簡易數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)

目

錄摘要...................................................................第1章第2章第3章

緒論.............................................................系統(tǒng)方案論證與框圖...............................................硬件電路設(shè)計(jì).....................................................3.1模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0809................................................3.1.1ADC0809內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)............................................3.1.2ADC0809的引腳..................................................3.1.3ADC0809的工作原理..............................................3.2數(shù)據(jù)處理及控制芯片AT89S51..........................................73.2.1主要性能參數(shù)....................................................83.2.2AT89S51的引腳..................................................3.2.3AT89S51的復(fù)位電路.............................................3.2.4AT89S51與的連接.......................................3.34位一體7段LED數(shù)碼管.............................................123.4整機(jī)電路及工作原理................................................第4章

軟件設(shè)計(jì)........................................................4.1主程序設(shè)計(jì)........................................................4.2各子程序設(shè)計(jì)......................................................第5章

仿真與調(diào)試......................................................5.1仿真工具..........................................................5.2仿真步驟..........................................................5.3硬件實(shí)物圖........................................................5.4測量結(jié)果..........................................................word檔可編輯復(fù)制

5.5問題及解決方案....................................................總結(jié)..................................................................參考文獻(xiàn)................................................................附錄1附錄2附錄3

整機(jī)原理圖.......................................................23元件明細(xì)表.......................................................24程序清單.........................................................25word檔可編輯復(fù)制

摘

要本設(shè)計(jì)主要采用芯片和ADC0809芯片來完成一個(gè)簡易的數(shù)字電壓表能夠?qū)斎氲?～V的模擬直流電壓進(jìn)行測量，并通過一個(gè)位一體的7LED數(shù)碼管進(jìn)行顯示，測量誤差約為0.02V。該電壓表的測量電路主要由三個(gè)模塊組成：A/D換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊及顯示控制模塊。A/D轉(zhuǎn)換主要由芯片來完成，它負(fù)責(zé)把集到的模擬量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量再傳送到數(shù)據(jù)處理模塊。數(shù)據(jù)處理則由芯片AT89S51來完成，其負(fù)責(zé)ADC0809傳送來的數(shù)字量經(jīng)一定的數(shù)據(jù)處理，產(chǎn)生相應(yīng)的顯示碼送到顯示模塊進(jìn)行顯示；另外它還控制ADC0809芯片的工作。顯示模塊主要7段數(shù)碼管及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)芯片(74HC245)組成，顯示測量到的電壓值。單片計(jì)算機(jī)即單片微型計(jì)算機(jī)（Microcomputer）,是集CPU、RAM、ROM定時(shí)，計(jì)數(shù)和多種接口于一體的微控制器。它體積小、成本低、功能強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于智能產(chǎn)業(yè)和工業(yè)自動(dòng)化上近年來隨著計(jì)算機(jī)在社會(huì)領(lǐng)域的滲透,單片機(jī)的應(yīng)用正不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新。在實(shí)時(shí)檢測和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往是作為一個(gè)核心部件來使用，僅單片機(jī)方面知識(shí)是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對(duì)具體應(yīng)用對(duì)象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，以作完善。而系列單片機(jī)是各單片機(jī)中最為典型和最有代表性的一種。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)通過對(duì)它的學(xué)習(xí)，應(yīng)用，從而達(dá)到學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)、開發(fā)軟、硬的能力。簡易電壓表是利用模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量經(jīng)單片機(jī)處理并反映在顯示器上它可以分析5V的電壓，并能用該電壓表推測出該電路的電流和電阻值。本文介紹了電壓表的使用和開發(fā)環(huán)境，仿真系統(tǒng)和開發(fā)使用的列的單片機(jī)芯片。在第二章論述了總體設(shè)計(jì)過程,確定了技術(shù)指標(biāo)及器件的選擇第四章著重描述了系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)框圖及所使用的各種芯片功能與特性。關(guān)鍵詞

