基于單片機的數字電壓表的設計畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　單片機是一種集成電路芯片，隨著計算機在社會領域的滲透， 單片機的應用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新。在實時檢測和自動控制的單片機應用系統(tǒng)中，單片機往往是作為一個核心部件來使用，僅單片機方面知識是不夠的，還應根據具體硬件結構，以及針對具體應用對象特點的軟件結合，以作完善。由于單片機具有簡單實用、高可靠

2、性、良好的性能價格比以及體積小等優(yōu)點，已經在各個技術領域得到了迅猛發(fā)展。</p><p>　　數字電壓表（簡稱DVM），它是采用數字化測量技術，把連續(xù)的模擬量（直流輸入電壓）轉換成不連續(xù)、離散的數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，不能滿足數字化時代的需求，采用單片機的數字電壓表，由精度高、抗干擾能力強，可擴展性強、集成方便，還可與PC進行實時通信。目前，由各種單片A/D 轉換器構成的數字

3、電壓表，已被廣泛用于電子及電工測量、工業(yè)自動化儀表、自動測試系統(tǒng)等智能化測量領域，示出強大的生命力。與此同時，由DVM擴展而成的各種通用及專用數字儀器儀表，也把電量及非電量測量技術提高到嶄新水平。本設計重點介紹單片A/D 轉換器以及由它們構成的基于單片機的數字電壓表的工作原理。</p><p>　　關鍵詞：單片機， 數字電壓表， A/D 轉換器， 電壓測量</p><p><b>

4、;　　Abstract</b></p><p>　　SCM is a kind of integrated circuit chips, along with the computer in the social sector penetration and MCU application is continuously to the deepening, and pushing the tradit

5、ional control test on the new beneficial update. In real time detection and automatic control of the microcomputer application system, the microcontroller is often as a core component to use, only single chip microcomput

6、er aspects knowledge is not enough, should according to the specific hardware structure, and the view of</p><p>　　Digital voltmeter (hereinafter referred to as DVM), it is using digital measurement technique

7、, the continuous analogue (dc input voltage) converted into digital form of discontinuous, discrete and to show appearance. The traditional pointer type voltmeter and low accuracy of single function, and can't meet t

8、he needs of the digital age, the digital voltmeter by single chip microcomputer, the high precision and strong anti-interference, extensibility, integration is convenient, still can and PC fo</p><p>　　Key wo

9、rds: SCM Digital voltmeter A/D converter Voltage measurement</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要i</b></p><p>　　Abstractii</p><p>　　1

10、緒 論1</p><p>　　1.1 研究背景及意義1</p><p>　　1.2 單片機簡介1</p><p>　　1.3 單片機的應用領域及發(fā)展趨勢3</p><p>　　1.4 研究內容3</p><p><b>　　2 數字電壓表4</b></p><

11、p>　　2.1 數字電壓表的特點4</p><p>　　2.2 數字儀表的發(fā)展趨勢5</p><p>　　3 系統(tǒng)總體設計7</p><p>　　3.1 總體方案設計7</p><p>　　3.2 設計原理分析7</p><p>　　3.2.1 單片機AT89S517</p><p

12、>　　3.2.2 AT89S51的特點8</p><p>　　3.2.3 ADC0809工作原理8</p><p>　　3.3 硬件電路設計8</p><p>　　3.3.1 復位電路8</p><p>　　3.3.2 晶振電路9</p><p>　　3.3.3 測量、轉換電路設計10</p&g

13、t;<p>　　3.3.4 顯示電路設計13</p><p>　　3.3.5 電源電路17</p><p>　　4 系統(tǒng)程序的設計18</p><p>　　4.1 主程序設計18</p><p>　　4.2 初始化程序18</p><p>　　4.3 顯示子程序18</p>&l

14、t;p>　　4.4 A/D轉換測量子程序19</p><p>　　4.5 源程序20</p><p><b>　　結 論21</b></p><p><b>　　參考文獻22</b></p><p><b>　　致 謝23</b></p>

15、<p><b>　　附 錄24</b></p><p><b>　　1 緒 論</b></p><p>　　1.1 研究背景及意義</p><p>　　數字電壓表（Digital Voltmeter）簡稱DVM，它是采用數字化測量技術，把連續(xù)的模擬量（直流輸入電壓）轉換成不連續(xù)、離散的數字形式并

16、加以顯示的儀表。傳統(tǒng)的指針式電壓表功能單一、精度低，不能滿足數字化時代的需求，采用單片機的數字電壓表，由精度高、抗干擾能力強，可擴展性強、集成方便，還可與PC進行實時通信。目前，由各種單片A/D 轉換器構成的數字電壓表，已被廣泛用于電子及電工測量、工業(yè)自動化儀表、自動測試系統(tǒng)等智能化測量領域，展示出強大的生命力。與此同時，由DVM擴展而成的各種通用及專用數字儀器儀表，也把電量及非電量測量技術提高到嶄新水平。新型數字電壓表以其高準確度、高

17、可靠性、高分辨率、高性價比等優(yōu)良特性倍受人們的青睞。目前，數字電壓表作為數字化儀表的基礎與核心，已被廣泛用于電子和電工測量、工業(yè)自動化儀表、自動測試系統(tǒng)等領域，顯示出強大的生命力。與此同時，由電壓表擴展而成的各種通用及專用儀表（含數字萬用表），也將電量及非電量測量技術提高到嶄新水平。本設計重點是A/D 轉換器以及由它們構成的基于單片機的數字電壓表的工作原理</p><p>　　數字電壓表是諸多數字化儀表的核心和基

