【正文】 STARTA5: MOV 40H,40HMOV 50H,50HC5: ACALL F_VMOV A,R5CLR CSUBB A,05HJC NJWMOV A,R6ADD A,01HCJNE A,0AH,SMOV R6,00HMOV A,R7ADD A,01HMOV R7,ALJMP NJWS: MOV R6,ANJW: MOV A,R6MOV R4,AMOV A,R7MOV R5,AMOV R6,00HMOV R7,00HA50: ACALL XIANSETB CLR CLR ACALL CAIMOV A,100CLR CSUBB A,R1JC B6MOV A,09CLR CSUBB A,R1JC C5SETB B6: LJMP STARTCAI: MOV TMOD,15H ；T0 工作于計(jì)數(shù)器方式 1，T1 工作于定時器方式 1MOV TH1。對于智能儀器這部分的設(shè)計(jì)是很必要的。187。179。193。247。170。208。203。214。181。179。209。192。209。202。對于乘法顯然運(yùn)算起來會比較麻煩，所以在本設(shè)計(jì)中采用了十進(jìn)制加法的方法，將轉(zhuǎn)換后的十進(jìn)制 BCD 碼乘以 。可以看出頻率轉(zhuǎn)換為電壓值可以通過頻率值右移一位（即除以 2）和小數(shù)點(diǎn)位的控制來實(shí)現(xiàn)。 計(jì)算部分的設(shè)計(jì)在量程處理部分需要計(jì)算的是采樣頻率值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓值，同時為了最終的正確顯示還要將轉(zhuǎn)換之后的電壓值轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制的 BCD 碼，另外，所測信號若為交流信號，還應(yīng)使其轉(zhuǎn)換為有效值進(jìn)行顯示。187。186。181。199。R1R050H203。40H203。188。214。214。178。177。 191。為了使采樣值更為精確，本設(shè)計(jì)中采用了滑動濾波的方法對采樣值進(jìn)行處理。 采樣及其處理程序在量程處理程序部分，采樣程序的功能為：采樣值經(jīng)過計(jì)算后顯示，所以這部分的程序?qū)φ麄€系統(tǒng)來說將非常重要，采樣值的準(zhǔn)確與否將直接影響顯示結(jié)果的準(zhǔn)確與否，所以設(shè)計(jì)中要盡量使這部分的精度高些。YN圖 22 10ms 采樣流程圖 圖 23 量程處理程序 量程處理程序的設(shè)計(jì)在量程處理程序中需要完成的功能應(yīng)為在所選量程下進(jìn)行信號的采樣，計(jì)算和顯示。R1T1180。T1185。191。185。175。245。235。188。216。207。204。249。190。187。192。188。10ms178。180。202。197。231。170。但是采樣時間也不能選擇太小，如果選擇太小顯然采樣誤差就會很大。 采樣程序的設(shè)計(jì)系統(tǒng)采樣的實(shí)現(xiàn)為：T1 口進(jìn)行定時，T0 口進(jìn)行計(jì)數(shù)，在 T1 定時器開始工作的同時計(jì)數(shù)器 T0 開始計(jì)數(shù)，T1 定時時間到，則 T0 停止計(jì)數(shù)，最終的采樣值就應(yīng)為 T0 的計(jì)數(shù)值。從表 21 中可以看出本設(shè)計(jì)中所測量的電壓范圍是：～500V。本設(shè)計(jì)中通過 10ms 的采樣值進(jìn)行量程比較，由于本設(shè)計(jì)中采用的 V/F 轉(zhuǎn)換為0～10KHZ，所以 10ms 對應(yīng)的最大采樣值應(yīng)為 100HZ。192。179。192。179。192。179。9179。209。214。9178。209。