基于AT89C51及ADC0809數(shù)字電壓表畢業(yè)論文

1、哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）-I-摘 要數(shù)字電壓表是采用數(shù)字化測量設計的電壓儀表。目前，其作為數(shù)字化儀表的基礎和核心，已被廣泛應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，數(shù)字電壓表擴展而成的各種通用及專用儀器儀表，也將電量及非電量測量技術(shù)提高到嶄新水平。本設計為直流數(shù)字電壓表。利用 MCS-51 單片機 AT89C51 借助軟件實現(xiàn)數(shù)字顯示功能、自動校準、LED 顯示，A/D 轉(zhuǎn)換器采用 ADC0808 構(gòu)成數(shù)模轉(zhuǎn)換電路。該電壓表測量范圍在 05V。由于采用高性能的單片機芯片為核心，同時

2、利用 LED 數(shù)碼管為顯示設備，這樣就使顯示清晰直觀、讀數(shù)準確，減少了因為人為因素所造成的測量誤差事件，同時提高了測量的準確度。關鍵詞：關鍵詞：AT89C51；A/D 轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換；LED哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）-II-目 錄摘 要.I第 1 章 緒論 .21.1 研究背景.21.2 數(shù)字電壓表的主要特點.31.3 設計要求和指標.5第 2 章 方案的選擇和論證 .62.1 方案選擇.62.2 方案論證.7本章小結(jié).7第 3 章 硬件電路設計 .83.1 系統(tǒng)主控電路.83.1.1 單片機 AT89C51 .83.1.2 時鐘電

3、路 .103.1.3 復位電路 .113.2 A/D 轉(zhuǎn)換電路.123.2.1 ADC0808 簡介.143.2.2 A/D 轉(zhuǎn)換電路設計 .153.3 顯示電路.153.3.1 常用顯示器件 .163.3.2 LED 簡介.16本章小結(jié).17第 4 章 系統(tǒng)軟件設計 .184.1 主程序設計.184.2 A/D 轉(zhuǎn)換程序.19本章小結(jié).19第 5 章 系統(tǒng)仿真與調(diào)試 .20哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）-III-5.1 系統(tǒng)仿真.205.1.1 Proteus 簡介 .205.1.2 功能及特點 .205.2 局部調(diào)試.205.2

4、.1 硬件調(diào)試 .215.2.2 軟件調(diào)試 .215.3 整機調(diào)試.22本章小結(jié).22結(jié) 論 .23致 謝 .24參考文獻 .25附錄 1 系統(tǒng)源程序 .26附錄 2 仿真電路圖 .30附錄 3 元件清單 .31哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）-2-第 1 章 緒論1.1 研究背景智能儀器是儀器儀表的一種。近年來，計算機技術(shù)及微電子器件在工程技術(shù)中應用十分廣泛。在此基礎上發(fā)展起來的智能儀表，無論是在測量的準確性、靈敏度、可靠性、自動化程度、運用功能方面還是在解決測量技術(shù)與控制技術(shù)問題的深度及廣度方面都有了很大的發(fā)展，以一種嶄新的面貌展

5、現(xiàn)在人們的面前。數(shù)字電壓表是在此基礎上發(fā)展起來，并被廣泛的應用。數(shù)字電壓表(Digital Voltmeter)簡稱 DVM，它是智能儀器中最常見的，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。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)的自動控制實驗研究的領域，提出了將各種被觀測量或被控制量轉(zhuǎn)換為數(shù)碼的要求，即為了實時控制及數(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(shù)的進步，為數(shù)字化儀表的出現(xiàn)提供了條件。所以，數(shù)字化測量儀表的產(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

6、量中的繁瑣和陳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取代了傳統(tǒng)的模擬指針式電壓表。因為傳統(tǒng)的指針式電壓表功能單一、精度低，不能滿足數(shù)字化時代的需求。數(shù)字電壓迄今已有 40 多年的發(fā)展史。目前，由各種單片機、A/D 轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)字電壓表，已被廣泛應用于電子及電子測量、工業(yè)自動化儀表、自動測試的系統(tǒng)等領域，顯示出強大的生命力。由于電子技術(shù)、大規(guī)模集成電路及計算機的發(fā)展，人們不久就研制出微處理器數(shù)字電壓表，實現(xiàn)了 DVM 數(shù)據(jù)處理自動化和可編程序。因為帶有存儲器并使用軟件支持，所以可以進行信息處理，可通過標準接口組成自動測試系統(tǒng)。除了完成原

