簡易數(shù)字電壓表設(shè)計報告

1、 . . . 第一章 方案選擇與總體設(shè)計隨著電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對測量的精度和功能的要求也越來越高，而電壓的測量甚為突出，因為電壓的測量最為普遍。利用單片機(jī)技術(shù)結(jié)合A/D轉(zhuǎn)換芯片A/D0809構(gòu)建了一個數(shù)字電壓表。上電復(fù)位電源電路單片機(jī)P0P1P2P3模數(shù)轉(zhuǎn)換電路LED顯示器圖11 數(shù)字電壓表系統(tǒng)設(shè)計方案在電量的測量中，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。而且隨著電子技術(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。所以這是我選擇做數(shù)字電壓表的原因。數(shù)字電壓表（Digital Voltmeter）簡稱DVM，它是采用數(shù)字化測量技術(shù)

2、，把連續(xù)的模擬量（直流或交流輸入電壓）轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。由于數(shù)字式儀器具有讀數(shù)準(zhǔn)確方便、精度高、誤差小、靈敏度高和分辨率高、測量速度快等特點(diǎn)而倍受青睞。本設(shè)計從各個角度分析了由單片機(jī)組成的數(shù)字電壓表的設(shè)計過程與各部分電路的組成與其原理，并且分析了程序如何驅(qū)動單片機(jī)進(jìn)而使系統(tǒng)運(yùn)行起來的原理與方法。總體設(shè)計框圖如下： 本設(shè)計主要分為兩部分：硬件電路與軟件程序。而硬件電路又大體可分為單片機(jī)小系統(tǒng)電路、電源電路、上電復(fù)位電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、LED顯示電路，各部分電路的設(shè)計與原理將會在硬件電路設(shè)計部分詳細(xì)介紹；程序的設(shè)計使用匯編語言編程，利用偉福軟件對其編譯和仿真，詳細(xì)的設(shè)

3、計算法將會在程序設(shè)計部分詳細(xì)介紹。第二章 硬件設(shè)計與電路圖 兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)的AT89C52單片機(jī)是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機(jī)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)，片置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強(qiáng)大的AT89C52單片機(jī)可為您提供許多高性低比的系統(tǒng)控制應(yīng)用領(lǐng)域。AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器

4、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(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強(qiáng)大的AT89C52單片機(jī)可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場合。  AT89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：兼容MCS51指令系統(tǒng)、8k可反復(fù)擦寫(>1000次）Flash ROM、32個雙向I/O口、256x8bit部RAM、3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷、時鐘頻率0-24MHz、2個串行中斷 、可編程UART串行通道、2個外部中斷源 、共6個中斷源、2個讀寫中斷口線 、3級加密位、低功耗空閑和掉電模式、軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能。AT89C52有

5、40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線，AT89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。其芯片引腳圖如下圖12 AT89C52引腳圖2.1 單片機(jī)管腳說明VCC：供電電壓。 GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)

6、FIASH進(jìn)行校驗時此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個部上拉電阻的8位雙向I/O口，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地

7、址“1”時，它利用部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C52的一些特殊功能口，如下表所示：P3口引腳第二功能P3.0RXD（串行口輸入）P3.1TXD（串行口輸出）P3.2INT0（外部中斷0輸入）P3.3INT1（外部中斷1輸入）P3.4T0（定時器0外部

8、脈沖輸入）P3.5T1（定時器1外部脈沖輸入）P3.6WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫脈沖輸出）P3.7RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀脈沖輸出）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8E

9、H地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，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)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時，此間部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大

10、器的輸入與部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。2.2 電路原理圖圖1-3 8路輸入模擬信號數(shù)值顯示電路圖1-4 8路輸入模擬信號數(shù)值顯示電路PCB2.3 AD轉(zhuǎn)換器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(jī)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)模集成電路的發(fā)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(yīng)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(qiáng)、轉(zhuǎn)換精度高、價格便宜等優(yōu)點(diǎn)，它們通常帶有自動

