基于單片機的數(shù)字電壓表畢業(yè)設(shè)計

1、畢業(yè)設(shè)計論文基于單片機的數(shù)字電壓表設(shè)計摘要本文介紹了一種基于單片機的簡易數(shù)字電壓表的設(shè)計。該設(shè)計主要由三個模塊組成：A/D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和顯示模塊。 A/D轉(zhuǎn)換主要由芯片ADC0809完成，負責(zé)將采集到的模擬量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量并傳送給數(shù)據(jù)處理模塊。數(shù)據(jù)處理由芯片89CAT51完成，該芯片負責(zé)對ADC0809致的數(shù)字量進行一定的數(shù)據(jù)處理，生成相應(yīng)的顯示碼致給顯示模塊進行顯示；此外，它還控制著ADC0809芯片的工作。該系統(tǒng)的數(shù)字電壓表電路簡單，元器件少，成本低，測量精度和可靠性高。本數(shù)字電壓表可測量0-5V的1路模擬直流輸入電壓值，并通過四合一7段數(shù)碼管顯示。關(guān)鍵詞單片機；數(shù)字電壓表；

2、 A/D轉(zhuǎn)換； 51 89C; ADC0809引言電壓表是固定安裝在電力、電信和電子設(shè)備面板上，用于測量交流和直流電路中電壓的儀表。傳統(tǒng)指針式電壓表功能單一，精度低，不能滿足數(shù)字時代的需求，而且傳統(tǒng)電壓表測量電壓時需要手動切換量程，不僅不方便，而且還要求量程不應(yīng)超過。目前，由各種單片A/D轉(zhuǎn)換器組成的數(shù)字電壓表已廣泛應(yīng)用于電子電氣測量領(lǐng)域，DVM擴展的各種通用和專用數(shù)字儀器儀表也提高了電力技術(shù)。到一個全新的水平。作為電壓表的一個分支，數(shù)字電壓表在過去的 50 年里得到了長足的發(fā)展。構(gòu)成數(shù)字電壓表的核心器件已經(jīng)從早期的中小規(guī)模電路進入大規(guī)模ASIC （專用集成電路）階段。數(shù)字電壓表的范圍也從傳統(tǒng)

3、的測量擴展到自動控制、傳感、通信等領(lǐng)域，展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。進入21世紀，隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，電壓表也必須經(jīng)歷從單一測量向數(shù)據(jù)處理、自動控制等功能轉(zhuǎn)變的過程，特別是計算機技術(shù)的發(fā)展必然會出現(xiàn)智能化技術(shù)。因此，電壓表與計算機技術(shù)相結(jié)合的智能電壓表將成為21世紀的新課題。目前，數(shù)字儀器和微處理器取得了顯著進展。就其技術(shù)背景而言，帶有隱藏式微處理器的儀器，是指將計算機技術(shù)移植到儀器儀表上，其軟件功能使儀器呈現(xiàn)出某種延伸，強化了功能的功能。這是與過去傳統(tǒng)純硬件儀器相比的新突破，其發(fā)展?jié)摿薮?，這已為1970年代以來的儀器發(fā)展史所印證。本文基于一個簡單的數(shù)字直流電壓表的設(shè)計。系統(tǒng)主要包括三個模塊：

4、轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和顯示模塊。其中， ADC0809用于A/D轉(zhuǎn)換，對輸入的模擬信號進行轉(zhuǎn)換，控制核心AT 89C51對轉(zhuǎn)換結(jié)果進行運算處理，最后驅(qū)動輸出器件LED顯示數(shù)字電壓信號。第一章介紹1.1 項目概述1.1.1項目的意義和目的數(shù)字電壓表是許多數(shù)字儀表的核心和基礎(chǔ)。以數(shù)字電壓表為核心，可擴展為各種通用數(shù)字儀表、專用數(shù)字儀表和各種非電氣數(shù)字儀表（如溫度計、濕度計、酸度計、重量計、厚度計等），幾乎涵蓋所有電子和電工。測量、工業(yè)測量、自動化儀表等領(lǐng)域。此外，數(shù)字電壓具有傳統(tǒng)指針式電壓表無法比擬的優(yōu)點：讀數(shù)直觀準(zhǔn)確、顯示寬、分辨率高、傳輸阻抗高、功耗低、抗干擾能力強等 3 。因此，有必要對數(shù)

5、字電壓表有一個全面深入的了解。但是，傳統(tǒng)的數(shù)字電壓表設(shè)計通常以大規(guī)模ASIC （專用集成電路）為核心器件，輔以少量中型集成電路和顯示器件，但這種設(shè)計方法靈活性差，固定系統(tǒng)功能，難以更新和擴展。不能滿足電子行業(yè)日益增長的要求6 。以微處理器（MCU）為核心單元的數(shù)字電壓表，靈活性高，系統(tǒng)功能擴展簡單，性能穩(wěn)定可靠。在此背景下，設(shè)計一種基于單片機的數(shù)字電壓表，具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、靈活性好等特點，具有十分重要的意義。1.1.2數(shù)字電壓表的發(fā)展歷程數(shù)字電壓表簡稱DVM，是一種采用數(shù)字測量技術(shù)設(shè)計的電壓表。從性能上看：數(shù)字電壓表的發(fā)展從1952年開始出現(xiàn)在8位數(shù)字電壓表上，當(dāng)時美國NLS公司將四位管

6、數(shù)字電壓表的精度改為千分之一。參數(shù)可測量直流電壓、交流電壓、電流、阻抗等，測量自動化程度不斷提高，可與電腦結(jié)合顯示，計算結(jié)果，然后打印輸出。目前，世界上美國FLUKE公司在直流及低頻交流電源校準(zhǔn)領(lǐng)域居于國際先進水平。如本公司的“4700A”多功能校驗儀和“8505”危機數(shù)字萬用電壓表可8位顯示，直流精度可達5/ 10-6 ，讀數(shù)分辨率為0.1V 。具有A/D轉(zhuǎn)換模式，數(shù)據(jù)輸出接口為IEEE-488。具有比率測量軟件校準(zhǔn)和交流電阻、電流選項。還有高精度電壓校驗儀“ 5400A ”、“ 5200A ”、“ 5450A ”等數(shù)顯儀表，均為一級、國家級計量站的標(biāo)準(zhǔn)儀表。還有采用脈沖調(diào)制技術(shù)的英國“70

7、55”數(shù)字電壓表。日本橫河的“ 2501 ”型采用三次采樣等在不斷蓬勃發(fā)展中1 。從發(fā)展歷程看：數(shù)字電壓表從1952年問世至今，已經(jīng)發(fā)展了50多年，大致經(jīng)歷了五代產(chǎn)品。第一代產(chǎn)品是1950年代問世的電子管數(shù)字電壓表，第二代產(chǎn)品屬于1960年代出現(xiàn)的晶體管數(shù)字電壓表，第三代產(chǎn)品是1970年代開發(fā)的中小型集成電路.數(shù)字電壓表。今年，國外推出了由大規(guī)模集成電路（LSI）或超大規(guī)模集成電路（VLSI）組成的數(shù)字電壓表和智能數(shù)字電壓表，分別屬于第四代和第五代產(chǎn)品。它們不僅開創(chuàng)了電子測量的先河，而且以其高精度、高可靠性、高分辨率、高性價比等優(yōu)良特性而受到人們的青睞2 。1.2 微控制器1.2.1 單片機簡

