電子線路硬件課程設(shè)計實驗報告-數(shù)字電壓表設(shè)計

電子線路硬件課程設(shè)計實驗報告課題：數(shù)字電壓表設(shè)計班級：作者：學號：指導(dǎo)老師：課設(shè)評價：課設(shè)成績：

摘要隨著數(shù)字電路的發(fā)展和普及，其精度和可靠性已漸漸超過模擬電路，加上其顯示直觀方便，誤差小，數(shù)字電路儀器已漸漸進入各種測試儀器中供給人們使用。在本設(shè)計中電壓表可以測量直流電壓（0~200V），分為四檔：200mV、2V、20V及200V，并通過3位7段數(shù)碼管顯示測量值。根據(jù)可選擇的方案，本設(shè)計主要采用51單片機和AD0809AD轉(zhuǎn)換芯片進行數(shù)據(jù)的采樣和處理，并通過數(shù)碼管顯示。本設(shè)計具有實現(xiàn)方便，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，顯示直觀，可靠性較好等特點。關(guān)鍵字：數(shù)字電壓表51單片機AD0809AbstractWiththedigitalcircuit'spopularizationandthedevelopment,itsprecisionandthestabilityhasbeenhigherthantheanalogouscircuitbyfar,Itsdirect-viewingvoltagedemonstratesbothareadvantageousfortheuse,andcanreducethepersonalerror.Duringthisdesign,thevoltmetermaysurveytheDCvoltagemeasuringrange(0~200V)tobedividedfourgrades:200mv,2v,20v,200v,andnixietubedemonstratesitsvaluethroughthreebitLED.Accordingtothedigitalvoltmeter'sfunctionrequest,selectingat89C51monolithicintegratedcircuittomakethecontrolsystem,realizesA/DtransformationfunctionbyADC0809.Thisdesignisreasonable,easy,convenient,stableandhassomeotheradvantages.Keywords:digitalvoltmeterat89C51AD0809項目概述本項目要求設(shè)計并實現(xiàn)一個數(shù)字電壓表的裝置，該裝置能夠?qū)?~200V范圍的直流電壓進行測量。測量分為4擋：200mV、2V、20V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。同時具有正、負電壓極性顯示，小數(shù)點顯示。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)不同的量程能自動調(diào)整小數(shù)點。項目設(shè)計目標及方案論證設(shè)計目標本設(shè)計項目有基本要求和擴展部分要求兩部分：基本要求①數(shù)字電壓表有4個測量擋：200mV、2V、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。②數(shù)字電壓表以基本量程為基礎(chǔ)，同時設(shè)計衰減器進行量程的擴展。③具有位（三位半）顯示：有3位完整的顯示，另外最高位只顯示0或1。④能夠判讀并顯示被測電壓的極性。擴展部分設(shè)計并調(diào)試自動量程轉(zhuǎn)換電路設(shè)計并調(diào)試小數(shù)點自動切換功能方案論證方案一：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。方案二：采用單片機、A/D芯片和顯示芯片設(shè)計數(shù)字電壓表：單片機型號廣泛、并且價格低廉。只要單片機內(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。方案三：基于FPGA及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將轉(zhuǎn)換的數(shù)字量變成需要的數(shù)字量，送LED進行顯示。系統(tǒng)集成度高，精度可以保證，但是系統(tǒng)成本較高。方案選擇：在可選的三種方案里，本人結(jié)合自身實際動手能力，沒有選擇之前模擬電路實驗和數(shù)字電路實驗課上做過的直接通過純硬件電路實現(xiàn)的數(shù)字電壓表，也沒有選擇比較熟悉的FPGA和AD芯片實現(xiàn)的數(shù)字電壓表，而選擇了挑戰(zhàn)自己沒有學過和做過的51單片機來作為數(shù)字電壓表的控制部分，通過AD采集，數(shù)碼管顯示的數(shù)字電壓表，本人覺得是一次挑戰(zhàn)，也是一次難得的學習過程。系統(tǒng)總體設(shè)計（一）系統(tǒng)設(shè)計本次設(shè)計大致可分為四個部分：①檔位電路；②AD采樣電路；③單片機處理部分；④LED顯示部分。