【文章內(nèi)容簡介】 完美運行 。掌握這一軟件的使用對于使用 51 系列單片機(jī)的愛好者來說是十分必要的， 由于小編喜歡 使用 C 語言 編程， 而 KEIL 對 C 語言的編譯方便快捷 。 C51 工具包的整體結(jié)構(gòu)較為豐富，其中 UVISION 與 ISHELL 分別是 C51 for Windows和 for Dos的集成開發(fā)環(huán)境 (IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個開發(fā)流程。開發(fā)人員可用 IDE 本身或其它編輯器編輯 C 或匯編源文件。然后分別由 C51 及 C51 編譯器編譯生成目標(biāo)文件 (.OBJ)。目標(biāo)文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng) L51連接定位生成絕對目標(biāo)文件(.ABS)。 ABS 文件由 OH51 轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的 Hex 文件，以供調(diào)試器 dScope51 或tScope51 使用進(jìn)行源代碼級調(diào)試，也可由仿真器使用直接對目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如 EPROM 中。使用獨立的 KEIL 仿真器時，注意事項 ， 仿真器標(biāo)配 的晶振，但用戶可以在仿真器上的晶振插孔中換插其他頻率的晶振。仿真器上的復(fù)位按鈕只復(fù)位仿真芯片，不復(fù)位目標(biāo)系統(tǒng)。仿真芯片 的 31 腳（ /EA）已接至高電平，所以仿真時只能使用片內(nèi) ROM，不能使用片外 ROM；但仿真器外引插針中的 31腳并不與仿真芯片的 31腳相連，故該仿真器仍可插入到擴(kuò)展有外部 ROM（其 CPU 的 /EA 引腳接 至低電平）的目標(biāo)系統(tǒng)中使用。 Proteus 7 Professional 設(shè)計軟件 Proteus 軟件是英國 Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具軟件（該軟件中國總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司）。它不僅具有其它 EDA 工具軟件的仿華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 3 真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。 Proteus 是世界上著名的 EDA 工具 (仿真軟件 )，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī) 與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到 PCB 設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。是目前世界上唯一將 電路仿真 軟件、 PCB 設(shè)計軟件和虛擬模型仿真 軟 件 三 合 一 的 設(shè) 計 平 臺 ， 其 處 理 器 模 型 支 持 8051 、 HC11 、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC3 AVR、 ARM、 8086 和 MSP430 等， 2020 年又增加了 Cortex 和 DSP 系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持 IAR、 Keil 和 MPLAB 等多種 編譯器 。 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 4 第 二 章 總體設(shè)計方案 數(shù)字電壓設(shè)計的兩種方案 設(shè)計數(shù)字電壓表有多種的設(shè)計方法 ， 方案是多種多樣的 ， 由于大規(guī)模集成電路數(shù)字芯片的高速發(fā)展 ， 各種數(shù)字芯片品種多樣 ， 導(dǎo)致對模擬數(shù)據(jù)的采集部分的不一致性 ， 進(jìn)而又使對數(shù)據(jù)的處理及顯示的方式的多樣性 。 又由于在現(xiàn)實的工作生活中 ， 電壓表的測量測程范圍是比較大的 ， 所以必須要對輸入電壓作分壓處理 ，而各個數(shù)據(jù)處理芯片的處理電壓范圍不同 ， 則各種方案的分段也不同 。 下面介紹兩種數(shù)字電壓表的設(shè)計方案 。 由數(shù)字電路及芯片構(gòu)建 這種設(shè)計方案是由模擬電路與數(shù)字電路兩大部分組成 ， 模 擬部分包括輸入放大器 。 A/D 轉(zhuǎn)換器和基準(zhǔn)電壓源 ； 數(shù)字部分包括計數(shù)器 ， 譯碼器 ， 邏輯控制器 ，振蕩器和顯示器 。 其中 ， A/D 轉(zhuǎn)換器是它的核心器件 ， 它將輸入的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量 。 模擬電路和數(shù)字電路是相互聯(lián)系的 ， 由邏輯控制電路產(chǎn)生控制信號 ， 按規(guī)定的時序?qū)?A/D 轉(zhuǎn)換器中 各 組模擬開關(guān)接通或斷開 ， 保證 A/D 轉(zhuǎn)換正常進(jìn)行 。A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果通過計數(shù)譯碼電路變換成段碼 ， 最后驅(qū)動顯示器顯示出相應(yīng)的數(shù)值 。 此方案設(shè)計其優(yōu)點是 ， 設(shè)計成本低 ， 能夠滿足一般的電壓測量 。 但設(shè)計不靈活 ， 都是采用純硬件電路 ， 很難將其在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展 。 