11、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，比如ADC0808、ADC0809等，它們通常具有8路模擬選通開關(guān)與地址譯碼、鎖存電路等，它們可以與單片機(jī)系統(tǒng)連接，將數(shù)字量送單片機(jī)進(jìn)行分析和顯示。ADC0809是采樣頻率為8位的、以逐次逼近原理進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其部有一個8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8個單斷模擬輸入信號中的一個進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。其部原理與管腳如附圖1-5所示。 圖 1-5圖中多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用一個A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這是一種經(jīng)濟(jì)的多路數(shù)據(jù)采集方法。地址鎖存與譯碼電路完成對

12、A、B、C 3個地址位進(jìn)行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇，其轉(zhuǎn)換結(jié)果通過三態(tài)輸出鎖存器存放、輸出，因此可以直接與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連，表1-6為通道選擇表 表1-6 通道選擇表2.4 A/D轉(zhuǎn)換器管腳說明 對ADC0809主要信號引腳的功能說明如下： 1. IN7IN0模擬量輸入通道 2. ALE地址鎖存允許信號。對應(yīng)ALE上跳沿，A、B、C地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。3.START轉(zhuǎn)換啟動信號。START上升沿時，復(fù)位ADC0809；START下降沿時啟動芯片，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在A/D轉(zhuǎn)換期間，START應(yīng)保持 低電平。本信號有時簡寫為ST.4.A、B、C地址線。 通道端口選擇線，A為低地

13、址，C為高地址，引腳圖中為ADDA，ADDB和ADDC。其地址狀態(tài)與通道對應(yīng)關(guān)系5.CLK時鐘信號。ADC0809的部沒有時鐘電路，所需時鐘信號由外界提供，因此有時鐘信號引腳。通常使用頻率為500KHz的時鐘信號6.EOC轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。EOC=0,正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換；EOC=1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。使用中該狀態(tài)信號即可作為查詢的狀態(tài)標(biāo)志，又可作為中斷請求信號使用。7.D7D0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8.OE輸出允許信號。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)。9.Vcc +5V電源

14、。10.Vref參考電源參考電壓用來與輸入的模擬信號進(jìn)行比較，作為逐次逼近的基準(zhǔn)。其典型值為+5V(Vref(+)=+5V, Vref(-)=-5V).2.5 電壓顯示設(shè)計中采用的是8段LED數(shù)碼管來顯示電壓值。LED具有耗電低、亮度高、視角大、線路簡單、耐震與壽命長等優(yōu)點(diǎn)，它由8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(diǎn)形狀，位于右下角，常用于顯示小數(shù)點(diǎn)。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， 我們采用共陽極接法。當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時，相應(yīng)的一段筆畫或點(diǎn)就發(fā)亮，從而形成不同的發(fā)光字符。其8段分別命名為dp g f e d c b a。例如，要顯示“0”，則

15、dp g f e d c b a分別為：1100 0000B；要顯示“A”，則dp g f e d c b a分別為：0001 0001B（共陽極）。對于單個數(shù)碼管來說，從它的正面看進(jìn)去，左下角那個腳為1腳，以逆時針方向依次為110腳，左上角那個腳便是10腳了，3腳和8腳是連通的，這兩個都是公共腳。 圖1-7 數(shù)碼管引腳圖另外，一般I/O接口芯片的驅(qū)動能力是很有限的，在LED顯示器接口電路中，輸出口所能提供的驅(qū)動電流一般是不夠的尤其是設(shè)計中需要用到多位LED，此時就需要增加LED驅(qū)動電路。驅(qū)動電路有多種，常用的是TTL或MOS集成電路驅(qū)動器，在本設(shè)計中采用了灌流驅(qū)動電路，如圖1-3。第三章.

16、軟件設(shè)計與程序清單3.1 軟件設(shè)計數(shù)字電壓表的軟件由以下程序構(gòu)成 初始化，系統(tǒng)上電后，初始化程序?qū)⒋鎲卧?0H77H清零，P2口置0 顯示子程序 顯示子程序采用動態(tài)掃描法實現(xiàn)四位數(shù)碼管的數(shù)值顯示，將測得A/D轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)存放在存單元70H77H中。同時將顯示時需轉(zhuǎn)化的十進(jìn)制BCD碼放在78H7BH單元中。 模數(shù)轉(zhuǎn)換測量子程序模數(shù)轉(zhuǎn)換測量子程序用來控制對0809八路模擬輸入電壓的A/D轉(zhuǎn)化，并將對應(yīng)的數(shù)值移入70H77H存單元中。啟動測試A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束？取數(shù)據(jù)0809地址加1地址數(shù)小于8？結(jié)束開始YYNN圖18 A/D轉(zhuǎn)換測量程序流程圖系統(tǒng)在上電之后，系統(tǒng)默認(rèn)循環(huán)顯示8個通道的電壓值狀態(tài)，當(dāng)進(jìn)行一次