各部分功能為：檔位電路：對測量檔位進行選擇（200mV、2V、20V、200V），并對較大的輸入電壓進行衰減（如20V檔位電壓及200V檔位電壓）及對較小檔位進行放大（200mV檔位），以提高測量可靠性，安全性等。AD采樣電路：對輸入的模擬信號進行采樣，得到可以送給單片機處理的數(shù)字信號。單片機處理部分：對獲取的采樣信號進行處理，從而可以得到實際的測量電壓值，并調(diào)用顯示模塊，將測量值送給顯示模塊顯示輸出。LED顯示部分：將測量電壓通過7段數(shù)碼管顯示。如下是系統(tǒng)的整體框圖：以上各功能電路即可構(gòu)成一個完整的數(shù)字電壓表電路系統(tǒng)，通過51單片機對各個模塊的工作時序進行控制，可完成電壓測量及顯示的功能。（二）主要芯片介紹1.ADC0809芯片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，可以和單片機直接接口。ADC0809是8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器。內(nèi)部結(jié)構(gòu)由模擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān)和A/D轉(zhuǎn)換兩大部分構(gòu)成。模擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān)由8路模擬開關(guān)和3位地址鎖存與譯碼器組成，地址鎖存允許信號ALE將三位地址信號ADDC、ADDB和ADDA進行鎖存，然后由譯碼電路選通其中一路摸信號加到A/D轉(zhuǎn)換部分進行轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換部分包括比較器、逐次逼近寄存器SAR、256R電阻網(wǎng)絡(luò)、樹狀電子開關(guān)、控制與時序電路等，另外具有三態(tài)輸出鎖存緩沖器，其輸出數(shù)據(jù)線可直接被CPU讀取。ADC0809內(nèi)部原理圖A/D轉(zhuǎn)換器與CPU之間傳送數(shù)據(jù)的方法等待延時法等待延時法是利用CPU執(zhí)行一條輸出指令，啟動ADC轉(zhuǎn)換，然后CPU執(zhí)行延時程序，延時時間大于所選用的ADC芯片轉(zhuǎn)換時間，延時結(jié)束，CPU執(zhí)行輸入指令，打開三態(tài)門獲取ADC轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)。查詢法查詢法是由CPU來檢查EOC信號。當CPU啟動ADC芯片開始轉(zhuǎn)換之后，再通過狀態(tài)端口讀取EOC信號，檢查ADC是否轉(zhuǎn)換結(jié)束。若轉(zhuǎn)換結(jié)束，則讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，否則繼續(xù)查詢。中斷法用中斷法可提高CPU的利用率，當ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束，由EOC信號上升沿通過8259A中斷控制邏輯向CPU發(fā)出中斷請求，CPU響應(yīng)中斷在服務(wù)程序中讀取結(jié)果。本設(shè)計中采用的數(shù)據(jù)傳送方法為查詢法，這種方法雖然沒有中斷法那樣節(jié)省CPU資源，但是由于本設(shè)計中的單片機不需要處理其他事務(wù)，只需要執(zhí)行數(shù)字電壓表的程序，所以采用查詢法較為簡單，容易實現(xiàn)。ADC0809工作時序ADC0809工作時序圖如下ADC0809工作時序圖當通道選擇地址有效時，ALE信號一出現(xiàn)，地址便馬上被鎖存，這時轉(zhuǎn)換啟動信號緊隨ALE之后(或與ALE同時)出現(xiàn)。START的上升沿將逐次逼近寄存器SAR復(fù)位，在該上升沿之后的2μs加8個時鐘周期內(nèi)(不定)，EOC信號將變低電平，以指示轉(zhuǎn)換操作正在進行中，直到轉(zhuǎn)換完成后EOC再變高電平。微處理器收到變?yōu)楦唠娖降腅OC信號后，便立即送出OE信號，打開三態(tài)門，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。ADC0809引腳圖及引腳功能D7～D0：8位數(shù)據(jù)輸出線；IN7～IN0：8路模擬信號輸入；ADDC、ADDB、ADDA：8路模擬信號輸入通道的地址選擇線；ALE：地址鎖存允許，高電平有效。其正跳變鎖存地址選擇線狀態(tài)，經(jīng)譯碼選通對應(yīng)的模擬輸入信號地址鎖存允許信號，當此信號有效時，A、B、C三位地址信號被鎖存，譯碼選通對應(yīng)模擬通道。在使用時，該信號常和START信號連在一起，以便同時鎖存通道地址和啟動A/D轉(zhuǎn)換。START：A/D轉(zhuǎn)換啟動信號，正脈沖有效。加于該端的脈沖的上升沿，使逐次逼近寄存器清零，下降沿開始A/D轉(zhuǎn)換。