電壓表；ADC0809；AT89S51word檔可編輯復(fù)制

第

緒論數(shù)字電壓表作為智能儀表的一種,它是采用數(shù)字化測量技術(shù)把連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換成不連續(xù)離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。傳統(tǒng)的指針電壓表功能單一精度不高，不能滿足數(shù)字化時(shí)代的需求，采用單片機(jī)的數(shù)字電壓表，由精度高抗干擾力強(qiáng)，可擴(kuò)展性強(qiáng)集成方便，還可以與PC進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。電壓、電流、功率是表征電信號(hào)能量大小的三個(gè)基本參量。在電子電路中，只要測量出其中一個(gè)參量就可以根據(jù)電路的阻抗求出其它二個(gè)參量?？紤]到測量的方便性、安全性、準(zhǔn)確性等因素，幾乎都用測量電壓的方法來測定表征電信號(hào)能量大小的三個(gè)基本參量此外許多參數(shù)例如頻率特性諧波失真度調(diào)制度等都可視為電壓的派生量。所以電壓的測量是其它許多電參量，也包括非電量測量的基礎(chǔ)。電壓是基本的電參數(shù)，其它許多電參數(shù)可看作電壓的派生量，由于電壓測量方便，因此電壓測量是電子測量中最基本的測量按測量結(jié)果的顯示方式可將電子電壓表分模擬式和數(shù)字式兩大類。數(shù)字式電壓表的核心是A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器最基本的兩種類型是積分型和比較型。前者抗干擾能力強(qiáng)，測量精度高，但測量速率低；后者測量速度快，但抗干擾能力差?？偟膩碚f，積分型特別是雙斜積分DVM性能較優(yōu)，應(yīng)用較廣泛。數(shù)字電壓表除具有一般的所具有的準(zhǔn)確度高字顯示讀數(shù)迅速準(zhǔn)確分辨力高、輸入阻抗高、能自動(dòng)調(diào)零、自動(dòng)轉(zhuǎn)換量程、自動(dòng)轉(zhuǎn)換及顯示極性等優(yōu)點(diǎn)，因而體積小，可靠性好，操作簡便，由于數(shù)字電壓表具有上述這些優(yōu)點(diǎn)，使得它獲得越來越廣泛的應(yīng)用。目前，由各種單片ＡＤ轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)字電壓表，已被廣泛用于電子及電子及電工測量，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，展示出強(qiáng)大的生命力。word檔可編輯復(fù)制

第

系統(tǒng)方案論證與框圖本設(shè)計(jì)采用AT89S51單片機(jī)芯片配合/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成一個(gè)簡易的數(shù)字電壓表原理框圖如圖2-1所示該電路通過ADC0809芯片采樣輸入口IN0輸入的0～5V的模擬量電壓，經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換后，產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)字量經(jīng)過其輸出通道D0～D7送給AT89S51芯片的P0口AT89S51負(fù)責(zé)把接收到的數(shù)字量經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，產(chǎn)生正確7段數(shù)碼管的顯示段碼，并通過其P1口經(jīng)三極管驅(qū)動(dòng)，再傳送給數(shù)碼管。同時(shí)它還通過其三位I/O口P3.0P3.1P3.2產(chǎn)生位選信號(hào)，控制數(shù)碼管的亮滅。另外AT89S51還制著ADC0809的工作。其管腳為ADC0809提供了1MHz工作的時(shí)鐘脈沖；控制ADC0809的地址鎖存端(ALE)P2.4控制ADC0809的啟動(dòng)端(START)P2.5控制ADC0809的輸出允許端(OE)；P3.7控制ADC0809的轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)EOC)。圖2-1系原理框圖本設(shè)計(jì)與其它方法實(shí)現(xiàn)主要區(qū)別在于元器件上例如AT89C51與AT89S51在AT89C51的基礎(chǔ)上，又增加了許多功能，性能有了較大提升。1.ISP在線編程功能，這個(gè)功能的優(yōu)勢在于改寫單片機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi)的程序不需要把芯片從工作環(huán)境中剝離。是一個(gè)強(qiáng)大易用的功能。2.工作頻率為33MHz，大家都知道89C51極限工作頻率只有24M，就是說S51具有更高工作頻率，從而具有了更快的計(jì)算速度。3.具有雙工UART串行通道。4.內(nèi)部集成看門狗計(jì)時(shí)器，不再需要像那樣外接看門狗計(jì)時(shí)器單元電路。word檔可編輯復(fù)制