18、礎，電壓表的數字化是將連續(xù)的模擬量如直流電壓轉換成不連續(xù)的離散的數字形式并加以顯示，這有別于傳統(tǒng)的以指針加刻度盤進行讀數的方法，避免了讀數的視差和視覺疲勞。目前數字萬用表的內部核心部件是A/D轉換器，轉換器的精度很大程度上影響著數字萬用表的準確度，本設計A/D 轉換器采用ADC0809對輸入模擬信號進行轉換，控制核心AT89C51再對轉換的結果進行運算和處理，最后驅動輸出裝置顯示數字電壓信號。</p><p>&

19、lt;b>　　1.2 單片機簡介</b></p><p>　　單片機是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模技術把具有數據處理能力(如算術運算，邏輯運算、數據傳送、中斷處理)的微處理器(CPU)，隨機存取數據存儲器(RAM)，只讀程序存儲器(ROM)，輸入輸出電路(I/O口)如圖1.1所示，可能還包括定時計數器，串行通信口(SCI)，顯示驅動電路(LCD或LED驅動電路)，脈寬調制電路(PWM)，模擬多

20、路轉換器及A/D轉換器等電路集成到一塊單塊芯片上，構成一個最小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。</p><p>　　圖1.1單片機控制系統(tǒng)的組成 </p><p>　　由此來看，單片機有著微處理器所不具備的功能，它可單獨地完成現代工業(yè)控制所要求的智能化控制功能，這是單片機最大的特征。然而單片機又不同于單板機，芯片在沒有開發(fā)前，它只

21、是具備功能極強的超大規(guī)模集成電路，如果賦予它特定的程序，它便是一個最小的、完整的微型計算機控制系統(tǒng)，它與單板機或個人電腦(PC機)有著本質的區(qū)別，單片機的應用屬于芯片級應用，需要我們了解單片機芯片的結構和指令系統(tǒng)以及其它集成電路應用技術和系統(tǒng)設計所需要的理論和技術，用這樣特定的芯片設計應用程序，從而使該芯片具備特定的功能。</p><p>　　不同的單片機有著不同的硬件特征和軟件特征，即它們的技術特征均不盡相同，

22、硬件特征取決于單片機芯片的內部結構，我們要使用某種單片機，必須了解該型產品是否滿足需要的功能和應用系統(tǒng)所要求的特性指標。這里的技術特征包括功能特性、控制特性和電氣特性等等，這些信息需要從生產廠商的技術手冊中得到。軟件特征是指指令系統(tǒng)特性和開發(fā)支持環(huán)境，指令特性即我們熟悉的單片機的尋址方式，數據處理和邏輯處理方式，輸入輸出特性及對電源的要求等等。開發(fā)支持的環(huán)境包括指令的兼容及可移植性，支持軟件(包含可支持開發(fā)應用程序的軟件資源)及硬件資源

23、。要利用某型號單片機開發(fā)自己的應用系統(tǒng)，掌握其結構特征和技術特征是必須的。</p><p>　　單片機控制系統(tǒng)能夠取代以前利用復雜電子線路或數字電路構成的控制系統(tǒng)，可以軟件控制來實現，并能夠實現智能化，現在單片機控制范疇無所不在，例如通信產品、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。</p><p>　　誠然，單片機的應用意義遠不限于它的應用范疇或由

24、此帶來的經濟效益，更重要的是它已從根本上改變了傳統(tǒng)的控制方法和設計思想。是控制技術的一次革命，是一座重要的里程碑。</p><p>　　1.3 單片機的應用領域及發(fā)展趨勢</p><p>　　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（2）在工業(yè)控制中的應用（3）在家用電器中的應用（4）在

25、計算機網絡和通信領域中的應用。</p><p>　　現在可以說單片機是百花齊放，百家爭鳴的時期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機，從8位、16位到32位，數不勝數，應有盡有，有與主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它們各具特色，互成互補，為單片機的應用提供廣闊的天地。縱觀單片機的發(fā)展過程，可以預示單片機的發(fā)展趨勢，大致有：低功耗CMOS化、微型單片化、主流與多品種共存。</p><

26、p><b>　　1.4 研究內容</b></p><p>　　按系統(tǒng)功能要求，決定控制系統(tǒng)采用AT89S51單片機，A/D轉換采用ADC0809.系統(tǒng)除能確保實現要求的功能外，還可以方便地進行其功能的擴展。本文采用AT89s51作為核心元件，AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內含4k Bytes ISP（In-system programmable）的可反復擦寫

27、1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結構，芯片內集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S51可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。 </p><p>　　研究設計一個以AT89C51單片機為主控芯片，A/D轉換采用ADC0809 的數字電壓表。其基本工作原理

28、是將被測電壓信號，送入A/D轉換器進行轉換，然后送到單片機中進行數據處理，處理后得到的電壓值再送到LED中顯示。</p><p>　　本設計從各個角度分析了由單片機組成的數字電壓表的設計過程及個部分電路的組成及其原理，并且分析了程序如何驅動單片機及兒時系統(tǒng)運行起來的原理及方法。本設計主要分為兩部分：硬件電路及軟件程序。而硬件電路又大可分為A \D轉換電路、LED顯示電路，各部分電路的設計及原理將會在硬件電路設計部

29、分詳細介紹；程序的設計使用匯編語言編程。</p><p><b>　　2 數字電壓表</b></p><p>　　數字電壓表簡稱DVM，它是采用數字化測量技術，把連續(xù)的模擬量（直流輸入電壓）轉換成不連續(xù)、離散的數字形式并加以顯示的儀表。</p><p>　　2.1 數字電壓表的特點</p><p>　　1．顯示清晰直觀，

30、讀數準確</p><p>　　傳統(tǒng)的模擬式儀表必須借助于指針和刻度盤進行讀數，在讀數過程中不可避免的會引入人為的測量誤差。數字電壓表則采用先進的數顯技術，使測量結果一目了然，只要儀表不發(fā)生跳讀現象，測量結果就是唯一的。</p><p>　　新型數字電壓表還增加了標志符顯示功能，包括測量項目、符號單位和特殊符號、為解決DVM不能反映被測電壓的連續(xù)變化過程以及變化趨勢這一難題，一種"