如正在進行轉(zhuǎn)換時又接到新的啟動脈沖，則原來的轉(zhuǎn)換進程被中止，重新從頭開始轉(zhuǎn)換。EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，高電平有效。該信號在A/D轉(zhuǎn)換過程中為低電平，其余時間為高電平。該信號可作為被CPU查詢的狀態(tài)信號，也可作為對CPU的中斷請求信號。在需要對某個模擬量不斷采樣、轉(zhuǎn)換的情況下，EOC也可作為啟動信號反饋接到START端，但在剛加電時需由外電路第一次啟動。OE：輸出允許信號，高電平有效。當微處理器送出該信號時，ADC0809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。CLOCK：時鐘，最高可達1280KHz，由外部提供；REF（+）、REF（-）：參考電壓正極、負極，通常REF（+）接Vcc，REF（-）接GND；Vcc：電源，+5V，GND：地線。模擬輸入與數(shù)字量輸出的關(guān)系為N＝（VIN-VREF（-））×256/（VREF（+）-VREF（-）），當VREF（+）＝+5V，VREF（-）＝0V，若輸入模擬電壓為2.5V，則轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量N＝128，即10000000BADC0809引腳圖ADC0809主要性能8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，所有引腳的邏輯電平與TTL兼容帶有鎖存功能的8路模擬量轉(zhuǎn)換開關(guān)，可對8路0～5V模擬量進行分時轉(zhuǎn)換輸出具有三態(tài)鎖存/緩存功能分辨率為8位，轉(zhuǎn)換時間為100us不可調(diào)誤差：±1LSB，功耗：15mV工作電壓：+5V，參考電壓標準值+5V片內(nèi)無時鐘，一般需外加640KHz以下且不低于100KHz的時鐘信號ADC0809地址信號與選中通道關(guān)系A(chǔ)DDCADDBADDA選中地址000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN72.AT89C51單片機AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃速存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器。AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。AT89C51主要特性AT89C51提供以下標準功能：4k字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個I/O口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM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硬件復(fù)位。引腳說明主電源引腳VSS和VCCVSS（20腳）：地線；VCC（40腳）：5V電源。外接晶振引腳XTAL1（18腳）和XTAL2（19腳）：外接晶體引線端。當使用芯片內(nèi)部時鐘時，此端用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當使用外部時鐘時，對于HMOS單片機，此引腳接地；對于CMOS單片機，此引腳作為外部振蕩信號的輸入端。RST/VPD（9腳）：復(fù)位信號。當輸入的復(fù)位信號延續(xù)兩個機器周期以上高電平即為有效，用以完成單片機的復(fù)位初始化操作。在VCC發(fā)生故障、降低到低電平規(guī)定值掉電期間，此引腳可接上備用電源VPD（電壓范圍±5V±0.5V），由VPD向內(nèi)部RAM供電，以保持內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)。ALE//PROG（30腳）：地址鎖存控制信號。在系統(tǒng)擴展時，ALE用于控制把P0口輸出的低8位地址鎖存器鎖存起來，以實現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的隔離。此外由于ALE是以晶振六分之一的固定頻率輸出的正脈沖，因此可作為外部時鐘或外部定時脈沖使用。對于EPROM型單片機或Flash單片機，在EPROM或Flash編程期間，此引腳接收編程脈沖（/PROG功能）。/PSEN（29腳）：外部程序存儲器讀選通信號。在讀外部ROM時有效（低電平），以實現(xiàn)外部ROM單元的讀操作。/EA/VPP（31腳）：訪問程序存儲控制信號。當/EA信號為低電平時，對ROM的讀操作限定在外部程序存儲器；而當/EA信號為高電平時，則對ROM的讀操作是從內(nèi)部程序存儲器開始，并可延至外部程序存儲器。對于EPROM(或Flash)單片機，在EPROM編程期間，此引腳上加12.75V或21V的編程電源（VPP）。