8、介單片機是利用超大規(guī)模技術(shù)將具有數(shù)據(jù)處理能力（如算術(shù)運算、邏輯運算、數(shù)據(jù)傳輸、中斷處理）的微處理器（CPU）、隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM）、只讀程序存儲器（ROM）、輸入和輸出電路（I/O端口），還可能包括定時器計數(shù)器、串行通信端口（SCI）、顯示驅(qū)動電路（LCD或LED驅(qū)動電路）、脈寬調(diào)制電路（PWM )、模擬多路復(fù)用器和A/D轉(zhuǎn)換器等電路集成在一個芯片中，形成一個最小但完整的計算機系統(tǒng)。這些電路可以在軟件的控制下準(zhǔn)確、快速、高效地完成程序員指定的任務(wù)。單片機控制系統(tǒng)可替代以往由復(fù)雜電子電路或數(shù)字電路組成的控制系統(tǒng)?？赏ㄟ^軟件控制實現(xiàn)，可實現(xiàn)智能化。現(xiàn)在單片機控制系統(tǒng)無處不在，如通訊產(chǎn)品、家

9、用電器、智能儀表、過程控制和特種控制裝置等，單片機的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。1.2.2 單片機應(yīng)用領(lǐng)域單片機廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)療器械、航空航天、特種設(shè)備的智能化管理和過程控制。它們大致可以分為以下幾類：(1) 在智能儀器儀表中的應(yīng)用單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、小型化、使用方便等優(yōu)點。測量。(2) 在工業(yè)控制中的應(yīng)用用單片機可以組成多種控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能管理、電梯的智能控制、各種報警系統(tǒng)、計算機聯(lián)網(wǎng)組成二級控制系統(tǒng)等。(3) 在家用電器中的應(yīng)用現(xiàn)在的家用電器基本都是單片機控制的，從電飯煲、洗衣機、冰箱、空調(diào)、彩電等音視頻設(shè)備，到電子稱重設(shè)備

10、，大到電子稱重設(shè)備。(4)在計算機網(wǎng)絡(luò)與通信領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)代單片機普遍具有通信接口，可以方便地與計算機進行數(shù)據(jù)通信，為計算機網(wǎng)絡(luò)與通信設(shè)備之間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件。此外，單片機在工商業(yè)、金融、科研、教育、國防、航天等領(lǐng)域有著非常廣泛的用途。1.2.3 MCU應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)流程單片機有不同的硬件和軟件，用途不同，也就是說，單片機的初始選擇非常重要。原則上選擇性價比高的單片機。盡量減少硬件成本，使用軟件實現(xiàn)相同的功能，可以大大提高系統(tǒng)的可靠性。雖然單片機的硬件選擇不同，軟件編寫也有很大不同，但系統(tǒng)的開發(fā)步驟和方法基本相同。1.3 數(shù)字電壓表數(shù)字電壓表，簡稱DVM，是一種利用數(shù)字測量技術(shù)，將連續(xù)的

11、模擬量（直流輸入電壓）轉(zhuǎn)換成不連續(xù)的、離散的數(shù)字形式并顯示出來的儀器。1.3.1 數(shù)字電壓表的特點(1)顯示清晰直觀，讀數(shù)準(zhǔn)確數(shù)字電壓表采用先進的數(shù)字顯示技術(shù)，使測量結(jié)果一目了然。只要儀表不跳讀，測量結(jié)果就是唯一的。（2高精度準(zhǔn)確度是測量結(jié)果中系統(tǒng)誤差和隨機誤差的組合。(3) 高分辨率數(shù)字電壓表在最低電壓量程上最后一個字所代表的電壓值稱為表的分辨率，它反映了表的靈敏度。分辨率隨著顯示位數(shù)的增加而增加。分辨率是可以顯示的最小數(shù)字（非零）與最大數(shù)字的百分比。(4) 測量周長多量程DVM一般可以測量01000V的直流電壓，也可以用高壓探頭測量幾萬伏的高壓。(5) 擴展能力強在數(shù)字電壓表的基礎(chǔ)上，還可

12、以擴展成各種通用和專用數(shù)字儀表、數(shù)字萬用表（DMM）和智能儀表，以滿足不同的需求。(6) 測量速度快數(shù)字電壓表每秒測量被測電壓稱為測量速率，單位為“次/S”。它主要取決于A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換率，其倒數(shù)就是測量周期。(7) 高輸入阻抗數(shù)字電壓表的輸入阻抗非常高，一般為10M 10000M，最高可達1T。(8) 高集成度、低功耗新型數(shù)字電壓表一般采用CMOS大規(guī)模集成電路，整機功耗很低。(9) 抗干擾能力強第二章是基于單片機的數(shù)字電壓表的總體設(shè)計2.1 系統(tǒng)概述設(shè)計的數(shù)字電壓表主要包括硬件電路和軟件程序兩部分。硬件電路采用ATMEL公司的AT89C51作為主處理器。系統(tǒng)主要由信號采集、 A/D轉(zhuǎn)換、

13、數(shù)據(jù)處理輸出、驅(qū)動顯示等幾個功能模塊組成。電路各部分的設(shè)計和原理將在硬件電路設(shè)計部分詳細介紹；程序設(shè)計采用C語言編程，使用Keil軟件編譯仿真，詳細的設(shè)計算法將在編程部分詳細介紹。系統(tǒng)框圖（圖2-1 ）如下：A/D轉(zhuǎn)換單元數(shù)據(jù)處A/D轉(zhuǎn)換單元數(shù)據(jù)處理單元顯示驅(qū)動單元顯示單元圖2-1電壓表系統(tǒng)框圖測得的直流電壓經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換單元采集后量化，再將A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果經(jīng)單片機縮放變換，得到測得電壓值。 SOI串行數(shù)據(jù)接口將平均值輸出到顯示驅(qū)動單元，完成解碼，驅(qū)動數(shù)碼管顯示。2.1.1數(shù)字電壓表的工作過程介紹電壓表就是將連續(xù)的模擬電壓經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后，轉(zhuǎn)換成不連續(xù)的離散數(shù)字量并顯示出來7 。設(shè)計過程中采用子模

14、塊設(shè)計，電路分為A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理輸出、驅(qū)動、顯示四個單元，分別進行設(shè)計。A/D轉(zhuǎn)換器是一個八位模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809 。其次，計算機中的數(shù)字都是十六進制數(shù)，我們習(xí)慣于讀寫十進制數(shù)。因此，在軟件設(shè)計中，我們需要將十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)。顯示時也是如此。設(shè)備的輸出采用四位LED顯示，所以在軟件設(shè)計中要解決數(shù)字輸出與LED的接口問題。硬件需要將輸出線連接到八段數(shù)碼管8 。數(shù)字顯示采用八段數(shù)碼管，由單片機驅(qū)動，動態(tài)掃描方式，可保證足夠的亮度和較長的使用壽命。ADC0809的REF(-)接地， REF (+)接電源+ 5V ，所以采集電壓范圍為05V ， A/D轉(zhuǎn)換輸出結(jié)果D0 D7為8-位二進