31、數字/模擬條圖"儀表業(yè)已問世。"模擬圖條"（Anal of Bargraph）有雙重含義：第一，被測量為模擬量；第二，利用條狀圖形來模擬被測量的大小及變化趨勢。這類儀表將數字顯示與高分辨率模擬條圖顯示集于一身，兼有DVM與模擬電壓表之優(yōu)點。</p><p>　　智能數字電壓表均帶微處理器和標準接口，可配合計算機和打印機進行數據處理或自動打印，構成完整的測試系統(tǒng)。</p>

32、<p><b>　　2．顯示位數</b></p><p>　　顯示位數通常為31/2位、32/3位、33/4/位、41/2位、43/4位、51/2位、61/2位、71/2位、81/2位共9種。判定數字儀表的位數有兩條原則：①能顯示0～9所有數字的位是整數位；②分數位的數值是以最大顯示值中最高位數字為分子，用滿量程時最高數字作分母。例如，某數字儀表的最大顯示值為1999，滿量程計數

33、值為2000，這表明該儀表有3個整數位，而分數位的分子為1，分母是2，故稱之為31/2位，讀作三位半。 </p><p><b>　　3．準確度高</b></p><p>　　準確度是測量結果中系統(tǒng)誤差與隨機誤差的綜合。</p><p><b>　　4．分辨率高</b></p><p>　　數字電壓

34、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高低。分辨力隨顯示位數的增加而提高。分辨率是指所能顯示的最小數字（零除外）與最大數字的百分比。例如31/2位DVM的分辨率為1/1999≈0.05％。需要指出，分辨力與準確度屬于兩個不同的觀念。從測量角度看，分辨力是"虛"指標（與測量誤差無關），準確度才是"實"指標（代表測量誤差的大?。?lt;/p><

35、;p><b>　　5．測量范圍寬</b></p><p>　　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。</p><p><b>　　6．擴展能力強</b></p><p>　　在數字電壓表的基礎上，還可擴展成各種通用及專用數字儀表、數字多用表（DMM）和智能儀表，以滿足不同的需要

36、。</p><p><b>　　7．測量速度快</b></p><p>　　數字電壓表在每秒鐘內對被測電壓的測量次數，叫測量速率，單位是"次/S"。它主要取決于A/D轉換器的轉換速率，其倒數是測量周期。</p><p><b>　　8．輸入阻抗高</b></p><p>　　數字

37、電壓表具有很高的輸入阻抗，通常為10MΩ～10000MΩ，最高可達1TΩ。9．集成度高，微功耗</p><p>　　新型數字電壓表普遍采用CMOS大規(guī)模集成電路，整機功耗很低。10．抗干擾能力強</p><p>　　51/2位以下的DVM大多采用積分式A/D轉換器，其串模抑制比、共模抑制比各別可達100dB、80～120dB。高檔DVM還采用數字濾波、浮地保護等先進技術，進一步提高了抗干

38、擾能力，共模抑制比可達180dB。 </p><p>　　2.2 數字儀表的發(fā)展趨勢</p><p>　　采用新技術、新工藝，由LSI和VLSI構成的新型數字儀表及高檔智能儀器的大量問世，標志著電子儀器領域的一場革命，也開創(chuàng)了現代電子測量技術的先河。 具體來說測量控制與儀器儀表的國際發(fā)展趨勢，可以總結為以下主要特點：</p><p>　　1、技術指標不斷提高就如奧林

39、匹克運動的口號是更高、更快、更強一樣，測量控制與儀器儀表在提高測量控制的技術指標和功能上是永遠的追求，測量控制與儀器儀表的技術指標水平是一個國家測量控制與儀器儀表水平的量化標志。提高產品環(huán)境適應性，根據不同用戶的要求，有高溫、高濕、高塵、腐蝕、振動、沖擊、電磁場、輻射、深水、雨淋、高電壓、低氣壓等條件下的適應性。 </p><p>　　2、新的科學研究成果和發(fā)現如信息論、控制論、系統(tǒng)工程理論，微觀和宏觀世界研究成

40、果及大量高新技術如微弱信號提取技術，計算機軟、硬件技術，網絡技術，激光技術，超導技術，納米技術等均成為測量控制與儀器儀表科學技術發(fā)展的重要動力。儀器儀表不僅本身已成為高技術的新產品，而且利用新原理、新概念、新技術、新材料和新工藝等最新科技成果集成的裝置和系統(tǒng)層出不窮?！　?、測量單元微小型化、智能化測量控制與儀器儀表大量采用新的傳感器、大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路、計算機及專家系統(tǒng)等信息技術產品，不斷向微小型化、智能化發(fā)展，從目前出現的“

41、芯片式儀器儀表”，“芯片實驗室”、“芯片系統(tǒng)”等看，測量單元的微小型化和智能化將是長期發(fā)展趨勢。從應用技術看，微小型化和智能化測量單元的嵌入式連接和聯網應用技術得到重視?！　?、測控范圍向立體化、全球化擴展，測量控制向系統(tǒng)化、網絡化發(fā)展隨著儀器儀表所測控的既定區(qū)域不斷向立體化、全球化甚至星球化發(fā)展，儀器儀表和測控裝置已不再呈單個裝置形式，它必然向測控裝置系統(tǒng)化、網絡化方向發(fā)展?！　?、便攜式、手持式以至個性化儀器儀表大量發(fā)展隨著生產