7、有 DVM 的各種功能外，還能夠自校、自檢，保證了自動測量的高標準確度，實現(xiàn)了儀器、儀表的智能化。當前，智能化儀表法十分速度，而微處哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）-3-理式 DVM 在智能儀表中占的比重最大，智能化的 DVM 為實現(xiàn)各種物理量的動態(tài)測量提供了可能。與此同時，由 DVM 擴展而成的各種通用及專用數(shù)字儀器儀表，也把電量及非電量測量技術(shù)提高到嶄新水平數(shù)字電壓表的特點：顯示清晰直觀，讀書準確。傳統(tǒng)的模擬式儀表必須借助于指針和刻度盤進行讀數(shù)，在讀數(shù)過程中不可避免地會引入認為的測量誤差，并且容易造成視覺疲勞。數(shù)字電壓表則采用先進

8、的數(shù)顯技術(shù)，使測量結(jié)果一目了然，只要儀表不發(fā)生跳數(shù)現(xiàn)象，測量結(jié)果就是唯一的。不僅保證讀數(shù)的客觀性與準確性，還符合人們的讀數(shù)習慣，能縮短讀數(shù)和記錄的時間。在電量的測量中，電壓、電流和頻率是最基本的三個被測量。其中，電壓量的測量最為經(jīng)常。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，更是經(jīng)常需要測量高精度的電壓，所以數(shù)字電壓表就成為一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、分辨率高、測量速度快等特點而倍受用戶青睞。數(shù)字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儀器儀表。1.2 數(shù)字電壓表的主要特點數(shù)字電壓表簡稱 DVM（Digital Voltmeter） 。它是

9、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。智能數(shù)字電壓表則是大規(guī)模集成電路，顯示技術(shù)，計算機技術(shù)，自動測試技術(shù)的產(chǎn)品。數(shù)字電壓表主要有以下特點：1、顯示清晰，直觀，讀數(shù)清楚傳統(tǒng)的模擬式電壓表必須借助于指針和刻度盤進行讀數(shù)。在讀數(shù)過程中，不可避免的會引入認為的誤差，并且還容易造成視覺疲勞。數(shù)字電壓表則采用先進的數(shù)字顯示技術(shù)，使顯示結(jié)果一目了然。只要儀表不發(fā)生跳變現(xiàn)象，測量結(jié)果就是唯一的。不僅保證了讀數(shù)的客觀性與準確性，還符合人們的讀數(shù)習慣，能夠縮短讀數(shù)和記錄的時間。2、準確度高數(shù)字電壓表的準確度是測量結(jié)果中系統(tǒng)誤差與隨機誤差的結(jié)合。它表示測量

10、結(jié)果與真值的一致程度，也反映測量誤差的大小。一般講，準確度越高，測量誤差越小，反之則越大。根據(jù)準確度的高低，可將數(shù)字電壓表分成若干等級。直流數(shù)字電壓表共分哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）-4-為 11 個等級：0.0005，0.001，0.002，0.005，0.01，0.02，0.05，0.1，0.2，0.5，1.0。3、分辨率高數(shù)字電壓表在最低電壓量程上末位 1 個字所對應的電壓值，稱作儀表的分辨力。它反映出儀表的靈敏度的高低。分辨力是指所能顯示的最小數(shù)字與最大數(shù)字之比，通常用百分數(shù)來表示。4、測量范圍寬多量程數(shù)字電壓表通常可測

11、01000V 的直流電壓，配上高壓探頭還可測量幾千伏的電壓。5、測量速度快數(shù)字電壓表在每秒鐘內(nèi)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。6、輸入阻抗高數(shù)字電壓表具有很高的輸入阻抗。這樣在測量時從被測電路上吸取的電流極小，不會影響被測信號源的工作狀態(tài)，由此可減少小信號源內(nèi)帶來的附加誤差。7、集成度高，微功耗新型數(shù)字電壓表普通采用 CMOS 大規(guī)模集成電路，整機功耗很低。8、抗干擾能力強噪聲干擾大致分為兩類：一類是串模干擾，干擾電壓與被測量信號串連后加至儀表的輸入端，另一類是共模干擾，干擾電壓同時加于儀表的兩個輸入端。衡量儀表干擾能力的技術(shù)指標也有

