【正文】 根據(jù)測量結(jié)果的顯示方式及測量原理不同，電壓測量儀器可分為兩大類：模擬式電壓表 (AVM）和數(shù)字式電壓表（ DVM）。數(shù)據(jù)處理則由芯片 AT89C51 來完成，其負責(zé)把 ADC0809 傳送來的數(shù)字量經(jīng)過一定的數(shù)據(jù)處理，產(chǎn)生相應(yīng)的顯示碼送到顯示模塊進行顯示；此外 ,它還控制著 ADC0809 芯片工作。 編號 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文 題 目 基于單片機的數(shù)字電壓表的設(shè)計 學(xué)生姓名 學(xué) 號 系 部 電氣工程系 專 業(yè) 機電一體化 班 級 指導(dǎo)教師 顧問教師 二 〇 一二 年 十 月摘要 I 摘要 本文介紹了一種基于單片機的簡易數(shù)字電壓表的設(shè)計。 該系統(tǒng)的數(shù)字電壓表電路簡單，所用的元件較少，成本低，且測量精度和可靠性較高。模擬式電壓表是指針式的，多用磁電式電流表作為指示器 ，并在表盤上刻以電壓刻度。 模擬電壓表 采用 用指針式，里面是磁電或電磁式結(jié)構(gòu)，所以 其響應(yīng)速度 較慢 。使其精度達到與模擬電壓表一樣精確甚至更高。相當(dāng)于一個微型的計算機，和計算機相比，單片機只缺少了 I/O 設(shè)備。它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。其中最成功的是 INTEL 的 8031，此后在 8031 上發(fā)展出了MCS51 系列單片機系統(tǒng)。事實上單片機是世界上數(shù)量最多處理器，隨著單片機家族的發(fā)展壯大，單片機和專用處理器的發(fā)展便分道揚鑣。 單片機的應(yīng)用領(lǐng)域 第二章 設(shè)計背景 3 目前 單片機 滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機的蹤跡。 單片機廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個范疇： 智能儀器 單片機 具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈 活、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的 傳感器 ，可實現(xiàn)諸如電壓、電流、 功率 、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種 報警系統(tǒng) ，與計算機聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。 模塊化系統(tǒng) 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 4 某些專用 單片機 設(shè)計用于實現(xiàn)特定功能，從而在各種 電路 中進行模塊化應(yīng)用，而不要求使用人員了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 汽車電子 單片機 在汽車電子中的應(yīng)用非常廣泛，例如汽車中的發(fā)動機控制 器，基于 CAN 總線的汽車發(fā)動機智能 電子控制器 、 GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)、 abs 防抱死系統(tǒng) 、制動系統(tǒng)、胎壓檢測等。 (3)輸入阻抗高 :一般可達 1000 兆歐以上，而且工作時零電流很小，一般可達 10^10 安。 第三章 設(shè)計目的與功能要求 5 第三章 設(shè)計目的與功能要求 設(shè)計目的 通過制作簡易的數(shù)字電壓表，加深對所學(xué)專業(yè)知識的認識，提高分析，解決工程實際問題的能力，提高對單片機的應(yīng)用能力，提高收集文獻，資料的能力，從而達到綜合運用所學(xué)的專業(yè)知識進行電子產(chǎn)品設(shè)計，制作與調(diào)試的能力。 ⑷盡量使用較少的元器件。 設(shè)計方案 數(shù)字電壓表的設(shè)計方案很多，但采用集成電路來設(shè)計較流行。但芯片只能完成 A/D轉(zhuǎn)換功能，要實現(xiàn)顯示功能還需配合其它驅(qū)動芯片等，使得整部分硬件電路板布線復(fù)雜，加重了電路設(shè)計和實際焊接的工作。 這里采用這種方案。 電壓極性檢測電路 電壓極性檢測電路采用過零比較器檢測負電壓的方式實現(xiàn)的，運算放大器LM324 的反向端接地， 同向端通過 100K 電阻接輸入信號。 單片機模塊 芯片的介紹和選 擇 單片機 AT89C51 介紹 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié) FLASH 存儲器（ FPEROM — Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機。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 ， AT89C2051 是它的一種精簡版本。4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器 三級程序存儲器鎖定 5 個中斷源 作為輸出口時，每一個管腳都能夠驅(qū)動 8 個 TTL 電路。 