42、的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對自己的生</p><p><b>　　3 系統(tǒng)總體設計</b></p><p>　　3.1 總體方案設計</p><p>　　系統(tǒng)的總體方案設計如圖3.1所示。包含測量電路，A/D轉換電路，單片機數據處理電路，和LED顯示電路。</p><p>　　圖3.1 數字電壓表的組成框圖<

43、/p><p>　　被測得的電壓信號送入A/D轉換器進行轉換，轉換后的數字信號送入單片機進行數據處理，最終將數據處理后得到的電壓值送到LED中進行顯示。</p><p>　　3.2 設計原理分析</p><p>　　3.2.1 單片機AT89S51</p><p>　　AT89S51單片機是美國ATMEL公司生產的低功耗，高性能CMOS 8位單片機

44、，片內含4K bytes的可系統(tǒng)編程的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存儲技術生產，兼容標準8051指令系統(tǒng)及引腳。它集Flash程序存儲器，既可在線編程（ISP）也可用傳統(tǒng)方法進行編程及通用8位微處理器于單片芯片中，ATMEL公司的功能強大，低價AT89S51單片機可為您提供許多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領域。</p><p>　　3.2.2 AT89S51的特點

45、</p><p>　　40個引腳，4k Bytes Flash片內程序存儲器，128 bytes的隨機存取數據存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數器，2個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內時鐘振蕩器 此外，AT89S51設計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數器，串行口

46、，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結振蕩器而保存RAM的數據，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復位。同時該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應不同產品的需求。</p><p>　　3.2.3 ADC0809工作原理</p><p>　　8路模擬信號由ADC0809的IN0～IN7端輸入，AT89S51單片機的ALE端口輸出的脈沖信號送ADC0809的10腳作為A

47、DC的時鐘信號（產生CLK信號的方法就得用軟件來產生）。A/D轉換完成之后，從EOC端返回AT89S51一個轉換結束信號，單片機隨即用信號將A/D轉換的數字輸出從D0～D7端經P0口數據總線讀入自己的存儲器中。A/D轉換過程全部結束。再經軟件程序轉換成a～g 7段碼輸出，驅動LED數碼管。各位數碼管由位控信號P3.0、P3.1、P3.2、P3.3控制，由74LS245反相驅動將依次巡回點亮數碼管。</p><p>

48、;　　3.3 硬件電路設計</p><p>　　3.3.1 復位電路</p><p>　　89C51單片機的復位是由外部的復位電路來實現的。最簡單的上電自動復位電路，是通過外部復位電路的電容充電來實現的。只要Vcc的上升時間不超過1ms，就可以實現自動上電復位。當時鐘頻率選用6MHz時，C取22uF，R取1K。</p><p>　　除上電復位外，有時還需要按鍵手動復

49、位。按鍵手動復位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復位是通過RST端經電阻和電源Vcc接通而實現的，按鍵手動電平復位電路如圖3.1。當時鐘頻率選用12MHz時，C選取22uF，R選擇1000歐。</p><p>　　復位電路如圖3.2所示，單片機系統(tǒng)常常有上電復位和操作復位兩種。上電復位是指單片機上電瞬間，要在RST引腳上出現寬度大于10ms的正脈沖，才能使單片機進入復位狀態(tài)。操作復位是指用戶按下“復位”按鈕使單

50、片機進入復位狀態(tài)。</p><p><b>　　圖3.2 復位電路</b></p><p>　　3.3.2 晶振電路</p><p>　　晶振是晶體振蕩器的簡稱，在電氣上它可以等效成一個電容和一個電阻并聯再串聯一個電容的二端網絡，電工學上這個網絡有兩個諧振點，以頻率的高低分其中較低的頻率是串聯諧振，較高的頻率是并聯諧振。由于晶體自身的特性致使這

51、兩個頻率的距離相當的接近，在這個極窄的頻率范圍內，晶振等效為一個電感，所以只要晶振的兩端并聯上合適的電容它就會組成并聯諧振電路。這個并聯諧振電路加到一個負反饋電路中就可以構成正弦波振蕩電路，由于晶振等效為電感的頻率范圍很窄，所以即使其他元件的參數變化很大，這個振蕩器的頻率也不會有很大的變化。晶振有一個重要的參數，那就是負載電容值，選擇與負載電容值相等的并聯電容，就可以得到晶振標稱的諧振頻率。一般的晶振振蕩電路都是在一個反相放大器（注意是

52、放大器不是反相器）的兩端接入晶振，再有兩個電容分別接到晶振的兩端，每個電容的另一端再接到地，這兩個電容串聯的容量值就應該等于負載電容，請注意一般IC的引腳都有等效輸入電容，這個不能忽略。　　一般的晶振的負載電容為15p或12.5p ，如果再考慮元件引腳的等效輸入電容，則兩個22p的電容構成晶振的振蕩電路就是比較好的選擇。 晶體振蕩器也分為無源晶振和</p><p>　　石英晶體振蕩器與石英晶體諧振器都是提供穩(wěn)定

53、電路頻率的一種電子器件。石英晶體振蕩器是利用石英晶體的壓電效應來起振，而石英晶體諧振器是利用石英晶體和內置IC來共同作用來工作的。振蕩器直接應用于電路中，諧振器工作時一般需要提供3.3V電壓來維持工作。振蕩器比諧振器多了一個重要技術參數為：諧振電阻（RR），諧振器沒有電阻要求。RR的大小直接影響電路的性能，也是各商家競爭的一個重要參數。本設計采用12MHz晶振，并聯兩個30pF電容構成晶振電路。</p><p>

54、　　圖3.3 單片機晶振電路</p><p>　　晶振電路用于產生單片機工作所需的時鐘信號，使用晶體震蕩器時，c2,c3取值20~40PF，使用陶瓷震蕩器時c2,c3取值30~50PF。在設計電路板時，晶振和電容應盡量靠近芯片，以減小分布電容，保證震蕩器的穩(wěn)定性。 </p><p>　　3.3.3 測量、轉換電路設計</p><p>　　使用ADC0809作為數模轉

