【正文】 9 主要芯片介紹 .....................................................10 AT89C51 單片機(jī) ................................................10 ADC0809 芯片介紹 ..............................................13 74LS74 芯片介紹 ...............................................16 第 3章 基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表的電路設(shè)計(jì) ................................18 電源設(shè)計(jì) .........................................................18 衰減電路設(shè)計(jì) .....................................................18 放大電路設(shè)計(jì) .....................................................19 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) ...............................................19 報(bào)警電路設(shè)計(jì) .....................................................20 A/D 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) .................................................21 開關(guān)電路設(shè)計(jì) .....................................................21 顯示電路設(shè)計(jì) .....................................................22 分頻 電路設(shè)計(jì) .....................................................23 硬件整體電路圖 ..................................................23 第 4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ....................................................25 基于單片機(jī)的三位半數(shù)字電壓表設(shè)計(jì) 電路功能模塊 ..................................................... 25 ..................................................... 26 軟件設(shè)計(jì)思想描述 ................................................. 27 程序設(shè)計(jì) ......................................................... 27 Keil IDE 簡介 .................................................... 28 Keil 工程的建立 .................................................. 29 源文件的建立 ................................................. 29 建立工程文件 ................................................. 29 工程的詳細(xì)設(shè)置 ................................................... 31 程序的編譯及運(yùn)行 ................................................. 34 第 6章 結(jié)束語 ......................................................... 35 致 謝 ................................................................. 36 參考文獻(xiàn) .............................................................. 37 附錄 1 硬件設(shè)計(jì)整體結(jié)構(gòu)圖 .............................................. 38 附錄 2 程序清單 ........................................................ 39 基于單片機(jī)的三位半數(shù)字電壓表設(shè)計(jì) 1 第 1 章 方案論 證 課題設(shè)計(jì)要求 本設(shè)計(jì)達(dá)到的要求：利用 4 個(gè) LED 現(xiàn)實(shí) 4 位數(shù)字電壓表的三位半顯示，數(shù)字電壓表是由模擬電路與數(shù)字電路兩個(gè)部分組成，是由邏輯控制電路產(chǎn)生控制信號(hào)，按規(guī)定的時(shí)序?qū)?A/D 轉(zhuǎn)換器中的各組模擬開關(guān)接通或斷開，保證 A/D轉(zhuǎn)換正常進(jìn)行。理論值為分母，實(shí)際顯示最大值為分子。 本設(shè)計(jì)中電壓表可以測量直流電壓測量范圍（ 0~200V）共分四檔： 200mv、 2v、20v、 200v，并且通過 4位 LED數(shù)碼管三位半顯示其數(shù)值。 傳統(tǒng)的指針式電壓表功能單一，精度底，讀數(shù)不方便，不能滿足數(shù)字化時(shí)代的需要。例如，各種物理定律的正確性就必須通過精密的測試來驗(yàn)證。而高準(zhǔn)確度直流 DVM 的出現(xiàn)，又使 DVM 進(jìn)入 了精密標(biāo)準(zhǔn)測量領(lǐng)域。 關(guān)鍵詞 ： 數(shù)字電壓表 ； AT89S52 單片機(jī) ；低成本 Abstract This design is design a digital voltmeter with chip AT89C51 of onechip puter, can measure and hand in , direct current pressing value , four numbers show，Span the range of 0200V, a display resolution of mv. This system is shunted resistance, resistance of partial pressure, basic resistance, minimum system of 51 onechip puters, shown that some , warning part , AD change and control making up partly. This voltmeter has the design method reasonably, easy and feasible, the cost low, safe practical and so on characteristics, and has certain promoted value. Key word: digital voltmeter ； AT89C51 ； Low cost 基于單片機(jī)的三位半數(shù)字電壓表設(shè)計(jì) III 前 言 數(shù)字電壓表（ Digital Voltmeter）簡稱 DVM，它是利用模擬 /數(shù)字變換器（ A/D）原理，以十進(jìn)制數(shù)字形式顯示被測電壓值的儀表 [1]。