15、制數(shù)。 0 到 255之間的轉(zhuǎn)換輸出結(jié)果分別對應(yīng)0 到 +5V之間的256 個電壓值。因此，單片機必須將A/D轉(zhuǎn)換輸出結(jié)果轉(zhuǎn)換成可以顯示的電壓值。具體方法是：由上式可知：當(dāng)ADC0809輸出為( 11111111 ) B時，輸入電壓值VIN=5.00V ；當(dāng)ADC0809輸出為( 00000000 ) B時，輸入電壓值VIN=0.00V ；當(dāng)ADC0809輸出為（ 10000000 ） B時，輸入電壓值VIN=2.50V ，但單片機在進行數(shù)學(xué)運算時只讀取整數(shù)部分，所以當(dāng)輸出為（ 10000000 ） B時，計算得到電壓值VIN=2.00V 。由此可以看出，這個操作的輸出結(jié)果是非常不準(zhǔn)確的。 0

16、到+5V之間的電壓值只有6個，0、1、2、3、4、5 。因此，必須保留單片機運算結(jié)果的小數(shù)部分。 8 .具體方法是：如果保留兩位小數(shù)，則在運算過程中將分子乘以100，保留三位則乘以1000 。有兩位小數(shù)的公式如下：(2.2)2.1.2軟件編程簡介開機后，首先初始化，使數(shù)碼管顯示“ 0.000 ”，然后調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換子程序啟動A/D轉(zhuǎn)換器，單片機等待查詢轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，如果有信號則讀取通過并口轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)并存儲，然后這樣連續(xù)讀取5次數(shù)據(jù)，計算平均值，然后按照上述方法通過串口傳輸數(shù)據(jù)，并顯示解碼后在數(shù)碼管上。具體方法和程序見程序設(shè)計部分和附錄。第三章硬件電路設(shè)計3.1 A/D轉(zhuǎn)換電路3.1.1 A/D轉(zhuǎn)

17、換芯片的選擇A/D 轉(zhuǎn)換器是模擬輸入通道中的一個鏈接。單片機將輸入的模擬量通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，然后進行處理。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，不同的廠商生產(chǎn)了各種類型的A/D轉(zhuǎn)換器，以滿足不同應(yīng)用的需要。如果按轉(zhuǎn)換原理劃分，主要有三類，即雙積分A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換器和并行A/D轉(zhuǎn)換器。最常用的是雙積分和逐次逼近。雙積分A/D轉(zhuǎn)換器具有抗干擾能力強、轉(zhuǎn)換精度高、價格低等優(yōu)點，如ICL71XX系列，通常具有自動零、七段碼輸出等功能。與雙積分相比，逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換具有更快的轉(zhuǎn)換速度和更高的精度，如ADC0808 、 ADC0809等，通常有8個模擬選通開關(guān)和地址譯碼、鎖存電路等。單

18、片機系統(tǒng)，并將數(shù)字量送至單片機進行分析顯示9 。在本設(shè)計中，如果要求精度小于0.5% ， ADC0809、ADC0801 、 ADC0808等8位分辨率芯片就可以滿足設(shè)計要求。本電路采用ADC0809 。3.1.2 ADC0809邏輯結(jié)構(gòu)START CLKINT0INT1INT2INT3INT4INT5INT6INT7START CLKINT0INT1INT2INT3INT4INT5INT6INT78路模擬量開關(guān)EOCEOC8路A/D轉(zhuǎn)換器D0D18路A/D轉(zhuǎn)換器D0D1D2D3D4D5D6D7三態(tài)輸出鎖存器地址鎖存器與譯碼器ABCALE地址鎖存器與譯碼器ABCALEOEVREF（OEVREF

19、（+） VREF（）圖 3-1 ADC0809的邏輯結(jié)構(gòu)3.1.3 ADC0809的工作原理ADC是基本的外圍擴展設(shè)備。 ADC的種類很多，其工作原理也不盡相同。比較有代表性的有：單積分型、雙積分型、脈寬調(diào)制型和逐次比較型（逐次逼近型）。從產(chǎn)品性價比、轉(zhuǎn)換速度和精度綜合分析，逐次比較ADC是應(yīng)用比較廣泛的類型之一。所以它有廣泛的應(yīng)用 10 逐次逼近型ADC是從高到低逐位設(shè)置，比較模擬輸出，然后判斷原來設(shè)置的位是否正確。逐次比較ADC的原理結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。主要由采集保持電路、電壓比較器、逐次比較寄存器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器ADC和鎖存器組成。+GOCP+GOCP被測電壓uiADIF=1被測電壓uiAD

20、IF=1逐次比較寄存器逐次比較寄存器Us寄存器Us寄存器數(shù)字量輸出數(shù)字量輸出模模/數(shù)轉(zhuǎn)換ADC原理結(jié)構(gòu)它的工作原理如下：首先，被測模擬電壓ui將輸入的脈沖CP信號通過連續(xù)的比較寄存器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，數(shù)字量再經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生相應(yīng)的模擬量Us 。當(dāng)?shù)玫降哪M量Us的值達到并接近被測電壓對應(yīng)的ui時，可以檢測到電壓比較器完成了最后的反相。此時逐次比較累加器的計數(shù)值為被測電壓ui對應(yīng)的數(shù)字量，從而完成模擬量的轉(zhuǎn)換。上述分析表明，逐次比較的模數(shù)轉(zhuǎn)換方法歸根結(jié)底是數(shù)/模轉(zhuǎn)換，與模擬量逐次比較后得到最終的數(shù)字校準(zhǔn)值11 。3.1.4 ADC0809芯片介紹ADC0809是一個8位逐次逼近型 A/D轉(zhuǎn)換器。

21、 8個模擬輸入通道，芯片有一個通道地址譯碼鎖存器，一個輸出三態(tài)數(shù)據(jù)鎖存器，啟動信號為脈沖啟動方式，每個通道的轉(zhuǎn)換時間約為100s ，可直接與一個微控制器9 。IN0IN7 ： 8個模擬輸入通道。 ADC0809的輸入模擬信號需要單極性信號，電壓范圍為0-5V 。如果信號太小，必須放大：輸入模擬值在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)保持不變。如果模擬信號變化過快，則需要在輸入前加一個采樣保持電路。地址輸入和控制線： 4 、 ALE為地址鎖存使能輸入線，高電平有效。當(dāng)ALE線為高電平時，地址鎖存器和譯碼器將鎖存A、B、C三條地址線的地址信號，譯碼后將所選通道的模擬量轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換器。 A、B 和 C是地址輸入線，用于選通I

22、NO-IN7 上的一個模擬輸入。通道選擇見表3-1地址碼對應(yīng)輸入通道C乙一個000011110011001101010101IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7表3-1 _數(shù)字輸出和控制線： 11 。當(dāng)START為上升沿時，所有寄存器清零；使用下沿時，開始A/D轉(zhuǎn)換：在轉(zhuǎn)換期間， START應(yīng)保持在低電平。 EOC是轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。 EOC為高時，表示轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表示正在進行A/D轉(zhuǎn)換。 OE為輸出使能信號，用于控制三個輸出鎖存器將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)輸出到單片機。 OE=1 ，輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。 OE=0 ，輸出數(shù)據(jù)線處于高阻狀態(tài)。 D7-D0是數(shù)字輸出線。CLK是時鐘輸入信號線。由于