55、換元件，其引腳圖如3.4所示 </p><p>　　圖3.4 ADC0809引腳圖 </p><p>　　ADC0809的主要特性：</p><p>　　1）8路輸入通道，8位A／D轉換器，即分辨率為8位。 </p><p>　　2）具有轉換起?？刂贫?。 </p><p>　　3）轉換時間為100μs(時鐘為640k

56、Hz時)，130μs（時鐘為500kHz時）　 </p><p>　　4）單個＋5V電源供電 </p><p>　　5）模擬輸入電壓范圍0～＋5V，不需零點和滿刻度校準。 </p><p>　　6）工作溫度范圍為-40～＋85攝氏度 </p><p>　　7）低功耗，約15mW。</p><p>　　ADC0809的外

57、部特性：</p><p>　　ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，下面說明各引腳功能。 </p><p>　　IN0～IN7：8路模擬量輸入端。 </p><p>　　2-1～2-8：8位數字量輸出端。 </p><p>　　ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路 </p>&

58、lt;p>　　ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。 </p><p>　　START： A／D轉換啟動脈沖輸入端，輸入一個正脈沖（至少100ns寬）使其啟動（脈沖上升沿使0809復位，下降沿啟動A/D轉換）。 </p><p>　　EOC： A／D轉換結束信號，輸出，當A／D轉換結束時，此端輸出一個高電平（轉換期間一直為低電平）。 </p><p>　

59、　OE：數據輸出允許信號，輸入，高電平有效。當A／D轉換結束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數字量。 </p><p>　　CLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640KHZ。 </p><p>　　REF（+）、REF（-）：基準電壓。 </p><p>　　Vcc：電源，單一＋5V。 </p><p><b>

60、;　　GND：地。</b></p><p>　　A/D轉換有集成電路ADC0809完成。ADC0809具有8路模擬輸入端口，地址線(第23-25腳)可決定對哪一路模擬輸入作A/D轉換。第22腳位地址鎖存控制，當輸入為高電平時，對地址信號進行鎖存。第6腳位測試控制，當輸入一個2μｓ寬高電平脈沖時，就開始A/D轉換。第7腳為A/D轉換結束標志，當A/D轉換結束時，第7腳輸出高電平。第9腳為A/D轉換數據輸

61、出允許控制，當OE腳為高電平時，A/D轉換數據從端口輸出。第10腳為ADC0809的時鐘輸入端，利用單片機第30腳的分頻晶振頻率，再通過14024二分頻得到1MHz時鐘。</p><p>　　單片機的P1、P3.0-P3.3端口作為4位LED數碼管顯示控制。P3.5端口用作單路顯示/循環(huán)顯示轉換按鈕。P3.6端口用作單路顯示時選擇顯示的通道。P0端口用作A/D轉換數據讀入，P2端口用作ADC0809的A/D轉換控

62、制。</p><p>　　圖3.5 數據轉換系統(tǒng)電路圖</p><p>　　3.3.4 顯示電路設計</p><p><b>　　1.數碼管簡介</b></p><p>　　LED數碼管以發(fā)光二極管作為發(fā)光單元，顏色有單紅，黃，藍，綠，白，七彩效果，它屬于一種照明裝飾、亮化燈具。</p><p>

63、　?。?）LED數碼管以發(fā)光二極管作為發(fā)光單元，顏色有單紅，黃，藍，綠，白，七彩效果。單色，分段全彩管可用大樓，道路，河堤輪廓亮化，LED數碼管可均勻排布形成大面積顯示區(qū)域，可顯示圖案及文字，并可播放不同格式的視頻文件。通過電腦下flash、動畫、文字等文件，或使用動畫設計軟件設計個性化動畫，播放各種動感變色的圖文效果； </p><p>　　（2）可放在PCB電路板上按紅綠蘭順序呈直線排列，以專用驅動芯片控制，

64、構成變化無窮的色彩和圖形。外殼采用阻燃PC塑料制作，強度高，抗沖擊，抗老化，防紫外線，防塵，防潮。LED 護欄管具有功耗小，無熱量，耐沖擊，長壽命等優(yōu)點，配合控制器，即可實現流水，漸變，跳變，追逐等效果。如果應用于大面積工程中，連接電腦同步控制器，還可顯示圖案，動畫視頻等效LED數碼全彩燈管可以組成一個模擬LED顯示屏，模擬顯示屏可以提供各種全彩效果及動態(tài)顯示圖像字符，可以采用脫機控制或計算機連接實行同步控制；可以顯示各式各樣的全彩動態(tài)

65、效果。控制系統(tǒng)采用三泰VISS專用燈光編程軟件編輯，數碼管控制花樣更改方便，只需將編輯生成的花樣格式文件復制進CF卡即可，數碼管控制器可以單獨控制，也可多臺聯機控制，數碼管安裝編排方式任意，適合各種復雜工程需求。數碼管、控制器以及電源等以標準公母插頭連接，方便快捷，并具有獨特的外形設計，全新的戶外防水結構。</p><p>　　2. LED數碼管構成</p><p>　　LED數碼管顯示器

66、是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件，也稱為數碼管。其外形結構如圖所示。它由8個發(fā)光二極管構成，通過不同的組合可用來顯示0-9、A-F及小數點“.”等字符。</p><p>　　數碼管有共陰極和共陽極兩種結構規(guī)格，如圖3.6所示。圖中電阻為外接。共陰極數碼管的發(fā)光二極管陰極共地，當某發(fā)光二極管的陽極為高電平時，二極管點亮；共陽極數碼管的發(fā)光二極管是陽極，并接高電平，對于需點亮的發(fā)光二極管將其陰極接低電平即可。<