5.雙數(shù)據(jù)指示器。6.電源關(guān)閉標(biāo)識(shí)。7.全新的加密算法使得對(duì)于89S51的解密變?yōu)椴豢赡苄虻谋Ｃ苄源蟠蠹訌?qiáng)，這樣就可以有效的保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)不被侵犯。8.兼容性方面下完全兼全部字系列產(chǎn)品8051等等早MCS-51兼容產(chǎn)品。在89C51上一樣可以照常運(yùn)行，這就是所謂的向下兼容。word檔可編輯復(fù)制

第

硬件電路設(shè)計(jì)3.1模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0809是典型的8通道逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，其實(shí)物如圖3-2示。它可以和微型計(jì)算機(jī)直接接口。ADC0809轉(zhuǎn)換器的系列芯片是，可以相互替換。圖3-1ADC0809實(shí)圖ADC0809內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖3-2ADC0809的部邏輯結(jié)構(gòu)及引腳圖ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。圖中多路模擬開關(guān)可選通8模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，并共用一A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。地址鎖存與譯碼電路完成對(duì)A、B、C三個(gè)地址位進(jìn)行鎖存與譯碼，如表所示。word檔可編輯復(fù)制

表3-1ADC0809通選擇表C(ADDC)00001111

B(ADDB)00110011

A(ADDA)01010101

選擇的通道IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7ADC0809的引腳ADC0809芯片為引腳雙列直插式封裝，其引腳排列如圖1-4所示。1.IN0～I(xiàn)N7：8路模擬量輸入通道。2.A、B、C：模擬通道地址線。這3根地址線用于對(duì)路模擬通道的選擇，其譯碼關(guān)系如表1-1所示。其中，A為低地址，C為高地址，引腳圖中為ADDA，ADDB和ADDC。3.START：轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。升沿時(shí)，復(fù)位；START下降沿時(shí)啟動(dòng)芯片開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換在轉(zhuǎn)換期間START保持低電平本信號(hào)有時(shí)簡寫為。4.D7～D0：數(shù)據(jù)輸出線。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機(jī)的數(shù)據(jù)線直接相連。D0為最低位，D7為最高。5.OE：輸出允許信號(hào)。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)。OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻；OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。6.CLK：時(shí)鐘信號(hào)ADC0809內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)由外界提供，因此有時(shí)鐘信號(hào)引腳。通常使用頻率為500KHz的時(shí)鐘信號(hào)。7.EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)EOC=0,在進(jìn)行轉(zhuǎn)換EOC=1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。使用中該狀態(tài)信號(hào)即可作為查詢的狀態(tài)標(biāo)志，又可作為中斷請(qǐng)求信號(hào)使用。8.Vcc：+5V電源，：地。9.Vref：參考電壓。參考電壓用來與輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行比較，作為逐次逼近的基準(zhǔn)。其典型值為+5V(Vref(+)=+5V,Vref(-)=0V)word檔可編輯復(fù)制

ADC0809的工作原理首先輸入3位地址，并使，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上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，之后出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到A/D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A/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)輸入高平時(shí)，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。（注意ALE信號(hào)常與START信號(hào)連在一起這樣連接可以在信號(hào)的前沿寫入地址信號(hào)，在其后沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，圖3-3為ADC0809號(hào)的時(shí)序配合圖）。圖3-3ADC0809信的時(shí)序配合3.2數(shù)據(jù)處理及控制芯片圖3-4AT89S51實(shí)圖AT89S51是美國公司生產(chǎn)的低功耗、高性能CMOS8位單片機(jī)。圖和3-5分別為其實(shí)物圖和內(nèi)部總體結(jié)構(gòu)圖。AT89S51內(nèi)含有節(jié)閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM32個(gè)I/O口線看門狗WDT)兩個(gè)數(shù)據(jù)指針個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器,一個(gè)5向量兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同,S51可降至靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作允許RAM時(shí)計(jì)數(shù)器通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作電方式保存中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。由于將多word檔可編輯復(fù)制

