【正文】 基于這種需求而發(fā)展起來的，是一種必不可少的電子 測量儀表 [15]。 第 頁 3 2 設計方案 設計數(shù)字電壓表有多種的設計方法，方案是多種多樣的，由于大規(guī)模集成電路數(shù)字芯片的高速發(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。 由數(shù)字電路及芯片構建 這種設計方案是由模擬電路與數(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 轉換器是它的核心器件，它將輸入的模擬量轉換成數(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)定的時序將 A/D 轉換器中個組模擬開關接通或斷開，保證 A/D 轉換正常進行。A/D 轉換結果通過計數(shù)譯碼電路變換成段碼，最后驅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。 由單片機系統(tǒng)及 A/D 轉換 芯片構建 這種方案是利用單片機系統(tǒng)與模數(shù)轉換芯片、顯示模塊等的結合構建數(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)的軟硬件結合，可以組裝出許多的應用電路來。 此方案的原理是 模數(shù)（ A/D）轉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）轉換芯片將被測量電壓輸入端所采集到的模擬電壓信號轉換成相應的數(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 [4 ]。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。 第 頁 4 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，難與在原基礎上進行功能擴展等不足。 第 頁 5 3 元件的選取 單片機簡介 及本設計單片機的選擇 常用單片機的 特點比較及本設計單片機的選擇 綜合上一章提到 的兩種設計方案的各方面優(yōu)點及其在現(xiàn)在的所設計電壓表的實用性，我 選擇第二種電壓表設計方案，即 由單片機系統(tǒng)及數(shù)字芯片構建的方法來我們本次設計。 在這一設計中，我 涉及 到了一個關鍵 系統(tǒng)模塊 —— 單片 機 系統(tǒng)模 塊 ，而目前單片機的種類是很繁多的 ， 主要有主流的 8位單片機和高性能的 32位單片機，結合 本設計 各方面因素 ， 8 位單片機對于本設計已經(jīng)是綽綽有余了，但 將用哪一種類 8的單片機呢。在這里，不得不先簡單的介紹一下幾種常用的 8單片機 。單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統(tǒng)，具有一個完整計算機所需要的大部分部件： CPU，內(nèi)存，總線系統(tǒng)等。 而目前常用的單片機的 8位有 51 系列單片機， AVR單片機， PIC 單片機。 應用最廣的 8位單片機還是 intel 的 51 系列單片機。 51系列單片機的特點是：硬件結構合理，指令系統(tǒng)規(guī)范， 加之生產(chǎn)歷史悠久，世界有許多芯片公司都買了 51的芯片核心專利技術，并在其基礎上擴充其性能，使得芯片 的運行速度變得更快，性價比更高 [10]。 AVR單片機是 atmel公司推出較新的單片機，它的顯著特點是：高性能，低功能，高速度，指令單周期為主，但性格方面比 51單片機要高。有專門的 I/O 方向寄存器。雖然有轉強的驅動電壓，但 I/O 口使用不比 51單片機方便 [11]。 PIC 單片機系列是美國微芯公司的產(chǎn)品，也是市面上增長最快的單片機之一， 屬精簡指令集單片機，其特點是：高速度，高性能，但在性格方面比 51 單片機要高，也有專門 的 I/O 方向寄存器， I/O 口使用不比 51單片機方便 [12]。 綜合以上各種單片機的基本性能及本設計的滿足需要，我 將選擇 51系列單片機。 本設計使用的單片機的簡介 本設計中 選用是 51 系列的 AT89C52，它是低電壓、低功耗、高性能的 CMOS8位單片機，片內(nèi)含 8KB 的可反復擦寫的只讀程序存儲器和 256B 的隨機存取數(shù)據(jù)第 頁 6 存儲器， 32個 I/O 口線， 3 個 16 位定時 /計數(shù)器，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路，并與MCS51 系列單片機兼容。在設計中，單片機起著連接硬件電路與程序運行及存儲數(shù)據(jù)的任務，一方面，它將 A/D 轉換 器、顯示器和語音芯片等通過 I/O 口地址線和數(shù)據(jù)線連接起來；另一方 面，它將用戶下載的程序通過控制總線控制數(shù)據(jù)的輸入輸出，從而實現(xiàn)測 電壓的功能。 第 頁 7 各種顯示器件的介紹和選擇 常用顯示器件簡介 本次設計中有顯示模塊，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。小電流下可以驅動每光，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)碼管只能是顯示 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。但用 LED 點陣顯示的軟件程序設計比較麻煩。 1602 液晶是工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示 16*2 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 這些 字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，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動即可。它的特點是顯示字跡清楚，價格相對便宜 [2]。 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動即可。不過它的價格比 1602 液晶貴了很多。在本設計中，我們只需要顯示最后電壓的數(shù)字值和電壓的單位，綜合上面各種顯示器件的特點：數(shù)碼管只能顯示數(shù)字，不能顯示單位字符 ，不符合本設計的要求。 而點陣顯示器件驅動顯示軟件程序編寫麻煩， 占用的引腳相對也較多。也不是理解的顯示器件。所以在本設計中，我們考慮用液晶顯示器件，雖然 12864液晶比 1602 液晶的功能強，不過在價格方面卻貴了好多。而 1602 液晶也足夠滿足本設計的需要。因此，在本設計實驗我們選擇 1602 液晶顯示器件。 1602 液晶的參數(shù)資料 我們選擇了 1602 液晶作 為本設計的顯示模塊的顯示器件。以下是 1602 液晶的各方面參數(shù) 如表 所示 ： 第 頁 8 表 接口信號說明 編號 符號 引腳說明 1 VSS 電源地 2 VDD 電源正極 3 VL 液晶顯示偏壓信號 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇端 5 R/W 讀 /寫選擇端 6 E 使能信號 814 D0D7 Data I/O 15 BLA 背光源正極 16 BLK 背光源負極 2． 基本操作時序： 1. 讀狀態(tài)：輸入： RS=0， RW=1， E=1。 輸出： D0D7 為狀態(tài)字 2. 寫狀態(tài)：輸入： RS=0， RW=0， D0D7為指令碼， E為高脈沖。輸出：無 3. 讀數(shù)據(jù)：輸入： RS=1， RW=1， E=1。輸出： D0D7 為數(shù)據(jù)。 4. 寫數(shù)據(jù)：輸入： RS=1， RW=0， D0D7為數(shù)據(jù)， E 為高脈沖。輸出：無 3． 狀態(tài)字說明 如表 所示 表 狀態(tài)字說明表 STA7 STA6 STA5 STA4 STA3 STA2 STA1 STA0 STA06 當前數(shù)據(jù)地址指針的數(shù)值 STA7 讀寫操作使能 1：禁止 0：允許 4．指令的說明如表 ,， 。 第 頁 9 顯示模式設置 指令碼 功能 0 0 1 1 1 0 0 0 設置 16*2 顯示， 5*7 點陣， 8位數(shù)據(jù)口 /關及光標設置 指令碼 功能 0 0 0 0 1 D C B D=1開顯示； D=0 關顯示 C=1顯示光標； C=0 不顯示