P1 口： P1 口一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級可驅(qū)動 4 個 TTL 電路 。 P2 口： P2 口是一個內(nèi)部帶有上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動 4 個 TTL 電路。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2 口線上的 內(nèi)容在整個運行期間不變。 P3 口除了作為一般的 I/O 口外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示： 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 12 端口引腳 第二功能 RXD TXD INT0 INT1 T0 T1 WR RD P3 口還接收一些用于閃爍存儲器編程和程序校驗的控制信號。即使不訪問外部存儲器， ALE 以時鐘震蕩頻率的1/16 輸出固定的正脈沖信號，因此它可對輸出時鐘或用于定時目的。此外，這個引腳會微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置 ALE 無效。欲使中央處理器僅訪問外部程序存儲器， EA端必須保持低電平。 XTAL1：震蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。 外接 石英晶體及電容 C1， C2 接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)震蕩電路。10PF。由于外部時鐘信號是通過一個 2 分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時鐘信號的，所以對外部時鐘信 號的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時間和最大的低電平持續(xù)時間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。 圖 631 引腳圖 (1)主要特性 1） 8 路輸入通道， 8 位 A／ D 轉(zhuǎn)換器，即分辨率為 8 位。 (2)外部特性（引腳功能） IN0～ IN7： 8 路模擬量輸入端。 EOC： A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當(dāng) A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一第六章 硬件電路設(shè)計 15 個高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。要求時鐘頻率不高于 640KHZ。 原理圖 圖 632 顯示模塊 LED 數(shù)碼管 ⑴ LED 基本結(jié)構(gòu) LED 是發(fā)光二極管顯示器的縮寫。 LED七段數(shù)碼顯示器由 8 個發(fā)光二極管組成顯示字段，其中 7 個長條形 的發(fā)光二極管排列成“日”字形，另一個圓點形的發(fā)光二極管在顯示器的右下角作為淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 16 顯示小數(shù)點用，其通過不同的組合可用來顯示各種數(shù)字。 圖 642 4位 LED引腳 對于這種結(jié)構(gòu)的 LED 顯示器，它的體積和結(jié)構(gòu)都符合設(shè)計要求，由于 4位 LED 陰極的各段已經(jīng)在內(nèi)部連接在一起，所以必須使用動態(tài)掃描方式（將所有數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一起，用一個 I/O 接口控制）顯示。 本設(shè)計系統(tǒng)中為了簡化硬件線路設(shè)計， LED 譯碼采用軟件編程來實現(xiàn)。 為了簡化數(shù)字式直流電壓表的電路設(shè)計，在 LED 驅(qū)動電路的設(shè)計上，可以利用單片機 P0 口上外接的上拉電阻來實現(xiàn)，即將 LED 的 AG 段顯示引腳和 DP 小數(shù)點顯示引腳并聯(lián)到 P0 口與上拉電阻之間，這樣，就可以加大 P0口作為輸出口德驅(qū)動能力，使得 LED 能按照正常的亮度顯示出數(shù)字，如圖 643所示。 其中，單片機 AT89C51 通過定時器中斷從 輸出方波，接到 ADC0809 的 CLOCK, 發(fā)正脈沖啟動 A/D 轉(zhuǎn)換， 檢測A/D 轉(zhuǎn)換是否完成，轉(zhuǎn)換完成后， 置高從 P1 口讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果送給 LED顯示出來 [3]。初始化定義 LED1 EQU 30H LED2 EQU 31H LED3 EQU 32H。跳轉(zhuǎn)到主程序執(zhí)行 ORG 0030H 。在脈沖下降沿啟動轉(zhuǎn)換 JNB EOC,$。關(guān)閉輸出 MOV A,ADC。將變換結(jié)果的余數(shù)放入 A 中，準備十分位變換 MOV B,5。調(diào)用顯示程序 AJMP WAIT 。將小數(shù)的百分位清零 GO : MOV R2,3。顯示值送 A MOV DPTR,TAB。將整數(shù)的數(shù)碼管顯示小數(shù)點 GO1: MOV P0,A。改變位碼 MOV R3,A INC R1。顯示數(shù)據(jù)表：