輸入/輸出引腳P0口（P0.0~P0.7）、P1口(P1.0~P1.7)、P2口(P2.0~P2.7)、P3口(P3.0~P3.7)：8位雙向并行I/O接口。擴展片外存儲器或I/O口時，作為低8位地址總線和8位數(shù)據(jù)總線的分時復(fù)用接口，為雙向三態(tài)，能以吸收電流的方式驅(qū)動8個LSTTL負載。3.74LS7474ls74是一個邊沿觸發(fā)器數(shù)字電路器件，每個器件中包含兩個相同的相互獨立的邊沿觸發(fā)d觸發(fā)器電路。對于邊沿D觸發(fā)器，負跳沿觸發(fā)的主從觸發(fā)器工作時，必須在正跳沿前加入輸入信號。如果在CP高電平期間輸入端出現(xiàn)干擾信號，那么就有可能使觸發(fā)器的狀態(tài)出錯。而邊沿觸發(fā)器允許在CP觸發(fā)沿來到前一瞬間加入輸入信號。這樣，輸入端受干擾的時間大大縮短，受干擾的可能性就降低了。邊沿D觸發(fā)器也稱為維持-阻塞邊沿D觸發(fā)器。電路結(jié)構(gòu):該觸發(fā)器由6個與非門組成，其中G1和G2構(gòu)成基本RS觸發(fā)器。D觸發(fā)器工作原理：SD和RD接至基本RS觸發(fā)器的輸入端，它們分別是預(yù)置和清零端，低電平有效。當SD=0且RD=1時,不論輸入端D為何種狀態(tài)，都會使Q=1，Q=0，即觸發(fā)器置1；當SD=1且RD=0時，觸發(fā)器的狀態(tài)為0,SD和RD通常又稱為直接置1和置0端。我們設(shè)它們均已加入了高電平，不影響電路的工作。工作過程如下：1.CP=0時，與非門G3和G4封鎖，其輸出Q3=Q4=1，觸發(fā)器的狀態(tài)不變。同時，由于Q3至Q5和Q4至Q6的反饋信號將這兩個門打開，因此可接收輸入信號D，Q5=D，Q6=Q5=D。2.當CP由0變1時觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)。這時G3和G4打開，它們的輸入Q3和Q4的狀態(tài)由G5和G6的輸出狀態(tài)決定。Q3=Q5=D，Q4=Q6=D。由基本RS觸發(fā)器的邏輯功能可知，Q=D。3.觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)后，在CP=1時輸入信號被封鎖。這是因為G3和G4打開后，它們的輸出Q3和Q4的狀態(tài)是互補的,即必定有一個是0，若Q3為0，則經(jīng)G3輸出至G5輸入的反饋線將G5封鎖，即封鎖了D通往基本RS觸發(fā)器的路徑；該反饋線起到了使觸發(fā)器維持在0狀態(tài)和阻止觸發(fā)器變?yōu)?狀態(tài)的作用,故該反饋線稱為置0維持線,置1阻塞線。Q4為0時，將G3和G6封鎖，D端通往基本RS觸發(fā)器的路徑也被封鎖。Q4輸出端至G6反饋線起到使觸發(fā)器維持在1狀態(tài)的作用，稱作置1維持線；Q4輸出至G3輸入的反饋線起到阻止觸發(fā)器置0的作用,稱為置0阻塞線。因此，該觸發(fā)器常稱為維持-阻塞觸發(fā)器。總之，該觸發(fā)器是在CP正跳沿前接受輸入信號，正跳沿時觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，正跳沿后輸入即被封鎖,三步都是在正跳沿后完成，所以有邊沿觸發(fā)器之稱。與主從觸發(fā)器相比,同工藝的邊沿觸發(fā)器有更強的抗干擾能力和更高的工作速度。邊沿D觸發(fā)器特征方程：Qn+1=D邊沿D觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表如下DQQn+100001010111174LS74引腳圖如下4.NE5532NE5532是高性能低噪聲雙運算放大器（雙運放）集成電路。與很多標準運放相似，但它具有更好的噪聲性能，優(yōu)良的輸出驅(qū)動能力及相當高的小信號帶寬，電源電壓范圍大等特點。因此很適合應(yīng)用在高品質(zhì)和專業(yè)音響設(shè)備、儀器、控制電路及電話通道放大器。工作性能：小信號帶寬：10MHz輸出驅(qū)動能力：600Ω，10V有效值輸入噪聲電壓：5nV/√Hz(典型值)直流電壓增益：50000交流電壓增益：2200~10kHz功率帶寬：140kHz轉(zhuǎn)換速率：9V/μs電源電壓范圍：±3V~±20VNE5532引腳圖8腳引腳圖16腳引腳圖系統(tǒng)硬件設(shè)計及實現(xiàn)檔位電路由于本次設(shè)計采用的AD轉(zhuǎn)換器為ADC0809，而ADC0809的輸入轉(zhuǎn)換電壓范圍為：0~5V，所以對于高于5V電壓應(yīng)衰減至0~5V范圍內(nèi)（如20V、200V檔位的電壓），而對于太低的電壓（200mV檔位電壓）則應(yīng)經(jīng)過放大電路放大至0~5V范圍，這樣才能提高測量精度。所以本人設(shè)計的檔位電路方案為：0~200mV檔位的電壓，經(jīng)過一個10倍放大電路放大至0~2V，送給ADC0809處理；200mV~2V檔位的電壓，直接送給ADC0809處理；2~20V檔位的電壓，經(jīng)過一個10倍的衰減電路衰減至0~2V，送給ADC0809處理；同理對于20V~200V檔位的電壓，經(jīng)過100倍的衰減再送給ADC0809處理。