【正文】 1 基于單片機的簡易數(shù)字電壓表的設(shè)計 目錄 內(nèi)容摘要 .................................................................... 2 第 1 章 數(shù)字電壓表簡介 ..................................................... 4 數(shù)字電壓表的介紹 ................................................... 4 數(shù)字電壓表的基本結(jié)構(gòu)及工作原理 ................................... 4 數(shù)字電壓表的發(fā)展趨勢 .............................................. 3 第 2 章 單片機的概述 ......................................................... 4 單片機簡介 .......................................................... 4 單片機的特點 ....................................................... 6 單片機的應(yīng)用 ....................................................... 5 第 3 章 MCS51 單片機的結(jié)構(gòu) ................................................. 6 MCS51 單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu) ............................................ 6 內(nèi)部結(jié)構(gòu)概述 .................................................. 6 CPU 結(jié)構(gòu) ...................................................... 6 存儲器和特殊功能寄存器 .................................... 7 P0P3 口結(jié)構(gòu) ....................................................... 7 時鐘電路和復(fù)位電路 ????? . ..................................... 9 時鐘電路 ..................................................... 10 單片機的復(fù)位狀態(tài) ?????? . ............................... 8 第 4 章 硬件電路的設(shè)計及原理圖 ............................................. 9 LED 數(shù)碼管顯示器 .................................................. 13 數(shù)碼顯示器結(jié)構(gòu) ........................................... 13 LED 數(shù)碼管的原理與接口 ................................... 13 AT89S52 芯片的簡介 ............................................... 14 硬件系統(tǒng)的整體框圖 ??? .. ....................................... 15 總原理圖 .......................................................... 16 第 5 章 軟件編程 .......................................................... 18 后記 ???????????????????????????????????? 20 參考文獻(xiàn) ................................................................... 20 附錄 ????? .............................................................. 21 2 內(nèi)容摘要 本報告介紹了基于 AT89S52 單片機為核心的、以 AD0809 數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片采樣、以 1602 液晶屏顯示的具有電壓測量功能的具有一定精度的數(shù)字電壓表。在實現(xiàn)基礎(chǔ)功能要求之上擴展了串口通訊、時鐘功能、高壓報警、短路測試、電阻測量、交流電壓峰峰值和周期測試等功能，使系統(tǒng)達(dá)到了良好的設(shè)計效果和要求。 