214。178。199。207。10ms178。10193。214。179。179。9201。209。214。178。1/0193。10ms201。10ms178。178。193。195。188。 2. 主程序的設(shè)計(jì)分析本設(shè)計(jì)，可知其軟件所要完成的功能是：對 V/F 轉(zhuǎn)換后的頻率信號進(jìn)行采樣，并通過計(jì)算比較選擇適當(dāng)?shù)牧砍?，然后再次進(jìn)行采樣，通過 F/V 轉(zhuǎn)換使其轉(zhuǎn)換為最初模擬信號的值，最后顯示，以后將再次進(jìn)行采樣比較重復(fù)上述操作。D0＝0 選擇外部譯碼方式，SL0～SL3 為計(jì)數(shù)分頻式波形輸出，顯示方式可外接 4～16 譯碼器驅(qū)動 16 位顯示器。1） 鍵盤掃描方式數(shù)據(jù)輸入格式鍵盤的行號、列號及控制鍵位置如表 19 所示：表 19: 鍵盤的行號、列號及控制鍵位置D7 控制鍵 CNTL 狀態(tài)D6 控制鍵 SHIFT 狀態(tài)D5～D3 被按鍵所在列號（由 SL0～SL2 狀態(tài)確定）D2～D0 被按鍵所在行號（由 RL0～RL7 狀態(tài)確定）2） 傳感器方式及選通方式數(shù)據(jù)輸入格式此種方式 8 位輸入數(shù)據(jù)為 RL0～RL7 的狀態(tài)。狀態(tài)字和 8 種命令字共用 1 個地址口。在鍵盤掃描 N 鍵輪回工作方式，又給 8279 寫入結(jié)束中斷/錯誤方式命令，則 8279 將以一種特定的錯誤方式工作，即在 8279 消顫周期內(nèi)，如果發(fā)現(xiàn)多個按鍵同時按下，則將FIFO 狀態(tài)字中錯誤特征位置“1” ，并發(fā)出中斷請求阻止寫入 FIFO RAM。因?yàn)樵趥鞲衅鞴ぷ鞣绞綍r，每當(dāng)傳感器狀態(tài)發(fā)生變化，掃描電路自動將傳感器狀態(tài)寫入傳感器 RAM，同時發(fā)出中斷申請即將 IRQ 置高電平，并禁止再寫入傳感器 RAM。D4～D2 設(shè)定清除顯示RAM 的方式，如表 17 所示。7）清除命令此命令用以清除顯示 RAM 和 FIFO 中的內(nèi)容。D2 為禁止 B 組顯示 RAM 寫入，D2＝1 禁止。命令格式同讀顯示 RAM。D3～D0 為顯示 RAM 中的地址。D3 無用。由表 14 可見時鐘編程命令特征位 D7～D5＝001。顯示字段碼由OUTA0～OUTA3 和 OUTB0～OUTB3 輸出。表 15: 顯示方式D4 D3 顯示方式0 0 8 個字符顯示，左端入口方式0 1 16 個字符顯示，左端入口方式1 0 8 個字符顯示，右端入口方式1 1 16 個字符顯示，右端入口方式表 16: 鍵盤/顯示掃描方式D2 D1 D0 鍵盤/顯示掃描方式0 0 0 編碼掃描鍵盤，雙鍵鎖定0 0 1 譯碼掃描鍵盤，雙鍵鎖定0 1 0 編碼掃描鍵盤， N 鍵輪回0 1 1 譯碼掃描鍵盤， N 鍵輪回1 0 0 編碼掃描傳感器矩陣1 0 1 譯碼掃描傳感器矩陣1 1 0 選通輸入，編碼顯示掃描1 1 1 選通輸入，譯碼顯示掃描表 16 中所謂編碼掃描指掃描代碼直接由掃描線 SL0～SL3 輸出，每次只有 1 位是低電平（4 選 1） 。每一種特征所代表的命令如表 14 所示。8279 共有 8 種命令，通過這些命令設(shè)置工作寄存器，來選擇各種工作方式。右端入口方式即顯示位置從顯示器最右端 1 位（最低位）開始，以后顯示的字符逐個向左順序排列。N 鍵巡回方式：一次按下任意個鍵均可被識別，以按鍵被掃描順序把鍵值存入 FIFO RAM 中。當(dāng) ＝0 時將顯示全熄滅。鍵盤方式時，鍵盤數(shù)據(jù)最高位（D7）的信號輸入到該引腳，以擴(kuò)充鍵功能；選通方式時，當(dāng)該引腳信號上升沿到時，把RL0～RL7 的數(shù)據(jù)存入 FIFO RAM 中。（5）RL0～RL7：回復(fù)輸入線，它們是鍵盤或傳感器矩陣的信號輸入線。