0~200mV檔位電路200mV~2V檔位電壓是直接送給ADC0809，故省略不給出。2V~20V檔位電路20V~200V檔位電路AD轉(zhuǎn)換電路AD轉(zhuǎn)換電路就是將檔位選擇電路中輸入的模擬電壓通過AD芯片內(nèi)的AD轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的數(shù)字信號，再將數(shù)字信號鎖存，等待單片機處理器的讀取。本次設(shè)計采用的AD芯片為ADC0809，各個檔位的輸出信號輸給AD0809的IN0腳，故ADDC、ADDB、ADDC的地址信號為000，對應(yīng)IN0輸入口。轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號輸出給單片機的P1口。由于ADC0809的參考電壓選為Vref+=VCC=5V，Vref-=0V，故轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)為Ui*255/5,Ui為實際顯示的電壓值。STR端接單片機P3.7口、EOC端接單片機P3.6口、OE接單片機P3.5口，由于ADC0809無內(nèi)部時鐘，故需要外部電路提供一個500kHz的工作頻率以確保ADC0809正確工作，故將單片機的ALE口輸出作為分頻電路的輸入，進行四分頻，得到500kHz的時鐘頻率，就可以供給ADC0809，故CLK接外部擴展電路——分頻電路的輸出口。單片機模塊本設(shè)計采用普中科技開發(fā)盒內(nèi)的單片機90C516RD+，單片機最小系統(tǒng)由單片機、時鐘電路和復(fù)位電路三部分組成。單片機作為核心控制器控制著整個系統(tǒng)的工作，而時鐘電路負責產(chǎn)生單片機工作所必需的時鐘信號，復(fù)位電路使得單片機能夠正常、有序、穩(wěn)定地工作。LED顯示模塊顯示電路在電路中用于將被測電壓的實際大小直觀的顯示在LED數(shù)碼管上，供用戶讀取電壓信息。本設(shè)計采用4合1的8段數(shù)碼管，使得整個系統(tǒng)響應(yīng)時間最快，顯示精度更高，同樣還可以減少PCB表面走線提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。單片機的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4、P1.5、P1.6、P1.7分別與數(shù)碼管的a、b、c、d、e、f、g、dp顯示段碼相連接，單片機的P2.4、P2.5、P2.6與四位八段數(shù)碼管的選位輸入wela1、wela2、wela3相連接，如此用單片機P2.4、P2.5、P2.6控制P1口輸出到四位LED的相應(yīng)位，其中，P2.4對應(yīng)數(shù)碼管的最低位。分頻電路由于ADC0809片內(nèi)無時鐘，要它能夠正常工作需要外加時鐘脈沖，利用單片機提供的地址鎖存使能信號ALE經(jīng)D觸發(fā)器四分頻后獲得時鐘。如上圖所示，U4B的11腳接到單片機的ALE腳（30腳）輸入信號，Q非（即Q上有一橫杠的腳）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)分頻后的時鐘頻率為單片機時鐘頻率的1/24，單片機的時鐘平率為11.0592MHz,機器周期為6個時鐘周期，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的時鐘，在將此時鐘輸入到ADC0809轉(zhuǎn)換芯片作為時鐘信號。利用單片的ALE輸出腳作為分頻電路的輸入時應(yīng)該在單片的EA/VPP腳接上+5V電壓。電路工作過程測量電壓時根據(jù)不同的測量電壓選擇不同的檔位，輸入被測量信號經(jīng)過檔位電路的衰減或放大后輸入到ADC0809的IN-0（26腳）做信號模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號輸出給AT89C51的P1口，單片機將接收到的信號做數(shù)據(jù)處理并將處理好的信號由單片機的P2.4、P2.5、P2.6腳和三極管控制3位LED顯示P0口輸出的數(shù)據(jù)，從而顯示本系統(tǒng)測量的電壓值。系統(tǒng)軟件設(shè)計及實現(xiàn)本設(shè)計由于是在單片機的基礎(chǔ)上進行數(shù)據(jù)處理和模塊控制的，故在軟件方面是通過51單片機專門的設(shè)計語言C51語言實現(xiàn)的。用C51開發(fā)單片機，開發(fā)速度快，程序可讀性和維護性較強。數(shù)字電壓表程序設(shè)計采用模塊化設(shè)計。本數(shù)字電壓表由以下幾部分功能模塊組成：ADC輸入、ADC使能控制、測量數(shù)據(jù)處理、測量值顯示等電路組成。程序中的子程序功能模塊主要分成3個，延時、ADC轉(zhuǎn)換和顯示，延時子程序在整個程序中多次被調(diào)用，ADC轉(zhuǎn)換則是每次測量都會需要用到的，當進行測量時，ADC0809將被測量轉(zhuǎn)換為2進制數(shù)發(fā)給單片機然后單片機根據(jù)軟件協(xié)議送顯示。