【正文】 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說(shuō)明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論 文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。 liquid crystal display。它以單片機(jī) 8951 為核心，主要由 轉(zhuǎn)換電路 將輸入的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的 A/D轉(zhuǎn)換器 ADC0809，液晶 顯示器 1602 構(gòu)成。在參閱 大量數(shù)字電壓表的基礎(chǔ)上的數(shù)字直流電壓表，所測(cè) 量 范圍直流電壓為 0～ 500V，測(cè) 量 精度為 。 button switch。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 涉密論文按學(xué)校規(guī) 定處理。 致 謝 ..................................................... 26 參考文獻(xiàn) ................................................... 27 附錄 A：英語(yǔ)科技文獻(xiàn)原文及其翻譯稿 ......................... 28 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) VI 附錄 B：電路總圖 ............................................ 34 附錄 C：實(shí)物圖 .............................................. 35 附錄 D：元器件清單 ........................................ 36 附錄 E：源程序 .............................................. 37 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁(yè) 共 52 頁(yè) 引 言 數(shù)字電壓表出現(xiàn)在 50年代初， 60年代末發(fā)起來(lái)的電壓測(cè)量?jī)x表，簡(jiǎn)稱 DVM，它采用的是數(shù)字化測(cè)量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量，也就是連續(xù)的電壓值轉(zhuǎn)變?yōu)椴贿B 續(xù)的數(shù)字量，加以數(shù)字處理然后再通過(guò)顯示器件顯示。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的模擬指針式電壓表功能單一，精度低，讀數(shù)的時(shí)候也非常不方便，很容易出錯(cuò)。繼之出現(xiàn)了斜波式電壓表，它的速度方面稍有提高，但是準(zhǔn)確度低，穩(wěn)定性差，再后來(lái)出現(xiàn)了比較式儀表改 進(jìn)逐次漸近式結(jié)構(gòu)，它不僅保持了比較式準(zhǔn)確度高的優(yōu)點(diǎn)，而且速度也有了很大的提高，但它有一缺點(diǎn)是抗干擾能力差，很容易受到外界各種因素的影響。而數(shù)字電壓表種類繁多，型號(hào)新異，目前國(guó)際仍未有統(tǒng)一的分類方法。 按測(cè)量速度來(lái)分：有低速，中速，高速，超高速等。而且隨著電子技術(shù)的發(fā)展，更是經(jīng) 常需要測(cè)量高精度的電壓，所以數(shù)字電壓表就成為一種必不可少的測(cè) 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 頁(yè) 共 52 頁(yè) 量?jī)x器。下面介紹兩種數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)方案。 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果通過(guò)計(jì)數(shù)譯碼電路變換成段碼，最后驅(qū)動(dòng)顯示器顯示出相應(yīng)的數(shù)值。 基于 單片機(jī)系統(tǒng)及 A/D轉(zhuǎn)換芯片 的電壓表 這種方案是利用單片機(jī)系統(tǒng)與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、顯示模塊等的結(jié)合構(gòu)建數(shù)字電壓表。最后單片機(jī)系統(tǒng)將計(jì)算好了的被測(cè)電壓值按一定的時(shí)序送入顯示電路模塊加以顯示。在這里，不得不先簡(jiǎn)單的介紹一下幾種常用的 8單片機(jī)。 51系列單片機(jī)的特點(diǎn)是：硬件結(jié)構(gòu)合理，指令系統(tǒng)規(guī)范，加之生產(chǎn)歷史悠久，世界有許多芯片公司都買了 51的芯片核心專利技術(shù)，并在其基礎(chǔ)上擴(kuò)充其性能，使得芯片的運(yùn)行速度變得更快，性價(jià)比更高。 PIC單片機(jī)系列是美國(guó)微芯公司的產(chǎn)品，也是市面上增長(zhǎng)最快的單片機(jī)之一，屬精簡(jiǎn)指令集單片機(jī)，其特點(diǎn)是：高速度，高性能，但在性格方面比 51單片機(jī)要高，也有專門(mén)的 I/O方向寄存器， I/O口使用不比 51單片機(jī)方便。 