12、兩個：串模抑制比和共模抑制比。高檔數(shù)字電壓大多采用數(shù)字濾波和浮地保護等技術(shù)，進一步提高了抗干擾能力，其共模抑制比可達 100-80dB，串模抑制比為 100dB 左右。目前數(shù)字電壓表正進入一個蓬勃發(fā)展的新時期。一方面它開拓了電子測量領域的先河，另一方面它本身正朝著高準確度，智能化，低成本的方向發(fā)展。1、采用新技術(shù)，開發(fā)新產(chǎn)品數(shù)字電壓表的新產(chǎn)品總是依托新技術(shù)而問世的。近些年來，新技術(shù)的涌現(xiàn)，不斷的被采用，迅速轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)力。2、單片專用 IC 的廣泛應用集成電路強大的生命力在于應用。目前國內(nèi)外都在積極開發(fā)供數(shù)字儀表使用的單片專用 IC，為研制高性價比數(shù)字電壓表以及智能儀器創(chuàng)造了條件。3、多重顯示儀

13、表哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）-5-多重顯示儀表能同時顯示同一被測信號的兩種不同參數(shù)，例如交換電壓值與頻率值。4、廣泛采用新器件，新工藝近年來，電子模塊，電子模板，表面安裝元件，超小型集成電路等新器件正越來越廣泛的用于數(shù)字電壓表中。此外，數(shù)字電壓表在安裝工藝，外觀設計，安全性，可靠性等方面也在不斷改進，日趨完善。1.3 設計要求和指標1、電路要求數(shù)字電壓表可以顯示清晰、直觀、讀數(shù)準確、準確度高、分辨力高、測量速度快、輸入阻抗高、集成度高、微功耗和抗干擾能力強等特點。2、技術(shù)指標（1）4 位數(shù)碼管顯示，即精確到百分位；（2）電壓測量

14、范圍：05V；（3）精確度達到0.5%哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）-6-第 2 章 方案的選擇和論證2.1 方案選擇設計數(shù)字電壓表有很多種的設計方法，方案是多種多樣的。由于規(guī)模集成電路數(shù)字芯片的告訴發(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)的處理及顯示的方式的多樣性。又由于在現(xiàn)實的工作生活中，電壓表的測量測程范圍是比較大的，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范圍不同，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。1.由數(shù)字電路及芯片構(gòu)建這種設計方案是由模擬電

15、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(zhuǎn)換器和基準電壓源；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(zhuǎn)換器是它的核心器件，它將輸入的模擬量轉(zhuǎn)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?qū)?A/D 轉(zhuǎn)換器逐個組模擬開關接通或斷開，保證 A/D 轉(zhuǎn)換正常進行。A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果由計數(shù)譯碼電路變成段碼，最后驅(qū)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由單片機系統(tǒng)及 A/D 轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成這種方案是利用單片機系統(tǒng)

16、與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、顯示模塊等的結(jié)合后，組成數(shù)字電壓表。由于單片機的發(fā)展已經(jīng)成熟，利用單片機系統(tǒng)的軟硬件結(jié)合，可以組裝出應用電路來。此方案的原理是模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換芯片將被測量電壓輸入端所采集到的模擬電壓信號轉(zhuǎn)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，難以在原基礎上進行功能擴展等不

17、足。哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）-7-2.2 方案論證方案 2 不僅能夠繼承方案 1 的各種優(yōu)點，還能改進方案 1 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。經(jīng)過以上方案設計，決定采用如圖 2-1 所示方案。單片機晶振電路復位電路4 位顯示A/D 轉(zhuǎn)換輸入電路圖 2-1 方案設計本章小結(jié)本章主要介紹了課題的設計方案，提出了兩種方案。此次畢業(yè)設計采用了方案二，本文是采用 ADC0808 芯片做 A/D 轉(zhuǎn)換器。哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）-8-第 3 章 硬

18、件電路設計3.1 系統(tǒng)主控電路單片機控制模塊的作用是為控制各單元電路的運行并完成數(shù)據(jù)的換算或處理，主要由單片機、時鐘電路、復位電路組成。3.1.1 單片機AT89C51AT89C51單片機采用 MCS-51 系列單片機 AT89C51。它是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS8 位單片機，片內(nèi)含 4k bytes 的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和 128 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM） ，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準 MCS-51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央微處理器（CPU）和 Flash 存儲單元，功能強大