（2）IRQ：中斷請求輸出線，高電平有效。CSA0＝0 為片內(nèi)數(shù)據(jù)地址，故 8279 芯片占用兩個端口地址。 8279 引腳及功能8279 是具有 40 個引腳的雙列直插式封裝的芯片，其引腳及功能如圖 110 所示。在顯示過程中，存儲的顯示數(shù)據(jù)輪流從顯示寄存器輸出。若 FIFO RAM 不空，例如已存有閉合鍵的鍵值，狀態(tài)邏輯將產(chǎn)生 IRQ=1 信號，向CPU 申請中斷。（3）在選通輸入方式工作時，回復(fù)線的內(nèi)容在 CNTL/STB 信號的脈沖上升沿被送入FIFO RAM。在逐行逐列掃描時，回復(fù)線用來搜尋每一行（列）中閉合的鍵。外接4/16 譯碼器，能提供 16 位 LED 的字位控制；外接 3/8 譯碼器，能為行列式鍵盤提供 8 列掃描信號，與 RL0～RL7 構(gòu)成 88 鍵盤的行列掃描。N 可以在CNTL/STBSHIFT2～31 之間由軟件編程，以便從外部時鐘 CLK 分頻得到內(nèi)部所需要的 100KHz 時鐘。是片選信號， =0 時 8279 被選通，CPU 才能對其進(jìn)行讀、寫操作； 、CSS RD是來自 CPU 的讀、寫控制信號；A0 用于區(qū)別信息的特性，A0＝1，表示數(shù)據(jù)線輸入的WR是指令，輸出的是狀態(tài)字；A0＝0，表示輸入輸出的是數(shù)據(jù)。顯示 RAM 容量為 168，即顯示器最大配置可達(dá) 16 位 LED 數(shù)碼顯示。5. 顯示部分的設(shè)計(jì) 鍵盤顯示 8279 芯片圖 18 顯示電路8279 是一種可編程的鍵盤/顯示器接口芯片。②單片機(jī)對外呈三總線形式。當(dāng) VCC 下降到某規(guī)定值以下，VPD 便向片內(nèi) RAM 供電。單片機(jī)的振蕩器工作時，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個機(jī)器周期的高電平就可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機(jī)回復(fù)到初始狀態(tài)。：片外程序存儲器讀選通信號輸出端，或稱片外取指信號輸出端?！篜3 口的 8 個引腳?！篜1 口的 8 個引腳。外接晶體時，XTAL1 與 XTAL2 各接晶體的一端，借外接晶體與片內(nèi)反相放大器構(gòu)成振蕩器。 （ ）（ ）圖 16 MCS51 系列單片機(jī)芯片引腳圖現(xiàn)將各引腳分別說明如下：VCC：接+5V 電源正端。圖中 SP 是堆棧指針寄存器，棧區(qū)占用了片內(nèi) RAM 的部分單元；未見通用寄存器（工作寄存器） ，因單片機(jī)片內(nèi)有存儲器，與訪問工作寄存器一樣方便，所以就把一定數(shù)量的片內(nèi) RAM 字節(jié)劃作工作寄存器區(qū)；PSW 是程序狀態(tài)字寄存器，簡稱程序狀態(tài)字，相當(dāng)于其他計(jì)算機(jī)的標(biāo)志寄存器；DPTR 是數(shù)據(jù)指針寄存器，在訪問片外 RAM、片外 ROM、甚至擴(kuò)展 I/O 接口時特別有用；B 寄存器又稱乘法寄存器，它與累加器 A 協(xié)同工作，可進(jìn)行乘法操作和除法操作。⒀ 有強(qiáng)的位尋址、位處理能力。 ⑼ 1 個全雙工串行 I/O 接口，可多機(jī)通信。⑸ 程序存儲器的尋址范圍為 64K 字節(jié)。51 子系列的主要功能為：⑴ 8 位 CPU。LM331 的輸出接光電耦合器 6N137,6N137 采用射極輸出，不改變輸出相位，集電極開路，內(nèi)部有脈沖整形電路，其輸出可直接接單片機(jī)的引腳，而不會改變信號的頻率輸出。在本設(shè)計(jì)中，為了消除干擾，在輸入信號端加一個低通濾波器，C=1uF,R=100KΩ,低通濾波的截止頻率為：IN7RC5REF2GND4VCC 8OUT 1THR 6FREQ 3LM311LM311OUT 6+V 8GND 5C3NC1NC4A2EN 76N1376N137R2710KR2810KR45KR35 62KR2662KR2222KR232KR21 T0C61uF R311KVCCVCCVCCGNDGNDR43100KQ3 Q0VDDR305KR2412KVCCf=1/(2 RC)≈?圖 14 中，選擇 R (R26)為 62K,R (R22)為 ,C (C5)為 ,R 為 R24+R30，l t t s仔細(xì)調(diào)節(jié) R30 即可滿足輸入為 5V 時，輸出 f 為 10KHZ。對 LM331,根據(jù) V/F 變換的原理，其輸出頻率與輸入電壓的關(guān)系滿足下面的公式:f=(V /)(R /R )(1/R )(1/C ) (13)insltt由公式 13 可以看出輸出頻率 f 與輸入電壓 V 成正比。其數(shù)字脈沖重復(fù)率正比于模擬輸入電壓的幅值。3. 模數(shù)轉(zhuǎn)換單元的設(shè)計(jì)單片機(jī)對模擬信號的讀取通常是采用 A/D 轉(zhuǎn)換方式，這一方法對輸出阻抗低，惰性強(qiáng)，變化緩慢，傳輸距離長的信號，采用 A/D 轉(zhuǎn)換的抗干擾性能就比較差。在本設(shè)計(jì)中采用的是 MAX4602,因?yàn)樗哪蛪褐悼蛇_(dá)到兩千伏左右，故可以應(yīng)用在本系統(tǒng)中。具體選擇多大的放大倍數(shù)可以通過單片機(jī)的引腳 和 電平來控制。1/100 檔和 1/10 檔由分壓電路來完成，它們是用來測量較大電壓的。在本設(shè)計(jì)中模數(shù)轉(zhuǎn)換單元選擇的是電壓/頻率轉(zhuǎn)換電路，對于 V/F 轉(zhuǎn)換電路，其輸入電壓選擇 0～5V。顯然，此電路滿足本設(shè)計(jì)的要求，而且它集量程轉(zhuǎn)換于一體，為量程轉(zhuǎn)換部分的設(shè)計(jì)提供了方便，節(jié)省了硬件資源。CD4053 的另兩組模擬開關(guān) Y 和 Z 承擔(dān)了三個量程的切換任務(wù)，它們的控制端 B 和 C通過來自單片機(jī)的量程切換命令。170。190。169。170。198。169。191。202。177。226。170。204。175。221。圖中 U10 工作于同相放大狀態(tài)，運(yùn)放 U11 工作于反相放大狀態(tài)，比較器的輸入引自 U10 的放大輸出信號，這有利于提高比較器對信號的靈敏度。對于交流信號可以采用交/直流變換的方法變?yōu)橹绷?，這樣最終進(jìn)入模/數(shù)轉(zhuǎn)換單元（即 V/F 轉(zhuǎn)換單元）的模擬信號就應(yīng)該為直流電壓信號。另外，前向通道的設(shè)計(jì)還應(yīng)包括對模擬信號的采集部分。根據(jù)要求本設(shè)計(jì)中采用的是 V/F 轉(zhuǎn)換電路。另外，在每一模塊電路中都對元器件的選擇作了簡單的介紹，其中包括有關(guān)數(shù)值的計(jì)算和分析。因此，數(shù)字電壓表被廣泛地應(yīng)用于科研和生產(chǎn)測試中。 Digital Voltmeter。畢 業(yè) 論 文基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)摘 要本設(shè)計(jì)主要研究的是以 AT89C51 單片機(jī)為核心的電壓測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠在單片機(jī)的控制下完成對電壓信號采集，能夠根據(jù)采樣值進(jìn)行量程自動轉(zhuǎn)換，并且測量結(jié)果可通過四個數(shù)碼管顯示出來。關(guān)鍵詞： AT89C51 單片機(jī)；數(shù)字電壓表；模塊化Design of the digital voltmeter based on the MCUA