【文章內(nèi)容簡介】 有數(shù)字的位是整數(shù)位； ② 分?jǐn)?shù)位的數(shù)值是以最大顯示值中最高位數(shù)字為分子，用滿量程時(shí)最高數(shù)字作分母。例如，某數(shù)字儀表的最大顯示值為 1999，滿量程計(jì)數(shù)值為 2020，這表明該儀表有 3 個(gè)整數(shù)位，而分?jǐn)?shù)位的分子為 1，分母是 2，故稱之為 31/2 位，讀作三位半。 3．準(zhǔn)確度高 準(zhǔn)確度是測(cè)量結(jié)果中系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差的綜合。 4．分辨率高 數(shù)字電壓表在最低電壓量程上末位 1 個(gè)字所代表的電壓值，稱為儀表的分辨力，它反映儀表靈敏度的高低。分辨力隨顯示位數(shù)的增加而提高。分辨率是指所能顯示的最小數(shù) 字（零除外）與最大數(shù)字的百分比。例如 31/2 位 DVM的分辨率為1/1999≈ ％。需要指出，分辨力與準(zhǔn)確度屬于兩個(gè)不同的觀念。從測(cè)量角度看，分辨力是 虛 指標(biāo)（與測(cè)量誤差無關(guān)），準(zhǔn)確度才是 實(shí) 指標(biāo)（代表測(cè)量誤差的大小）。 5．測(cè)量范圍寬 多量程 DVM 一般可測(cè)量 0～ 1000V 直流電壓，配上高壓探頭還可測(cè)上萬伏的高壓。 6．?dāng)U展能力強(qiáng) 在數(shù)字電壓表的基礎(chǔ)上，還可擴(kuò)展成各種通用及專用數(shù)字儀表、數(shù)字多用表（ DMM）和智能儀表，以滿足不同的需要。 7．測(cè)量速度快 數(shù)字電壓表在每秒鐘內(nèi)對(duì)被測(cè)電壓的測(cè) 量次數(shù)，叫測(cè)量速率，單位是 次 /S。它主要取決于 A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率，其倒數(shù)是測(cè)量周期。 8．輸入阻抗高 數(shù)字電壓表具有很高的輸入阻抗，通常為 10MΩ ～ 10000MΩ ，最高可達(dá) 1TΩ 。 9．集成度高，微功耗 新型數(shù)字電壓表普遍采用 CMOS 大規(guī)模集成電路，整機(jī)功耗很低。 10．抗干擾能力強(qiáng) 51/2 位以下的 DVM 大多采用積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器，其串模抑制比、共模抑制比各別可達(dá) 100dB、 80～ 120dB。高檔 DVM 還采用數(shù)字濾波、浮地保護(hù)等先進(jìn)技術(shù)，進(jìn)一步提高了抗干擾能力，共模抑制比可達(dá) 180dB。 2． 2 數(shù)字儀表的發(fā)展趨勢(shì) 采用新技術(shù)、新工藝，由 LSI 和 VLSI 構(gòu)成的新型數(shù)字儀表及高檔智能儀器的大量問世，標(biāo)志著電子儀器領(lǐng)域的一場(chǎng)革命，也開創(chuàng)了現(xiàn)代電子測(cè)量技術(shù)的先河。 1．廣泛采用新技術(shù)，不斷開發(fā)新產(chǎn)品 2．模塊化的發(fā)展方向 新一代數(shù)字儀表正朝著標(biāo)準(zhǔn)模塊化的方向發(fā)展。預(yù)計(jì)在不久的將來，許多數(shù)字儀表將由標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化的模塊所構(gòu)成，給電路設(shè)計(jì)和安裝調(diào)試、維修帶來極大方便。 表面安裝技術(shù)（ SMT）和表面安裝元器件（ SMD）將獲得普遍應(yīng)用。這項(xiàng)技術(shù)被譽(yù)為世界電子工藝技術(shù)的一項(xiàng)重要突 破。所謂表面安裝是將微型化的表面安裝集成電路（ SMIC）和表面安裝元件，用粘貼工藝直接安裝在印刷板上，再用波峰焊接機(jī)焊接，由此取代傳統(tǒng)的打孔焊接工藝，使印刷板安裝密度大為增加，可靠性得到明顯提高。 3．多重顯示儀表 為徹底解決數(shù)字儀表不便于觀察連續(xù)變化量的技術(shù)難題， 數(shù)字 /模擬條圖 雙顯示儀表已成為國際流行款式，它兼有數(shù)字儀表準(zhǔn)確度高、模擬式儀表便于觀察被測(cè)量的變化過程及變化趨勢(shì)的兩大優(yōu)點(diǎn)。 模擬條圖大致分成三類： ① 液晶（ LCD）條圖，呈斷續(xù)的條狀，這種顯示器的分辨力高、微功耗，體積小，低壓驅(qū)動(dòng)，適 于電池供電的小型化儀表。 ② 等離子體（ PDP）光柱顯示器，其優(yōu)點(diǎn)是自身發(fā)光，亮度高，顯示清晰，觀察距離遠(yuǎn)，分辨力較高，缺點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電壓高，耗電較大。 ③LED 光柱，它是由多只發(fā)光二極管排列而成。這種顯示器的亮度高，成本低，但象素尺寸較大，功耗高，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜。 4．安全性 儀器儀表在設(shè)計(jì)和使用中的安全性，對(duì)于生產(chǎn)廠家和廣大用戶都是至關(guān)重要的問題。一方面廠家必須為儀表設(shè)計(jì)安全保護(hù)電路，并使之符合國際標(biāo)準(zhǔn)（例如美國 UL 認(rèn)證，歐洲 GS 認(rèn)證， ISO9001 國際標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量認(rèn)證）；另一方面用戶必須安全操作，時(shí)刻注意儀表上的 各種安全警告指示。儀表的保護(hù)電路在于最大限度的減小或防止因誤操作而造成的危害。以 DMM為例，常見的誤操作是用電流檔或電阻檔去測(cè)量電壓。 5．操作簡單化 第 三 章 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3． 