、高可靠性、高分辨力、高性價比等優(yōu)良特性而受到人民的青睞[2]。1.2單片機1.2.1單片機簡介單片機是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力(如算術(shù)運算，邏輯運算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理)的微處理器(CPU)，隨機存取數(shù)據(jù)存儲器〔RAM〕，只讀程序存儲器(ROM)，輸入輸出電路(I/O口)，可能還包括定時計數(shù)器，串行通信口〔SCI〕，顯示驅(qū)動電路(LCD或LED驅(qū)動電路)，脈寬調(diào)制電路(PWM)，模擬多路轉(zhuǎn)換器及A/D轉(zhuǎn)換器等電路集成到一塊單塊芯片上，構(gòu)成一個最小的然而完善的計算機系統(tǒng)。這些電路能在軟件的控制下準確、迅速、高效地完成程序設計者事先規(guī)定的任務。單片機控制系統(tǒng)能夠取代以前利用復雜電子線路或數(shù)字電路構(gòu)成的控制系統(tǒng)，可以軟件控制來實現(xiàn)，并能夠?qū)崿F(xiàn)智能化，現(xiàn)在單片機控制范疇無所不在，例如通信產(chǎn)品、家用電器、智能儀器儀表、過程控制和專用控制裝置等等，單片機的應用領域越來越廣泛。1.2.2單片機的應用領域單片機廣泛應用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設備、航空航天、專用設備的智能化管理及過程控制等領域，大致可分如下幾個范疇：(1)在智能儀器儀表上的應用

單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度等物理量的測量。(2)在工業(yè)控制中的應用用單片機可以構(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)，與計算機聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。(3)在家用電器中的應用現(xiàn)在的家用電器根本上都采用了單片機控制，從電飯褒、洗衣機、電冰箱、空調(diào)機、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設備，五花八門，無所不在。(4)在計算機網(wǎng)絡和通信領域中的應用現(xiàn)代的單片機普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機進行數(shù)據(jù)通信，為在計算機網(wǎng)絡和通信設備間的應用提供了極好的物質(zhì)條件。此外，單片機在工商，金融，科研、教育，國防航空航天等領域都有著十分廣泛的用途。1.2.3單片機應用系統(tǒng)的開發(fā)過程單片機的應用系統(tǒng)隨著其用途不同，其硬件和軟件均不相同，也即單片機的最初的選型都很重要，原那么上是選擇高性價比的單片機，硬件軟件化是提供系統(tǒng)性價比的有效方法，盡量減少硬件本錢，多用軟件來實現(xiàn)相同的功能，這樣也可大大提高系統(tǒng)的可靠性。雖然單片機的硬件選型不盡相同，軟件編寫也千差萬別，但系統(tǒng)的研制步驟和方法是根本一致的，一般都分為總體設計、硬件電路的構(gòu)思設計、軟件的編制和仿真調(diào)試幾個階段。1.3數(shù)字電壓表數(shù)字電壓表簡稱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。1.3.1數(shù)字電壓表的特點(1)顯示清晰直觀，讀數(shù)準確數(shù)字電壓表采用先進的數(shù)顯技術(shù)，使測量結(jié)果一目了然，只要儀表不發(fā)生跳讀現(xiàn)象，測量結(jié)果就是唯一的。〔2準確度高準確度是測量結(jié)果中系統(tǒng)誤差與隨機誤差的綜合。(3)分辨率高數(shù)字電壓表在最低電壓量程上末位1個字所代表的電壓值，稱為儀表的分辨力，它反映儀表靈敏度的上下。分辨力隨顯示位數(shù)的增加而提高。分辨率是指所能顯示的最小數(shù)字〔零除外〕與最大數(shù)字的百分比。(4)測量范圍寬多量程DVM一般可測量0～1000V直流電壓，配上高壓探頭還可測上萬伏的高壓。(5)擴展能力強在數(shù)字電壓表的根底上，還可擴展成各種通用及專用數(shù)字儀表、數(shù)字多用表〔DMM〕和智能儀表，以滿足不同的需要。(6)測量速度快數(shù)字電壓表在每秒鐘內(nèi)對被測電壓的測量次數(shù)，叫測量速率，單位是"次/S"。它主要取決于A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率，其倒數(shù)是測量周期。(7)輸入阻抗高數(shù)字電壓表具有很高的輸入阻抗，通常為10MΩ～10000MΩ，最高可達1TΩ。(8)集成度高，微功耗新型數(shù)字電壓表普遍采用CMOS大規(guī)模集成電路，整機功耗很低。(9)抗干擾能力強第二章基于單片機的數(shù)字電壓表的總體設計2.1系統(tǒng)概述本課題所設計的數(shù)字電壓表主要包括兩局部：硬件電路及軟件程序。而硬件電路采用ATMEL公司的AT89C51作為主處理器，系統(tǒng)主要由信號采集、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理輸出、驅(qū)動顯示等幾個功能模塊組成。各局部電路的設計及原理將會在硬件電路設計局部詳細介紹；程序的設計使用C語言編程，利用Keil軟件對其編譯和仿真，詳細的設計算法將會在程序設計局部詳細介紹。系統(tǒng)框圖〔圖2-1〕如下：A/D轉(zhuǎn)換單元數(shù)據(jù)處理單元A/D轉(zhuǎn)換單元數(shù)據(jù)處理單元顯示驅(qū)動單元顯示單元圖2-1電壓表系統(tǒng)框圖被測直流電壓由A/D轉(zhuǎn)換單元采集后被量化，再由單片機對A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果進行標度變換，得到被測電壓的數(shù)值，通過單片機對數(shù)次轉(zhuǎn)換結(jié)果求平均值、并通過SOI串行數(shù)據(jù)接口把所求平均值輸出給顯示驅(qū)動單元，由該單元完成譯碼，并驅(qū)動數(shù)碼管顯示。數(shù)字式電壓表工作過程簡介電壓表的數(shù)字化是將連續(xù)模擬的電壓量經(jīng)A/D轉(zhuǎn)化后變?yōu)椴贿B續(xù)的離散的數(shù)字量并加以顯示[7]。在設計過程中采用分模塊設計，把電路分A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理輸出、驅(qū)動、顯示四個單元，分別設計。A/D轉(zhuǎn)換器選用的是八位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809。其次，計算機中的數(shù)字都是十六進制數(shù)，而我們習慣于十進制數(shù)的讀寫，因此，在軟件設計中那么要把十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)。在顯示的時候也是如此。本裝置的輸出用四位LED顯示，因此在軟件設計中還要解決數(shù)字輸出與LED的接口問題。硬件那么需要將輸出線接到八段數(shù)碼管上[8]。