功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中的是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。主要性能參數(shù)1.與MCS-51產(chǎn)品指令系列完全兼容；2.4K字節(jié)在系統(tǒng)編程(ISP)Flash閃速存儲(chǔ)器；3.1000次擦寫周期；4.4.0～5.5V工作電壓范圍；5.全靜態(tài)工作模式：～33MHz；6.三級(jí)程序加密鎖；7.128字節(jié)內(nèi)部；8.32個(gè)可編程I/O口線；9.2個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器；10.6個(gè)中斷源；11.全雙工串行通道；12.低工耗空閑和掉電模式；13.中斷可從空閑模式喚醒系統(tǒng)；14.看門狗(WDT)及雙數(shù)據(jù)指針；15.掉電標(biāo)識(shí)和快速編程特性；16.靈活的在系統(tǒng)編程(ISP-字節(jié)或頁寫模式)。AT89S51的引腳圖3-6的腳圖word檔可編輯復(fù)制

AT89S51芯片為引腳雙列直插式封裝，其引腳排列如圖3-6所示。1.P2口：P2口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的位雙向口，P2口的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)P2口管腳寫入“1”后，被內(nèi)部上拉電阻拉高，可用作輸入P2口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部接有上拉電阻的緣故口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，輸出地址的高八位。在訪問8位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2線上的內(nèi)容，在整個(gè)訪問期間不改變。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。2.P3口：P3口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的位雙向口，P3口的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)P3口管腳寫入“1”后，被內(nèi)部上拉電阻拉高，可用作輸入P3口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部接有上拉電阻的緣故口除了一般I/O線的功能外還具有更為重要的第二功能如表所示P3口同時(shí)為FLASH編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。表3-2P1口第二功能端口引腳P1.5P1.6P1.7P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7

第二功能MOSI(用于ISP編)MISO(用于ISP編)SCK(用ISP編程)RXD（串行輸入口）TXD（串行輸出口）/INTO（外部中斷0）/INT1（外部中斷1）T0（時(shí)器0外輸入）T1（時(shí)器1外輸入）/WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）（1）VCC：電源電壓；（2）GND：接地；（3）P0口：P0口是一組8位漏極開路雙向口，每位引腳可驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門路。對(duì)P0口的管腳寫“1”時(shí)，被定義為高阻抗輸入。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序word檔可編輯復(fù)制

存儲(chǔ)器時(shí)，它可以被定義為數(shù)據(jù)總線和地址總線的低八位。在程時(shí)，P0口作為原碼輸入口；當(dāng)FLASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須接上拉電阻。（4P1口P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口P1口的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)P1口管腳寫入“1”后，被內(nèi)部上拉電阻拉高，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)部接有上拉電阻的緣故。在編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為低八位地址接收。P1還具有第二功能，如表所示。（5）RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。（6）ALE//RPOG：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)。在編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)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)A脈沖。如想禁止輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，ALE有在執(zhí)行，MOVC指令是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)A禁止，置位無效。（7）/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。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)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的信號(hào)將不出現(xiàn)。（8）：當(dāng)保持低電時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（，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。FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。（9）XTAL1：片內(nèi)高增益反向放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。（10）XTAL2：片內(nèi)高增益反向放大器的輸出端。AT89S51的復(fù)位電路AT89S51的復(fù)位電路如圖示。當(dāng)單片機(jī)一上電，立即復(fù)位；另外，如果在運(yùn)行中，外界干擾等因素使單片機(jī)的程序陷入死循環(huán)狀態(tài)或“跑飛”，就可以通過按鍵使其復(fù)位。復(fù)位也是使單片機(jī)退出低功耗工作方式而進(jìn)入正常狀態(tài)的一種操作。word檔可編輯復(fù)制

圖3-7復(fù)電路電容C和電阻R1實(shí)現(xiàn)上電自動(dòng)復(fù)位增加按鍵開關(guān)和電阻R2又可實(shí)現(xiàn)按鍵復(fù)位功能R2的作用是在S按下的時(shí)候防止電容C放電電流過大燒壞開關(guān)的觸點(diǎn)因保證R1/R2>10。一般取C=10uF,R2=100ΩR1=8.2KΩ。AT89S51與圖3-8AT89S51與ADC0809的接電路AT89S51與ADC0809的連接電路如圖3-8所示。AT89S51與ADC0809的連接必須注意處理好3個(gè)問題：1.在START端送一個(gè)寬的啟動(dòng)正脈沖；2.獲取EOC端上的狀態(tài)信息，因?yàn)樗寝D(zhuǎn)換的結(jié)束標(biāo)志；word檔可編輯復(fù)制

