【正文】 I 邕 江 大 學 畢業(yè)設計（論文） 設計題目 基于 AT89C51 單片機的數(shù)字電壓表設計 專題部分 姓名 李煥祿 學號 20220223007 院 工學院 專業(yè)與學制 應用電子技術 班別 2022 級 指導教師 朱浩亮 日期 2022 年 10 月 11 日 II 目 錄 摘 要 ................................................................................ 1 緒 論 .............................................................................. 3 一、硬件電路設計 ........................................................... 4 （一）數(shù)字電壓表工作原理 ............................................................................... 4 （二）主控模塊 .................................................................................................. 5 （三）模擬轉化模塊 .......................................................................................... 7 （四）顯示模塊 ................................................................................................ 10 （五）電源模塊 ................................................................................................ 14 二、軟件設計 ................................................................. 15 三、調試和分析 ............................................................. 16 （一）系統(tǒng)軟硬件調試 .................................................................................... 16 （二）數(shù)據(jù)結果分析 ........................................................................................ 17 結束語 ............................................................................ 17 致 謝 ............................................................................ 18 參考文獻 ........................................................................ 19 附錄Ⅰ 整體設計電路圖 ............................................... 21 附錄Ⅱ 程序源代碼 ....................................................... 22 1 摘 要 數(shù)字電壓表是諸多數(shù)字化儀表的核心與基礎。以數(shù)字電壓表為核心擴展 成的各種數(shù)字化儀表幾乎覆蓋了電子電工測量、工業(yè)測量、自動化系統(tǒng)等各個領域。本文介紹一種基于 AT89C51 單片機的一種電壓測量電路，該電路采用 ADC0809 高精度 A/D 轉換電路，測量范圍直流 05V，使用 LCD 液晶模塊顯示，可以與 PC 機進行串行通信。正文著重給出了軟硬件的各部分電路，介紹了模數(shù)轉換器原理，AT89C51 特點，及 LCD1602 的功能和應用。該電路設計新穎、功能強大、可擴展性強。 關鍵詞 ： 電壓測量， ADC0809， AT89C51， LCD1602 2 Abstract Digital voltmeter is a lot of digital instrument the core and foundation. With digital voltmeter as the core of various expanded into digital instrument that covered nearly electronic electrician measurement, industrial measurement and automation system, etc. This paper introduces A based on AT89C51 A voltage measurement circuit, this circuit adopts ADC0809 highprecision A/D circuit, measurement range 0 5V dc, use LCD module that can be with the PC for serial munication. The text mainly gives each part of a circuit hardware and software, this paper introduces the principle of adc, AT89C51 features and LCD1602 function and application. The circuit design novel, powerful, flexible expandability. Keywords: voltage measurement, ADC0809, AT89C51, LCD1602 3 緒 論 電壓、電流和功率是表征電信號能量大小的三個基本參數(shù)，其中又以電壓最為常用。通過電壓測量，利用基本公式可以導出其他的參數(shù)；此外，電路中電流的狀態(tài)，如飽和、截止、諧振等均可用電壓形式來描述；許多電參數(shù)，如頻率特性、增益、調制度、失真度等也可視為電壓的派生量；許多電子測量儀器，如信號發(fā)生器、阻抗電橋、失真度儀等都用電壓量作為指示。因此，電壓測量是其他許多電參數(shù)量，也包括非電參數(shù)量測量的基礎，是相當重要、相當普及的一種參數(shù)測量。 傳統(tǒng)的電壓測量，采用指針式模擬電壓表。由于電子技術、計算機技術和大規(guī)模集成電路的應用， 數(shù)字式電壓測量儀逐漸代替了模擬式電壓測量儀，并且向高精度、多功能和智能化發(fā)展。 數(shù)字電壓表（ Digital Voltmeter）簡稱 DVM，它是采用數(shù)字化測量技術，把連續(xù)的模擬量（直流輸入電壓）轉換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。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，采用單片機控制的數(shù)字電壓表，由精度高、抗干擾能力強，可擴展性強、集成方便，還可與 PC 進行實時通信。 當今，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。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，日臻完善。 本設計采用 8 位 CMOS ADC0809 來進行 A/D 轉換，屬于逐次逼近性直流數(shù)字電壓表。該數(shù)字電壓表采用 LCD 顯示，除具有一般數(shù)字電壓表讀數(shù)直觀準確、測量速度快、輸入阻抗大、測量范圍寬之外，還具有讀數(shù)保持的功能。電路特點是成本低，簡單，體積小，安全性好，可擴展性強（只需加上各種轉換器就可構成萬用表）。 4 一、 硬件電路設計 數(shù)字電壓表的實現(xiàn)分為四大部分。第一部分是主控模塊，第二部分是模擬轉化模 塊，第三部分是顯示模塊，第四部分是電源供電模塊。主控模塊 采用 AT89C51單片機 為控制核心，模擬轉化模塊由芯片 ADC0809 完成模擬到數(shù)字量的轉化，顯示模塊使用液晶顯示 LCD1602。系統(tǒng)整體設計框圖如圖 11 所示： 圖 11 系統(tǒng)整體設計框圖 （一） 數(shù)字電壓表工作原理 本 設計 采用 AT89S51單片機芯片配合 ADC0809模 /數(shù)轉換芯片構成一個簡易的數(shù)字電壓表 [12]。該電路通過 ADC0809芯片采樣輸入口 IN0輸入的 0～ 5 V的模擬量電壓，經過模 /數(shù)轉換后，產生相應的數(shù)字量經過其輸出通道 D0～ D7傳送給 AT8CS51芯片的 P2口。 A/D轉換主要由芯片 ADC0809來完成，它負責把采集到的模擬量轉換為相應的數(shù)字量再傳送到數(shù)據(jù)處理模塊。數(shù)據(jù)處理則由芯片 AT89C51來完成，其負責把接收到的數(shù)字量經過數(shù)據(jù)處理，產生正確的 ASCII碼 ，并通過其 P0口 傳送給LCD1602顯示出來；同時由 、 、 出和控制信號。 另外， AT89C51還 通過信號位 控制著 ADC0809的工作。 5 （二） 主控模塊 該模塊采用 ATMEL推出的 AT89C51實現(xiàn)。 AT89C51是一種帶 4K字 節(jié)閃爍可編 程可擦出（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory） 低電壓 ，高性能 CMOS8位微處理器 [34]。該器件采用 ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的 MCS51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8位 CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL的 AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案 [5]。 其管腳圖如圖 12所示。 圖 12 AT89C51 管腳圖 功能特性 主 要特性： 與 MCS51 兼容 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間： 10 年 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz 三級程序存儲器鎖定 128*8 位內部 RAM 32 可編程 I/O 線 兩個 16 位定時器 /計數(shù)器 5 個中斷源 6 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內振蕩器和時鐘電路 管腳功能 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，每腳可吸收 8TTL 門電流。當P0 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 FIASH 進行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個內部提供上拉 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，被內部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時， 將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗時， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個 TTL 門電流，當 P2 口被寫 “1” 時，其管腳被內部上拉電阻拉高，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。這是由于內部上拉的緣故。 P2口當用于外部程序存儲器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1” 時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2 口輸出其特殊 功能寄存器的內容。 P2 口在 FLASH編程和校驗時接收高八位地址