67、/p><p>　　對照圖3.6中的字段:7段發(fā)光二極管,在加上1個小數點位,共計8段,因此提供給LED顯示器的字形碼正好一字節(jié)。 </p><p>　　圖3.6(a) 共陰極 圖3.6(b) 共陽極 </p><p>　　圖3.6（C）字段顯示 </p><p><b>　　3.顯示方式</b>

68、;</p><p><b>　?。?）靜態(tài)顯示方式</b></p><p>　　直接利用并行口輸出。LED顯示工作于靜態(tài)顯示方式時,各位的共陰極連接在一起接地;每位的段選線分別于一個8位的鎖存輸出相連。一般稱之為靜態(tài)顯示,是由于顯示器中的各位相互獨立。而且各位的顯示字符一經確定,相應鎖存器的輸出將維持不變,直到顯示另一個字符為止。</p><p&g

69、t;　　利用通信號串行輸出。在實際應用中,多位LED顯示時，為了簡化電路，在系統(tǒng)不需要通信功能時，經常采用串行通信口工作方式0，外接移位寄存器74LS164、CD4094來實現靜態(tài)顯示。</p><p>　　表3.1七段LED段選碼表</p><p><b>　?。?）動態(tài)顯示方式</b></p><p>　　對多位LED顯示器的動態(tài)顯示，通常

70、都時采用動態(tài)掃描的方法進行顯示，即逐個循環(huán)點亮各位顯示器。這樣雖然在任一時刻只有一位顯示器被點亮，但是由于間隔時間較短，且人眼具有視覺殘留效應，看起來與全部顯示器持續(xù)點亮一樣。</p><p>　　為了實現LED顯示器的動態(tài)掃描，除了要給顯示器提供的輸入之外，還要對顯示器加位選擇控制，這就是通常所說的段控和位控。因此多位LED顯示器接口電路需要有兩個輸出口，其中一個用于輸出8位控信號；另一個用于輸出段控信號，其連

71、接圖如下： </p><p>　　3.7 LED顯示電路 </p><p>　　3.3.5 電源電路</p><p>　　本設計選擇三端集成穩(wěn)壓器0875及變壓器，整流橋,濾波電容構成直流穩(wěn)壓電路。C1，C2，C3用來實現頻率補償，防止穩(wěn)壓器產生高頻自激振蕩和意志電路引入高頻干擾，C4是電解電容，以減小穩(wěn)壓電源輸出端由輸入電源引入的低頻干擾。D是保護二極管，當輸入端

72、短路時，給輸出電容器C4一個放電通路，防止C4兩端電壓作用于穩(wěn)壓器，造成擊穿而損壞。</p><p>　　變壓器采用220V-9V變壓器，整流橋和保護二極管采用IN4001。</p><p>　　圖3.8 直流穩(wěn)壓電源電路</p><p><b>　　4 系統(tǒng)程序的設計</b></p><p><b>　　4.

73、1 主程序設計</b></p><p>　　在剛上電時，系統(tǒng)默認為循環(huán)顯示8個通道的電壓值狀態(tài)。當進行一次測量后，將顯示每一通道的A/D轉換值，每個通道的數據顯示時間在1s左右。主程序在調用顯示子程序與測量子程序之間循環(huán)。</p><p>　　主程序流程圖如圖4.1所示 </p><p>　　圖4.1 主程序流程圖 </p><p&g

74、t;<b>　　4.2 初始化程序</b></p><p>　　系統(tǒng)上電時，初始化程序主要用來執(zhí)行70H-77H內存單元清0和P2口置0等準備工作。</p><p><b>　　4.3 顯示子程序</b></p><p>　　顯示子程序采用動態(tài)掃描法實現4位數碼管的數值顯示。測量所得的A/D轉換數據放在70H-77H內存單

75、元中，測量數據在顯示時須經過轉換成為十進制BCD碼放在78H-7BH單元中，其中7BH存放通道標志數。寄存器R3用作8路循環(huán)控制，R0用作顯示數據地址指針。</p><p>　　圖4.2 顯示子程序流程圖</p><p>　　4.4 A/D轉換測量子程序</p><p>　　A/D轉換測量子程序用來控制對ADC0809的8路模擬輸入電壓的A/D轉換，并將對應的數值移

76、入70H-77H內存單元。</p><p>　　A/D轉換測量子程序流程圖如圖4.3所示</p><p>　　圖4.3 A/D轉換測量子程序流程圖</p><p><b>　　4.5 源程序</b></p><p><b>　?。ㄔ闯绦蛞姼戒洠?lt;/b></p><p>&l

77、t;b>　　結 論</b></p><p>　　本設計研制歷時近半年，通過和老師、同學充分合作共同努力已基本完成。在單片機數字電壓表的設計中，完成的是硬件設計及調試實驗，同時完成軟件設計方面的工作。在硬件設計中主要工作是：設計硬件的結構框圖，完成硬件的設計。如數據處理電路、顯示電路。在硬件的設計過程中，數字電壓表中關鍵技術是A/D轉換電路的設計。在選擇構成系統(tǒng)電路的元器件時，應著重考慮其是

78、否會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及成本。</p><p>　　本設計用單片機制作的數字電壓表，能夠把模擬的電壓信號轉換成數字電壓信號并顯示，方便人們直觀準確的檢測電壓的變化。</p><p>　　按系統(tǒng)功能要求，控制系統(tǒng)采用AT89S51單片機，A/D轉換采用ADC0809.系統(tǒng)除能確保實現要求的功能外，還可以方便地進行其功能的擴展。本文采用AT89S51作為核心元件，AT89S51是一個低功耗，高