數(shù)值顯示采用八段數(shù)碼管，由單片機以動態(tài)掃描方式驅(qū)動，在此方式下能保證足夠的亮度和較長的使用壽命。ADC0809的REF〔-〕接地，REF〔+〕接電源+5V，因此采集電壓的范圍是0～5V，A/D轉(zhuǎn)換輸出的結(jié)果D0～D7為8位二進制數(shù)。轉(zhuǎn)換輸出的結(jié)果在0～255之間分別對應著0～+5V之間的256個電壓值，因此單片機必須把A/D轉(zhuǎn)換輸出的結(jié)果轉(zhuǎn)換成可以顯示的電壓值，具體的方法是：由上公式可知：當ADC0809輸出為〔11111111〕B時，輸入電壓值VIN=5.00V；當ADC0809輸出為〔00000000〕B時，輸入電壓值VIN=0.00V；當ADC0809輸出為〔10000000〕B時，輸入電壓值VIN=2.50V，但是單片機在進行數(shù)學運算時結(jié)果只讀取整數(shù)局部，因此當輸出為〔10000000〕B時計算得來的電壓值VIN=2.00V。由此可以看出這樣運算的輸出結(jié)果很不準確，在0～+5V之間只有0，1，2，3，4，5六個電壓值，所以必須把單片機運算結(jié)果中的小數(shù)局部保存下來[8]。具體方法是：如果保存小數(shù)點后兩位，在運算的時候分子乘以100，保存三位就乘以1000。小數(shù)點后保存兩位的公式如下：〔2.2〕軟件程序設計簡介開機后首先初始化，使數(shù)碼管顯示為“0.000〞然后調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換子程序啟動A/D轉(zhuǎn)換器，單片機等待查詢轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，如果有信號那么通過并行口讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)并存儲，就這樣連著讀取五次數(shù)據(jù)后求平均值，再按上面的方法通過串行口把數(shù)據(jù)傳輸出，經(jīng)譯碼在數(shù)碼管顯示。具體方法和程序見程序設計局部和附錄。第三章硬件電路設計3.1A/D轉(zhuǎn)換電路3.1.1A/D轉(zhuǎn)換芯片的選擇A/D轉(zhuǎn)換器是模擬量輸入通道中的一個環(huán)節(jié)，單片機通過A/D轉(zhuǎn)換器把輸入模擬量變成數(shù)字量再處理。隨著大規(guī)模集成電路的開展，目前不同廠家已經(jīng)生產(chǎn)出了多種型號的A/D轉(zhuǎn)換器，以滿足不同應用場合的需要。如果按照轉(zhuǎn)換原理劃分，主要有3種類型，即雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器和并行式A/D轉(zhuǎn)換器。目前最常用的是雙積分和逐次逼近式。雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器具有抗干擾能力強、轉(zhuǎn)換精度高、價格廉價等優(yōu)點，比方ICL71XX系列等，它們通常帶有自動較零、七段碼輸出等功能。與雙積分相比，逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換速度更快，而且精度更高，比方ADC0808、ADC0809等，它們通常具有8路模擬選通開關及地址譯碼、鎖存電路等，它們可以與單片機系統(tǒng)連接，將數(shù)字量送單片機進行分析和顯示[9]。本設計中，要求精度小于0.5%，那么選用分辨率為8位的芯片，如ADC0809，ADC0801，ADC0808就能滿足設計要求。本電路采用ADC0809。3.1.2ADC0809內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)STARTCLKINT0INT1INT2INT3INT4INT5INT6INT7STARTCLKINT0INT1INT2INT3INT4INT5INT6INT78路模擬量開關EOCEOC8路A/D轉(zhuǎn)換器D0D1D2D38路A/D轉(zhuǎn)換器D0D1D2D3D4D5D6D7三態(tài)輸出鎖存器地址鎖存器與譯碼器ABCALE地址鎖存器與譯碼器ABCALEOEVREF〔+〕VREF〔—OEVREF〔+〕VREF〔—〕圖3-1ADC0809內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)3.1.3ADC0809的工作原理ADC是一種根本的外圍擴展器件，其種類很多，工作原理也不僅相同，比較有代表性的是：單積分型，雙積分型，脈寬調(diào)制型和逐次比較型〔逐次逼近型〕。從產(chǎn)品性價比、轉(zhuǎn)換速度和精度等方面綜合分析，逐次比較型ADC是相對應用比較廣的類型之一。所以有著廣泛的應用[10]逐次逼近型ADC實際采用的方法上從高到底開始逐位設定，比較模擬量輸出，再來確定原設定位的正確與否。逐次比較型ADC原理結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。其主要由采集保持電路、電壓比較器、逐次比較存放器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器ADC和鎖存器等局部組成。+—GOCP+—GOCP被測電壓uiADIF=1被測電壓uiADIF=1逐次比較存放器逐次比較存放器Us存放器Us存放器數(shù)字量輸出數(shù)字量輸出模/數(shù)轉(zhuǎn)換模/數(shù)轉(zhuǎn)換圖3-2逐次比較型ADC原理結(jié)構(gòu)其工作原理如下：首先，被測模擬電壓ui通過逐次比較存放器，將傳遞進的脈沖CP信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，該數(shù)字量再經(jīng)過數(shù)/模轉(zhuǎn)換器生成對應的模擬量Us。當獲得模擬量Us的數(shù)值到達并接近被測電壓所對應ui后，就可以檢測出電壓比較器完成最后的反轉(zhuǎn)。此時，逐次比較積存器的計數(shù)值就是被測電壓ui所對應的數(shù)字量，從而完成模擬量的轉(zhuǎn)換。以上的分析說明，逐次比較的模/數(shù)轉(zhuǎn)換方法，歸根到底是數(shù)/模轉(zhuǎn)換，采用逐次與模擬量進行比較后得到最終的數(shù)字標定值[11]。3.1.4ADC0809芯片介紹ADC0809是一種8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器。帶8個模擬量輸入通道，芯片內(nèi)有通道地址譯碼鎖存器，有輸出三態(tài)數(shù)據(jù)鎖存器，啟動信號為脈沖啟動方式，每個通道的轉(zhuǎn)換時間大約為100μs，可以和單片機直接接口[9]。IN0—IN7：8條模擬量輸入通道。ADC0809對輸入模擬量的要求是信號單極性，電壓范圍是0—5V，假設信號太小，必須進行放大：輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應保持不變，如假設模擬信號變化太快，那么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ALE線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線的地址信號進行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進轉(zhuǎn)化器進行轉(zhuǎn)換。