軟件設(shè)計過程軟件設(shè)計使用單片機對各個單元電路進行功能和工作時序的控制，它使得整個系統(tǒng)正常的工作，完成整個電路的功能。程序設(shè)計的時，首先使電路中各個部件初始化，讓他們工作在隨時待機狀態(tài)。單片機初始化是為了分配單片機的的引腳資源。單片機P1.0~P1.7端口作為A/D轉(zhuǎn)換信號的輸入，用于采集處理信號；單片的的P3口用于信號的檢測和反饋，P3.7作為啟動A/D開始轉(zhuǎn)換信號的控制端與A/D芯片的START腳連接；P3.5作為A/D轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換信號輸出允許輸入輸出的控制信號與A/D的ENABLE腳連接；P3.6用于接收來自A/D轉(zhuǎn)換芯片EOC引腳的外來信號，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正在進行轉(zhuǎn)換。單片機的P0.0~P0.7用于輸出顯示；單片機的P2.4~P2.6用于控制輸出顯示。A/D初始化應(yīng)該讓A/D輸出為0。初始化完后，單片機首先向A/D轉(zhuǎn)換芯片的啟動轉(zhuǎn)換引端ST啟動轉(zhuǎn)換命令（當轉(zhuǎn)換結(jié)束后A/D的換結(jié)束引腳EOC輸出一個高電平）；此階段單片機將通過P3.2引腳檢測A/D的準換結(jié)束引腳EOC是否為高電平；當檢測到高電平時，單片機P3.1向A/D的輸出允許端OE發(fā)一個高電平，A/D輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號，單片機接收到來自A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號后，在片內(nèi)進行數(shù)據(jù)處理，并將處理后有效的數(shù)據(jù)輸出到LED顯示。軟件流程圖本次設(shè)計采用C語言進行程序設(shè)計，因為在C語言中，函數(shù)是程序的基本組成單位，因此可以很方便地用函數(shù)作為程序模塊來實現(xiàn)C語言程序。利用函數(shù)，不僅可以實現(xiàn)程序的模塊化，程序設(shè)計得簡單和直觀，提高了程序的易讀性和可維護性，而且還可以把程序中普通用到的一些計算或操作編成通用的函數(shù)，以供隨時調(diào)用，這樣可以大大地減輕程序員的代碼工作量。本次設(shè)計的軟件代碼見附錄。系統(tǒng)測試與結(jié)果分析因為本系統(tǒng)較為簡單，連線不多，故不進行軟件上的仿真，直接用51開發(fā)盒進行測試。在Keiluvision4中編輯好本系統(tǒng)的C51代碼后，通過串口燒入51單片機中，由于51單片機燒入的程序是存在ROM中的，故掉電也不會丟失程序，比較方便。在實驗室里，本系統(tǒng)通過對0~200V范圍內(nèi)眾多電壓的測量，結(jié)果顯示為較為準確。由于本設(shè)計用到了NE5532作為200mV擋位的放大器，故需要正負12V的電壓提供給NE5532，而另一個直流電源作為測試數(shù)字電壓表的電源將電壓值輸入到系統(tǒng)中。下圖是本系統(tǒng)在實驗室測試的狀態(tài)。而測試的結(jié)果列表如下：200mV檔位測試結(jié)果：(由于實驗室提供的電壓有限，最低位為十分位，故只能測兩組電壓數(shù)據(jù))實際電壓值測量電壓值絕對誤差相對誤差0.1V98mV2mV2%0.2V216mV16mV8%2V檔位測試結(jié)果：實際電壓值測量電壓值絕對誤差相對誤差0.7V0.73V0.03V4.2%0.4V0.46V0.06V15%1.0V1.09V0.09V9%1.2V1.28V0.08V6.7%1.8V1.86V0.06V3.3%20V檔位測試結(jié)果：實際電壓值測量電壓值絕對誤差相對誤差3.3V3.4V0.1V3%4.1V4.2V0.1V2.4%6.8V7.0V0.2V2.9%11.3V11.6V0.3V2.7%15.3V15.6V0.3V2%200V檔位測試結(jié)果:(由于實驗室電壓最高只能到32V，故測量值最多只能到32V，但可以根據(jù)20~32V內(nèi)的測量值與實際值的比較，看出本數(shù)字電壓表的準確性)實際電壓值測量電壓值絕對誤差相對誤差21.1V22V0.9V4.1%22.1V22V-0.1V-0.05%24.7V24V-0.7V-2.8%25.3V26V0.7V2.8%31.5V32V0.5V1.6%結(jié)果分析：從上面4個檔位的測試結(jié)果可以看出，每個檔位的測量值都較接近實際值，其中對于低的兩個檔位（200mV和2V）來說，測量結(jié)果的誤差較大，這是由于實驗室所給電源精度有限造成的，因為對于毫伏檔來說，電源只能顯示出百毫伏，即0.1V、0.2V，而無法精確到幾十毫伏，故造成誤差較大，2V檔位的誤差也同理。同時，誤差的出現(xiàn)也是由于檔位電路電阻的不完全準確引起的，而且ADC0809本身也自帶了誤差，誤差為1LSB，并且在單片機處理器的處理中，由于計算的數(shù)據(jù)類型會涉及到數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換，故精度也會受到一定的影響?？