79、性能CMOS 8位單片機，片內含4k Bytes ISP（In-system programmable）的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結構，芯片內集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S51可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。 </p><p

80、>　　通過這次畢業(yè)設計，使我們明白了自己理論知識不足,實際操作能力有所欠缺. 要學習的東西還很多，學習是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應該不斷的學習和實踐，努力提高自己知識和綜合素質。此外，還得出一個結論：知識必須通過應用才能實現其價值！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 徐愛鈞.智能化測量控制儀表原理與設計[

81、M].北京航空航天大學出版社，2004.</p><p>　　[2] 吳金戌.8051單片機實踐與應用[M].清華大學出版社，2002.</p><p>　　[3] 張國勛.縮短ICL7135A/D采樣程序時間的一種方法，1993.</p><p>　　[4] 高峰.單片微型計算機與接口技術[M].科學出版社，2003.</p><p>　　

82、[5] 楊恢先，黃輝先.單片機原理及應用[M].人民郵電出版社，2006.</p><p>　　[6] 胡躍榮，田建軍.組合式鋼水測溫數字儀[J].冶金自動化，1980年03期.</p><p>　　[7] 李光錫.光電控制型恒流源[J].電測與儀表，1980年01期.</p><p>　　[8] 周棟，馬剛，閆廣.PIC16F87X單片機的特點及應用[A]，第十三

83、屆全國煤礦自動化學術年會、中國煤炭學會自動化專業(yè)委員會學術會議論文集[C]，2003.</p><p>　　[9] 胡平.數字萬用表的常用電路和檢修[J].計量與測試技術，2003.</p><p>　　[10] 沙占友.新編實用數字化測量技術沙占友[M].國防工業(yè)出版社，1998.</p><p>　　[11] 李廣第，朱月秀，王秀山.單片機基礎[M].北京航空航

84、天大學出版社，2001.</p><p>　　[12] 李光飛.單片機課程設計實例知道[M].北京航空航天大學出版社，2004.</p><p>　　[13] 房建東，高勝利.電子技術[M].內蒙古大學出版社，2004.</p><p>　　[14] 房小翠，王金鳳.單片機實用系統(tǒng)設計技術[M].國防工業(yè)出版社，1999.</p><p>&

85、lt;b>　　致 謝</b></p><p>　　時光匆匆如流水，轉眼便是大學畢業(yè)時節(jié)，春秋如夢，聚散容易，離校日期已日趨臨近，畢業(yè)設計的完成也隨之進入了尾聲，從開始進入課題到論文的順利完成，一直都離不開老師、同學朋友給我的熱情幫助，在這里請接受我誠摯的謝意！</p><p>　　首先感謝我的指導老師，xx老師，在整個過程中，他給了我很大的幫助，我做畢業(yè)設計的每個階

86、段，從選題到查閱資料，論文提綱的確定，中期論文的修改，后期論文格式調整等各個環(huán)節(jié)中都給予了我悉心的指導。</p><p>　　xx老師為人謙遜，隨和熱情，治學嚴謹細心，在論文的寫作過程中，xx老師沒有給我任何壓力，讓我擁有了很大的發(fā)揮空間。在設計過程中，xx老師多次詢問研究進程，指出每稿中的具體問題，嚴格把關，循循善誘，并為我指點迷津，幫助我開拓研究思路，精心點撥、熱忱鼓勵。xx老師每次對我的疑問給予細心的解答并

87、給出寫作建議，對我的論文進行細心的修改，使得我的論文結構一步一步的完善，內容日趨豐滿。正是xx老師的無私幫助與熱忱鼓勵，我的畢業(yè)論文才能夠得以順利完成，在此我表示衷心感謝。</p><p>　　同時我還要感謝在我學習期間給我極大關心和支持的各位老師以及關心我的同學和朋友。認真地謝謝我身邊所有的朋友和同學，謝謝你們，你們對我的關心、幫助和支持是我不斷前進的動力之一，我的大學生活因為有你們而更加精彩。 </p&

88、gt;<p>　　感謝我的母校提供良好的學術研究的氛圍，舒適的學習環(huán)境以及較強的硬件設施。感謝學院為我提供良好的做畢業(yè)設計的環(huán)境。 </p><p>　　同時要感謝我的父母及家人，我永遠都不會忘記你們的良苦用心和一如既往的支持與鼓勵。沒有人比你們更愛我，你們對我的關愛讓我深深感受到了生活的美好，謝謝你們一直以來給予我的理解、鼓勵和支持，你們是我不斷取得進步的永恒動力。 </p><

89、;p>　　最后再一次感謝所有在畢業(yè)設計中曾經幫助過我的良師益友和同學，以及在設計中被我引用或參考的論著的作者。</p><p><b>　　簽 名:</b></p><p><b>　　年 月 日 </b></p><p><b>　　附 錄</b></p><p

90、><b>　　源程序</b></p><p>　　本程序是用來顯示0-10v的測量電壓的，使用的單片機是：89C51，晶振12MHz</p><p>　　AD_EOC BIT P1.0; ad的接口</p><p>　　AD_TCK BIT P1.1</p><p>　　AD_OUT

91、 BIT P1.2</p><p>　　AD_IN BIT P1.3</p><p>　　AD_CS BIT P1.4</p><p>　　LED EQU P0 ; LED接的P0口</p><p>　　L1 BIT P2.0</p><p>　　

92、L2 BIT P2.1</p><p>　　L3 BIT P2.2</p><p>　　L4 BIT P2.3</p><p>　　LED1 EQU 30H ；LED0緩存</p><p>　　LED2 EQU 31H ；LED1緩存<

93、/p><p>　　LED3 EQU 32H ；LED2緩存</p><p>　　LED4 EQU 33H；LED3緩存</p><p>　　L_NUMEQU34H;led計數器</p><p><b>　　ORG0000H</b></p><p>