A，B，C為地址輸入線，用于選通INO—IN7上的一路模擬量輸入。通道選擇如表3-1地址碼對應的輸入通道CBA000011110011001101010101IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7表3-1數(shù)字量輸出及控制線：11條。START為上跳沿時，所有內(nèi)部存放器清零；下跳沿時，開始進行A/D轉(zhuǎn)換：在轉(zhuǎn)換期間，START應保持底電平。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。當EOC為高電平時，說明轉(zhuǎn)換結(jié)束：否那么，說明正在進行A/D轉(zhuǎn)換。OE為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7—D0為數(shù)字量輸出線。CLK為時鐘輸入信號線。由于ADC0809的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為500KHz，最大不能超過1280KHz[11]。VREF〔+〕，VREF〔-〕為參考電壓輸入，決定了輸入模擬量的范圍。一般情況VREF〔-〕接地，VREF〔+〕接+5V電源。3.2單片機簡介單片機介紹單片微型計算機簡稱單片機，又稱微型控制或嵌入式控制器，是將計算機的根本部件微型化，使之集成在一塊芯片上的微機。單片機有著體積小，功耗低，功能強，性能價格比高、易于推廣應用等顯著優(yōu)點，在自動化裝置、智能化儀器儀表、過程控制和家用電器等領域得到日益廣泛的應用。采用AT89C51的原因在眾多的51系列單片機中，要算ATMEL公司的AT89C51更實用，它是由北京集成電路設計中心在MSC-51單片機的根底上精心設計，由美國生產(chǎn)的至今為止世界上最新型的高性能八位單片機。它不但和8051指令、管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的4K程序存儲器是FLASH工藝的，這種工藝的存儲器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫，一般專為ATMELAT89Cx做的編程器均帶有這些功能。顯而易見，這種單片機對開發(fā)設備的要求很低，開發(fā)時間也大大縮短[12]。3.2.3AT89C51芯片主要性能參數(shù)與MCS—51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容4K字節(jié)的可重擦寫Flash閃速存儲器1000次擦寫周期全靜態(tài)操作：0Hz–24Hz三級加密程序存儲器128×8字節(jié)內(nèi)部RAM32個可編程I/O口線2個16位定時/記數(shù)器6個中斷源可編程串行UART通道底功耗空閑和掉電模式圖3-3AT89C513.2.4AT89C51功能介紹AT89C51是一種低損耗、高性能、CMOS八位微處理器，片內(nèi)有4K字節(jié)的在線可重復編程快擦快寫存儲器，能重復寫入/擦除1000次，數(shù)據(jù)保存時間為十年。它與MCS-51系列單片機在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容，不僅可完全代替MCS-51系列單片機，而且能使系統(tǒng)具有許多MCS-51單片機，而且能使系統(tǒng)具有許多MCS-51系列產(chǎn)品沒有的功能。AT89C51可構(gòu)成真正的單片機最小應用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積，增加系統(tǒng)的可靠性，降低了系統(tǒng)本錢。只要程序長度小于4K，四個I/O口全部提供應用戶?？捎?V電壓編程，而且擦寫時間僅需10毫秒，僅為8751/87C51的擦除時間的百分之一，與8751/87C51的12V電壓擦寫相比，不易損壞器件，沒有兩種電源的要求，改寫時不拔下芯片，適合許多嵌入式控制領域。工作電壓范圍寬2.7V-6V，全靜態(tài)工作，工作頻率寬，在0MHz-24MHz內(nèi)，比8751/87C51等51系列的6MHz-12MHz更具有靈活性，系統(tǒng)能快能慢。AT89C51芯片提供三級程序存儲器加密，提供了方便靈活而可靠的硬加密手段，能完全保證程序或系統(tǒng)不被仿制[13]。另外，AT89C51還具有MCS-51系列單片機的所有優(yōu)點。128×8位內(nèi)部RAM，32位雙向輸入輸出線，兩個十六位定時/計數(shù)器，5個中斷源，兩級中斷優(yōu)先級，一個全雙工異步串行口及時鐘發(fā)生器等。3.2.5AT89C51引腳介紹及分配引腳描述：P0口：P0口是一組8位漏極開路雙向I/O口，也既地址/數(shù)據(jù)總線復用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口寫“1〞可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器話程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址〔底8位〕和數(shù)據(jù)總線服用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時，P0口接受指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。P1口：P1口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動〔吸收或輸出電流〕4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1〞，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可操作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉底時會輸出一個電流〔IIL〕。Flash編程和程序校驗期間，P1接收底8位地址。P2口：P2口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅(qū)動〔吸收或輸出電流〕4個TTL邏輯門電路。對斷口寫“1〞，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉底時會輸出一個電流〔IIL〕。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器〔例如執(zhí)行MOVE@DPTR〕時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器〔如執(zhí)行MOVE@RI指令〕時，P2口線上的內(nèi)容[也即特殊功能存儲器〔SFR〕區(qū)中R2存放器的內(nèi)容]，在整個訪問期間不改變。在Flash編程或校驗時，P2亦接收高位地址和其他控制信號。