下圖 AT89C51 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖： 圖 AT89C51 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁(yè) 共 52 頁(yè) 從內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖框圖上可以看出 AT89C51 單片機(jī)包括一下資源： （ 1） 一個(gè) 8 位的 CPU （ 2） 一個(gè)片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路 （ 3） 4KB 的 FLAShROM （ 4） 128 的內(nèi)部 RAM （ 5） 可擴(kuò)展 64KB 外部 ROM 和外部 RAM 的控制電路； （ 6） 2 個(gè) 16 位的定時(shí) /計(jì)數(shù)器 （ 7） 26 個(gè)特殊功能寄存器 （ 8） 4 個(gè) 8 位的并行口 （ 9） 一個(gè)全雙工的串行口 （ 10） 5 個(gè)中斷源， 2 個(gè)外部中斷， 3 內(nèi)部中斷 （ 11） 內(nèi)部硬件看門(mén)狗電路 （ 12） 一個(gè) SPI 串行接口，用于芯片的在系統(tǒng)編程 AT89C51 單片機(jī)有四十個(gè)引腳，其引腳圖同圖 ，引腳可分為四類：電源和地，時(shí)鐘，控制和 I/O 口 。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫(xiě) 1時(shí)，被定義為高阻輸入。 P1 口管腳寫(xiě)入 1 后，被內(nèi)部上拉為高 電 平 ，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P3 口 ： P3口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL門(mén)電流。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(duì)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。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 XTAL1： 反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。 數(shù)碼管是最常用的一種顯示 器件，它是由幾個(gè)發(fā)光二極管組成的 8字段顯示器件，其特點(diǎn)是價(jià)格非常的便宜，使用也非常的方便，顯示效果非常的清楚。這也是數(shù)碼管的不足之處。 1602液晶是工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示 16*2即 32個(gè)字符。 12864液晶也是一種工業(yè)字符型液晶，它不僅能夠顯示 1602液晶所可以顯示的字符，數(shù)字等信息，而且還可以顯示 8*4個(gè)中文漢字和一些簡(jiǎn)單的圖片，顯示信息也非常的清楚。而點(diǎn)陣顯示器件驅(qū)動(dòng)顯示軟件程序編寫(xiě)麻煩，占用的引腳相對(duì)也較多。因此，在本設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)我們選擇 1602液晶顯示器件。 輸出：無(wú) 讀數(shù)據(jù)：輸入： RS=1， RW=1， E=1。 顯示模式設(shè)置 指令碼 功能 0 0 1 1 1 0 0 0 設(shè)置 16*2 顯示， 5*7 點(diǎn)陣， 8 位數(shù)據(jù)口 表 顯示開(kāi) /關(guān) 及光標(biāo)設(shè)置 指令碼 功能 0 0 0 0 1 D C B D=1 開(kāi)顯示； D=0關(guān)顯示 C=1 顯示光標(biāo)； C=0不顯示關(guān)標(biāo) B=1 光標(biāo)閃爍； B=0光標(biāo)不顯閃爍 0 0 0 0 0 1 N S N=1 當(dāng)讀寫(xiě)一個(gè)字條款后地址指針加一，且光標(biāo)加一。 表 數(shù)據(jù)控制 指令碼 功能 80H+地址碼（ 027H， 40H67H） 設(shè)置數(shù)據(jù)地址指針 01H 顯示清屏： 1，數(shù)據(jù)指針清 0 2，所有顯示清 0 02H 顯示回車：數(shù)據(jù)指針清 0 模數(shù)（ A/D）轉(zhuǎn)換芯片的選擇 在本設(shè)計(jì)中，模數(shù)（ A/D）轉(zhuǎn)換模塊是一個(gè)重要的模塊，它關(guān)系到最后數(shù)電壓表電壓值的精確度。 AD0809是 8位逐次逼近型 A/D轉(zhuǎn)換器，它是由一個(gè) 8路的模擬 開(kāi)關(guān)、一個(gè)地址鎖存譯碼器、一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成 。它易于和微處理器接口或獨(dú)立使用；可滿量程工作；可用地址邏輯多路器選通各輸入通 道。 綜合上述幾種 A/D轉(zhuǎn)換芯片的特點(diǎn)，在本設(shè)計(jì)中，我們?cè)O(shè)計(jì)的是簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表，因此在此，我們選擇精度為 8位的 ADC0809芯片。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 9 頁(yè) 共 52 頁(yè) ① 結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)換原理 如圖 (315)所示為 ADC0809 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器為逐次逼近式，由 256R 電阻分壓器、樹(shù)狀模擬開(kāi)關(guān)（這兩部分組成一個(gè)D/A 變換器）、電壓比較器、逐次逼近寄存器、邏輯控制和定時(shí)電路組成。 