23、ADC0809部分沒有時鐘電路，需要的時鐘信號必須由外界提供，通常頻率為500KHz ，最大不能超過1280KHz 11 。VREF (+)、 VREF (-)為參考電壓輸入，決定了輸入模擬量的范圍。通常VREF (-) 連接到地， VREF (+) 連接到 + 5V電源。3.2單片機介紹3.2.1單片機簡介單片機簡稱單片機，又稱微控制器或嵌入式控制器。它是將計算機的基本部件小型化并集成在芯片上的微型計算機。單片機具有體積小、功耗低、功能強大、性價比高、易于推廣應(yīng)用等顯著優(yōu)點。它們越來越廣泛地應(yīng)用于自動化設(shè)備、智能儀表、過程控制和家用電器等領(lǐng)域。3.2.2使用AT89C51的原因在眾多的51系

24、列單片機中，ATMEL公司的AT89C51比較實用。由集成電路設(shè)計中心基于MSC-51單片機精心設(shè)計。單片機。它不僅完全兼容8051指令和管腳，而且片上4K程序存儲器為FLASH工藝。這個過程的記憶可以通過電瞬間擦除和重寫。一般來說， ATMEL AT89Cx 專用的編程器都有這些功能。顯然，這種單片機對開發(fā)設(shè)備的要求非常低，開發(fā)時間大大縮短1 2 。3.2.3 AT89C51芯片主要性能參數(shù)完全兼容MCS-51產(chǎn)品指揮系統(tǒng)4K字節(jié)可重寫閃存1000 個擦寫周期全靜態(tài)運行：0Hz 24Hz3級加密程序存儲器128 x 8字節(jié)RAM32條可編程I/O線2x 16位定時器/計數(shù)器6個中斷源可編程串

25、行UART通道低功耗空閑和掉電模式圖3-3 AT89C513.2.4 AT89C51功能介紹AT89C51是一款低損耗、高性能、 CMOS 8位微處理器，帶有4K字節(jié)在線可重編程閃存，可重寫/擦除1000次，數(shù)據(jù)保存時間為十年。在指令系統(tǒng)和引腳上與MCS-51系列單片機完全兼容。它不僅可以完全替代MCS-51系列單片機，而且可以使系統(tǒng)擁有多臺MCS-51單片機，使系統(tǒng)擁有多臺MCS-51系列產(chǎn)品。功能。 AT89C51可以構(gòu)成真正的單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)，減小系統(tǒng)體積，增加系統(tǒng)可靠性，降低系統(tǒng)成本。只要程序長度小于4K ，所有四個I/O端口都提供給用戶。可使用5V電壓進行編程，擦除時間僅為10毫秒

26、，僅為8751 /87C51擦除時間的1%。與8751/87C51的12V電壓擦寫相比，不易損壞器件，沒有兩個電源。要求，改寫時不要拔掉芯片，適用于很多嵌入式控制領(lǐng)域。工作電壓范圍2.7V-6V ，全靜態(tài)工作，工作頻率較寬，在0MHz-24MHz范圍內(nèi)，比8751/87C51等51系列的6MHz-12MHz更加靈活，系統(tǒng)可以快也可以慢。 AT89C51芯片提供三級程序存儲器加密，提供了一種方便、靈活、可靠的硬加密方式，可以完全保證程序或系統(tǒng)不被模仿1 3 。此外， AT89C51還具有MCS-51系列單片機的所有優(yōu)點。 1288位RAM ， 32位雙向輸入輸出線，2個16位定時器/計數(shù)器， 5

27、個中斷源，2級中斷優(yōu)先級，1個全雙工異步串口和時鐘發(fā)生器等。3.2.5 AT89C51管腳介紹及分配引腳說明：P0口： P0口是一組8位開漏雙向I/O口，也是地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。用作輸出端口時，每個位可以以吸收電流的方式驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，向端口寫“ 1 ”可作為高阻輸入端。8位）進行時分并占用數(shù)據(jù)總線，并在訪問過程中激活上拉電阻。在Flash編程時，端口P0接受指令字節(jié)，在程序驗證時，它輸出指令字節(jié)。在驗證過程中，需要一個外部上拉電阻。P1端口： P1端口是一個帶有上拉電阻的8位雙向I/O端口。 P1的輸出緩沖級可以驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4個TTL邏輯門電路。向端口寫入“ 1 ”，

28、通過上拉電阻將端口拉高，此時輸入端口即可工作。用作輸入端口時，由于存在上拉電阻，當(dāng)引腳被外部信號拉低時，將輸出電流（ IIL ）。Flash燒寫和程序驗證，P1接收低8位地址。端口 P2：端口 P2 是一個帶有上拉電阻的8位雙向I/O端口。 P2的輸出緩沖級可以驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL邏輯門。將“ 1 ”寫入break，通過部分的上拉電阻將端口拉高，此時可以作為輸入端口，當(dāng)作為輸入端口使用時，由于上拉在上電阻部分，某個引腳被外部信號拉到底部會輸出一個電流（I IL ）。16位地址訪問外部程序存儲器或外部數(shù)據(jù)存儲器時（如執(zhí)行MOVE DPTR ）， P2端口將高8位地址數(shù)據(jù)致出去。

29、當(dāng)訪問一個8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時（如執(zhí)行 MOVE RI指令）， P2端口線上的內(nèi)容即特殊功能存儲器 (SFR ) 區(qū)域中 R2 寄存器的內(nèi)容在整個訪問期間不變。在Flash編程或驗證期間， P2還接收高位地址和其他控制信號。P3 ：端口P3 是一組 8位雙向I/O 端口，帶有部分上拉電阻。 P3端口輸出緩沖級可以驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL邏輯門。當(dāng)P3端口寫入“ 1”時，它們被外部上拉電阻拉高，可用作輸入端口。用作輸入端時，外部下拉的P3端口將使用上拉電阻輸出電流（I IL ）。P3口除了作為通用I/O口外，更重要的用途是它的第二個功能，如下表3-2所示端口引腳次要功能P3

30、.0RXD（串行輸入端口）P3.1TXD（串行輸出端口）P3.2INT0（外部中斷 0）P3.3INT1（外部中斷 1）P3.4T0（定時器/計數(shù)器 0）P3.5T1（定時器/計數(shù)器 1）P3.6WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀取選通）表 3 - 2P3端口也接受一些控制信號，用于Flash編程和程序驗證。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器運行時， RET引腳上的高電平持續(xù)超過兩個機器周期將使微控制器復(fù)位。ALE/PROG ：訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時， ALE （地址鎖存使能）輸出脈沖用于鎖存地址的低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