P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級可驅(qū)動〔吸收或輸出電流〕4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1〞時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時，被外部拉底的P3口將用上拉電阻輸出電流〔IIL〕。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表3-2所示端口引腳第二功能P3.0RXD〔串行輸入口〕P3.1TXD〔串行輸出口〕P3.2INT0〔外部中斷0〕P3.3INT1〔外部中斷1〕P3.4T0〔定時/記數(shù)器0〕P3.5T1〔定時/記數(shù)器1〕P3.6WR〔外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通〕P3.7RD〔外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通〕表3-2P3口還接受一些用于Flash閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器工作時，RET引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。ALE/PROG：當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底8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外部輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對Flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖〔PROG〕。如有必要，可通過對特殊功能存放器〔SFR〕區(qū)中的8EH的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVE和MOVX指令ALE才會被激活，此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置ALE無效。PSEN：程序存貯允許〔PSEN〕輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89C51由外部程序存儲器取指令〔或數(shù)據(jù)〕時，每個機器周期兩次PSEN有效，既輸出兩個脈沖。在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，這兩次有效的PSEN信號不出現(xiàn)。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端必須保持底電平〔接地〕。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平〔接VCC端〕，CPU那么執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。Flash存儲器編程時，該腳加上+12V的編程允許電源VPP，當然這必須是該器件是使用12V編程電壓VPP。XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(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。3.3LED顯示器系統(tǒng)3.3.1LED根本結(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、價格廉價、與單片機接口方便等優(yōu)點而得到廣泛應用。LED顯示器是由假設干個發(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引腳排列如下列圖3-4所示:圖3-43.3.2LED顯示器的選擇在應用系統(tǒng)中，設計要求不同，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9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3-54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。3.3.3LED譯碼方式譯碼方式是指由顯示字符轉(zhuǎn)換得到對應的字段碼的方式，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[3]。本設計系統(tǒng)中為了簡化硬件線路設計，LED譯碼采用軟件編程來實現(xiàn)。由于本設計采用的是共陰極LED，其對應的字符和字段碼如下表3-3所示。顯示字符共陰極字段碼03FH106H25BH34FH466H56DH67DH707H87FH96FH表3-33.4復位電路和時鐘電路復位電路設計單片機在啟動運行時都需要復位，使CPU和系統(tǒng)中的其他部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。MCS-51單片機有一個復位引腳RST,采用施密特觸發(fā)輸入。當震蕩器起振后，只要該引腳上出現(xiàn)2個機器周期以上的高電平即可確保時器件復位[1]。復位完成后，如果RST端繼續(xù)保持高電平，MCS-51就一直處于復位狀態(tài)，只要RST恢復低電平后，單片機才能進入其他工作狀態(tài)。單片機的復位方式有上電自動復位和手動復位兩種，圖3-5是51系列單片機統(tǒng)常用的上電復位和手動復位組合電路，只要Vcc上升時間不超過1ms，它們都能很好的工作[1]。圖3-53.4.2時鐘電路設計單片機中CPU每執(zhí)行一條指令，都必須在統(tǒng)一的時鐘脈沖的控制下嚴格按時間節(jié)拍進行，而這個時鐘脈沖是單片機控制中的時序電路發(fā)出的。CPU執(zhí)行一條指令的各個微操作所對應時間順序稱為單片機的時序。MCS-51單片機芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器，用于構(gòu)成震蕩器，XTAL1為該放大器的輸入端，XTAL2為該放大器輸出端，但形成時鐘電路還需附加其他電路[1]。本設計系統(tǒng)采用內(nèi)部時鐘方式，利用單片機內(nèi)部的高增益反相放大器，外部電路簡，只需要一個晶振和2個電容即可，如圖3-7所示。圖3-7電路中的器件選擇可以通過計算和實驗確定，也可以參考一些典型電路的參數(shù)，電路中C1和C2對振蕩頻率有微調(diào)作用，通常的取值范圍是20-40pF，在這個系統(tǒng)中選擇了33pF，石英晶振選擇范圍最高可選24MHz,它決定了單片機電路產(chǎn)生的時鐘信號振蕩頻率，在本系統(tǒng)中選擇的是12MHz，因而時鐘信號的振蕩頻率為12MHz。3.57805簡介用78/79系列三端穩(wěn)壓IC來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護電路，使用起來可靠、方便，而且價格廉價。