由單片機(jī)系統(tǒng)及 A/D 轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)建 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 。 由于單片機(jī)的發(fā)展已經(jīng)成熟 ， 利用單片機(jī)系統(tǒng)的軟硬件結(jié)合 ， 可以組裝出來 。 此方案的原理是模數(shù) (A/D)轉(zhuǎn)換芯片的基準(zhǔn)電壓端 ， 被測量電壓輸入端分別輸入基準(zhǔn)電壓和被測電壓 。 模數(shù) (A/D)轉(zhuǎn)換芯片將被測量電壓輸入端所采集到的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號 ， 然后通過對單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行軟件編程 ， 使單片機(jī)系統(tǒng)能按規(guī)定的時序來采集這些數(shù)字信號 ， 通過一定的算法計算出被測量電壓的值 。 最后單片機(jī)系統(tǒng)將計算好了的被測電壓值 按一定的時序送入顯示電路模塊加以顯示 。 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 5 此方案不僅能夠繼承上一種方案的各種優(yōu)點 ， 還能改進(jìn)上一種設(shè)計方案設(shè)計不靈活 ， 難 于 在原基礎(chǔ)上進(jìn)行功能擴(kuò)展等不足 。 設(shè)計要求 ⑴ 以單片機(jī)為核心器件，組成一個簡單的直流數(shù)字電壓表。 ⑵ 能夠測量 05V之間的直流電壓值。 ⑶ 要求能在 LCD1602 顯示 測量值 。測量的最小分辨率為 ，測量誤差為177。 。 ⑷ 盡量使用較少的元器件。 技術(shù)要求 簡易數(shù)字電壓表應(yīng)用系統(tǒng)主要利用 A/D 轉(zhuǎn)換器，處理過程如下：先用 A/D轉(zhuǎn)換器對各路電壓值進(jìn)行采樣，得 到相應(yīng)的數(shù)字量，再按數(shù)字量與模擬量成正比關(guān)系運算得到對應(yīng)的模擬電壓值，然后把模擬值通過顯示器顯示出來。設(shè)計時假設(shè)待測的輸入電壓為 8 路，電壓值的范疇為 0~5V，要求能在 LCD 液晶 準(zhǔn)確顯示測得的電壓值 。 且 測量的最小分辨率為 ，絕對測量誤差為 + 和。 設(shè)計方案 根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，控制系統(tǒng)采用 STC89C52 單片機(jī)， A/D 轉(zhuǎn)換器采用ADC0809。 ADC0809 是 8 位的 A/D 轉(zhuǎn)換器。當(dāng)輸入電壓為 時，輸出的數(shù)據(jù)值為 255（ 0FFH），因此最大分辨率為 （ 5/255）。 ADC0809 具有 8路模擬量輸入端口，通過 3位地址輸入端能從 8 路中選擇一路進(jìn)行轉(zhuǎn)換。本設(shè)計只采集其中一路的電壓值進(jìn)行測量，即 ADC_A=1。ADC_B=1。 ADC_C=0 時采集 IN~3 輸入端電壓。在 LCD 上顯示測量的電壓值。 簡易數(shù)字電壓表應(yīng)用系統(tǒng)主要利用 A/D 轉(zhuǎn)換器，處理過程如下：先用 A/D轉(zhuǎn)換器對 IN3 端口電壓值進(jìn)行采樣，得到相應(yīng)的數(shù)字量，再按數(shù)字量與模擬量成正比關(guān)系運算得到對應(yīng)的模擬電壓值，然后把模擬值通過顯示器顯示出來。電華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 6 壓值的范疇為 0~5V，測量的最小分辨率為 ，絕對 測量誤差為 + 和。 硬件電路設(shè)計由 6 個部分組成 : A/D 轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)、顯示系統(tǒng)、時鐘電路、復(fù)位電路以及測量電壓輸入電路。硬件電路設(shè)計框圖如圖 11所示。 圖 11 數(shù)字電壓表總體設(shè)計方框圖 時鐘電路 復(fù)位電路 A/D 轉(zhuǎn)換 測量電壓輸入 LCD 顯示 STC89C52 P0 P2 P0 P2 P0 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 7 第三 章 硬件簡介 本設(shè)計單片機(jī)的選擇 常用單片機(jī)的特點比較 在這一設(shè)計中 ， 我們 用 到了一個關(guān)鍵系統(tǒng)模塊 —— 單片機(jī)系統(tǒng)模塊 ， 而目前單片機(jī)的種類是很繁多的 ， 其中最常用的 有主流的 8 位單片機(jī)和高性能的 32 位單片機(jī) ， 本設(shè)計 中 ， 8 位單片機(jī) 對于本設(shè)計已經(jīng) 完全能滿足設(shè)計需求 ， 但將用哪一種類 8的單片機(jī)呢 ？ 在這里 ， 不得不先簡單的介紹一下幾種常用的 8位 單片機(jī) 。 單片機(jī)是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機(jī)系統(tǒng) ， 具有一個完整計算機(jī)系統(tǒng) ， 其中包括 AVR 單片機(jī) ， PIC 單片機(jī) ， 51 系列單片機(jī) 。 應(yīng)用最廣的 8 位單片機(jī)還是 51系列單片機(jī) 。 51 系列單片機(jī)的特點是 ： 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 ， 使得芯片的運行速度變得更快 ，性價比更高 。 AVR 單片機(jī) 雖然具有 ： 高性能 ， 低功能 ， 高速 度 ， 性格方面比 51 單片機(jī) 高 ，轉(zhuǎn)強的驅(qū)動電壓 等優(yōu)點， 但 I/O 口使用不比 51 單片機(jī)方便 。 