31、 輸出固定的正脈沖信號，因此可以外部輸出時鐘或用于計時目的。請注意，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，都會跳過一個ALE脈沖。該引腳還用于在閃存編程期間輸入編程脈沖 ( PROG )。如有必要，可以通過設(shè)置特殊功能寄存器 ( SFR ) 區(qū)域中 8EH 的位 D0來禁用ALE操作。設(shè)置該位后，只有一條MOVE和MOVX指令A(yù)LE將被激活。此外，該引腳會被弱上拉。當(dāng)單片機執(zhí)行外部程序時， ALE 應(yīng)設(shè)置為無效。PSEN：程序存儲使能（ PSEN ）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號。當(dāng)AT89C51 從外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，PSEN每個機器周期有效兩次，輸出兩個脈沖。在此期間，訪問外部數(shù)據(jù)存儲

32、器時，不會出現(xiàn)兩個有效的PSEN信號。EA/VPP ：內(nèi)容外部訪問。為了使CPU只訪問外部程序存儲器（地址為0000H-FFFFH ）， EA端子必須保持在底層（地）。需要注意的是，如果加密位LB1 被編程，EA端的狀態(tài)將在復(fù)位期間被鎖存。如果EA端為高電平（接VCC端）， CPU執(zhí)行程序存儲器中的指令。Flash存儲器，該管腳給編程內(nèi)容電源VPP加上+ 12V ，當(dāng)然這一定是設(shè)備使用的是12V的編程電壓VPP 。XTAL1 ：振蕩器反相放大器的 AND 部分時鐘發(fā)生器的輸入。XTAL2 ：振蕩器反相放大器的輸出。3.3 LED顯示系統(tǒng)3.3.1 LED的基本結(jié)構(gòu)LED是 Light Emit

33、ting Diode Display 的簡稱。 LED因其結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、與單片機接口方便等優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用。 LED顯示屏是由若干個發(fā)光二極管組成的顯示設(shè)備，用于顯示領(lǐng)域6 。七段數(shù)碼管是單片機中使用最多的。 LED七段數(shù)碼管由8個發(fā)光二極管組成顯示場，其中7個長條狀發(fā)光二極管呈“日”字形排列，另外一個點狀發(fā)光二極管呈“天”字形排列。用作顯示屏右下角的小數(shù)點。可以使用不同的組合來顯示不同的數(shù)字。 LED引腳排列如下圖3-4所示：圖 3 - 43.3.2 LED顯示屏的選擇在應(yīng)用系統(tǒng)中，設(shè)計要求不同，使用的LED顯示屏數(shù)量也不同。因此，生產(chǎn)了不同位數(shù)、尺寸和型號的LED顯示屏供選擇。在本

34、設(shè)計中，選擇了4位集成數(shù)字LED顯示屏。 ，簡稱“ 4-LED ”。在本系統(tǒng)中，第一位表示電壓的整數(shù)位，即一位數(shù)，最后一位表示電壓的小數(shù)位。4-LED顯示管腳如圖9所示，為共陰接法的4位LED數(shù)碼管，其中a 、 b、c、e、f、g為4-各段的公共輸出端digit LED，1、2、3、4為每一位的選位端， dp為小數(shù)點引出端， 4位一體化LED數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)由4個獨立的LED組成。每個 LED 的段輸出引腳 各部分并聯(lián)后引出到器件外部。圖 3 - 5 個 4 位 LED 引腳對于這種結(jié)構(gòu)的LED顯示屏，其體積和結(jié)構(gòu)都符合設(shè)計要求。由于4位LED陰極的段已經(jīng)連在一起，所以必須采用動態(tài)掃描的方式（所有

35、數(shù)碼管的段選擇線相互并聯(lián)）。一起，與一個I/O接口控制）顯示。3.3.3 LED解碼方式解碼方法是指將顯示的字符轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的域代碼的方法。對于LED數(shù)碼管顯示屏，通常的解碼方式包括硬件解碼和軟件解碼。硬件解碼是指利用特殊的硬件電路來實現(xiàn)顯示字符代碼的轉(zhuǎn)換。軟件譯碼就是編寫一個軟件譯碼程序，通過譯碼程序得到要顯示的字符的域碼，譯碼程序通常是一個查表程序3 。在本設(shè)計系統(tǒng)中，為了簡化硬件電路設(shè)計，采用軟件編程實現(xiàn)LED解碼。由于本設(shè)計采用共陰LED ，對應(yīng)的字符和域代碼如下表3-3所示。顯示字符共陰極場代碼03FH106H25BH34FH466H56DH67DH707H87FH96FH表 3 -

36、33.4復(fù)位電路和時鐘電路3.4.1復(fù)位電路設(shè)計單片機在開始運行時需要進行復(fù)位，使系統(tǒng)中的CPU等部件處于一定的初始狀態(tài)，從這個狀態(tài)開始工作。 MCS-51微控制器有一個復(fù)位引腳RST ，使用施密特觸發(fā)器輸入。當(dāng)振蕩器開始振動時，只要該引腳出現(xiàn)高電平超過2 個機器周期，就可以保證器件會被復(fù)位1 。復(fù)位完成后，若RST端繼續(xù)保持高電平，則MCS-51一直處于復(fù)位狀態(tài)，只有在RST返回低電平后，單片機才能進入其他工作狀態(tài)。單片機的復(fù)位方式有兩種：上電自動復(fù)位和手動復(fù)位。圖3-5是51系列單片機系統(tǒng)常用的上電復(fù)位和手動復(fù)位的組合電路。只要Vcc的上升時間不超過1ms ，它們就可以很好地工作1 。圖

37、3 - 53.4.2時鐘電路設(shè)計中的CPU執(zhí)行一條指令，必須在一個統(tǒng)一的時鐘脈沖的控制下，嚴格按照時間節(jié)奏來執(zhí)行，而這個時鐘脈沖是由單片機控制的時序電路發(fā)出的。 CPU執(zhí)行一條指令的每一個微操作所對應(yīng)的時序稱為單片機時序。 MCS-51單片機芯片部分有一個高增益反相放大器，用來組成一個振蕩器。 XTAL1是放大器的輸入端， XTAL2是放大器的輸出端，但需要其他電路來組成時鐘電路1 。本設(shè)計系統(tǒng)采用部分時鐘方式，采用單片機的高增益反相放大器。外圍電路簡單，只需要一個晶振和兩個電容，如圖3-7所示。圖 3 - 7電路中的器件選型可以通過計算和實驗確定，也可以參考一些典型電路的參數(shù)。電路中的C1和

38、C2對振蕩頻率有微調(diào)作用。通常的取值范圍是20-40pF 。在本系統(tǒng)中，選擇 33pF 。 ，石英晶振可以選擇高達24MHz ，它決定了單片機電路產(chǎn)生的時鐘信號的振蕩頻率。本系統(tǒng)選擇12MHz ，因此時鐘信號的振蕩頻率為12MHz 。3.5 7805簡介采用78/79系列三端穩(wěn)壓IC組成穩(wěn)壓電源，外圍元器件極少，電路部分還設(shè)有過流、過熱、調(diào)節(jié)管等保護電路，可靠、方便、使用便宜。第 4 章 軟件編程4.1程序設(shè)計總綱按照模塊劃分的原則，程序分為初始化模塊、 A/D轉(zhuǎn)換程序、數(shù)據(jù)處理程序、顯示程序。這四個程序模塊構(gòu)成了整個系統(tǒng)軟件的主程序，如圖開始開始初始化初始化調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換子程序調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換