第四章軟件程序設計4.1程序設計總方案根據(jù)模塊的劃分原那么，將該程序劃分初始化模塊，A/D轉(zhuǎn)換程序，數(shù)據(jù)處理程序，顯示程序，這四個程序模塊構(gòu)成了整個系統(tǒng)軟件的主程序，如圖開始開始初始化初始化調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換子程序調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換子程序數(shù)據(jù)處理程序數(shù)據(jù)處理程序調(diào)用顯示子程序調(diào)用顯示子程序結(jié)束結(jié)束圖4-14.2系統(tǒng)子程序設計初始化程序所謂初始化，是對將要用到的MCS_51系列單片機內(nèi)部部件或擴展芯片進行初始工作狀態(tài)設定，初始化子程序的主要工作是設置定時器的工作模式，初值預置，開中斷和翻開定時器等[9]。4.2.2A/D轉(zhuǎn)換子程序A/D轉(zhuǎn)換子程序用來控制對輸入的模塊電壓信號的采集測量，并將對應的數(shù)值存入相應的內(nèi)存單元，其轉(zhuǎn)換流程圖如圖4-2所示。開始開始啟動轉(zhuǎn)換啟動轉(zhuǎn)換NA/D轉(zhuǎn)換結(jié)束？NA/D轉(zhuǎn)換結(jié)束？YY輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)值轉(zhuǎn)換數(shù)值轉(zhuǎn)換顯示顯示結(jié)束結(jié)束圖4-2顯示子程序顯示子程序采用動態(tài)掃描實現(xiàn)四位數(shù)碼管的數(shù)值顯示，在采用動態(tài)掃描顯示方式時，要使得LED顯示的比較均勻，又有足夠的亮度，需要設置適當?shù)膾呙桀l率，當掃描頻率在70HZ左右時，能夠產(chǎn)生比較好的顯示效果。在本設計中，為了簡化硬件設計，主要采用軟件定時的方式，本設計通過軟件延時程序來實現(xiàn)5ms的延時。第五章仿真與調(diào)試5.1相關軟件簡介5.1.1Protel99SEProtel99SE是應用于Windows9X/2000/NT操作系統(tǒng)下的EDA設計軟件，采用設計庫管理模式，可以進行聯(lián)網(wǎng)設計，具有很強的數(shù)據(jù)交換能力和開放性及3D模擬功能，是一個32位的設計軟件，可以完成電路原理圖設計，印制電路板設計和可編程邏輯器件設計等工作，可以設計32個信號層，16個電源--地層和16個機加工層?！?〕Protel99SE的系統(tǒng)組成按照系統(tǒng)功能來劃分，Protel99se主要包含以下倆大局部和6個功能模塊。1.電路工程設計局部①電路原理設計局部〔AdvancedSchematic99〕：電路原理圖設計局部包括電路圖編輯器〔簡稱SCH編輯器〕、電路圖零件庫編輯器〔簡稱Schlib編輯器〕和各種文本編輯器。本系統(tǒng)的主要功能是：繪制、修改和編輯電路原理圖；更新和修改電路圖零件庫；查看和編輯有關電路圖和零件庫的各種報表。②印刷電路板設計系統(tǒng)〔AdvancedPCB99〕：印刷電路板設計系統(tǒng)包括印刷電路板編輯器〔簡稱PCB編輯器〕、零件封裝編輯器〔簡稱PCBLib編輯器〕和電路板組件管理器。本系統(tǒng)的主要功能是：繪制、修改和編輯電路板；更新和修改零件封裝；管理電路板組件。③自動布線系統(tǒng)〔AdvancedRoute99〕：本系統(tǒng)包含一個基于形狀〔Shape-based〕的無柵格自動布線器，用于印刷電路板的自動布線，以實現(xiàn)PCB設計的自動化?！?〕電路仿真與PLD局部①電路模擬仿真系統(tǒng)〔AdvancedSIM99〕：電路模擬仿真系統(tǒng)包含一個數(shù)字/模擬信號仿真器，可提供連續(xù)的數(shù)字信號和模擬信號，以便對電路原理圖進行信號模擬仿真，從而驗證其正確性和可行性。②可編程邏輯設計系統(tǒng)〔AdvancedPLD99〕：可編程邏輯設計系統(tǒng)包含一個有語法功能的文本編輯器和一個波形編輯器〔Waveform〕。本系統(tǒng)的主要功能是；對邏輯電路進行分析、綜合；觀察信號的波形。利用PLD系統(tǒng)可以最大限度的精簡邏輯部件，使數(shù)字電路設計到達最簡化。③高級信號完整性分析系統(tǒng)〔AdvancedIntegrity99〕：信號完整性分析系統(tǒng)提供了一個精確的信號完整性模擬器，可用來分析PCB設計、檢查電路設計參數(shù)、實驗超調(diào)量、阻抗和信號諧波要求等。〔3〕Protel99SE的功能特性①開放式集成化的設計管理體系②超強功能的、修改與編輯功能③強大的設計自動化功能5.1.2keilKeilC51是美國KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。用過匯編語言后再使用C來開發(fā)，體會更加深刻。單片機開發(fā)中除必要的硬件外，同樣離不開軟件，我們寫的匯編語言源程序要變?yōu)镃PU可以執(zhí)行的機器碼有兩種方法，一種是手工匯編，另一種是機器匯編，目前已極少使用手工匯編的方法了。機器匯編是通過匯編軟件將源程序變?yōu)闄C器碼，用于MCS-51單片機的匯編軟件有早期的A51，隨著單片機開發(fā)技術(shù)的不斷開展，從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級語言開發(fā)，單片機的開發(fā)軟件也在不斷開展，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(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境〔uVision〕將這些局部組合在一起。運行Keil軟件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空閑的硬盤空間、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。掌握這一軟件的使用對于使用51系列單片機的愛好者來說是十分必要的，如果你使用C語言編程，那么Keil幾乎就是你的不二之選〔目前在國內(nèi)你只能買到該軟件、而你買的仿真機也很可能只支持該軟件〕，即使不使用C語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強大的軟件仿真調(diào)試工具也會令你事半功倍。5.1.3ProteusProtues軟件是英國Labcenterelectronics公司出版的EDA工具軟件〔該軟件中國總代理為廣州風標電子技術(shù)〕。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)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(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到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，2021年即將增加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等多種編譯器。5.2軟件調(diào)試軟件調(diào)試的主要任務是排查錯誤，錯誤主要包括邏輯和功能錯誤，這些錯誤有些是顯性的，而有些是隱形的，可以通過仿真開發(fā)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)逐步改正。Proteus軟件可以對基于微控制器的設計連同所有的周圍電子器件一起仿真，用戶甚至可以實時采用諸如LED/LCD、鍵盤、RS232終端等動態(tài)外設模型來對設計進行交互仿真。