I 摘 要 本次設(shè)計(jì)用單片機(jī)芯片 AT89C51 設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電壓表，能夠測量直流電壓值，四位數(shù)碼顯示，量程范圍為 0200V，顯示分辨率為 mV。 DVM 除了廣泛用于電壓測量外，通過各種變換器還可以測量其他電量或非電量，用途十分廣泛 [2]。測量是一種認(rèn)識(shí)過程，就是用實(shí)驗(yàn)的方法將被測量與所選用單位的相同參量進(jìn)行比較，從而確定它的大小。正是堅(jiān)持理論與實(shí)驗(yàn)定量的一致性，才使科學(xué)技術(shù)獲得進(jìn)步并促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，可見測量在科學(xué)技術(shù)中占的地位是多么重要。采用單片機(jī)的數(shù)字電壓表，具有精度高，抗干擾能力強(qiáng)，可擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 所謂三位半的三位是指可以顯示 0－ 9的十個(gè)數(shù)字，稱作全位。根據(jù)數(shù)字電壓表的功能實(shí)現(xiàn)要求，選用 AT89C51單片機(jī)作控制系統(tǒng)，由 ADC0809實(shí)現(xiàn) A／ D轉(zhuǎn)換功能，放大器 選用 OPA336實(shí)現(xiàn)放大 10倍的功能。 A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果送入單片機(jī)內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，最后驅(qū)動(dòng)顯示相應(yīng)的數(shù)值，該設(shè)計(jì)的任 務(wù)就是將被測模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)值顯示。通常采用 9疊層電池，有助于實(shí)現(xiàn)儀表的小型化。 輸入阻抗極高，典型值為 —— Ω，對輸入信號(hào)無衰減作用。利用外部異或門電路，可顯示超量程和小數(shù)。 RP、 R2 組成基準(zhǔn)電壓的分壓電路。 C C4分別為基準(zhǔn)電容與自動(dòng)調(diào)零電容。該電壓表的測量速率約為 次 /秒。 它的組成原理框圖如圖 12 所 示： 圖 12 基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表原理框圖 設(shè)計(jì)方案比較： 這兩種方案的差別主要是方案一中用到是大規(guī)模電子元件組成的數(shù)字電壓表，它可以完成簡單的電壓測量和顯示功能將耗費(fèi)大量的電子元件。針對不同的采樣對象，有不同的 A/D轉(zhuǎn)換器可供選擇，其中有通用的也有專用的。 方案 1： 采用分級(jí)式轉(zhuǎn)換器，這種轉(zhuǎn)換采用兩步或多步進(jìn)行分辨率的閃爍式轉(zhuǎn)換，衰減電路 放大電路 輸入 入 A/D 轉(zhuǎn)換電路 AT89C51單片機(jī) 顯示電路 進(jìn)而快速的完成模 /數(shù)轉(zhuǎn)換，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)較高的分辨率。雙積分型 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換精度高，但轉(zhuǎn)換 速度不太快，若用于溫度測量，不能及時(shí)地反映當(dāng)前溫度值，而且多數(shù)雙積分型 A/D 轉(zhuǎn)換器其輸出端都不是二進(jìn)制碼，而是直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的。采用逐次逼近寄存器，輸入信號(hào)僅與高位比較，確定 DAC的高位。 8 通道多路轉(zhuǎn)換器能直接連通8 個(gè)單端輸入信號(hào)中的任何一個(gè)。 單片機(jī)復(fù)位方案 RST/VPD:復(fù)位 /備用電源線，可以使單片機(jī)處于復(fù)位（即初始化）工作狀態(tài)。 方案 2：采用點(diǎn)陣字符型 LCD 液晶顯示，可以顯示數(shù)字與阿拉伯字母等字符，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展， LCD 的液晶顯示越來越廣泛的應(yīng)用于各種顯示場合。這種顯示器有共陽和公陰極兩種。 方案 1：采用靜態(tài)顯示方式。 方案 2：采用動(dòng)態(tài)顯示 方式。若要顯示字符，就必須采用掃描顯示方式，即在某一時(shí)刻，只讓某一位處于選通狀態(tài)，而其他各位的位線處于關(guān)閉狀態(tài)，同時(shí)，段選線輸出相應(yīng)位要顯示字符的段碼 【 8】 。 量程轉(zhuǎn)換電路 在基準(zhǔn)數(shù)字電壓表頭前面加一級(jí)分壓電路，可以擴(kuò)展直流電壓測量的量程。所以，實(shí)際數(shù)字萬用表 的直流電壓檔電路為圖 16所示，它能在不降低輸入阻抗的情況下，達(dá)到同樣的分壓效果。 圖 16 使用分壓電路 盡管上述最高量程檔的理論量程是 2020V，但通常的數(shù)字萬用表出于耐壓和安全考慮，規(guī)定最高電壓量限為 1000V。 基于單片機(jī)的三位半數(shù)字電壓表設(shè)計(jì) 9 第 2 章 基 于單片機(jī)的數(shù)字電壓表基本原理和組成 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 根據(jù)數(shù)字壓表的功能實(shí)現(xiàn)要求 ，選用 AT89C51 單片機(jī)作控制系統(tǒng) ,待測電壓經(jīng)高電壓經(jīng)衰減電路分壓后送入放大器 OPA336 實(shí)現(xiàn)放大 10 倍、從而控制輸入 ADC0809的信號(hào)在 2V 左右實(shí)現(xiàn) A／ D 轉(zhuǎn)換經(jīng) AT89C51 送入 LED 顯示。 （ 3） 輸入（量程衰減）電路：在四種量程的情況下，可以用衰減電路對被測量的電壓進(jìn)行衰減，經(jīng)過放大電路后進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 主要芯片介紹 AT89C51 單片機(jī) AT89C51是美國 ATM公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含 4K bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ) 器（ EPROM）和 128bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)序存器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度 /非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)， 兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 FLASH 存儲(chǔ)單元， AT89C51 單片機(jī)為許多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活行高且價(jià)廉的方案。 全靜態(tài)工作： 0Hz24KHz 兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 圖 22 AT89C51管腳排列 基于單片機(jī)的三位半數(shù)字電壓表設(shè)計(jì) 11 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 2)管腳說明 VCC：供電電壓。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1口作為第八位地址接收。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。當(dāng) P3 口寫入 “1” 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。另外，該引腳被略微拉高。但