【正文】 位） ，對(duì)此芯片的操作才有效 [16]。這就允許在同一總線上連接多個(gè) SPI 設(shè)備成為可能。接下來(lái)就負(fù)責(zé)通訊的 3 根線了。通訊是通過(guò)數(shù)據(jù)交換完成的，這里先要知道 SPI 是串行通訊協(xié)議，也就是說(shuō)數(shù)據(jù)是一位一位的傳輸?shù)?。這就是 SCK 時(shí)鐘線存在的原因，由 SCK 提供時(shí)鐘脈沖，SDI，SDO 則基于此脈沖完成數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)輸出通過(guò) SDO 線，數(shù)據(jù)在時(shí)鐘上升沿或下降沿時(shí)改變，在緊接著的下降沿或上升沿被讀取。完成一位數(shù)據(jù)傳輸，輸入也使用同樣原理。這樣，在至少 8 次時(shí)鐘信號(hào)的改變（上沿和下沿為一次） ，就可以完成 8 位數(shù)據(jù)的傳輸。 電壓顯示電路設(shè)計(jì)中采用的是 8 段 LED 數(shù)碼管 sm420364 來(lái)顯示電壓值。LED 具有耗電低、亮度高、視角大、線路簡(jiǎn)單、耐震及壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，它由 8 個(gè)發(fā)光二極管組成，其中 7 個(gè)按‘8’字型排列，另一個(gè)發(fā)光二極管為圓點(diǎn)形狀，位于右下角，常用于顯示小數(shù)點(diǎn)。把 8 個(gè)發(fā)光二極管連在一起，公共端接高電平，叫共陽(yáng)極接法，相反，公共端接低電平的叫共陰極接法，根據(jù) ZLG7289 的要求我們采用共陰極接法。當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一段筆畫(huà)或點(diǎn)就發(fā)亮，從而形成不同的發(fā)光字符。其 8 段分別命名為 dp g f e d c b a。例如，要顯示“0”，則 dp g f e d c b a 分別為：1100 0000B；要顯示“A” ，則 dp g f e d c b a 分別為：0001 0001B（共陽(yáng)極）。若要顯示多個(gè)數(shù)字，只要讓若干個(gè)數(shù)碼管的位碼循環(huán)為低電平就可以了。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，顯示電路需要至少 4 位 LED 數(shù)碼管來(lái)顯示電壓值，則有 4位 LED 循環(huán)顯示。設(shè)計(jì)中由 ZLG7289 的 SA～DP 驅(qū)動(dòng) LED 的段碼顯示，即顯示字符，由 ZLG7289 的 DIG0～DIG3 選擇 LED 位碼，即選擇點(diǎn)亮哪位 LED 來(lái)顯示。電西安工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文19路圖參考原理圖 。 小結(jié) 在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，為保證電路造價(jià)和維修的方便，在設(shè)計(jì)中我盡可能的用電路制作中的常用元件。另外除了上述器件外，其他的元件如電阻，電容的選擇都是由一些典型電路經(jīng)測(cè)試調(diào)節(jié)確定的。所以電路顯得更于理解和分析，這一點(diǎn)給也將給最后的調(diào)試帶來(lái)很大的方便。4 基于單片機(jī)數(shù)字電壓表的軟件設(shè)計(jì) 軟件系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件流程如下：開(kāi)始時(shí)首先初始化 ZLG7289，使數(shù)碼管顯示為“” ，然后調(diào)用 A/D 轉(zhuǎn)換子程序啟動(dòng) ADC0809。單片機(jī)等待查詢轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，如果有信號(hào)則通過(guò)并行口讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)，就這樣連著讀取五次數(shù)據(jù)后求平均值。再將所求得的結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算 Dout100/51,將運(yùn)算后的結(jié)果除以 10 得到千分位，再把商除以 10得到百分位，再除以 10 又分別得到十分位和個(gè)位，最后把個(gè)位，十分位，百分位和千分位通過(guò)串口發(fā)送給 ZLG7289 經(jīng)譯碼后送至數(shù)碼管顯示，此時(shí) LED 數(shù)碼管顯示的就是 ADC0809 采集的電壓值。 C51 簡(jiǎn)介C語(yǔ)言是今年來(lái)在國(guó)內(nèi)外得到迅速推廣應(yīng)用的一種計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。