Proteus支持的微處理芯片包括8051系列、AVR系列、PIC系列、HC11系列及Z80等等。Proteus可以完成單片機系統(tǒng)原理圖電路繪制、PCB設計，更為顯著點的特點是可以與uVisions3IDE工具軟件結(jié)合進行編程仿真調(diào)試[8]。本系統(tǒng)的調(diào)試主要以軟件為主，其中，系統(tǒng)電路圖的繪制和仿真我采用的是Proteus軟件，而程序方面，采用的是匯編語言，用Keil軟件將程序?qū)懭雴纹瑱C。圖5-1結(jié)論與展望經(jīng)過一段時間的努力，畢業(yè)論文-基于單片機的簡易數(shù)字電壓表根本完成。但設計中的缺乏之處仍然存在。這次設計是我第一次設計電路，并用Proteus實現(xiàn)了仿真。在這過程中，我對電路設計，單片機的使用等都有了新的認識。通過這次設計學會了Proteus和Keil軟件的使用方法，掌握了從系統(tǒng)的需要、方案的設計、功能模塊的劃分、原理圖的設計和電路圖的仿真的設計流程，積累了不少經(jīng)驗。基于單片機的數(shù)字電壓表使用性強、結(jié)構(gòu)簡單、本錢低、外接元件少。在實際應用工作應能好，測量電壓準確，精度高。系統(tǒng)功能、指標到達了課題的預期要求、系統(tǒng)在硬件設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。本文設計主要實現(xiàn)了簡易數(shù)字電壓表測量一路電壓的功能，詳細說明了從原理圖的設計、電路圖的仿真再到軟件的調(diào)試。通過本次設計，我對單片機這門課有了進一步的了解。無論是在硬件連接方面還是在軟件編程方面。本次設計采用了AT89C51單片機芯片，與以往的單片機相比增加了許多新的功能，使其功能更為完善，應用領域也更為廣泛。設計中還用到了模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0809，以前在學單片機課程時只是對其理論知識有了初步的理解。通過這次設計，對它的工作原理有了更深的理解。在調(diào)試過程中遇到很多問題，硬件上的理論知識學得不夠扎實，對電路的仿真方面也不夠熟練?？傊@次電路的設計和仿真，根本上到達了設計的功能要求。在以后的實踐中，我將繼續(xù)努力學習電路設計方面的理論知識，并理論聯(lián)系實際，爭取在電路設計方面能有所提升。由于本設計使用的是高效的51系列單片機作為核心的測量系統(tǒng)，以及高精度，高速度，高抗干擾的A/D轉(zhuǎn)換器。使得本直流電壓表具體精度高，靈敏度強，性能可靠，電路簡單，本錢低的特點。此設計是單片機應用系統(tǒng)的開發(fā)性實驗。通過此設計可知在單片機系統(tǒng)開發(fā)過程應注意以下事項。1.硬件的選擇，選擇適合設計目地的元器件是一個重要的方設計環(huán)節(jié)。不能以元器件是否是最高性能作為選擇元器件的標準，往往高性能器件的價格也是較高的。應根據(jù)工程設計的需要選擇元器件，能夠滿足設計需要作為標準選擇元器件。2.因為單片機系統(tǒng)設計是硬件和軟件相結(jié)合的設計，所以系統(tǒng)和硬件和軟件必須緊密配合，協(xié)調(diào)一致。應不斷調(diào)整硬軟件設計，以提高系統(tǒng)工作效率。單片機的應用如今已經(jīng)是在工業(yè)，電子等方面展示出了它的優(yōu)越性，利用單片機在設計電路逐漸成了趨勢，它與外圍電路再加上軟件程序就可以構(gòu)建任意的產(chǎn)品，使得本設計成為現(xiàn)實。隨著單片機的日益開展，它必將在未來顯示出更大的活力，為電子設計更多精彩。對于數(shù)字電壓表而言，功能將會越來越強大。致謝經(jīng)過一段時間的不懈努力，本次畢業(yè)設計即將接近尾聲，由于是初次嘗試設計電路，由于知識及經(jīng)驗的匱乏，難免遇到很多困難，如果沒有導師的催促指導以及同學們的支持，很難順利的完成此次畢業(yè)設計。從開始選題到論文的順利完成，都離不開老師、同學、朋友給以的幫助，在這里請接受我的謝意!首選，在本次畢業(yè)設計過程中，從選題、構(gòu)思、資料收集到最后定稿的各個環(huán)節(jié)給予細心指引與教導，使我對課程的多方面的知識有了深刻的認識，使我得以最終完成畢業(yè)設計，在此表示衷心感謝。其次，感謝一起做畢業(yè)設計的同學們，感謝你們給我的幫助和鼓勵，感謝你們在我遇到困難時所給的幫助，正是有了你們的幫助和鼓勵，此次畢業(yè)設計才得以順利的完成。本次設計得以順利完成，也與學院其他老師的幫助分不開的，雖然他們沒有直接參與我的論文指導，但在論文的形成過程中也給我提供了不少的意見，提出一些可行的建議，在此向他們表示感謝！同時也要感謝導師組的老師，他們在本文寫作的各個階段給出了許多珍貴意見。導師們的高深精湛的造詣與嚴謹求實的治學精神將永遠鼓勵著我。最后，對大學四年以來曾經(jīng)關心支持過我的老師、同學，特別是我的親愛的室友們送上最真誠的謝意。對于給我們提供了良好學習環(huán)境的淮北師范大學，更是充滿了感謝，由于母校的培養(yǎng)，才使我成長為一個合格的大學生。參考文獻[1]張毅剛，彭喜元，彭宇．單片機原理及應用[M]．北京：高等教育出版社，2021[2]林占江．電子測量技術(shù)[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2007[3]童詩白，華成英．模擬電子技術(shù)根底[M]．北京：高等教育出版社，2006[4]楊建成．基于單片機的數(shù)字電壓表設計與仿真[J]．現(xiàn)代電子技術(shù)，2021，35〔21〕[5]蘭圖．基于ADC0809的數(shù)字電[J]．科技資訊，2021[6]徐倩，孫澤陽，王亞飛．基于51單片機的數(shù)字電壓表設計[J]．企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2021，30〔14〕[7]宋鳳娟，孫軍，李國忠．基于89C51單片機的數(shù)字電壓表設計[J]．制造業(yè)自動化，2007，29〔2〕[8]李庭貴．基于TLC549AD轉(zhuǎn)換器與AT89S52單片機的數(shù)字電壓表設計[J]．自動化技術(shù)與應用，2021，31(3)[9]徐毅，趙龍，王海峰．基于單片機的新型數(shù)字電壓表設計[J]．河南科技，2021，11[10]劉敏娜，潘宏俠，王喬．基于51單片機的數(shù)字電壓表仿真設計[J]．山西電子技術(shù)，2021，02[11]Amir-RezaHosseinpour．Dormancyoftheone-chipcomputer---restoretothethroneeintheoperationwayandimproveanti-interferenceability[M]．2006[12]KnappCH，CarterGC．TheGeneralizedCorrelationMethodforEstimationofTimeDelay[J]．