19、AT89C51 單片機可提供多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領域。哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）-9-圖 3-1 AT89C51 引腳圖P0 口：P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，也即地址、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。P1 口：P1 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，此時可作輸入

20、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低時，會輸出一個電流。P2 口：P2 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低時會輸出一個電流。P3 口：P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O。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，被外部拉低的 P3

21、口將用上拉電阻輸出電流。RST:復位輸入。當振蕩器工作時，RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。ALE: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 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，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。EA：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 端必須保持低電平（接地） 。XTAL1：振蕩器反相放大器及內(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。主要性能參數(shù)：1.與 MCS-51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全

22、兼容；2.4k 字節(jié)可重擦寫Flash 閃速存儲器；3.1000 次擦寫周期；4.全靜態(tài)操作：0Hz-24Hz；5.三級加密程序存儲器；6.128*8 字節(jié)內(nèi)部 RAM；7.32 個可編程 I/O 口；8.2 個 16 位定時、計數(shù)器；9.6 個中斷源；10.可編程串行 UART 通道；11.低功耗空閑和掉電模式。哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）-10-3.1.2 時鐘電路單片機內(nèi)部每個部件要想?yún)f(xié)調(diào)一致地工作，必須在統(tǒng)一口令時鐘信號的控制下工作。單片機工作所需要的時鐘信號有兩種產(chǎn)生方式，即內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。圖 3-2 是內(nèi)部

23、時鐘方式：單片機內(nèi)部有一個構(gòu)成振蕩器的增益反相放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是此放大器的輸入端和輸出端，這個放大器與作為反饋元件的片外晶振一起構(gòu)成自激振蕩器。在該圖中，電容 C2和 C3 取 30pF，晶體的震蕩頻率取 12Mhz，晶體震蕩頻率高，則系統(tǒng)的時鐘頻率也高，單片機運行速度也就快。實際連接如圖 3-1 所示。圖 3-2 系統(tǒng)時鐘電路3.1.3 復位電路AT89C51 的復位電路如圖 3-3 所示。當單片機通電，立即復位。電容 C 和電阻 R9 實現(xiàn)上電自動復位。復位也是使單片機退出低功耗工作方式而進入正哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）哈爾濱工業(yè)大學華德應

24、用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）-11-常狀態(tài)的一種操作。圖 3-3 系統(tǒng)復位電路3.2 A/D 轉(zhuǎn)換電路A/D 轉(zhuǎn)換器是 DVM 的心臟，利用它可將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。在 A/D 轉(zhuǎn)換器中，因為輸入的模擬信號在時間上是連續(xù)量，而輸出的數(shù)字信號時離散量，所以進行轉(zhuǎn)換時必須在一系列選定的瞬間對輸入的模擬洗好取樣，然后再把這些取樣值轉(zhuǎn)換為輸出的數(shù)字量。因此，一般的 A/D 轉(zhuǎn)換過程是通過取樣、保持、量化、編碼這四個步驟完成的。目前，A/D 轉(zhuǎn)換器的類型多達數(shù)十種，其中常見形式見表 3-1。哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）-12-圖 3-1 常見

25、的 A/D 轉(zhuǎn)換器類型形式積分型雙積分式，多重積分式，電荷平衡式斜坡型斜坡（V/T）式，階梯斜坡式，多斜式比較型逐次比較式，跟隨比較式，余數(shù)再循環(huán)比較式脈寬型脈沖寬度調(diào)制式（PWM）復合型積分斜坡式，兩次取樣式，多次取樣式單片 A/D 轉(zhuǎn)換器是采用 CMOS 工藝，將模擬電路與數(shù)字電路集成在同一芯片上，并且能配數(shù)顯器件顯示 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果的專用集成電路。80 年代以來，隨著 CMOS 大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，各種新型單片 A/D 轉(zhuǎn)換器競相問世。這類芯片集成度高，功能完善，價格較低，能以最簡方式構(gòu)成一塊數(shù)字儀表或測試，被廣泛用于新型數(shù)字儀表、智能儀器中。其共同特點是測量準確的