3.給“三態(tài)輸出鎖存器”分配一個(gè)端口地址，也就是給端送一個(gè)地址譯碼器的輸出信號(hào)。3.34位一體段LED碼管本設(shè)計(jì)的顯示模塊主要由一個(gè)位一體的7段LED數(shù)碼管(SM410564)成用于顯示測量到的電壓值。它是一個(gè)共陽極的數(shù)碼管，每一位數(shù)碼管的原理圖如1-13所示。每一位數(shù)碼管的a,b,c,d,e,f,g和dp端都各自連接在一起用于接收AT89S51的P1產(chǎn)生的顯示段碼。1，2，3，4引腳端為其位選端，用于接收的P3產(chǎn)生的位選碼。圖3-10和圖3-9分別為其實(shí)物圖和引腳圖。圖3-9一數(shù)碼管的原理圖圖3-10SM410564數(shù)管物圖3.4整機(jī)電路及工作原理本設(shè)計(jì)采用AT89S51單片機(jī)芯片配合/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成一個(gè)簡易的數(shù)字電壓表。設(shè)計(jì)的硬件電路由主控部分(單片機(jī)、采集模擬量部分（A/D轉(zhuǎn)換一路ADC0804示部分（四位八段數(shù)碼管警電路（蜂鳴器）個(gè)部分組成。各部分之間相互協(xié)作，構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的有機(jī)整體，實(shí)現(xiàn)數(shù)字電壓表的功能。該電路通過ADC0809芯片采樣輸入口IN0輸入的0～5的模擬量電壓，經(jīng)過模/數(shù)word檔可編輯復(fù)制

轉(zhuǎn)換后相應(yīng)的數(shù)字量經(jīng)過其輸出通D0～傳送AT89S51芯片口負(fù)責(zé)把接收到的數(shù)字量經(jīng)過數(shù)據(jù)處理產(chǎn)生正確的7段數(shù)碼管的顯示段碼并通過其P1口經(jīng)驅(qū)動(dòng)芯片74HC245驅(qū)動(dòng)傳送給數(shù)碼管時(shí)它還通過其三位口P3.0P3.1、P3.2產(chǎn)生位選信號(hào)，控制數(shù)碼管的亮滅。另外AT89S51還控制著ADC0809工作。其ALE腳為提供了1MHz作的時(shí)鐘脈沖；P2.3制的地址鎖存端(ALE)；P2.4控制ADC0809的啟動(dòng)端(START)P2.5控制ADC0809的輸出允許端(OE)；P3.7控制ADC0809的轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)(EOC)。各部分的硬件電路設(shè)計(jì)詳見附錄一。word檔可編輯復(fù)制

第

軟件設(shè)計(jì)4.1主程序設(shè)計(jì)初始化中主要對(duì)AT89S51，ADC0809的管腳和數(shù)碼管的位選及所用到的內(nèi)存單元70H,78H,79H,7AH進(jìn)行初始化設(shè)置。準(zhǔn)備工作做好后便啟動(dòng)ADC0809腳輸入進(jìn)0～5V電壓模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并轉(zhuǎn)換成相對(duì)應(yīng)的0～255十進(jìn)制數(shù)字量。在數(shù)據(jù)處理子程序中，運(yùn)用標(biāo)度變換知識(shí)，編寫算法將0～255十進(jìn)制數(shù)字量轉(zhuǎn)換成0.00～5.00V的數(shù)據(jù)，輸出到顯示子程序進(jìn)行顯示。整個(gè)主程序就是在轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)處理及顯示程序循環(huán)執(zhí)行個(gè)程序流程框圖如圖4-1所示。圖4-1主序流程圖4.2各子程序設(shè)計(jì)1.A/D轉(zhuǎn)換子程序word檔可編輯復(fù)制