C語(yǔ)言功能豐富，表達(dá)力強(qiáng)，使用靈活方便，應(yīng)用面廣，目標(biāo)程序效率高，可移植性好，既具有高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)，又有低級(jí)語(yǔ)言的許多特點(diǎn)。因此，C語(yǔ)言特別適合于編寫系統(tǒng)軟件。C語(yǔ)言誕生后，許多原來(lái)用匯編語(yǔ)言編寫的軟件，現(xiàn)在可以用C語(yǔ)言編寫了，而學(xué)習(xí)和使用C語(yǔ)言要比學(xué)習(xí)和使用匯編語(yǔ)言容易得多 [17]。51 的編程語(yǔ)言常用的有二種，一種是匯編語(yǔ)言，一種是C 語(yǔ)言。匯編語(yǔ)言的機(jī)器代碼生成效率很高但可讀性卻并不強(qiáng)，復(fù)雜一點(diǎn)的程序就更是難讀懂，而C 語(yǔ)言在大多數(shù)情況下其機(jī)器代碼生成效率和匯編語(yǔ)言相當(dāng)，但可讀性和可移植性卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)匯編語(yǔ)言，而且C 語(yǔ)言還可以嵌入?yún)R編來(lái)解決高時(shí)效性的代碼編寫問(wèn)題。對(duì)于開(kāi)發(fā)周期來(lái)說(shuō)，中大型的軟件編寫用C 語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)周期通常要小于匯編語(yǔ)言很多 [17]。4 基于單片機(jī)數(shù)字電壓表的軟件設(shè)計(jì)20Keil C51是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，Keil C51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全——Windows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì) [18]。設(shè)計(jì)步驟：1. 建立一個(gè)新的項(xiàng)目；2. 選擇所用單片機(jī)；3. 在新建立的項(xiàng)目中加入程序；4. 保存運(yùn)行；5. 編譯是否通過(guò)。 程序流程圖系統(tǒng)軟件的總體框架如圖 所示：Y開(kāi)始系統(tǒng)初始化啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換采集 A/D 轉(zhuǎn)換值是否采集五次？對(duì)五次求平均值顯示數(shù)值N西安工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文21系統(tǒng)上電即初始化，首先，單片機(jī)片選A/D轉(zhuǎn)換器，然后發(fā)出信號(hào)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。，不斷掃描A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束端口有無(wú)結(jié)束信號(hào)。若有，即啟動(dòng)信號(hào)采集，對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)輸出口送來(lái)的數(shù)值進(jìn)行存儲(chǔ)，又重新開(kāi)始，并且準(zhǔn)備下一次的采集；若沒(méi)有，則繼續(xù)等待。每當(dāng)采集系統(tǒng)采集一次，a的值就自增1，直至采集滿5次時(shí)歸零，然后單片機(jī)一邊對(duì)數(shù)據(jù)處理，一邊進(jìn)入下一次的掃描。數(shù)據(jù)處理完之后，通過(guò)SPI總線將數(shù)據(jù)傳給ZLG7289，ZLG7289把接收到的數(shù)據(jù)譯碼后送顯示器顯示出來(lái)。 數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計(jì)（1） ． ADC0809 內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與 AT89S51 單片機(jī)直接相連。（2） ． 初始化時(shí)，使 ST 和 OE 信號(hào)全為低電平。（3） ． 送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到 A，B，C 端口上。（4） ． 在 ST 端給出一個(gè)至少有 100ns 寬的正脈沖信號(hào)。（5） ． 是否轉(zhuǎn)換完畢，根據(jù) EOC 信號(hào)來(lái)判斷。（6） ． 當(dāng) EOC 變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，這時(shí)給 OE 為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了。 