1 功能要求及設(shè)計(jì)目標(biāo) 簡易數(shù)字電壓表可以測(cè)量 0～ 5V 的 8 路輸入電壓值，并在四位 LED 數(shù)碼管上輪流顯示或單路選擇顯示，測(cè)量最小分辨率為 ，測(cè)量誤差約為177。 。 3． 2 方案論證 按照系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)要求，決定控制系統(tǒng)采用 AT89C52 單片機(jī)， A/D 轉(zhuǎn)換采用ADC0809。系統(tǒng) 除能確保實(shí)現(xiàn)要求的功能外，還可以方便進(jìn)行 8路其他 A/D 轉(zhuǎn)換量的測(cè)量、遠(yuǎn)程測(cè)量結(jié)果傳送等擴(kuò)展功能。數(shù)字電壓表系統(tǒng)設(shè)計(jì)方框圖如圖 。 圖 3． 3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 簡易數(shù)字電壓測(cè)量電路由 A/D 轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理及顯示控制等組成， A/D 轉(zhuǎn)換有集成電路 0809 完成。 0809 具有 8 路模擬輸入端口，地址線（ 23~25 腳）可決定對(duì)哪一路模擬輸入作 A/D 轉(zhuǎn)換。 22腳為地址鎖存控制 ，當(dāng)輸入為高電平時(shí)，對(duì)地址信號(hào)進(jìn)行鎖存。6腳為測(cè)試控制，當(dāng)輸入一個(gè) 2us 寬高電平時(shí)，就開始 A/D 轉(zhuǎn)換。 7腳為 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志，當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)， 7腳輸出高電平。 9 腳為 A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出允許控制，當(dāng) OE 腳為高電平， A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)從該端口輸出。 10腳為 0809 的時(shí)鐘輸入端，利用單片機(jī) 30 腳的六分頻晶振頻率再通過分頻器二分頻得到 1MHz 時(shí)鐘。單片機(jī)的 P ~ 端口作為四位 LED 數(shù)碼管顯示控制。 端口用作單路顯示 /循環(huán)顯示轉(zhuǎn)換按鈕， 端口用作單路顯示選擇頻道。 P0 端口作 A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)讀入用， P2 端口用作 0809 的 A/D轉(zhuǎn)換控制。 上點(diǎn)復(fù)位 AT89C52 P0 P2 P1 P3 ADC0809 LED 顯示 串口通信 電源電路 圖 系統(tǒng)電路圖 圖 52芯片 與 A/D模塊 連接 電路 圖 圖 2分頻電路圖 分頻器是由兩塊 74S74 芯片組成的二分頻電路，也可由 14024 芯片單獨(dú)完成。在本設(shè)計(jì)中采用了前者。引腳 3接 89C52 的 30 腳。由晶振產(chǎn)生的 12MHz 晶振頻率，利用單片機(jī) 30 腳的六分頻晶振頻率再通過分頻器二分頻得 到 1MHz 時(shí)鐘。引腳 5連接 0809 的 10腳。 10 腳為 0809 的時(shí)鐘輸入端。 圖 晶振電路圖 晶振 輸入輸出電路分別連接單片機(jī) 1 19引腳。 18腳 XTAL2是振蕩器反相放大器的輸出端。 19腳 XTAL1是振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。 圖 RST引腳連接圖 當(dāng)系統(tǒng)上電時(shí)， RST 腳持續(xù) 2個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 3． 4 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì) 初始化程序 系統(tǒng)上電時(shí)，初始化程序?qū)?70H~77H 內(nèi)存單元清 0， P2口置 0。 主程序 在剛上電時(shí)，系統(tǒng)默認(rèn)為循環(huán)顯示 8 個(gè)通道的電壓值狀態(tài)。當(dāng)進(jìn)行一次測(cè)量后，將顯示每一通道的 A/D 轉(zhuǎn)換值，每個(gè)通道的數(shù)據(jù)顯示時(shí)間為 1s 左右。主程序在調(diào)用顯示程序和測(cè)試子程序之間循環(huán)，主程序流程圖見圖 。 圖 主程序流程圖 顯示子程序 顯示子程序采用動(dòng)態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn)四位數(shù)碼管的數(shù)值顯示。測(cè)量所得的 A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)放在 70H～ 77H內(nèi)存單元中，測(cè)量數(shù)據(jù)在顯示時(shí)需轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制 BCD 碼放在78H～ 7BH 單元中，其中 7BH 存放通道標(biāo)志數(shù)。寄存器 R3 用作 8 路循環(huán)控制， R0用作顯示數(shù)據(jù)地址指針。 模 /數(shù)轉(zhuǎn)換測(cè)量子程序 數(shù)轉(zhuǎn)換測(cè)量子程序用來控制對(duì) 0809 八路模擬輸入電壓的 A/D轉(zhuǎn)換，并將對(duì)應(yīng)的數(shù)值移入 70H～ 77H內(nèi)存單元。其程序流程見圖 。 開始 初始化 調(diào)用 A/D 轉(zhuǎn)換子程序 調(diào)用顯示子程序 圖 A/D轉(zhuǎn)換測(cè)量程序流程圖 3． 