偟膩碚f，測量值雖然與實際值有偏差，但所幸偏差不大，也得到了老師的認可。心得體會與項目總結(jié)設(shè)計心得本次設(shè)計項目較為簡單，并且由于老師給出了三種實現(xiàn)方案，故很快就確定了自己要實現(xiàn)的方案，故開題立項做得比較早，在初期就確定了自己要用單片機加AD轉(zhuǎn)換芯片實現(xiàn)本次設(shè)計的思路，所以也能較早地去學習單片機的有關(guān)知識，比如單片機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及單片機語言C51。而在中期學習的過程中，我一開始是先看C51的語法，然后在掌握了一定的語法基礎(chǔ)后開始接觸各種有關(guān)數(shù)字電壓表設(shè)計的例子，比如AD/DA的例子，數(shù)碼管顯示的例子等等，最后在開始制作自己的設(shè)計前又看了一兩個關(guān)于用51單片機實現(xiàn)的數(shù)字電壓表例子，這些都給我挺大的啟示。而在后期設(shè)計的過程中，一開始編寫的代碼并不能成功地運行出來，后來經(jīng)過與學習過51單片機的同學交流后重新確定設(shè)計思路，又將代碼修改、測試，最后初步得到了想要的在0~2V內(nèi)的結(jié)果，然后后面的工作就比較簡單了，就是將其他三個檔位在面包板上搭建起來，再分別送給AD轉(zhuǎn)換器，通過調(diào)試后得到的各個檔位的測量值都較為接近實際值，在自己確認系統(tǒng)功能實現(xiàn)后就交給老師驗收?？傊?，本次設(shè)計過程工作量不大，一個人就能完成，在本次設(shè)計的過程中，雖然經(jīng)歷了沒有結(jié)果的傷心，日夜編寫代碼的疲倦，不斷奔赴實驗室調(diào)試的汗水，但所幸最后得到了自己想要的結(jié)果，并且增長了自己對有關(guān)數(shù)字電壓表方面知識，也提到了自己的硬件電路的設(shè)計能力，也學習到了51單片機的開發(fā)過程，總之我覺得本次課程設(shè)計對于自己來說比較滿意。項目總結(jié)本次項目相對于其他課題來說較為簡單，但由于本人之前沒有接觸過所選用的單片機，故又顯得不太簡單，但最終還是得到了想要的結(jié)果。本項目是一個以單片機為控制模塊，以AD0809芯片為AD轉(zhuǎn)換器，以LED數(shù)碼管為顯示模塊，可測量200mV、2V、20V、200V四個檔位的電壓表，待測量信號通過檔位電路后送入AD0809進行AD轉(zhuǎn)換，而轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號被單片機讀取，計算處理得到測量值，最后單片機通過對數(shù)碼管的位選和段選信號將測量值送給數(shù)碼管顯示。本設(shè)計思路較為明確，軟件設(shè)計配合硬件設(shè)計，最終得到軟件硬件結(jié)合的整個數(shù)字電壓表系統(tǒng)。設(shè)計結(jié)果綜述：（1）數(shù)字電壓表完成的功能是對電壓的測量，它主要由分壓電路、51單片機最小系統(tǒng)、顯示部分、AD轉(zhuǎn)換和控制部分組成。（2）數(shù)字電壓表屬于一種測量工具，其本身的好壞直接影響到測量結(jié)果，因此上面的設(shè)計只是設(shè)計用來測量電壓，其它量的測量則要添加擴展功能。（3）單片機部分跟AD轉(zhuǎn)換部分是整個設(shè)計的核心，ADC0809的參考電壓VREF＝VCC，所以轉(zhuǎn)換之后的數(shù)據(jù)要經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，在數(shù)碼管上顯示出電壓值。實際顯示的電壓值(D/255*VREF)；AT89C51單片機作為主控芯片，配以RC上電復(fù)位電路和11.0592MHZ震蕩電路，使系統(tǒng)穩(wěn)定運行。（4）在本次軟件設(shè)計過程中，采用的是C51語言編程。

致謝經(jīng)過幾周的努力，我的硬件課程設(shè)計基本完成了。在這次課程設(shè)計的實踐中，學到很多有用的知識，也積累了寶貴的經(jīng)驗。在此要特別感謝老師，在我做設(shè)計期間得到他的精心指導(dǎo)，他對我們要求嚴格，并對實踐中出現(xiàn)的問題給予耐心的解答，完成設(shè)計后在百忙之中抽空給我們驗收，給出修改意見。硬件課程設(shè)計的順利完成離不開老師的幫助的。同時感謝身邊的同學，他們?yōu)槲姨峁┝撕芏鄬氋F的資料和幫助。同時由于自己對一些知識的掌握不是很深刻，設(shè)計之中難免會出現(xiàn)一些漏洞，雖然設(shè)計做的不是很完美，但是畢竟這是自己認認真真做出來的。希望各位老師給予指正。同時感謝院系對我們的良苦用心，希望我們通過這次硬件課程設(shè)計對以后的畢業(yè)設(shè)計，甚至以后的工作都能像這次課程設(shè)計過程一樣，井井有條，不斷實現(xiàn)自己的小目標，最后得到自己想要的結(jié)果。再次衷心感謝所有關(guān)心和幫助過我的老師和同學，謝謝你們!