啟動(dòng)ADC0809對(duì)模擬量輸入信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，通過判（P3.1引腳）來確定轉(zhuǎn)換是否完成，若為，則繼續(xù)等待；若EOC為1，則把置位，將轉(zhuǎn)換完成的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到70H中。程序流程圖如圖4－2所示。圖4-2A/D轉(zhuǎn)換程序流程圖2.數(shù)據(jù)處理子程序數(shù)據(jù)處理子程序主要根據(jù)標(biāo)度變換公式，把～255十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為～5.00V。0+(Am-A0)*(Nx-N0)/(Nm-N0)Ax:模擬測量值;A0:模擬量輸入最小值;Am:模擬量輸入最大值;Nx:摸/數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)值;N0:摸數(shù)轉(zhuǎn)換后的最小值;Nm摸/數(shù)轉(zhuǎn)換的最大值。在本設(shè)計(jì)中，根據(jù)要求知：A0=0V，Am=5V，N0=0，Nm=255則公式1-1可化簡為：Ax=A0+（Am-A0）*（Nx-N0）/(Nm-N0)=5Nx/255=Nx/51程序流程圖如圖4－3所示。word檔可編輯復(fù)制

圖4-3數(shù)處理子程序流程圖3.顯示子程序顯示子程序采用動(dòng)態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn)三位數(shù)碼管的數(shù)值顯示測量所得的A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)放在70H存單元中量數(shù)據(jù)在顯示時(shí)需轉(zhuǎn)換10進(jìn)制BCD碼放在～7AH單元中。寄存器R1用作顯示數(shù)據(jù)地址指針。程序流程圖如圖所示。word檔可編輯復(fù)制

圖4-4顯子程序流程圖word檔可編輯復(fù)制

第

仿真與調(diào)試5.1仿真工具Proteus具有4大功能模塊1.智能原理圖設(shè)計(jì)（）2.完善的電路仿真功能（）3.獨(dú)特的單片機(jī)協(xié)同仿真功能（）4.實(shí)用的PCB設(shè)計(jì)平臺(tái)ProteusISIS英國司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)上可以仿真分析(SPICE)種模擬器件和集成電路該軟件的特點(diǎn)是①實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合具有模擬電路仿真字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真RS232動(dòng)態(tài)仿真I2C調(diào)試器SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等。②支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真目前支持的單片機(jī)類型有68000系列8051系列AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、系列、HC11系列以及各種外圍芯片。③提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，同時(shí)可以觀察各個(gè)變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如C51uVision2等軟件。④具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能之軟件是一款集單片機(jī)和分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大。5.2仿真步驟在PROTEUS繪制好原理圖后已編譯好的目標(biāo)代碼文件以在的原理圖中看到模擬的實(shí)物運(yùn)行狀態(tài)和過程。仿真效果如下圖：word檔可編輯復(fù)制

圖5-1仿圖5.3硬件實(shí)物圖圖5-2實(shí)硬件實(shí)物圖word檔可編輯復(fù)制

5.4測量結(jié)果本設(shè)計(jì)經(jīng)過對(duì)所設(shè)計(jì)的對(duì)象的程序以及對(duì)原理圖進(jìn)行了修改完善成功的取得了一組測量數(shù)據(jù)通過對(duì)LED顯示管所顯示的數(shù)字與通過用模擬電壓表所測得的數(shù)值進(jìn)行比較以便更加說明本設(shè)計(jì)的可靠性。所測數(shù)據(jù)如表所示。表5-1測結(jié)果顯示LED顯示數(shù)值V)0.451.072.213.154.004.605.00模擬值測量(V)0.4581.0752.23.1584.0604.6204.995.5問題及解決方案1.在應(yīng)用濾波電容的過程中，一開始是把電容串聯(lián)在電路中，導(dǎo)致電路無法導(dǎo)通，而后我們短路電容，解決了問題。2.電源指示燈上，一開始發(fā)現(xiàn)接上電源，指示燈不亮，經(jīng)過儀器測量發(fā)現(xiàn)正負(fù)極接反，問題解決。3.焊接完成后接上電源發(fā)現(xiàn)數(shù)碼顯示管最后一個(gè)某一段不發(fā)光經(jīng)過檢查之后發(fā)現(xiàn)了虛焊點(diǎn)，重焊之后正常顯示。4.由于源程序的多處錯(cuò)誤，使得仿真無法通過，后經(jīng)過單步調(diào)試，把存在的錯(cuò)誤一一排除，通過了軟件仿真。word檔可編輯復(fù)制

