【文章內(nèi)容簡介】 總體電路設(shè)計 經(jīng)過以上的設(shè)計過程，可設(shè)計出基于單片機的簡易數(shù)字直流電壓表硬件電 路原理圖如圖 11 所示。 圖 11 數(shù)字電壓表電路圖 此電路的工作原理是： +5V 模擬電壓信號通過變阻器 VR1 分壓后由 ADC08008 的 14 IN0 通道進(jìn)入（由于使用的 IN0 通道，所以 ADDA,ADDB,ADDC 均接低電平），經(jīng)過模 /數(shù)轉(zhuǎn)換后，產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)字量經(jīng)過其輸出通道 D0D7 傳送給 AT89C51 芯片的 P1 口，AT89C51 負(fù)責(zé)把接收到的數(shù)字量經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，產(chǎn)生正確的 7 段數(shù)碼管的顯示段碼傳送給四位 LED，同時它還通過其四位 I/O 口 、 、 、 產(chǎn)生位選信號控制數(shù)碼管的亮滅。此外， AT89C51 還控制 ADC0808 的工作。其中，單片機 AT89C51通過定時器中斷從 輸出方波，接到 ADC0808 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]。 數(shù)字直流電壓表的硬件電路已經(jīng)設(shè)計完成，就可以選取相應(yīng)的芯片和元器件，利用 Proteus 軟件繪制出硬件的原理，并仔細(xì)地檢查修改，直至形成完善的硬件原理圖。但要真正實現(xiàn)電路對電壓的測量和顯示的功能，還需要有相應(yīng)的軟件配合，才能達(dá)到設(shè)計要求。 15 4 程序設(shè)計 程序設(shè)計總方案 根據(jù)模塊的劃分原則，將該程序劃分初始化模塊， A/D 轉(zhuǎn)換子程序和顯示子程序，這三個程序模塊構(gòu)成了整個系統(tǒng)軟件的主程序，如圖 12 所示。 圖 12 數(shù)字式直流電壓表主程序框圖 系統(tǒng)子程序設(shè)計 初始化程序 所謂初始化，是對將要用到的 MCS_51 系列單片機內(nèi)部部件或擴展芯片進(jìn)行初始工作狀態(tài)設(shè)定，初始化子程序的主要工作是設(shè)置定時器的工作模式，初值預(yù)置，開中斷和打開定時器等 [9]。 A/D 轉(zhuǎn)換子程序 A/D 轉(zhuǎn)換子程序用來控制對輸入的模塊電壓信號的采集測量，并將對應(yīng)的數(shù)值存入相應(yīng)的內(nèi)存單元，其轉(zhuǎn)換流程圖如圖 13 所示。 開始 初始化 調(diào)用 A/D 轉(zhuǎn)換子程序 調(diào)用顯示子程序 結(jié)束 16 圖 13 A/D 轉(zhuǎn)換流程圖 顯示子程序 顯示子程序采用動態(tài)掃描實現(xiàn)四位數(shù)碼管的數(shù)值顯示，在采用動態(tài)掃描顯示方式時，要使得 LED 顯示的比較均勻，又有足夠的亮度，需要設(shè)置適當(dāng)?shù)膾呙桀l率，當(dāng)掃描頻率在 70HZ 左右時，能夠產(chǎn)生比較好的顯示效果，一般可以采用間隔10ms 對 LED 進(jìn)行動態(tài)掃描一次，每一位 LED 的顯示時間 為 1ms[10]。 在本設(shè)計中，為了簡化硬件設(shè)計，主要采用軟件定時的方式，即用定時器 0溢出中斷功能實現(xiàn) 11μ s 定時，通過軟件延時程序來實現(xiàn) 5ms 的延時。 啟動轉(zhuǎn)換 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束？ 輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果 數(shù)值轉(zhuǎn)換 顯示 結(jié)束 開始 17 5 仿真 軟件調(diào)試 軟件調(diào)試的主要任務(wù)是排查錯誤，錯誤主要包括邏輯和功能錯誤，這些錯誤有些是顯性的，而有些是隱形的，可以通過仿真開發(fā)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)逐步改正。 Proteus軟件可以對基于微控制器的設(shè)計連同所有的周圍電子器件一起仿真，用戶甚至可以實時采用諸如 LED/LCD、鍵盤、 RS232 終端等動態(tài)外設(shè)模型來對設(shè)計進(jìn)行交互仿真。 Proteus 支持 的微處理芯片包括 8051 系列、 AVR 系列、 PIC 系列、 HC11 系列及 Z80 等等。 Proteus 可以完成單片機系統(tǒng)原理圖電路繪制、 PCB 設(shè)計，更為顯著點的特點是可以與 u Visions3 IDE 工具軟件結(jié)合進(jìn)行編程仿真調(diào)試 [8]。 本系統(tǒng)的調(diào)試主要以軟件為主，其中，系統(tǒng)電路圖的繪制和仿真我采用的是Proteus 軟件，而程序方面，采用的是匯編語言，用 Keil 軟件將程序?qū)懭雴纹瑱C。 顯示結(jié)果及誤差分析 顯示結(jié)果 1. 當(dāng) IN0 口輸入電壓值為 0V 時，顯示結(jié)果如圖 14 所示，測量誤差為 0V。 