【正文】 ........................... 20 參考文獻(xiàn) ........................................................... 21 謝辭 ............................................................... 22 附錄 ............................................................... 23 附錄一程序源代碼 ................................................. 23 附錄二電路圖 ........................................................... 27 1 在電量的測(cè)量中，電壓、電流和頻率是最基本的三個(gè)被測(cè)量，其中電壓量的測(cè)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(cè)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(cè)量?jī)x器。 數(shù)字電壓表簡(jiǎn)稱 DVM，它是采用數(shù)字化測(cè)量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量轉(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、測(cè)量速度快等特而得到廣泛應(yīng)用。 傳統(tǒng)的指針式刻度電壓表功能單一，進(jìn)度低，容易引起視差和視覺疲勞，因而不 能滿足數(shù)字化時(shí)代的需要。采用單片機(jī)的數(shù)字電壓表，將連續(xù)的模擬量如直流電壓轉(zhuǎn)換成不連續(xù)的離散的數(shù)字形式并加以顯示，從而精度高、抗干擾能力強(qiáng)，可擴(kuò)展性強(qiáng)、集成方便，還可與 PC 實(shí)時(shí)通信。數(shù)字電壓表是諸多數(shù)字化儀表的核心與基礎(chǔ)。以數(shù)字電壓表為 核心，可 以擴(kuò)展成各種通用數(shù)字儀表、專用數(shù)字儀表及各種非電量的數(shù)字化儀表。目前，由各種單片機(jī)和 A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)字電壓表作全面深入的了解是很有必要的。 最近的幾十年來(lái)，隨著半導(dǎo)體技術(shù)、集成電路（ IC）和微處理器技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字 電路和數(shù)字化測(cè)量技術(shù)也有了巨大的進(jìn)步，從而促使了數(shù)字電壓表的快速發(fā)展 ，并不斷出現(xiàn)新的類型。數(shù)字電壓表從 1952 年問世以來(lái)，經(jīng)歷了不斷改進(jìn)的過(guò)程，從最早采用繼電器、電子管和形式發(fā)展到了現(xiàn)在的全固態(tài)化、集成化（ IC化），另一方面，精度也從 %%。 目前，數(shù)字電壓表的內(nèi)部核心部件是 A/D 轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換的精度很大程度上影響著數(shù)字電壓表的準(zhǔn)確度，因而，以后數(shù)字電壓表的發(fā)展就著眼在高精度和低成本這兩個(gè)方面。 本文是以簡(jiǎn)易數(shù)字直流電壓表的設(shè)計(jì)為研究?jī)?nèi)容，本系統(tǒng)主要包括三大模塊：轉(zhuǎn) 換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊 及顯示模塊。其中， A/D轉(zhuǎn)換采用 ADC0832對(duì)輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，控制核心 AT89C51 再對(duì)轉(zhuǎn)換的結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算處理，最后驅(qū)動(dòng)輸出裝置 LED 顯示數(shù)字電壓信號(hào)。 2 2 設(shè)計(jì)總體方案 設(shè)計(jì) 要求 ⑴ 以 MCS51 系列單片機(jī)為核心器件，組成一個(gè)簡(jiǎn)單的直流數(shù)字電壓表 。 ⑵ 采用 1路模擬量輸入，能夠測(cè)量 05V 之間的直流電壓值。 ⑶ 電壓顯示用 4 位一體的 LED 數(shù)碼管顯示，至少能夠顯示兩位小數(shù)。 ⑷ 盡量使用較少的元器件。 設(shè)計(jì)思路 ⑴ 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選擇 AT89C51單片機(jī)為核心控制器件。 ⑵ A/D 轉(zhuǎn)換采用 ADC0832 實(shí)現(xiàn)。 ⑶ 電壓顯示采用 4位一體的 LED 數(shù)碼管。 ⑷ LED 數(shù)碼的段碼 輸入 ,由并行端口 P2 產(chǎn)生：位碼輸入，用并行端口 P0 產(chǎn)生。 設(shè)計(jì)方案 硬件電路設(shè)計(jì)由 6 個(gè)部分組成 。 A/D 轉(zhuǎn)換電 路， AT89C51 單片機(jī)系統(tǒng)， LED顯示系統(tǒng)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路以及測(cè)量電壓輸入電路。硬件電路設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。 