39、子程序數(shù)據(jù)處理程序數(shù)據(jù)處理程序調(diào)用顯示子程序調(diào)用顯示子程序結(jié)束結(jié)束圖 4-1 _4.2系統(tǒng)子程序設(shè)計4.2.1初始化程序所謂初始化，就是設(shè)置要使用的MCS_51系列單片機零件或擴展芯片的初始工作狀態(tài)。初始化子程序的主要工作是設(shè)置定時器的工作模式、預(yù)置初值、打開中斷和打開定時器等9 。4.2.2 A/D轉(zhuǎn)換子程序A/D轉(zhuǎn)換子程序用于控制輸入模塊電壓信號的采集和測量，并將相應(yīng)的值存儲在相應(yīng)的存儲單元中。轉(zhuǎn)換流程圖如圖4-2所示。開始開始啟動轉(zhuǎn)換啟動轉(zhuǎn)換NA/DNA/D轉(zhuǎn)換結(jié)束？YY輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)值轉(zhuǎn)換數(shù)值轉(zhuǎn)換顯示顯示結(jié)束結(jié)束圖 4-2 _4.2.3顯示子程序顯示子程序采用動態(tài)掃描實現(xiàn)四

40、位數(shù)碼管的數(shù)值顯示。采用動態(tài)掃描顯示方式時，為了使LED顯示更均勻，有足夠的亮度，需要設(shè)置合適的掃描頻率。當(dāng)掃描頻率在70HZ左右時可以產(chǎn)生較好的顯示效果。在本設(shè)計中，為了簡化硬件設(shè)計，主要采用軟件時序。本設(shè)計通過軟件延時程序?qū)崿F(xiàn)5ms延時。第 5 章 仿真與調(diào)試5.1相關(guān)軟件介紹5.1.1 Protel99SEProtel99SE是一款應(yīng)用在Windows9X/2000/NT操作系統(tǒng)下的EDA設(shè)計軟件。采用設(shè)計庫管理模式，可進行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計。具有強大的數(shù)據(jù)交換能力、開放性和3D模擬功能。它是一個32位的設(shè)計軟件。 ，可以完成電路原理圖設(shè)計、印刷電路板設(shè)計和可編程邏輯器件設(shè)計等，可以設(shè)計32個信號

41、層、 16個電源地層和16個機加工層。Protel 99 SE的系統(tǒng)組成按照系統(tǒng)功能劃分， Protel99se主要包括以下兩大部分和6個功能模塊。1.電路工程設(shè)計部分電路原理設(shè)計部分（ Advanced Schematic 99 ）：電路原理設(shè)計部分包括電路圖編輯器（簡稱SCH編輯器）、電路圖零件庫編輯器（簡稱Schlib編輯器）和各種文本編輯器。本系統(tǒng)主要功能有：電路原理圖的繪制、修改和編輯；更新和修改電路圖零件庫；查看和編輯有關(guān)電路圖和零件庫的各種報告。印刷電路板設(shè)計系統(tǒng)（ Advanced PCB 99 ）：印刷電路板設(shè)計系統(tǒng)包括印刷電路板編輯器（簡稱PCB編輯器）、元件封裝編輯器（簡

42、稱PCBLib編輯器）和電路板元件管理器。本系統(tǒng)主要功能有：電路板的繪制、修改和編輯；更新和修改零件包；管理電路板組件。自動布線系統(tǒng)（ Advanced Route 99 ）：該系統(tǒng)包括基于形狀的無網(wǎng)格自動布線裝置，用于印刷電路板的自動布線，實現(xiàn)PCB設(shè)計的自動化。(2) 電路仿真和PLD部分電路仿真仿真系統(tǒng)（ Advanced SIM 99 ）：電路仿真仿真系統(tǒng)包括數(shù)字/模擬信號模擬器，可以提供連續(xù)的數(shù)字信號和模擬信號，從而對電路原理圖進行仿真，驗證其正確性和可行性。 可編程邏輯設(shè)計系統(tǒng)（ Advanced PLD 99 ）：可編程邏輯設(shè)計系統(tǒng)包括具有語法功能的文本編輯器和波形編輯器（ Wa

43、veform ）。本系統(tǒng)的主要功能是：對邏輯電路進行分析和綜合；觀察信號的波形。使用PLD系統(tǒng)可以最大限度地減少邏輯元件并簡化數(shù)字電路設(shè)計。 高級信號完整性分析系統(tǒng)（ Advanced Integrity 99 ）：信號完整性分析系統(tǒng)提供精確的信號完整性模擬器，可用于分析PCB設(shè)計、檢查電路設(shè)計參數(shù)、實驗過沖、阻抗和信號諧波要求等。(3) Protel 99 SE的特點開放式一體化設(shè)計管理系統(tǒng)超強的修改和編輯功能強大的設(shè)計自動化功能5.1.2 凱爾Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。與匯編相比， C語言在功能、結(jié)構(gòu)、可讀性和可維護性等

44、方面優(yōu)勢明顯，易于學(xué)習(xí)和使用。 .用匯編語言再用C開發(fā)后，體會更深刻。單片機開發(fā)除了需要硬件，軟件也離不開。有兩種方法可以將我們編寫的匯編語言源程序轉(zhuǎn)換成CPU可以執(zhí)行的機器碼。一種是手工組裝，一種是機器組裝。手工組裝的方法很少使用。機器匯編是通過匯編軟件將源程序轉(zhuǎn)換為機器代碼。 MCS-51單片機的組裝軟件有早期的A51 。隨著單片機開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，從通用的匯編語言到逐漸采用高級語言開發(fā)，MCS-51的開發(fā)軟件也在不斷的發(fā)展。 Keil軟件是目前最流行的開發(fā)MCS-51 系列微控制器的軟件。這一點從近年來各仿真器廠商紛紛宣布全力支持Keil就可以看出。 Keil提供了完整的開發(fā)解決方案，

45、包括C編譯器、宏匯編、鏈接器、庫管理和強大的仿真器調(diào)試器等，通過集成開發(fā)環(huán)境（ uVision）組合在一起。運行Keil軟件需要Pentium或以上CPU，16MB以上RAM，20M以上可用硬盤空間， WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。掌握本軟件的使用對于使用51系列單片機的愛好者來說是非常有必要的。如果你用C語言編程，那么Keil幾乎是你最好的選擇（目前在中國你只能買這個軟件，而且你買的模擬器很可能只支持這個軟件），即使你不使用C語言也只能使用匯編語言進行編程，其方便易用的集成環(huán)境和強大的軟件仿真調(diào)試工具將使您事半功倍。5.1.3 變形蟲Protues軟件是英國Labc

46、enter電子公司發(fā)布的EDA工具軟件（該軟件中國總代理為豐標(biāo)電子科技）。它不僅具有其他EDA工具軟件的仿真功能，還可以仿真單片機和外圍設(shè)備。它是目前模擬微控制器和外圍設(shè)備的最佳工具。雖然目前的全國推廣才剛剛開始，但受到了單片機愛好者、從事單片機教學(xué)的教師、致力于單片機開發(fā)與應(yīng)用的科技工作者的青睞。 Proteus是全球知名的EDA工具（仿真軟件），從原理圖布局、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路的協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計，真正實現(xiàn)從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。它是世界上唯一一個集電路仿真軟件、 PCB設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件于一體的設(shè)計平臺。其處理器型號支持8051、HC11、PIC 10/12/