圖 14 輸入電壓為 0V 時， LED 的顯示結(jié)果 18 IN0 輸入電壓值為 時，顯示結(jié)果如圖 15 所示。測量誤差為 。 圖 15 輸入電壓為 時， LED 的顯示結(jié)果 3. 當(dāng) IN0 口輸入電壓值為 時，顯示結(jié)果如圖 16。測量誤差為 。 圖 16 輸入電壓為 時， LED 的顯示結(jié)果 19 誤差分析 通過以上仿真測量結(jié)果可得到簡易數(shù)字電壓表與“標(biāo)準(zhǔn)”數(shù)字電壓表對比測試表，如下表 4所示： 表 4 簡易數(shù)字電壓表與“標(biāo)準(zhǔn)”數(shù)字電壓表對比測試表 標(biāo)準(zhǔn)電壓值 /V 簡易電壓 表測量值 /V 絕對誤差/V 由于單片機 AT89C51 為 8 位處理器，當(dāng)輸入電壓為 時， ADC0808 輸出數(shù)據(jù)值為 255（ FFH），因此單片機最高的數(shù)值分辨率為 (5/255)。這就決定了電壓表的最高分辨率只能到 ，從上表可看到，測試電壓一般以 的幅度變化。 從上表可以看出，簡易數(shù)字電壓表測得的值基本上比標(biāo)準(zhǔn)電壓值偏大，這可以通過校正 ADC0808 的基準(zhǔn)電壓來解決。因為該電壓表設(shè)計時直接用 5V 的供電電源作為電壓，所以電壓可能有偏差。當(dāng)要測量大于 5V 的電壓時，可在輸入口使用分壓電阻，而程序中只要將計算程序的除數(shù)進(jìn)行調(diào)整就可以了。 20 結(jié) 論 經(jīng)過一段時間的努力，畢業(yè)論文 基于單片機的簡易數(shù)字電壓表基本完成。但設(shè)計中的不足之處仍然存在。這 次設(shè)計是我第一次設(shè)計電路，并用 Proteus 實現(xiàn)了仿真。在這過程中，我對電路設(shè)計，單片機的使用等都有了新的認(rèn)識。通過這次設(shè)計學(xué)會了 Proteus 和 Keil 軟件的使用方法，掌握了從系統(tǒng)的需要、方案的設(shè)計、功能模塊的劃分、原理圖的設(shè)計和電路圖的仿真的設(shè)計流程，積累了不少經(jīng)驗。 基于單片機的數(shù)字電壓表使用性強、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、外接元件少。在實際應(yīng)用工作應(yīng)能好，測量電壓準(zhǔn)確，精度高。系統(tǒng)功能、指標(biāo)達(dá)到了課題的預(yù)期要求、系統(tǒng)在硬件設(shè)計上充分考慮了可擴展性，經(jīng)過一定的改造，可以增加功能。本文設(shè)計主要實現(xiàn)了簡易數(shù)字電壓 表測量一路電壓的功能，詳細(xì)說明了從原理圖的設(shè)計、電路圖的仿真再到軟件的調(diào)試。 通過本次設(shè)計，我對單片機這門課有了進(jìn)一步的了解。無論是在硬件連接方面還是在軟件編程方面。本次設(shè)計采用了 AT89C51 單片機芯片，與以往的單片機相比增加了許多新的功能，使其功能更為完善，應(yīng)用領(lǐng)域也更為廣泛。設(shè)計中還用到了模 /數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 ADC0808，以前在學(xué)單片機課程時只是對其理論知識有了初步的理解。通過這次設(shè)計，對它的工作原理有了更深的理解。在調(diào)試過程中遇到很多問題，硬件上的理論知識學(xué)得不夠扎實，對電路的仿真方面也不夠熟練。 總之這次電路的設(shè)計和仿真，基本上達(dá)到了設(shè)計的功能要求。在以后的實踐中，我將繼續(xù)努力學(xué)習(xí)電路設(shè)計方面的理論知識，并理論聯(lián)系實際，爭取在電路設(shè)計方面能有所提升。 21 參考文獻(xiàn) [1]胡健 .單片機原理及接口技術(shù) .北京：機械工業(yè)出版社， 2021 年 10 月 [2]王毓銀 .數(shù)字電路邏輯設(shè)計 .高等教育出版社， 2021 年 12 月 [3]于殿泓、王新年 .單片機原理與程序設(shè)計實驗教程 .西安電子科技大學(xué)出版社，2021 年 5 月 [4]謝維成、楊加國 .單片機原理與應(yīng)用及 C51 程序設(shè)計實例 .電子工業(yè)出版社，2021 年 3 月 [5]李廣弟 .單片機基礎(chǔ) .北京航空航天大學(xué)出版社， 2021 年 5 月 [6]姜志海 ,黃玉清等著 .單片機原理及應(yīng)用 [M] .北京 :電子工業(yè)出版社 .2021 年 7月 [7]魏立峰 .單片機原理及應(yīng)用技術(shù) .北京大學(xué)出版社， 2021 年 [8]周潤景 .Protues 在 MCS51amp。ARM7 系統(tǒng)中的應(yīng)用百例 .第一版 .北京：電子工業(yè)出版社， 2021 年 [9]邊春遠(yuǎn)等著 .MCS51 單片機應(yīng)用開發(fā)實用子程序 [M] .北京 :人民郵電出版社 .2021 年 9 月 . 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