數(shù)據(jù)處理模塊的設(shè)計(jì) 為了得到更高精度和曾強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力，當(dāng)微處理器從 ADC0809 讀取數(shù)據(jù)后，把連續(xù)讀入的 5 次數(shù)據(jù)進(jìn)行累加求平均值： （）再由單片機(jī)對(duì) VO進(jìn)行標(biāo)度變換，得到被測(cè)電壓數(shù)值： （）但是單片機(jī)在進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算時(shí)結(jié)果只讀取整數(shù)部分，且要顯示的是三位小數(shù)，所以需要給 VIN乘以 1000： 10??Vinm（）5521DouttDout??? 52??Voin西安工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文22用取余數(shù)的方法將電壓值按位輸出 [5]： 千分位 取余數(shù)輸出百分位 取余數(shù)輸出 十分位 取余數(shù)輸出 原程序見(jiàn)附錄 A 小結(jié)這一章中主要介紹了軟件部分的設(shè)計(jì)方法，另外要注意的是在程序設(shè)計(jì)上，首先要根據(jù)電路功能要求和硬件電路圖畫(huà)出程序流圖。然后再寫出程序，在程序的編譯過(guò)程中很難避免會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，這就需要編譯器的提示和個(gè)人的分析，檢查出錯(cuò)誤所在，并且修正直到編譯的通過(guò)為止。為了盡可能減少錯(cuò)誤的出現(xiàn)和檢查的方便，在寫程序時(shí)，最好按照規(guī)范的程序?qū)懛ㄈ懀⑶易詈眉由显敿?xì)的注釋。5 基于單片機(jī)數(shù)字電壓表的抗干擾設(shè)計(jì) 硬件系統(tǒng)的可靠性與抗干擾設(shè)計(jì)硬件抑制干擾主要從形成干擾的三個(gè)方面采取措施 [19][20]：（1）消除和抑制噪聲源（2）破壞干擾通道 （3）消弱接受電路對(duì)抗噪聲干擾信號(hào)的敏感性對(duì)此采用的抗干擾措施有以下幾種方法： 供電系統(tǒng)抗干擾措施 任何電源及輸入線路都存在內(nèi)阻，正是這些內(nèi)阻引進(jìn)了電源的噪聲干擾。如果無(wú)內(nèi)阻存在，任何噪聲都會(huì)被電源短路吸收，在線路中不會(huì)建立任何干擾電壓。為保證電子線路正常工作，防止從電源引入干擾，采取以下措施：用交流穩(wěn)壓器供電可保證供電的穩(wěn)定性，防止電源系統(tǒng)的過(guò)壓與欠壓，有利于提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性 [19]。 （1）低通濾波器：電源系統(tǒng)的干擾源大部分是高次諧波，因此采用低通濾波器濾去高次諧波，以改善電源波形。 （2）退耦濾波器：一個(gè)直流電源同時(shí)對(duì)幾個(gè)電路供電，為了避免通過(guò)電源內(nèi)10VmOq?bs5 基于單片機(jī)數(shù)字電壓表的抗干擾設(shè)計(jì)23阻造成幾個(gè)電路之間互相干擾，應(yīng)在每個(gè)電路的直流電源進(jìn)線處加裝退耦濾波電容 [19]。 接地 接地是抑制干擾的重要方法，如能將接地和屏蔽正確結(jié)合起來(lái)，就可以解決大部分干擾問(wèn)題。在電子電路中，地線有系統(tǒng)地、機(jī)殼地（屏蔽地） 、數(shù)字地（邏輯地）和模擬地等。如果一個(gè)電路有兩點(diǎn)和兩點(diǎn)以上接地，則由于兩點(diǎn)間的地電位差而會(huì)引起干擾，因此一般采用“單點(diǎn)接地” [20]。1．單點(diǎn)接地 多級(jí)電路通過(guò)公共接地母線后在一點(diǎn)接地，如圖 （a）所示。此方法雖然避免了多點(diǎn)接地因地電位差所引起的干擾，但在公共地線上卻存在著 A、B和 C 三個(gè)不同的對(duì)地電位差。如果各級(jí)電平相差不大，這種接地方式可以使用，反之則不能使用。因?yàn)楦唠娖綍?huì)產(chǎn)生較大的地電流，并且使這個(gè)干擾串入到底電平電路中去。這種接地方式僅限于級(jí)數(shù)不多、各級(jí)電平差異不大或抗干擾能力較強(qiáng)的數(shù)字電路 [20]。圖 （b）圖是另一種單點(diǎn)接地方式。此時(shí)，A、B 和 C 三點(diǎn)對(duì)地電位只與本電路的地電流和地線阻抗有關(guān)，各電路之間的電流不形成耦合，該種接地方式一般用于工作頻率在 1MHz 以下的電路。 a b 圖 接地方式2．?dāng)?shù)字、模擬電路的接地分開(kāi)一個(gè)系統(tǒng)既有高速數(shù)字電路，又有模擬電路，為避免數(shù)字電路對(duì)模擬電路的工作造成干擾，兩者的接地不要相混，而分別與電源端地線相連 [21]。 傳輸通道的抗干擾措施在電子電路信號(hào)的傳輸過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生通道干擾。為了保證傳輸?shù)目煽啃裕?在本設(shè)計(jì)中采取盡可能小連線距離和盡可能大的 PCB 布線寬度，這樣使電磁波對(duì)信號(hào)的影響降到了最小。 