關(guān)鍵詞： AT89S52 單片機 ， 模數(shù)轉(zhuǎn)換 ， 液晶顯示 ， 擴展功能 ABSTRACT： The report describes the AT89S52 based on the microcontroller as the core, AD0809 digitaltoanalog converter chip sampling, to 1602 LCD display with voltage measurement function with a certain precision of digital voltage meter. In achieving functional requirements based upon the expansion of serial munications, highpressure alarm, short circuit, electrical resistivity measurement, AC voltage and the peak of cycle testing and other functions, allowing the system to achieve good results and the design requirements. Keywords : AT89S52 SCM， analogtodigital， conversion functions LCD， expansion 3 設(shè)計目的 自動化專業(yè)的專業(yè)實踐課程。本課程的任務(wù)是使學(xué)生通過“簡易數(shù)字電壓表的設(shè)計”的設(shè)計過程，綜合所學(xué)課程，掌握目前自動化儀表的一般設(shè)計要求，工程設(shè)計方法，開發(fā)及設(shè)計工具的使用方法，通過這一設(shè)計實踐過程，鍛煉學(xué)生的動手能力和分析，解決問題的能力；積累經(jīng)驗，培養(yǎng)按部就班，一絲不茍的工作個對所學(xué)知識的綜合應(yīng)用能力。 設(shè)計任務(wù)及要求 設(shè)計電壓表并實現(xiàn)簡單測量。具有以下基 本功能： ⑴可以測量 0~5V 的 8 路輸入電壓值； ⑵可在四位 LED 數(shù)碼管上輪流顯示或單路選擇顯示； ⑶測量最小分辨率為 ； ⑷ .測量誤差約為 177。 ； ⑸帶有一定的擴展功能； 4 第 1 章 數(shù)字電壓表簡介 數(shù)字電壓表的介紹 數(shù)字電壓表（ Digital Voltmeter）簡稱 DVM，它是采用數(shù)字化測量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量（直流輸入電壓）轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。 數(shù)字電壓表的基本結(jié)構(gòu)及工作原理 數(shù)字電壓 表是諸多數(shù)字化儀表的核心與基礎(chǔ) ,電壓表的數(shù)字化是將連續(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 ,這有別于傳統(tǒng)的以指針加刻度盤進(jìn)行讀數(shù)的方法 , 避免了讀數(shù)的視差和視覺疲勞。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)換器的精度很大程度上影響著數(shù)字電壓表的準(zhǔn)確度 ,數(shù)字式電壓表是由高阻抗電壓表頭與分壓電路組成的。 213 位 A/D 轉(zhuǎn)換器：將輸 入的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。 基準(zhǔn)電源：提供精密電壓，供 A/D 轉(zhuǎn)換器作參考電壓。 譯碼器：將二 十進(jìn)制（ BCD）碼轉(zhuǎn)換成七段信號。 驅(qū)動器：驅(qū)動顯示器的 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g 七個發(fā)光段，驅(qū)動發(fā)光數(shù)碼管（ LED）進(jìn)行顯示。 顯示器：將譯碼輸出的七段信號進(jìn)行數(shù)字顯示，讀出 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果 。 2．電路工作 數(shù)字電壓表通過位選信號 1DS ～ 4DS 進(jìn)行動態(tài)掃描顯示，由于 MC1433 電路的A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果是采用 BCD 碼多路調(diào)制方法輸出，只要配 上一塊譯碼器，就可以將轉(zhuǎn)換結(jié)果以數(shù)字方式實現(xiàn)四位數(shù)字的 LED 發(fā)光數(shù)碼管動態(tài)掃描顯示。 1DS ～ 4DS 輸出多路調(diào)制選通脈沖信號， DS 選通脈沖為高電平，則表示對應(yīng)的數(shù)位被選通，此時該位數(shù)據(jù)在 0Q ～ 3Q 端輸出。每個 DS 選通脈沖高電平寬度為 18 個時鐘脈沖周期，兩個相鄰選通脈 沖之間間隔 2 個時鐘脈沖周期。 DS 和 EOC 的時序關(guān)系是在 EOC脈沖結(jié)束后，緊接著是 1DS 輸出正脈沖。以下依次為 2DS 、 3DS 和 4DS 。