26、高、分辨力強、外圍電路簡單、耗電省、體積小、成本低、具有很高的性價比。逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器屬于直接型 A/D 轉(zhuǎn)換器，它能把輸入的模擬電壓直接轉(zhuǎn)換為輸出的數(shù)字代碼，而不需要經(jīng)過中間變量，主要由比較器、環(huán)形分配器、控制門、寄存器與 D/A 轉(zhuǎn)換器組成。常用的 A/D 芯片有 ADC0808、AD0832、TLC2543C 等幾種。下面簡單介紹一下這三個芯片。ADC0808 是采樣分辨率為 8 位的、以逐次逼近原理進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個 8 通道多路開關，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8 路模擬輸入信號中的一個進行 A/D 轉(zhuǎn)換。ADC0808 是 ADC0809 的簡

27、化版本，功能基本相同。一般在硬件仿真時采用 ADC0808 進行 A/D 仿真，實際使用時采用 ADC0809 進行 A/D 轉(zhuǎn)換。AD0832 是一個 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換器芯片，單電源供電。CMOS 工藝，低功耗。它由一個 8 位輸入寄存器、1 個 8 位 DAC 寄存器和一個 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換器組成?？芍С謫味溯斎胪ǖ篮鸵粋€差分輸入通道。它易于和微處理器接口或獨立使用；可滿量程工作；可用地址邏輯多路器選擇各輸入通道TLC2543 是 TI 公司的 12 位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器，使用開關電容逐次逼近技術(shù)完成 A/D 轉(zhuǎn)換過程。每個器件有三個控制輸入端，片選，輸入/輸出時鐘以及地址輸入端。它可

28、以從主機告訴傳輸轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。它有告訴的轉(zhuǎn)換，通用的控制哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）-13-能力，具有簡化比率轉(zhuǎn)換，刻度以及模擬電路與邏輯電路和電源噪聲隔離，耐高溫等特點。由于是串行輸入結(jié)構(gòu)，能夠節(jié)省 51 系列單片機 I/O 資源；且分辨率較高，因此在儀器儀表中有較為廣泛的使用。3.2.1 ADC0808 簡介圖 3-4 ADC0808 引腳圖IN0IN7：8 路模擬量輸入。A、B、C：3 位地址輸入，2 個地址輸入端的不同組合選擇 8 路模擬量輸入。ALE：地址鎖存啟動信號。在 ALE 的上升沿，將 A、B、C 上的通道地址鎖存到

29、內(nèi)部的地址鎖存器。D0D7：8 位數(shù)據(jù)輸入端。A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果由這 8 根線傳送給單片機。OE：允許輸出信號。當 OE=1 時，即為高電平，允許輸出鎖存器輸出數(shù)據(jù)。START：啟動信號輸入端。START 為正脈沖，其上升沿清楚 ADC0808 的內(nèi)部的各存儲器，其下降沿啟動 A/D 開始轉(zhuǎn)換。EOC：轉(zhuǎn)換完成信號。當 EOC 上升為高電平時，表明內(nèi)部 A/D 轉(zhuǎn)換已完成。哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）-14-3.2.2 A/D 轉(zhuǎn)換電路設計集成模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 ADC0808 實現(xiàn)的 A/D 轉(zhuǎn)換電路如圖 3-5 所示。被測信號由 AD

30、C0808 模擬輸入端輸入，完成 A/D 轉(zhuǎn)換后送入單片機，經(jīng)相應處理后送出顯示。圖 3-5 ADC0808 與單片機的連接3.3 顯示電路現(xiàn)代化科研和生產(chǎn)體系是以自動化為特征，面向自動化的過程控制及結(jié)果的顯示，主要是借助于數(shù)字和符號的顯示器件。數(shù)字儀表顯示器件，是將信息讀數(shù)轉(zhuǎn)換為可視信息的期間，最終以數(shù)字形式顯示讀數(shù)的期間。顯示方式和顯示器件的選擇不僅與讀數(shù)的清晰、美觀與否有直接關系，而且關系到儀表的整哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）-15-機結(jié)構(gòu)、電源功率、測量速度、顯示時間以及操作維護等技術(shù)性能。3.3.1 常用顯示器件本次設計