圖 1 數(shù)字電壓表系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖 時(shí)鐘電路 復(fù)位電路 A/D 轉(zhuǎn)換電路 測(cè)量電壓輸入 顯示系統(tǒng) AT89C51 P1 P0 P 2 3 設(shè)計(jì) 單片機(jī) 的介紹 40個(gè)引腳， 4k bytes flash 片內(nèi) 程序存儲(chǔ)器 ， 128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 （ ram）， 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ i/o）口， 5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí) 2 層中斷嵌套中斷， 2個(gè) 16位可編程定時(shí) 計(jì)數(shù)器 ,2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（ wdt）電路，片內(nèi)時(shí)鐘 振蕩器 。 AT89S52 單片機(jī)是一種低功耗高性能的 CMOS8 位微控制器，內(nèi)置 8KB可在線編程閃存。該器件采用 Atmel 公司的高密度非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，其指令與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 80C51 指令集兼容。片內(nèi)程序存儲(chǔ)器允許重復(fù)在線編程，允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)內(nèi)通過(guò) SPI 串行口改寫或用同用的非易失性存儲(chǔ)器改寫。通過(guò)把通用的8位 CPU 與可在線下載的 Flash 集成在一個(gè)芯片上， AT89S52 便成為一個(gè)高效的微型計(jì)算機(jī)。它的應(yīng)用范圍廣，可用于解決復(fù)雜的控制問題，且成本較低。其結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。 圖 AT89S52結(jié)構(gòu)框圖 4 圖 AT89S52 此外， AT89S52 設(shè)計(jì)和配置了 震蕩頻率 可為 12MHZ 并可通過(guò)軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下， cpu暫停工作，而 ram定時(shí) 計(jì)數(shù)器 ，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié) 振蕩器 而保存 ram 的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有 pdip、 tqfp 和 plcc 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 主要功能特性： 兼容 mcs51指令系統(tǒng) 4k 可反復(fù)擦寫 (1000 次） isp flash rom 32 個(gè)雙向 i/o 口 工作 電壓 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器 時(shí)鐘頻率 033mhz 全雙工 uart 串行中斷口線 128x8bit 內(nèi)部 ram 2 個(gè)外部中斷源 低功耗空閑和省電模式 中斷喚醒 省電模式 3 級(jí)加密位 看門狗（ wdt）電路 軟件設(shè)置空閑和省電功能 靈活的 isp 字節(jié)和分頁(yè)編程 雙數(shù)據(jù)寄存器指針 5 按照功能， AT89S52 的引腳可分為主電源、外接晶體振蕩或振蕩器、多功能I/O 口、控制和復(fù)位等。 I/O 口 AT89S52 共有四個(gè) 8位的并行 I/O 口： P0、 P P P3端口，對(duì)應(yīng)的引腳分別是 ～ ， ～ ， ～ ， ～ ，共 32 根 I/O線。每根線可以單獨(dú) 用作輸入或輸出。 ① P0 端口，該口是一個(gè) 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。在作為輸出口時(shí)，每根引腳可以帶動(dòng) 8 個(gè) TTL 輸入負(fù)載。當(dāng)把 “1” 寫入 P0 時(shí)，則它的引腳可用作高阻抗輸入。當(dāng)對(duì)外部程序或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P0 可用作多路復(fù)用的低字節(jié)地址 /數(shù)據(jù)總線，在該模式， P0 口擁有內(nèi)部上拉電阻。在對(duì) Flash 存儲(chǔ)器進(jìn)行編程時(shí)， P0 用于接收代碼字節(jié)；在校驗(yàn)時(shí)，則輸出代碼字節(jié)；此時(shí)需要外加上拉電阻。 ② P1 端口，該口是帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口， P1口的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流方式） 4 個(gè) TTL 輸入。對(duì)端口寫 “1” 時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，此時(shí)可用作輸入口。 P1 口作輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。在對(duì)Flash 編程和程序校驗(yàn)時(shí)， P1口接收低 8 位地址。 另外， 與 可以配置成定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入端（ ）與定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2的觸發(fā)輸入端（ ），如 圖 所示。 端口引腳 復(fù)用功能 T2（定時(shí)器 /計(jì)算器 2 的外部輸入端） T2EX（定時(shí)器 /計(jì)算器 2 的外部觸發(fā)端和雙向控制） MOSI（ 用于在線編程） MISO（用于在線編程） SCK（用于在線編程） 圖 P1 口管腳復(fù)用功能 ③ P2 端口，該口是帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O端口， P2