IEEETransactionsonAcoustics，Speech，andSignalProcessing，1976，24(4)：320-327附錄附錄A電氣原理圖與仿真圖附錄BTheone-chipcomputer---restoretothethroneWiththedevelopmentatfullspeedofthemicroelectrictechnique,theperformanceoftheone-chipcomputerimprovesrapidly,demonstratetheoutstandingadvantageintheoperation,logiccontrol,intelligentrespect,replacedandenlargedthemeasuringthatthecircuitmadeup,controlcircuitbydigitallogicalcircuit,operationoriginallytoagreatextent,useveryextensively.Butbecauseithavesystemhalted,procedureruncriticaldefectofflyingetc,makeitlimitinalotofimportantapplicationofoccasion.Alotoftechnologyinanti-interference,forexamplesetupthesoftwaretrap,addthehardwaretoguardthegateindog'scircuitetc,canmakethisproblemhavebettersettlement,butstilltheexistingproblem:①Guardthegatedogatthemovement,meanandappearmistakealreadyandrunsometime,thisisnotallowedinsomeoccasions;②Procedureappearcirculationmistakeverymuchsometimes,butjustguardthegatedogcontrollinkincludeandenter,adoptandguardthegateastosuchamistakedogunabletodiscern;③Inmeasureandcontrolcycleamongthelongsystem,one-chipcomputerspendwaitfortheperipheralhardwarealargeamountoftime,willbeinterferedtoowhencarryoutandwaitfortheorder.Tothesesituations,wehavetriedthemethodrestoredtothethronevoluntarilyinpractice,alternatepulseofadoptingetcorrestoretothethronewakingaccordingtoexternaltermstotheone-chipcomputerup.Afterbeingrestoredtothethroneeachtime,theone-chipcomputercarriesoutthecorrespondingprocedure,entersdormancyintimeafterfinishingcarryingoutthetask,waittoberestoredtothethroneneatly.Havesolvedabove-mentionedproblemswellwiththismethodandhasgotbetterresultintheagriculturalvoltagetransformercomprehensiveprotectorexperiment.Nowtake51serialone-chipcomputersasanexampleandprobeintotheconcreteprincipleandimplementationmethod,restoredtothethronethesignalasthehighlevel.1.principleandimplementationmethod1.1RestoredtothethronethelawregularlyunconditionallyUsetimer,special-purposeclockchiporotherpulsegenerator,producesignalofrestoringtothethroneregularlyaccordingtointervalthatsetfor.Thiskindofmethodisespeciallysuitableforthemeasuringinstrument.Innotrunningactually,sampletheanalogquantityofintroductionwithA/Dconverteroften,thenstoreshowing.Thiscourseisveryfast,butsteadyforreading,thedatapersecondareonlyupgraded1-2times,alargeamountoftimeofCPUisusedforwaiting.LetCPUcarryoutandenterdormancydirectlyafterthetask,restoretothethroneandwakebyexternalworldupItcarryoutthenextoperation,thisistorestoretothethronethelawregularlyInthiswaycanmakeanti-interferenceabilitystrengthengreatly,have2pointsmainly:①Atthedormancy,procedurestoprun,canappearPCindicatordisorderlyprocedurethatcausesrunandfly.Worktimeindormancyproportion1:9,thatistosay1shave0.1timeofsusedformeasuring,sendingoffshowing,thereistimedormancyof0.9s,theprobabilitythattheprocedureisinterferedis1/10whilerunningatfullspeed,wholeanti-interferenceabilityraiseby10times.②Becauseevery1sisrestoredtothethroneonceunconditionally,oncepresentthesystemhaltedduringajob,cancertainlyresumewhenrestoredtothethronenexttime.Astoonlyinstrumentthatshow,somereadingmistakethat1sappearaccidentallythereisnomemorytothenextmeasurement,becouldbear,belongto“pass〞mistake.Thiskindisrestoredtothethronetheadvantageofdog'scircuitforguardingthegateregularly,first,changewaitingtimeintoadormancystate,timetoshortenandmaybeinterfered;Second,avoidedhappeningthatthedogcontrolsthedeathcirculationofthelinktoincludeguardingthegate.1.2TheexternalconditionisrestoredtothethronethelawSomearrivalthatexportormeasureiscontrolledbytheoutside.Forinstance,thehotform.ofheating,rotatethepulseproducedandcalculateheatbyhotwaterwheels,thereisnohotwatertoflow,thereisnoheattoexport,CPUonlyneedinfactkeepnumbervalue,donotneedtocount.Canimaginehotwaterwheelsrotatewhenparkingwarm,CPUidleinwillitbewillitbeoneseasonautumnspringandsummer,Ifletdormancyits,measurehavewaterwheelspulseconstantly,anti-interferenceabilitycanstrengthengreatly.So,solongaslinkuptherestoringtothethroneofthepulseofthewaterwheelsandCPU,thewaterwheelsrotateacircleeachtime,CPUisrestoredtothethroneonce,hotform.canworknormally,thisisrestoredtothethronethelawbytheexternalcondition.Similarapplicationhavehalfelectronkilowatt-hourmeter,goononecountjustwhenthemachinerydegreewheelsandtransferstoacircle,usersdonotneedtheelectricity,CPUhasbeenknowingthedormancyallthetime.Therestoringtothethroneintheintervalnottoberegular,butconfirmedaccordingtotheexternalconditionofthismethod.Insomeoccasions,thetimeofthedormancywillbeverylong,veryeffectivetoimprovinganti-interferenceability.2.Thehardwarerealizesthemainpoint2.1RestoredtothethroneregularlyunconditionallyGenerallyhave2kindsofmethods.①Usethetimerorthespecial-purposeclockchiptoberestoredtothethrone.Fig1,inordertousethetimingcircuitthat555circuitmakesup;CanusetheclockchipsofX1126,etctoo,wakeCPUupwiththealarmsignalaftersettingupwarningtime.Thiskindofmethodissuitablewhenthelongintervalismade,canalsofollowtheresultofthisoperation,determinetowaketimeupinalarmnexttimetemporarily,veryflexibleandconvenient.②Thesignalofusingthesystemtobeinherentisasreducingthepulseregularly.Use50Hzworkerpowermakereducingafterhavingafaceliftfrequently,alreadyomitthetimer,gatheredthecorrespondingsignalforthephaseplacewhichmeasuredtheelectriccurrentsignalatthesametime,asFig.2shows.2.2ExternalconditionsarerestoredtothethroneSendexternalconditionpulsetoandisrestoredtothethronetheendsonafterhavingafacelift.Tothatabove-mentionedwaterwheelsortheammeterspendapulseproduced,canuseSchmitt'striggertohaveafacelift;Forwritingdowntheinstrumentofthebiggestorminimum，canusethewindowcomparator.Inordertorealizetheelectrificationthatisregulated,canusetheelectronicelectricpotentialdevice,establishupperandlowerlimitswiththeorderoftheone-chipcomputer.2.3ReducecycleandrestoredtothethronethehighelectricityatordinarytimesInFig3,restoredtothethronethesignalduringhighlevelTr,theone-chipcomputerisinthestateofrestoringtothethrone,theproceduredoesnotrun,anti-interferenceabilityisthestrongest;Afterthehighlevel,theone-chipcomputerbeginstoholdtheconductprocedure.Thatistosay,arerestoredtothethroneandsuitableforthetimethattheprocedurecarriesoutduringthelowlevelTdofthesignal,thistimeshouldbegreaterthantheexecutioncycleoftheprocedureeachtime.Itisrestoretothethronecycleandrestoretothethronehighlevelofsignaltakeemptythanverymuchimportanttochooserationally.Astosimpletoshowinstrument,restoretothethronecycledeterminedatabreakcycle,lowelectricityisitmeasure,hankoveralltimeshowntogreaterthantowantatordinarytimes;Otherwise,cantpresentforeverthemistakeoftheintactexecutiveprogram.MonolithicintegratedcircuitinTsandTrperiodallcaneffectivelytheantjamming,butisbesttheunnecessarytimearrangementinTr.Whentheprogramtimeislong,whenasfaraspossibletherequestreducesTr,mayjointhedifferentiatingcircuit,likechart1centerC30,R26,D9.3.The