17、測量后，將顯示每一個通道的A/D轉(zhuǎn)換值，每一個通道顯示時間為1S左右，主程序在調(diào)用顯示子程序和測試子程序之間循環(huán)，主程序流程圖如圖19所示。開始初始化調(diào)用A/D轉(zhuǎn)化子程序調(diào)用顯示子程序圖19 主程序流程圖ORG 0000H LJMP START ORG 0003H RETI-1 ORG 000BH RETI ORG 001BH RETI ORG 0023H RETI ORG 002BH RETI CLEARMEMIO: CLR A MOV P2,A MOV R0,#70H MOV R2,#0CHLOOPMEM: MOV R0,A INC R0 DJNZ R2,LOOPMEM MOV A,#0F

18、FH MOV P0,A MOV P1,A MOV P3,A RETSTART: LCALL CLEARMEMIOMAIN: LCALL DISPLAYLCALL TEST AJMP MAIN NOP NOP NOP LJMP STARTDISPLAY: MOV R3,#08H MOV R0,#70H MOV 7BH,#00HDISLOOP1: MOV A,R0 MOV B,#100 DIV AB MOV 7AH,A MOV A,#10 XCH A,B DIV AB MOV 79H,A MOV 78,B MOV R2,#0FFHDISLOOP2: LCALL DISP DJNZ R2,DISLO

19、OP2 INC R0 INC 7BH DJNZ R3,DISLOOP1 RETDISP: MOV R1,#78H MOV R5,#0FEHPLAY: MOV P1,#0FFH MOV A,R5 ANL P3,A MOV A,R1 MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV P1,A END第四章 實物制作與調(diào)試說明4.1 實物圖 圖1-10 數(shù)字電壓表實物圖4.2 調(diào)試說明設(shè)計完成之后，我們要對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試過程可以利用對部分給定電壓的測量結(jié)果分析來完成。首先要校對零點(diǎn)：將A/D轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端口接地，即讓電壓為0V，校準(zhǔn)零點(diǎn)之后，就可以進(jìn)行調(diào)試了。以下表所示對系統(tǒng)進(jìn)

20、行測試并調(diào)節(jié)：實際電壓（V）顯示電壓（V）0.15V0.12.5.V1.45V1.25V若顯示電壓與實際電壓的誤差在誤差圍之，并且顯示電壓與實際電壓的差別不大的話，則表示系統(tǒng)運(yùn)行正常；因為8個電位器是粗調(diào)電位器，在實物圖中每個電位器都調(diào)零了，但電位器本身就有一定的電阻，每個電位器大概有6K的電阻，阻值很大，就是說在調(diào)零的情況下，還存在一定的誤差。所以有誤差是再所難免的，還有的就是因為電池本身的原因，在設(shè)計電路的時候，沒有考慮到提供穩(wěn)定電源的電源電路，所以供電電源沒有能夠提供穩(wěn)定的5V電壓，所以在測試的時候也有誤差的，但是這些誤差可以通過人為的原因，使其變的更小，增加電壓表的靈敏度。第五章 使用說明書本設(shè)計為簡易的數(shù)字電壓表，看其名字就可以很清楚的知道它所要實現(xiàn)的功能，就是測電壓的時候，能夠快速顯示數(shù)字電壓值，讓人直觀可以知道電壓的大小，免去的口算的麻煩。1、 功能與技術(shù)指標(biāo)要求2、 可以測量8路輸入電壓值3、 四位LED數(shù)碼管上輪流顯示或者單路選擇顯示當(dāng)前測量電壓值4、 測量最小分辨率為0.019V5、 測量誤差約為+/0.02V 該電路有8個通道可以輸入，你可以選擇其中任何一個通道進(jìn)行輸入，但你把電壓加有通道的兩端的時候，在LED數(shù)碼管上就能快速顯示出你要測的電壓值。第六章 結(jié)束語那么通過這次課程設(shè)計，