ADC0809 雖然有 8 路模擬 通道可以同時(shí)輸入 8 路模擬信號(hào)，但每個(gè)瞬間只能 轉(zhuǎn)換一路，各路之間的切換由軟件變換通道地址來(lái) 實(shí)現(xiàn)。 A、 B、 C： 3 位地址輸入線，用于選通 8 路模擬輸入中的一路 。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。 REF（ +）、 REF（ ）：基準(zhǔn)電壓。 第一步：首先確定 A、 B、 C 三位地址，決定選擇哪一路模擬信號(hào)。 第五步： A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束， EOC 變?yōu)楦唠娖?，指?A∕ D 轉(zhuǎn)換結(jié)束。在查詢傳送方式中， EOC 可以作為 89C51 查詢外設(shè)（ ADC）的狀態(tài)信號(hào)。 ＊地址總線。 START 要求是一個(gè)正脈沖信號(hào)，由單片機(jī)控制發(fā)出，輸出允許信號(hào) OE 也需要單片機(jī)提供一個(gè)正脈沖信號(hào)。為此可采用下述三種方式。 2. 查詢傳送方式 由于 ADC0809 片內(nèi)無(wú)時(shí)鐘，利用 AT89C51 提供的地址鎖存信號(hào) ALE 經(jīng)過(guò)分頻后可保證 ADC0809 可靠的工作。 3. 中斷傳送方式 采用中斷方式可大大節(jié)省單片機(jī)的時(shí)間。 1. 第一種典型連接 這是一種數(shù)據(jù)線對(duì)數(shù)據(jù)線、地址線對(duì)地址線的標(biāo)準(zhǔn)連接方式，如 圖 (317)。圖 (317)中 。 在圖 (317)連接方式中， ADC0809 的轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器在概念上定位為單片機(jī)的一個(gè)只讀寄存器，與通道號(hào)無(wú)關(guān)，因此讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時(shí)不 必關(guān)心 DPTR 圖 ADC0809 與 51 單片機(jī)的第一種連接方式 中的通道號(hào)如何。就是說(shuō)，就像往 SBUF 寫(xiě)入時(shí)寫(xiě)到發(fā)送緩沖寄存器，從 SBUF 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 14 頁(yè) 共 52 頁(yè) 圖 ADC0809 與 51 單片機(jī)的第二種連接方式 讀出時(shí)實(shí)際是讀取接收緩沖寄存器的數(shù)據(jù)一樣，往 ADC0809 寫(xiě)入時(shí)，把數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)寫(xiě)到地址寄存器，從 ADC0809 讀出時(shí)實(shí)際是讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)。同一個(gè)外部 RAM 單元的只讀寄存器與只寫(xiě)寄存器使用同一個(gè)地址，就像 51 系列單片機(jī)的串行發(fā)送緩沖器與串行接受緩沖器使用同一個(gè)地址 99H 一樣，不會(huì)發(fā)生混亂。除了最高位以外， DPTR 的其余 15 位數(shù)據(jù)對(duì)于 ADC 沒(méi)有任何意義。就是說(shuō)，在很多應(yīng)用場(chǎng)合，不需要外擴(kuò)RAM 或 I/O 口。只要單片機(jī)從外部 RAN 讀取數(shù)據(jù)，就是讀取ADC0809的轉(zhuǎn)換結(jié)果。這是本程序的一大特點(diǎn)。需要 2片或更多 ADC0809時(shí)，第二種連接方式時(shí)一種優(yōu)選方案。 (2)分為三檔量程： 0～ 20V， 0～ 200V， 0～ 500V。使用的基本元器件是：AT89C51 單片機(jī)， ADC0809 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片， 1602 液晶顯示器，開(kāi)關(guān)，按鍵，電容，電阻，晶振，標(biāo)準(zhǔn)電源等等。 R1 電阻為 1K。被測(cè)電壓輸入端、整理過(guò)的模擬電壓輸入端，開(kāi)關(guān)與單片機(jī)的連接如 下 圖所示 。具體如下圖所示。 圖 按鍵控制電路 鍵盤(pán)的功能： 可根據(jù)所測(cè)的電壓范圍，通過(guò)按鍵來(lái)切換通道。執(zhí)行速度快。用 C語(yǔ)言來(lái)控制單片機(jī)無(wú)疑是一個(gè)理想的選擇。 硬件調(diào)試 硬件調(diào)試的主要任務(wù)是排除硬件故障，其中包括設(shè)計(jì) 的錯(cuò)誤和工藝性故障等。 軟件調(diào)試 軟件調(diào)試的任務(wù)是利用開(kāi)發(fā)工具進(jìn)行在線仿真調(diào)試，發(fā)現(xiàn)和糾正程序的錯(cuò)誤，同時(shí)也能發(fā)現(xiàn)硬件的故障。尤其注意的是各模塊間能否正確的傳遞參數(shù)。 2） 檢查按鍵模塊程序。可以在硬件電路的輸入端輸入已知的幾個(gè)電壓，分別觀察液晶上是否顯示相應(yīng)的電壓值。則數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的算法正確的。再檢查所有功能，觀察是否能預(yù)期的一樣。 因?yàn)槠綍r(shí)所需要測(cè)量的被測(cè)電壓的電壓值不是一個(gè)定值，多多少少都有一些微小的變化。 陳 老師學(xué)識(shí)淵博，為人和善。也要感謝各位老師在四年來(lái)對(duì)我學(xué)習(xí)和生活上的關(guān)心和