94、<b>　　LJMPMAIN</b></p><p><b>　　ORG000BH</b></p><p><b>　　LJMPTT0</b></p><p>　　ORG 0080H</p><p>　　MAIN: MOVSP,#70H;設置堆棧</p&

95、gt;<p>　　MOVTH0,#60; 設置定時器定時時間 </p><p>　　MOVTL0,#176</p><p>　　MOVTMOD,#11H ;設置定時器工作狀態(tài)</p><p>　　SETBEA;開總中斷</p><p>　　SETBTR0;開定時器中斷0</

96、p><p>　　M1: LCALLADCJ;采集數據</p><p>　　LCALLAD_NUM;將采集的數據求和</p><p>　　LCALLPINGJUN;將采集的數據求平均</p><p>　　LCALLBIN_BCD;將采集的數據求平均后轉成bcd</p><p>　　JMPM1 ;

97、AD采集程序;48H-4FH</p><p>　　ADCJ: MOV R0,#48H</p><p>　　MOV R1,#49H</p><p>　　MOV DPTR,#DZSJ25</p><p>　　MOV R4,#01H ;一個通道</p><p>

98、;　　DTDZ25: MOV R3,#04H ;多通道采值起始，每個4次</p><p>　　DCCZ25: MOV A,#01H ;采集第一個通道</p><p>　　LCALL RD_AD</p><p>　　INC R0</p><p>　　INC R1&

99、lt;/p><p>　　DJNZ R3,DCCZ25</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　RD_AD: MOV @R0,#00H ;2543串行數據輸出高位</p><p>　　MOV @R1,#00H</p><p><b&

100、gt;　　CLR CLK</b></p><p>　　SETB CS25</p><p>　　CLR CS25</p><p>　　MOV R2,#08H</p><p>　　LOP1: MOV C,DO</p><p><b>　　RLC A</b>&l

101、t;/p><p>　　MOV DI,C</p><p>　　SETB CLK</p><p><b>　　CLR CLK</b></p><p>　　DJNZ R2,LOP1</p><p><b>　　SWAP A</b></p><

102、p>　　XCHD A,@R0 ;交換 LOW 4 BITS</p><p><b>　　SWAP A</b></p><p>　　MOV R2,#04H</p><p>　　LOP2: MOV C,DO</p><p><b>　　RLC A</b>

103、</p><p><b>　　SETB CLK</b></p><p><b>　　CLR CLK</b></p><p>　　DJNZ R2,LOP2</p><p>　　MOV @R1,A</p><p>　　SETB CS25</p><

104、;p><b>　　RET</b></p><p>　　DZSJ25: DB 00H,10H,20H,30H,40H ;兩字節(jié)相加;結果在41H和42H中,41H低字節(jié)，42h高字節(jié)</p><p>　　AD_NUM: MOV41H,#00H</p><p>　　MOV42H,#00H</p>&

105、lt;p>　　MOV41H,48H;低字節(jié)</p><p>　　MOV42H,49H</p><p><b>　　CLRC</b></p><p>　　MOVA,4AH</p><p>　　ADDCA,41H</p><p>　　JCAD_NUM1</p>

106、<p>　　ADD42H,#01</p><p>　　AD_NUM1:CLRC</p><p>　　MOVA,4CH</p><p>　　ADDCA,41H</p><p>　　JCAD_NUM2</p><p>　　ADD42H,#01</p><p>　　A

107、D_NUM2:CLRC</p><p>　　MOVA,4EH</p><p>　　ADDCA,41H</p><p>　　JCAD_NUM3</p><p>　　ADD42H,#01</p><p>　　AD_NUM3:CLRC</p><p>　　MOV A, 4BH<

108、;/p><p>　　ADD A, 42H</p><p>　　MOV A,4DH</p><p>　　ADDA,42H</p><p>　　MOVA,4FH</p><p>　　ADDCA,42H</p><p>　　RET ;求平均數</p&

109、gt;<p>　　PINGJUN:CLRC</p><p>　　MOVA,42H</p><p><b>　　RRCA</b></p><p>　　MOV42H,A</p><p>　　MOVA,41H</p><p>　　MOV41H,A</p>

110、<p><b>　　CLRC</b></p><p>　　MOVA,42H</p><p><b>　　RRCA</b></p><p>　　MOV42H,A</p><p>　　MOVA,41H</p><p><b>　　RRCA&l

111、t;/b></p><p>　　MOV41H,A</p><p>　　RET ;BIN轉成BCD;程序入口：42H是高字節(jié)，41H是低字節(jié)</p><p>　　程序出口：十位數放在43h 個位數放在44h; 十分位數放在45h; 百分位數放在46h</p><p>　　BIN_BCD:CHANGE16_10:

112、CLR A ;ＢＣＤ碼初始化</p><p>　　MOV R3, A</p><p>　　MOV R4, A</p><p>　　MOV R5, A</p><p>　　MOV R2, #10H ;轉換雙字節(jié)十六進制整數</p><p>　　CHANG_1:MOV

113、 A, R7 ;從高端移出待轉換數的一位到CY中</p><p><b>　　RLC A</b></p><p>　　MOV R7, A</p><p>　　MOV A, R6</p><p><b>　　RLC A</b></p><p&

114、gt;　　MOV R6, A</p><p>　　MOV A, R5 ;ＢＣＤ碼帶進位自身相加，相當于乘２</p><p>　　ADDC A, R5</p><p>　　DA A ;十進制調整</p><p>　　MOV R5, A</p><p>　　

115、MOV A, R4</p><p>　　ADDC A, R4</p><p><b>　　DA A</b></p><p>　　MOV R4, A</p><p>　　MOV A, R3</p><p>　　ADDC A, R3</p&g