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附錄（數(shù)字電壓表C51代碼）#include<reg52.h>#include<intrins.h>sbitST=P3^7;//轉(zhuǎn)換啟動信號，正脈沖有效sbitEOC=P3^6;//輸出允許信號，高有效sbitOE=P3^5;//轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，高有效。當微處理器送出該信號時，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。sbitwela0=P2^4;//聲明位鎖存器的鎖存端sbitwela1=P2^5;sbitwela2=P2^6;//sbitwela3=P2^7;//sbitv0 =P2^7;unsignedcharcodeDIG_PLACE[8]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};//位選控制unsignedcharcodeDIG_CODE[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};//0~9的顯示碼//unsignedchargetdata;unsignedlongintdata1;unsignedcharDisbuf[4];//用于存放要顯示的8位數(shù)的值voidDigDisplay();//動態(tài)顯示函數(shù)voidDelayMS(unsignedintms){ //unsignedchari; while(ms--){ }}/*AD0809轉(zhuǎn)換工作模塊*/unsignedcharADConvert(){ unsignedchargetdata; //while(1){ ST=0;//關(guān)閉轉(zhuǎn)換 OE=0;//關(guān)閉輸出P1=0xff; //考慮加入延時 ST=1;//_nop_();_nop_();//考慮加入延時 ST=0;//啟動轉(zhuǎn)換 //ST=1;_nop_();_nop_();//考慮加入延時while(EOC==0);//判斷轉(zhuǎn)換是否結(jié)束，是則繼續(xù)執(zhí)行，否則等待OE=1;//開啟數(shù)據(jù)輸出允許getdata=P1;OE=0;//關(guān)閉輸出 return(getdata); //} }voidDigDisplay(){ unsignedlongintvalue=0; value=data1; //value=110; //test //Disbuf[2]=value/100; Disbuf[2]=DIG_CODE[value/100]; wela0=1; wela1=1; wela2=0; P0=Disbuf[2];//百位 DelayMS(100); wela2=1; //Disbuf[1]=(value%100)/10; Disbuf[1]=DIG_CODE[(value%100)/10]; wela0=1; wela1=0; wela2=1;P0=Disbuf[1];//十位 DelayMS(100); wela1=1; //Disbuf[0]=value%10; Disbuf[0]=DIG_CODE[value%10]; wela0=0; wela1=1; wela2=1; P0=Disbuf[0]; //個位 DelayMS(100); wela0=1;}voidmain(){inti; //unsignedlongintdata1=0; data1=0; for(i=0;i<100;i++){ data1=ADConvert()+data1; } data1=(data1*2)/100; while(1){ DigDisplay();}}基于C8051F單片機直流電動機反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)基于單片機的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現(xiàn)一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設(shè)計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機的機電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內(nèi)核設(shè)計及其應(yīng)用研究基于單片機的遠程抄表系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機系統(tǒng)單片機系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機的電能采集終端的設(shè)計和應(yīng)用基于單片機的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機單片機控制系統(tǒng)的研制基于單片機的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機的多生理信號檢測儀基于單片機的電機運動控制系統(tǒng)設(shè)計Pico專用單片機核的可測性設(shè)計研究基于MCS-51單片機的熱量計基于雙單片機的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機構(gòu)建機器人的實踐研究基于單片機的輪軌力檢測基于單片機的GPS定位儀的研究與實現(xiàn)基于單片機的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機的時控和計數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機控制的后備式方波UPS提升高職學生單片機應(yīng)用能力的探究基于單片機控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機控制的水下焊接電源的研究基于單片機的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機的氚表面污染測量儀的研制基于單片機的紅外測油儀的研究96系列單片機仿真器研究與設(shè)計基于單片機的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)基于MSP430單片機的電梯門機控制器的研制基于單片機的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測技術(shù)研究基于單片機的膛壁溫度報警系統(tǒng)設(shè)計基于AVR單片機的低壓無功補償控制器的設(shè)計基于單片機船舶電力推進電機監(jiān)測系統(tǒng)基于單片機網(wǎng)絡(luò)的振動信號的采集系統(tǒng)基于單片機的大容量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的應(yīng)用研究基于單片機的疊圖機研究與教學方法實踐基于單片機嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的研究及實現(xiàn)基于AT89S52單片機的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機的多道脈沖幅度分析儀研究機器人旋轉(zhuǎn)電弧傳感角焊縫跟蹤單片機控制系統(tǒng)基于單片機的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學實驗中的應(yīng)用研究基于單片機系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信研究與應(yīng)用基于PIC16F877單片機的莫爾斯碼自動譯碼系統(tǒng)設(shè)計與研究基于單片機的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應(yīng)用研究基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)基于Cygnal單片機的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機的一體化智能差示掃描量熱儀系統(tǒng)研究基于TCP/IP協(xié)議的單片機與Internet互聯(lián)的研究與實現(xiàn)\t"_bla