其中 1DS 對應(yīng)最高位（ MSD ）， 4DS 則對應(yīng)最低位（ LSD ）。在對應(yīng) 2DS 、 3DS 和 4DS 選通期間， 0Q ～ 3Q 輸出 BCD 全位數(shù)據(jù)，即以 8421 碼方式輸出對應(yīng)的數(shù)字 0～ 9。在 1DS 選通期間， 0Q ～ 3Q 輸出千位的半位數(shù) 0 或 1 及過量程、欠量程和極性標(biāo)志信號。 數(shù)字電壓表的發(fā)展趨勢 5 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(jìn)行實時通信。目前，由各種單片 A/D 轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)字電壓表，已被廣泛用于電子及電工測量、工業(yè)自動化儀表、自動測試系統(tǒng)等智能化測量領(lǐng)域，示出強大的生命力。與此同時，由 DVM 擴展而成的各種通用及專用數(shù)字儀 器儀表，也把電量及非電量測量技術(shù)提高到嶄新水平。 數(shù)字電壓表是諸多數(shù)字化儀表的核心與基礎(chǔ) ,電壓表的數(shù)字化是將連續(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 ,這有別于傳統(tǒng)的以指針加刻度盤進(jìn)行讀數(shù)的方法 , 避免了讀數(shù)的視差和視覺疲勞。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)換器的精度很大程度上影響著數(shù)字電壓表的準(zhǔn)確度 ,本文 A/D 轉(zhuǎn)換器采用 ADC0809 對輸人模擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換 , 控制核心 AT89C51再對轉(zhuǎn)換的結(jié)果進(jìn)行運算和處理 ,最后驅(qū)動輸出裝置顯示數(shù)字電壓信號。 數(shù)字式電壓 表是由高阻抗電壓表頭與分壓電路組成的。數(shù)字式電壓表頭的等效輸入電阻通常在 200M 歐以上，滿量程時所流經(jīng)的電流通常在 1 皮安左右。以上述表頭制成的數(shù)字式電壓表，滿量程時所流經(jīng)的電流與量程有關(guān)，通常在 1 皮安至 100 微安之間。數(shù)字電壓表 (數(shù)字面板表 )是當(dāng)前電子、電工、儀器、儀表和測量領(lǐng)域大量使用的一種基本測量工具有關(guān)數(shù)字電壓表的書籍和應(yīng)用已經(jīng)非常普及了。 數(shù)字電壓表的設(shè)計和開發(fā) ,已經(jīng)有多種類型和款式。傳統(tǒng)的數(shù)字電壓表各有特點 ,它們適合在現(xiàn)場做手工測量 ,要完成遠(yuǎn)程測量并要對測量數(shù)據(jù)做進(jìn)一步處理 ,傳統(tǒng)數(shù)字電壓表 是無法完成的。然而基于 PC 通信的數(shù)字電壓表 ,既可以完成測量數(shù)據(jù)的傳遞 ,又可借助 PC,做測量數(shù)據(jù)的處理。所以這種類型的數(shù)字電壓表無論在功能和實際上 ,都具有傳統(tǒng)數(shù)字電壓表無法比擬的特點 ,這使得它的開發(fā)和應(yīng)用具有良好的前景。 6 第 2 章 單片機的概述 計算機已被廣泛應(yīng)用于社會生活的各個領(lǐng)域。在自動控制領(lǐng)域，計算機是監(jiān)測?？刂频暮诵摹Ｉa(chǎn)過程以及大型設(shè)備的監(jiān)測、控制一般使用帶標(biāo)準(zhǔn)鍵盤、顯示和外部存儲設(shè)備的計算機系統(tǒng)，但小型儀器儀表、家用電器等設(shè)備的自動控制對體積、價值和功能有所要求，均不可能使用常 規(guī)的計算機 系統(tǒng)，于是出現(xiàn)了單片微型計算機，簡稱單片機。 單片機簡介 單片機是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)將具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器，隨機存取存儲器、輸入 /輸出電路，可能還包括定時 /計數(shù)器、串行通信口、顯示驅(qū)動電路、脈沖調(diào)制電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器等電路集成到一片芯片上，構(gòu)成一個既小而又完善的計算機系統(tǒng)。 有以上分析可以看出，單片機除了具備微處理器的功能外，還可以單獨地完成現(xiàn)代工業(yè)控制所要求的智能化控制功能，這也是單片機最大的特點。 單片機的特點 單片機的一塊半導(dǎo)體芯片集成了一太微型 計算機的基本部件，在硬件結(jié)構(gòu)、指令功能方面均有獨特之處，主要特點如下： （ 1） 單片機內(nèi)集成了存儲器。 （ 2） 單片機存儲結(jié)構(gòu)將 ROM 和 RAM 嚴(yán)格分工。 （ 3） 為了滿足工業(yè)控制的需要，單片機有很強的位處理功能，在其他邏輯控制功能方面也都優(yōu)于一般的 8 位微處理器。 （ 4） 8 位處理器的引腳功能一般都是固定的。 （ 5） 單片機類型多，并且便于擴展功能。 （ 6） 單片機 把微型計算機的各個部分集成