5 性能分析 單片機(jī)為 8 位處理器，當(dāng)輸入電壓為 時(shí)，輸出數(shù)據(jù)值為 255（ FFH），因此單片機(jī)最大的數(shù)值分辨率為 （ 5/255）。這就決定了該電壓表的最大分辨率（精度）只能達(dá)到 。測(cè)試時(shí)電壓數(shù)值的變化一般以 的電壓幅度變化，如要獲得更高的精度要求，應(yīng)采用 12位、 13 位的 A/D 轉(zhuǎn)換器。 ADC0809 的直流輸入阻抗為 1M 歐，能滿足一般的電壓測(cè)試需要。另外，經(jīng)測(cè)開始 啟動(dòng)測(cè)試（ TESTART） A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束？ =1？ 取數(shù)據(jù)（ =1） 0809 地址加 1 地址數(shù)小于 8？ 結(jié)束 N Y N Y 試 ADC0809 可直接在 2MHz 的頻率下工作，這樣可省去分頻器。 第 四 章 主要硬件功能及 介紹 系統(tǒng)所采用的硬件為： A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809 以及單片機(jī) AT89C52。 以下就對(duì)兩塊主要芯 片的功能進(jìn)行簡單的介紹。 4． 1 ADC0809 主要特性 1） 8路 8位 A／ D 轉(zhuǎn)換器，即分辨率 8位。 2）具有轉(zhuǎn)換起停控制端。 3）轉(zhuǎn)換時(shí)間為 100μ s 4）單個(gè)＋ 5V 電源供電 5）模擬輸入電壓范圍 0～＋ 5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。 6）工作溫度范圍為 40～＋ 85攝氏度 7）低功耗，約 15mW。 內(nèi)部結(jié)構(gòu) ADC0809 是 CMOS 單片型逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示，它由 8 路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比 較器、 8位開關(guān)樹型 D/A轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、三態(tài)輸出鎖存器等其他一些電路組成。因此， ADC0809 可處理 8路模擬量輸入，且有三態(tài)輸出能力，既可與各種微處理器相連，也可單獨(dú)工作。輸入輸出與 TTL 兼容。 圖 ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 圖 ADC0809引腳圖 外部特性（引腳功能） ADC0809 芯片有 28 條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖 。下面說明各引腳功能。 IN0～ IN7： 8 路模擬量輸入端。 21～ 28： 8位數(shù)字量輸出端。 ADDA、 ADDB、 ADDC： 3 位地址輸入線，用與選通 8 路模擬輸入中的一路。如表 所示。 表 ADDA、 ADDB、 ADDC真值表 ADDC ADDB ADDA 輸入通道 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。 START： A／ D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，輸入，高電平有效。 EOC： A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng) A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸 入，高電平有效。當(dāng) A／ D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于 640KHZ。 REF（ +）、 REF（ ）：基準(zhǔn)電壓。 Vcc：電源，單一＋ 5V。 GND：地。 ADC0809 的工作過程是：首先輸入 3位地址，并使 ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通 8 路模擬輸入之一到比較器。 START 上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng) A／ D 轉(zhuǎn)換，之后 EOC 輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到 A／ D 轉(zhuǎn)換完成， EOC 變?yōu)楦唠娖剑甘?A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng) OE 輸入高電平 時(shí)，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。 4． 2 AT89C52 AT89C52是 ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS 8位單片機(jī)。片內(nèi)含 8kbtyes的可反復(fù)擦寫的 Flash只讀程序儲(chǔ)存器和 256bytes的隨即存取數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司高密度、非易失性儲(chǔ)存技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)及8052 產(chǎn)品引腳兼容。片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大 AT89C52 單片機(jī)適合與許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場(chǎng)合。 主要性能 與 MCS5