47、16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等。 2010年將增加Cortex和DSP系列處理器，其他系列處理器型號將繼續(xù)增加.在編譯方面，還支持IAR、Keil 、 MPLAB等多種編譯器。5.2軟件調(diào)試軟件調(diào)試的主要任務(wù)是排除錯誤。錯誤主要包括邏輯錯誤和功能錯誤。這些錯誤有些是顯性的，有些是不可見的，可以通過仿真開發(fā)系統(tǒng)逐步發(fā)現(xiàn)和糾正。 Proteus軟件可以模擬基于微控制器的設(shè)計以及所有周圍的電子設(shè)備，用戶甚至可以使用動態(tài)外圍模型（如LED/LCD 、鍵盤、 RS232終端等）交互式地實時模擬設(shè)計。Proteus支持的微處理器芯片包括8051系列、 AV

48、R系列、 PIC系列、 HC11系列、 Z80等。 Proteus可以完成單片機系統(tǒng)的原理圖電路繪制和PCB設(shè)計。更顯著的特點是可以結(jié)合u Visions3 IDE工具軟件進行編程仿真調(diào)試8 。本系統(tǒng)的調(diào)試主要以軟件為主。其中系統(tǒng)電路圖的繪制和仿真我用Proteus軟件，程序我用匯編語言，用Keil軟件把程序?qū)戇M單片機。圖 5-1 _結(jié)論與展望經(jīng)過一段時間的努力，畢業(yè)論文基于單片機的簡單數(shù)字電壓表基本完成。但設(shè)計中的缺陷仍然存在。這個設(shè)計是我第一次設(shè)計電路并用 Proteus 進行仿真。在這個過程中，我對電路設(shè)計和單片機的使用有了新的認識。通過這次設(shè)計，我學(xué)會了如何使用Proteus和Keil

49、軟件，掌握了從系統(tǒng)需求、方案設(shè)計、功能模塊劃分、原理圖設(shè)計和電路圖仿真的設(shè)計流程，積累了很多經(jīng)驗?；趩纹瑱C的數(shù)字電壓表實用性強、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、外圍元件少。它應(yīng)該在實際應(yīng)用中工作良好，電壓測量準(zhǔn)確，精度高。系統(tǒng)功能和指標(biāo)達到項目預(yù)期要求，系統(tǒng)在硬件設(shè)計上充分考慮了可擴展性。經(jīng)過一定的改造，就可以增加功能了。本文的設(shè)計主要實現(xiàn)了一個簡單的數(shù)字電壓表測量一個通道電壓的功能，并從原理圖的設(shè)計、電路圖的仿真到軟件的調(diào)試進行了詳細的描述。通過這個設(shè)計，我對單片機的課程有了進一步的了解。無論是在硬件連接方面還是在軟件編程方面。本設(shè)計采用AT5189C單片機芯片。與以往的單片機相比，增加了許多新功能，使

50、其功能更加完善，應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛。設(shè)計中還用到了模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0809，我在學(xué)習(xí)單片機課程時才初步了解了它的理論知識。通過這個設(shè)計，我對它的工作原理有了更深入的了解。調(diào)試過程中遇到很多問題，對硬件的理論知識不夠扎實，對電路的仿真不夠熟練?？傊?，本電路的設(shè)計和仿真基本滿足了設(shè)計的功能要求。在以后的實踐中，我將繼續(xù)努力學(xué)習(xí)電路設(shè)計的理論知識，理論聯(lián)系實際，努力提高電路設(shè)計。因為本設(shè)計采用高效51系列單片機為核心測量系統(tǒng)，配備高精度、高速、高抗干擾的A/D轉(zhuǎn)換器。該直流電壓表具有比精度高、靈敏度強、性能可靠、電路簡單、成本低等特點。本設(shè)計是單片機應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)實驗。通過本設(shè)計可知，單片機系統(tǒng)開發(fā)

51、過程中應(yīng)注意以下事項。1 、硬件的選擇和適合設(shè)計目的的元器件的選擇是設(shè)計過程的重要環(huán)節(jié)。組件是否是最高性能不能作為選擇組件的標(biāo)準(zhǔn)，高性能組件的價格往往更高。構(gòu)件應(yīng)根據(jù)工程設(shè)計的需要進行選擇，以能滿足設(shè)計需要的構(gòu)件為標(biāo)準(zhǔn)。2 、由于單片機系統(tǒng)設(shè)計是硬件和軟件的結(jié)合，所以系統(tǒng)、硬件和軟件必須緊密配合、協(xié)調(diào)。軟硬件設(shè)計要不斷調(diào)整，提高系統(tǒng)工作效率。單片機的應(yīng)用現(xiàn)已在工業(yè)、電子等方面顯示出其優(yōu)越性，在電路設(shè)計中使用單片機逐漸成為一種趨勢。它可以用外圍電路和軟件程序構(gòu)建任何產(chǎn)品，使這種設(shè)計成為現(xiàn)實。隨著單片機的日益發(fā)展，它在未來將展現(xiàn)出更大的生命力，為電子設(shè)計提供更多的精彩。對于數(shù)字電壓表，功能會越來越

52、強大。至經(jīng)過一段時間的不懈努力，本次畢業(yè)設(shè)計即將落下帷幕。因為是第一次嘗試設(shè)計電路，由于缺乏知識和經(jīng)驗，難免會遇到很多困難。順利完成了這個畢業(yè)設(shè)計。從選題開始到論文的順利完成，離不開老師、同學(xué)和朋友的幫助。請在這里接受我的意見！首先，在這次畢業(yè)設(shè)計的過程中，從選題、構(gòu)思、資料收集到最終起草的每一個環(huán)節(jié)都給予了細致的指導(dǎo)和指導(dǎo)，使我對課程的各個方面都有了深刻的理解，使我能夠我完成了最終的畢業(yè)設(shè)計，在此表示衷心的感謝。其次，感謝一起完成畢業(yè)設(shè)計的同學(xué)們，感謝你們給我的幫助和鼓勵，感謝你們在我遇到困難時給予我的幫助。正是在你們的幫助和鼓勵下，這個畢業(yè)項目才能順利進行。的完成。本次設(shè)計的順利完成，也離

53、不開學(xué)院其他老師的幫助。他們雖然沒有直接參與我論文的指導(dǎo)，但在論文形成過程中也給了我很多意見，提出了一些可行的建議。建議，在這里顯示！同時，也要感謝師組的各位老師，他們在本文寫作的各個階段提出了很多寶貴的意見。導(dǎo)師們博大精深的造詣和嚴謹?shù)膶W(xué)術(shù)精神永遠激勵著我。最后，向四年來關(guān)心和支持我的老師和同學(xué)們，特別是親愛的室友們，表示最誠摯的慰問。更感謝師范大學(xué)為我們提供了良好的學(xué)習(xí)環(huán)境。感謝母校的培養(yǎng)，我已經(jīng)成長為一名合格的大學(xué)生。參考1易綱，西元，于。單片機原理與應(yīng)用M . : 高等教育，20102林湛江.電子測量技術(shù)M : 電子工業(yè)， 20073 佟世白，華承英模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M : 高等教育，