31、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。數(shù)碼管是最常用的一種顯示器件，它是由幾個發(fā)光二極管組成的 8 字段顯示器件，其特點是價格非常的便宜，使用也非常的方便，顯示效果非常的清楚。小電流下可以驅(qū)動，發(fā)光響應時間極短，體積小，重量輕，抗沖擊性能好，壽命長，但數(shù)碼管只能顯示 0-9 的數(shù)據(jù)，不能夠顯示字符。這也是數(shù)碼管的不足之處。LED 點陣顯示器件是由好多個發(fā)光二極管組成的。具有高亮度，功耗低，視角大，壽命長，耐濕、冷、熱等特點，LED 點陣顯示器件可以顯示數(shù)字，英文字符，中文字符等。1602 液晶是工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示 16*2

32、即 32 個字符。1602 液晶模塊內(nèi)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，這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號等，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(qū)動即可。它的特點是顯示字跡清楚價格相對便宜。12864 液晶也是一種工業(yè)字符型液晶。它不僅能夠顯示 1602 液晶所可以顯示的字符、數(shù)字等信息，而且還可以顯示 8*4 個中文漢字和一些簡單的圖片，顯示信息也非常的清楚。使用時也直接編寫軟件程序按一定的時序驅(qū)動即可。不過它的價格比 1602 液晶貴很多。3.3.2 LED 簡介在本次設計中采用的是 4 段 LED 數(shù)碼管來顯示電壓

33、值。LED 具有耗電低、亮度高、視角大、線路簡單、耐震及壽命長等優(yōu)點。它由 4 個發(fā)光二極管組成，其中 7 個按8字型排列，另一個發(fā)光二極管為圓點形狀，位于右下角，常用于顯示小數(shù)點，把 8 個發(fā)光二極管連在一起，公共端接高電平，叫共陽極接法，相反，公共端接低電平叫共陰極接法。我們采用共陽極接法，當發(fā)光二極管導通時，相應的一段筆畫或點就發(fā)亮，從而形成不同的發(fā)光字符。哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）-16-根據(jù)設計要求，顯示電路需要至少 4 位 LED 數(shù)碼管顯示電壓值。如圖 3-5。利用單片機的 I/O 口驅(qū)動 LED 數(shù)碼管的亮滅。設

34、計中由 P0 口驅(qū)動 LED 的段碼顯示，即顯示字符，由 P2 口選擇 LED 位碼，即選擇點亮哪位 LED 來顯示。圖 3-5 4 位一體 LED 數(shù)碼管本章小結(jié)本章主要介紹了各個電路的組成、設計思想。單片機是本電路的核心元件。單片機又稱微控制器或嵌入式控制器，而現(xiàn)在的智能家電無一例外是采用微控制器來實現(xiàn)的。在本章中，可以查到電路所需芯片的引腳排列及其對應的功能。通過本章的介紹，我們可以了解各種芯片在電路中的作用。第 4 章 系統(tǒng)軟件設計哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）-17-4.1 主程序設計開始選擇 ADC0808 的轉(zhuǎn)換通道設

35、置定時器，提供時鐘信號啟動 A/D 轉(zhuǎn)換輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)值轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換是否結(jié)束N顯示Y圖 4-2 主程序流程圖主程序主要負責各個模塊的初始化工作：設置定時器、寄存器的初值，啟動 A/D 轉(zhuǎn)換，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，控制數(shù)碼管顯示等，其流程圖如圖 4-2 所示。哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）-18-4.2 A/D 轉(zhuǎn)換程序A/D 轉(zhuǎn)換程序的功能是采集數(shù)據(jù)。在整個系統(tǒng)設計中占有很高的地位。當系統(tǒng)設置好后，單片機掃描轉(zhuǎn)換結(jié)束管腳 P2.6 的輸入電平狀態(tài),當輸入為高電平，則轉(zhuǎn)換完成，將轉(zhuǎn)換的數(shù)值轉(zhuǎn)換并顯示輸出。若輸入為低電平，則繼續(xù)掃描。程序流程圖如圖

36、 4-3 所示。開始設置模擬輸入口啟動轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換完？輸出數(shù)值處理NY圖 4-3 A/D 轉(zhuǎn)換程序流程圖本章小結(jié)本章主要介紹了系統(tǒng)軟件的工作原理，把電路的各部分做了全面的總結(jié)，使其更透徹的了解。第 5 章 系統(tǒng)仿真與調(diào)試哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）-19-5.1 系統(tǒng)仿真5.1.1 Proteus 簡介Proteus 軟件是英國 Labcenter eletronics 公司出版的 EDA 工具軟件。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。Proteus 是世界上