PIC 單片機(jī)系列是美國微芯公司的產(chǎn)品 ， 也是市面上增長最快的單片機(jī)之一 ， 屬精簡指令集單片機(jī) ，其特點是 ： 高速度 ， 高性能 ， 但在性格方面比 51 單片機(jī)要高 ， 也有專門的 ,I/O方向寄存器 ， I/O 口使用不比 51 單片機(jī)方便 。 單片機(jī)的選擇 本設(shè)計中選用是 51 系列的 STC89C52， 它是 STC 公司生產(chǎn)的一種 低功耗 ， 高性能的 CMOS8 位單片機(jī) ， 片內(nèi)含 8KB 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器和 256B 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器 ， 8k字節(jié) Flash， 512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線， 看門狗定時器 ，內(nèi)置 4KB EEPROM， MAX810 復(fù)位電路， 3 個 16 位 定時器 /計數(shù)器， 4 個外部中斷，一個 7 向量 4級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng) 51 的 5 向量 2級中斷結(jié)構(gòu)），全雙工 串行口 ， 并與 MCS51 系列單片機(jī)兼容 。 在設(shè)計中 ， 單片機(jī)起著連接硬件電路與程序運行及存儲數(shù)據(jù)的任務(wù) ， 一方面 ， 它將 A/D 轉(zhuǎn)換器 、 顯示器等通過 I/O華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 8 口地址線和數(shù)據(jù)線連接起來 ； 另一方面 ， 它將用戶下載的程序通過控制總線控制數(shù)據(jù)的輸入輸出 ， 從而實現(xiàn) 測 電壓的功能 。 圖 31 單片機(jī)總控制電路 STC89C52 單片機(jī)介紹 STC89C52 是一種帶 8K 字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲器（ FPEROMFlash Programable and Erasable Read Only Memory ）的低電壓，高性能 COMOS8 的微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用 ATMEL 搞密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51指令集和輸出管腳相兼容。 單片機(jī)總控制電路如圖 31 所示。 (1) 時鐘電路 STC89C52 內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳 RXD 和 TXD分別是此放大器的輸入端和輸出端。時鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。內(nèi)部方式的時鐘電路如圖 32 (a) 所示，在 RXD 和 TXD 引腳上外接定時元件，內(nèi)部振蕩器就產(chǎn)生自激振蕩。定時元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶體振蕩頻率可以在 ～ 12MHz 之間選擇，電容值在 5～ 30pF 之間選擇，電容值的大小可對頻率起微調(diào)的作用。 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 9 外部方式的時鐘電路如圖 32（ b）所示， RXD 接地， TXD 接外部振蕩器。對外部振蕩信號無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于 12MHz 的方波信號。片內(nèi)時鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個兩相時鐘 P1和 P2，供單片機(jī)使用。 RXD 接地， TXD 接外部振蕩器。對外部振蕩信號無特殊要求，只 要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于 12MHz 的方波信號。片內(nèi)時鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個兩相時鐘 P1和 P2，供單片機(jī)使用。 （ a）內(nèi)部方式時鐘電路 （ b）外部方式時鐘電路 圖 32 時鐘電路 RXD 接地， TXD 接外部振蕩器。對外部振蕩信號無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于 12MHz 的方波信號。片內(nèi)時鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個兩相時鐘 P1和 P2，供單片機(jī)使用。 (2) 復(fù)位及復(fù)位電路 a、復(fù)位操作 復(fù)位是單片機(jī)的初 始化操作。其主要功能是把 PC 初始化為 0000H，使單片機(jī)從 0000H 單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵重新啟動。 除 PC 之外，復(fù)位操作還對其他一些寄存器有影響，它們的復(fù)位狀態(tài)如表 31所示。 b、復(fù)位信號及其產(chǎn)生 RST 引腳是復(fù)位信號的輸入端。復(fù)位信號是高電平有效，其有效時間應(yīng)持續(xù)24個振蕩周期 (即二個機(jī)器周期 )以上。若使用頗率為 6MHz 的晶振，則復(fù)位信號華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 10 持續(xù)時間應(yīng)超過 4us 才能完成復(fù)位操作。 產(chǎn)生復(fù)位信號的電