總

結(jié)通過本次課題設(shè)計(jì)，我們對(duì)單片機(jī)這門課程有了更進(jìn)一步的了解。無論是在其硬件連接方面還是在軟件編程方面，都取得了新的收獲。本次實(shí)驗(yàn)采用AT89S51單片機(jī)芯片以往我們我們所熟悉的C51芯片有許多不同之處過本次實(shí)驗(yàn)及查閱相關(guān)資料，我們對(duì)其之間的區(qū)別有了一定的認(rèn)識(shí)在本課題設(shè)計(jì)報(bào)告的硬件介紹部分也對(duì)其作了細(xì)的論述。S51的基礎(chǔ)上增加了許多新的功能，使其功能更為完善，應(yīng)用領(lǐng)域也更為廣泛。另外，在對(duì)單片機(jī)編程方面，我們又掌握了一些新的編程思想，使得程序更為簡練、易懂，而且更為嚴(yán)謹(jǐn)，程序執(zhí)行的穩(wěn)定性得到了提高。實(shí)驗(yàn)中我們還用到了模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0809前在學(xué)單片機(jī)這門課程時(shí)只是對(duì)其理論知識(shí)有了初步的了解。通過本次實(shí)驗(yàn)，我們對(duì)它的工作原理徹底理解了，對(duì)其啟動(dòng)設(shè)置、轉(zhuǎn)換結(jié)束判斷以及輸出控制等都基本掌握。電路連接方面，我們對(duì)其與單片機(jī)的連接也有了更為直觀的認(rèn)識(shí)，通過實(shí)驗(yàn)的摸索以及必要的理論知識(shí)，我們準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)了它于單片機(jī)的互連。word檔可編輯復(fù)制

參考文獻(xiàn)[1]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ).數(shù)字部分.北京:高等教育出版社,2000[2]顧永杰.電工電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)教程.上海:上海交通大學(xué)出版社,1999[3]陳小虎.電工實(shí)習(xí)（I）.北京:中國電力出版社，[4]焦輜厚.電子工藝實(shí)習(xí)教程.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,1993[5]陳堅(jiān).電力電子學(xué)[M].北京:高等教育出版社2002[6]宋春榮.通用集成電路速查手冊(cè).山東:山東科學(xué)技術(shù)出版社,1995[7]高吉祥.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì).北京電子工業(yè)出版社,2002[8]呂思忠.數(shù)子電路實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì).哈爾濱哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2001[9]謝自美.電子線路設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、測試.武漢華中理工大學(xué)出版社,2000word檔可編輯復(fù)制

附錄1

整機(jī)原理圖word檔可編輯復(fù)制

附錄

元件明細(xì)表項(xiàng)目代號(hào)

代

號(hào)

名稱、型號(hào)、規(guī)格

數(shù)量

備注

更改R1、R2R5—R8R3、R4R9C1C3C5、C6C2、C4C7、C8X1LED1Q1—Q4K1

RT―0.125―b10kΩ―±1%RT―0.125―b4.7kΩ―±1%RT―0.125―b1kΩ―±10%CD2―16V―47uF―±10%CD2―16V―10uF―±10%30pF0.1uF晶振12Mhz發(fā)光二級(jí)管(色)三極管9012單片機(jī)集成電路插座（40腳）按鈕*6觸數(shù)碼管4位線路板單面

243112411411111舊底圖總號(hào)更改標(biāo)記

數(shù)量

更改單號(hào)

簽名

日期底圖總號(hào)

擬審

制校簡易數(shù)字日期

簽名

電壓表的設(shè)計(jì)元件表

等級(jí)標(biāo)記

第1張

共1張標(biāo)準(zhǔn)化批

準(zhǔn)word檔可編輯復(fù)制

附錄

程序清單#include<reg52.h>Unsignedcharcodedispbitcode[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};0~9unsignedchardispbuf[4];//存放數(shù)組