37、注明的 EDA 工具，從原理布圖、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、AVR、ARM、8086 等。在編譯方面，它也支持 Keil 等多種編譯器。5.1.2 功能及特點1、功能（1）原理布圖（2）PCB 自動或人工布線（3）SPICE 電路仿真2、特點（1）互動的電路仿真（2）仿真處理器及其外圍電路5.2 局部調(diào)試完成了系統(tǒng)的硬件設計、制作和軟件編程之后，要使系統(tǒng)能夠按設計意圖正常運行，必須進行調(diào)試。5.2.1 硬

38、件調(diào)試硬件調(diào)試的主要任務是排除硬件故障，其中包括設計的錯誤和工藝性故障哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）-20-等。1、通電前的檢查通電前的檢查，主要有三個方面的內(nèi)容。（1）檢查元器件安裝是否正確，尤其要注意晶體管的型號，電容器的耐壓和極性，電阻的阻值和圖紙上是否一致。（2）檢查器件與電路板所用導線接觸是否良好。（3）檢查電路接線是否有誤。根據(jù)電路圖和導線圖，用萬用表逐根導通測試。經(jīng)過這三個方面的檢查后，方可進行通電調(diào)試。2、通電后的檢查直觀觀察：在電路的連接檢查無誤后，要先調(diào)好所需要的電源電壓，然后才能給電路通電。觀察電路是否有發(fā)熱等

39、異?，F(xiàn)象。靜態(tài)測量：先不加信號，用萬用表測量電路的 Vcc 與地之間的電壓，測量晶體管的靜態(tài)工作點是否符合要求。采用動態(tài)逐級檢查。在輸入端加入一個有規(guī)律的信號，按信號流程用示波器一次觀測各波形是否符合要求。采用替換法檢查，更換同型號元器件來發(fā)現(xiàn)器件故障。5.2.2 軟件調(diào)試軟件調(diào)試的任務是利用開發(fā)工具進行在線仿真調(diào)試，發(fā)現(xiàn)和糾正程序的錯誤，同時也能發(fā)現(xiàn)硬件的故障。軟件調(diào)試是一個模塊一個模塊進行的。首先單獨調(diào)試各子程序是否能夠按照預期的功能，接口電路的控制是否正常，最后調(diào)試整個程序，尤其注意的是各模塊間能否正常的傳遞參數(shù)。1.檢查 LED 顯示模塊程序。觀察在 LED 上是否能夠顯示相應的字符。

40、2.檢查 A/D 轉(zhuǎn)換模塊程序。可以在硬件電路的輸入端輸入已知的電壓，觀察 LED 上是否顯示相應的電壓值。3.檢查數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換模塊程序。5.3 整機調(diào)試該系統(tǒng)存在硬件和軟件的緊密聯(lián)系。軟硬件都調(diào)試通過后，整個系統(tǒng)連接扔會存在很多麻煩。首先檢查 A/D 部分，然后是單片機，最后是數(shù)碼管，依次哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）-21-排除障礙。當相應的各模塊都正確后，將程序下載到單片機。接上電源運行，再檢查所有功能。觀察是否跟預期的一樣，如果一樣。說明設計成功完成。本章小結(jié)本章對各部分單元電路的安裝及調(diào)試做了具體的介紹，從而使電路的安裝非常

41、明了，并且對在調(diào)試過程中所遇到的問題進行分析。結(jié) 論哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）-22-在本次畢業(yè)設計中，又一次的重新溫習了以前學習的科學文化知識，給即將走向工作崗位的我們又上了一堂精彩的課。通過這次畢業(yè)設計，掌握了單片機、ADC0808、數(shù)碼管、三極管、電容等工作原理及其應用；熟練使用相關的實驗儀器和設備，能使用相關軟件設計電路圖并進行仿真；讓我了解了設計電路的程序，使我對模擬電子技術(shù)在實踐中的應用有了更深刻的理解；對protues 有樂深入的了解，能獨立完成電路圖的繪制， 。在設計電路過程中，充分了解各元器件的功能作用；把課本