54、20064 完成?；趩纹瑱C的數(shù)字電壓表設(shè)計與仿真J.現(xiàn)代電子技術(shù)，2012, 35 (21 )5 蘭圖基于ADC0809的數(shù)字電J.科技信息， 20116 許倩，澤陽，王亞非基于51單片機的數(shù)字電壓表設(shè)計J.企業(yè)技術(shù)發(fā)展, 2011, 30(14)7宋鳳娟，陸軍，國中基于89C51單片機的數(shù)字電壓表設(shè)計J.制造自動化, 2007, 29(2)8 廷貴基于TLC549AD轉(zhuǎn)換器和AT89S52單片機的數(shù)字電壓表設(shè)計J.自動化技術(shù)與應(yīng)用, 2012, 31 (3)9 徐毅，龍，王海峰?；趩纹瑱C的新型數(shù)字電壓表設(shè)計J.技術(shù), 2011, 1110 敏娜，洪霞，王喬基于51單片機的數(shù)字電壓表仿真設(shè)

55、計J.電子技術(shù), 2011, 0211阿米爾-禮薩侯賽因普爾。單片機休眠操作方式恢復(fù)王位并提高抗干擾能力M . 2006年12納普 CH ，卡特 GC 。時延估計的廣義相關(guān)法J IEEE Transactionson 聲學(xué)、語音和信號處理, 1976 , 24 (4): 320-327附錄附錄 A 電氣原理圖和仿真圖附錄 B HYPERLINK %20%20%20%20:/ 單片機重回王位隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，單片機的性能迅速提高，在運算、邏輯控制、智能化方面表現(xiàn)出突出的優(yōu)勢，取代并擴大了電路組成的測量、控制電路很大程度上由數(shù)字邏輯電路組成，運算原始，用途非常廣泛。但是由于它具有系統(tǒng)死機、

56、程序運行飛等嚴重缺陷，使其在很多重要場合的應(yīng)用受到限制。很多抗干擾技術(shù)，例如設(shè)置軟件陷阱、在狗的電路中增加硬件看門狗等，可以使這個問題得到更好的解決，但仍然存在的問題：看門狗在運動，意味著已經(jīng)出現(xiàn)錯誤并運行了一段時間，這在某些場合是不內(nèi)容的； 程序有時很會出現(xiàn)循環(huán)錯誤，而只是看門狗的控制環(huán)節(jié)包括進門，對于這樣的錯誤狗無法辨別采用看門狗； 在長系統(tǒng)中的測控周期中，單片機花費大量時間等待外設(shè)，執(zhí)行等待命令時也會受到干擾。針對這些情況，我們在實踐中嘗試了自動復(fù)位的方法，采用交替脈沖等或根據(jù)外部條件對單片機進行復(fù)位喚醒。每次復(fù)位后，單片機都會執(zhí)行相應(yīng)的程序，完成任務(wù)后及時進入休眠，等待整齊的復(fù)位。用該

57、方法很好地解決了上述問題，在農(nóng)用變壓器綜合保護器試驗中取得了較好的效果。現(xiàn)以51串行單片機為例，探討其具體原理和實現(xiàn)方法，將信號恢復(fù)為高電平。一、原理與實現(xiàn)方法1.1 定期無條件恢復(fù)王位使用定時器、專用時鐘芯片或其他脈沖發(fā)生器，按照設(shè)定的間隔定時產(chǎn)生復(fù)位信號。這種方法特別適用于測量儀器。在實際運行中，經(jīng)常用A/D轉(zhuǎn)換器采樣引入的模擬量，然后存儲顯示。這個過程速度很快，但讀取穩(wěn)定，每秒數(shù)據(jù)只升級1 -2次，大量的CPU時間用于等待。讓CPU執(zhí)行完任務(wù)直接進入休眠，恢復(fù)到外部喚醒它執(zhí)行下一個操作，這是定時恢復(fù)規(guī)律這樣可以使抗干擾能力大大增強，主要有2點： 在休眠時，程序停止運行，會出現(xiàn)PC指示燈亂

58、序?qū)е逻\行飛。工作時間按休眠比例1:9，也就是說1s有0.1次s用于測量、致顯示，有0.9s的時間休眠，運行時程序被干擾的概率是1/10全速，整體抗干擾能力提升10倍。 因為每1s無條件恢復(fù)一次，一旦出現(xiàn)系統(tǒng)在工作中停止，下次恢復(fù)時當(dāng)然可以恢復(fù)。對于僅顯示的儀表，偶然出現(xiàn)1s的讀數(shù)錯誤對下一次測量沒有記憶，是可以承受的，屬于“通過”錯誤。這種恢復(fù)王位定期看門狗電路的優(yōu)點，一是將等待時間變?yōu)樾菝郀顟B(tài)，時間縮短且可能受到干擾；其次，避免發(fā)生狗控制環(huán)節(jié)的死亡循環(huán)包括看守。1.2 外在條件恢復(fù)王位法一些出口或測量受外部控制的到貨。例如，熱形式。加熱時，通過熱水輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的脈沖計算熱量，沒有熱水流，也沒

59、有熱量輸出，CPU實際上只需要保存數(shù)值，不需要計數(shù)?？梢韵胂笸＼嚺蜁r熱水輪轉(zhuǎn)動，CPU閑置會是一個季節(jié)秋天春夏，如果讓其休眠，測量水輪不斷脈動，抗干擾能力會大大增強。所以，只要將水輪的脈沖復(fù)位與CPU聯(lián)動，水輪每轉(zhuǎn)一圈，CPU就復(fù)位一次，熱成型。能正常工作，這是由外在條件恢復(fù)皇位的法則。類似的應(yīng)用有半電子千瓦時計，只是在機械度數(shù)轉(zhuǎn)動一圈時進行計數(shù)，用戶不需要電，CPU一直知道休眠。間隔內(nèi)的登基不是規(guī)律的，而是根據(jù)這種方法的外部條件來確定的。在某些場合，休眠時間會很長，對提高抗干擾能力非常有效。2 .硬件實現(xiàn)要點2.1 定期無條件恢復(fù)王位一般有2種方法。 使用定時器或?qū)Ｓ脮r鐘芯片恢復(fù)王位。圖1

60、，為使用555電路組成的計時電路；也可以使用X1126等時鐘芯片，設(shè)置好報警時間后用報警信號喚醒CPU。這種方法適用于做長間隔的時候，也可以根據(jù)這個操作的結(jié)果，臨時決定下次鬧鐘叫醒時間，非常靈活方便。 使用系統(tǒng)固有的信號作為有規(guī)律地減小脈沖。使用 50Hz 工頻進行整容后降低電源，已省略定時器，同時為測量電流信號的相位采集相應(yīng)信號，如圖 2 所示。2.2 外在條件恢復(fù)王位給整容后的末世子致外情脈搏即位。對上述水輪或電流表所產(chǎn)生的脈沖，可用施密特觸發(fā)器進行整修；記錄儀器的最大值或最小值，可以使用窗口比較器。為了實現(xiàn)帶電調(diào)節(jié)，可以使用電子電位器，用單片機的指令設(shè)定上下限。2.3 減少周期恢復(fù)正常高