42、知識變得生動有趣，讓我對電路都有了了解，激發(fā)了學習的積極性。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有精度高、靈敏度強、性能可靠、電路簡單、成本低的特點。因為平時所需要測量的被測量電壓值不是一個定值，多多少少都有一個微小的變化。通過此設計可知在單片機系統(tǒng)開發(fā)過程應注意一下事項：1.硬件的選擇。選擇適合設計目的的元器件是一個重要的設計環(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)項目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

43、硬件和軟件相結(jié)合的設計，所以系統(tǒng)的硬件和軟件必須金幣配合，協(xié)調(diào)一致。應不斷調(diào)整軟硬件設計，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。隨著單片機的日益發(fā)展，它必將在未來顯示出更大的活力。對于直流數(shù)字電壓表而言，功能將會越來越強大。致 謝通過這一階段的努力，我的畢業(yè)論文數(shù)字電壓表終于完成了，這意味哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）-23-著大學生活即將結(jié)束。在大學階段，我在學習上和思想上都受益匪淺，這除

44、了自身的努力外，與各位老師、同學和朋友的關心、支持和鼓勵是分不開的。本人是在趙建新老師得精心指導下完成的。在此向他表示衷心的感謝。同時感謝同學的鼓勵和幫助，讓我順利完成本次設計任務。通過短暫的畢業(yè)設計，提高了我的理論水平，真正做到學有所用。雖然在其過程中我也遇到了一些困難，但是從中我也得到了很多的幫助，沒有半途而廢，沒有灰心喪氣，我都一一克服了，這些都是一種收獲，最讓我感到高興的是終于按質(zhì)按量的完成了畢業(yè)設計。感謝我的指導老師，趙老師嚴謹細致、一絲不茍的作風一直是我學習、工作中的榜樣；他循循善誘的教導和不拘一格的思想給予我無盡啟迪。本次畢業(yè)設計的每一個細節(jié)都離不開您的細心教導。寫作畢業(yè)論文是一

45、次再系統(tǒng)學習的過程，畢業(yè)論文的完成，同樣也意味著新的學習生活的開始。哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）-24-參考文獻1 李朝清.單片機原理及接口技術(shù)M.北京：北京航空航天大學出版社，2005.2 石東海.單片機數(shù)據(jù)通信技術(shù)從入門到精通M.西安：西安電子科技大學出版社，2002.3 張毅剛、彭喜源.MCS-51 單片機應用技術(shù)設計M.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學出版社，2002.4 黑杰克.Protel Schematic 99SE 電路設計M.上海：上?？萍汲霭嫔纾?001.1.5 何利民.單片機應用技術(shù)選篇M.北京：北京航空航天大學出版社

46、，2002.6 馬家辰、孫玉德、張穎.MCS-51 單片機原理及接口技術(shù)M.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2001.7 蘇文平.電子電路應用實例精選M.北京:北京航空航天大學出版社，2001.3.8 沙占友.模擬與數(shù)字萬用表檢測及應用技術(shù)M.北京：電子工業(yè)出版社，2000.5.9 趙建領.51 系列單片機開發(fā)寶典M.北京：電子工業(yè)出版社，2007.4.10 佟云峰.單片機原理及其應用M.重慶：重慶大學出版社，2004.11 姜文波，何立偉.常用雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器自動量程轉(zhuǎn)換接口電路J.儀表技術(shù)，2007.12 呂思忠.數(shù)字電路實驗與課程設計.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2002.13 康

47、華光.電子技術(shù)基礎.北京：高等教育出版社，2002.附錄 1 系統(tǒng)源程序哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）-25-LED_0 EQU 30H ;存放三個數(shù)碼管的斷碼LED_1 EQU 31HLED_2 EQU 32HADC EQU 35H ;存放 AD 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)ST BIT P3.2OE BIT P3.0EOC BIT P3.1ORG 0000HLJMP MAINORG 0030HMAIN:MOV LED_0,#00H ;給顯示賦初值 0 MOV LED_1,#00H MOV LED_2,#00H SETB P3.4 SETB P3.5 CLR P3.6 ;選擇通道 3WAIT:CLR ST SETB ST CLR ST ;啟動 AD 轉(zhuǎn)換 JNB EOC,$ ;等待轉(zhuǎn)換結(jié)束 SETB OE ;允許輸入 MOV A