軟件系統(tǒng)的可靠性與抗干擾設(shè)計(jì)按照可靠性理論，程序設(shè)計(jì)最主要任務(wù)是，確保應(yīng)用程序按照給定的順序有秩序地運(yùn)行。有序運(yùn)行的基礎(chǔ)是硬件的可靠性，可靠性高的硬件基礎(chǔ)可以確西安工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文24保不出現(xiàn)硬件故障；但是在使用時(shí)，大量的干擾源雖然不會(huì)造成單片機(jī)硬件系統(tǒng)的破壞，卻常常會(huì)破壞數(shù)字信號(hào)的時(shí)序，更改單片機(jī)寄存器內(nèi)容，導(dǎo)致程序運(yùn)行的不正常。因此，在提高硬件的基礎(chǔ)上，必須在程序設(shè)計(jì)中采取措施，提高軟件的可靠性，減少軟件錯(cuò)誤的發(fā)生保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行 [22]。 軟件的抗干擾設(shè)計(jì)有關(guān)方面很多，在本設(shè)計(jì)中只對(duì)軟件的本質(zhì)可靠性加以考慮，即本質(zhì)可靠性程序設(shè)計(jì)：它是指程序可以不依靠附加的部分就可以完成規(guī)定的功能。為了做到程序設(shè)計(jì)的本質(zhì)可靠性，程序設(shè)計(jì)中從以下幾個(gè)方面做了考慮： 程序在編寫和調(diào)試時(shí)對(duì)系統(tǒng)將來(lái)所處的環(huán)境不可能做到完全的模擬，因此，看似正確的程序，實(shí)際上還存在一定的缺陷。這些缺陷，有的是顯性的，可以通過(guò)進(jìn)一步的調(diào)試與仿真加以改進(jìn)，還有是隱性的，如因?yàn)樾盘?hào)的延時(shí)而造成程序的判斷錯(cuò)誤。這就要求在編寫程序時(shí)，需作綜合、全面、動(dòng)態(tài)的考慮。 數(shù)字系統(tǒng)的協(xié)調(diào)、有序運(yùn)行離不開(kāi)正確的時(shí)序。系統(tǒng)在單片機(jī)的控制下，實(shí)現(xiàn)分時(shí)操作，程序運(yùn)行完全依靠時(shí)序調(diào)度、切換控制。 （1）復(fù)位時(shí)序 在系統(tǒng)中，通常需要復(fù)位的不僅僅是單片機(jī)，一些帶有工作寄存器的外圍器件也要復(fù)位（如本次設(shè)計(jì)中的 ZLG7289） ，在軟件復(fù)位時(shí)，必須先復(fù)位外圍器件，再?gòu)?fù)位主器件。 （2）器件工作時(shí)序 器件工作時(shí)序是器件應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。程序中必須保證時(shí)序工作的正確性，而且要有足夠的序裕度。例如：ZLG7289 片選信號(hào) 的建立時(shí)間最小CS為 25μs，必須延時(shí) 25μs 后才能發(fā)揮后續(xù)指令，這是由器件的工作特性決定的。在考慮器件運(yùn)行時(shí)序時(shí)，單片機(jī)的操作必須保證時(shí)序信號(hào)的銜接控制和時(shí)序信號(hào)的時(shí)序裕度。 （3）總線時(shí)序 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，有并行總線與串行總線，串行通信中又有通信總線與擴(kuò)展總線。這些總線在規(guī)范化操作時(shí)，其時(shí)序由數(shù)據(jù)通信協(xié)議保證，在非規(guī)范運(yùn)行，例如在虛擬總線方式下，其虛擬總線運(yùn)行的可靠性在于時(shí)序的準(zhǔn)確模擬。所以在數(shù)字電壓表的程序設(shè)計(jì)中必須嚴(yán)格按照 ZLG7289 的 SPI 總線時(shí)序進(jìn)行設(shè)計(jì) [23]。 小結(jié) 抗干擾的方法很多，以上介紹的只是本設(shè)計(jì)中所采用的。這些方法也是電路設(shè)計(jì)中最常用和最好用的，但是對(duì)于軟件抗干擾就不是所有的電路所能做到的，它只能在含有微處理單元的電路中才可以去實(shí)現(xiàn)。并且可以通過(guò)軟件的方法去補(bǔ)償一些硬件不能達(dá)到的調(diào)節(jié)，或者通過(guò)擬合曲線去處理一些非線形的數(shù)西安工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文25據(jù)。這也是電路中應(yīng)用微處理器的一大益處。6 電路制作及調(diào)試 PCB 板的制作CAD 是 Computer Aided Design(計(jì)算機(jī)輔助制圖)的簡(jiǎn)稱。CAD 的特點(diǎn)是速度快，準(zhǔn)確性高，能極大地減輕工程技術(shù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。電子線路 CAD 的基本含義是使用計(jì)算機(jī)來(lái)完成電子線路的設(shè)計(jì)過(guò)程，包括電路原理圖的編輯、電路功能仿真、工作環(huán)境模擬、印制板設(shè)計(jì)（自動(dòng)布線、手動(dòng)布線）與檢測(cè)等。電子線路 CAD 軟件還能迅速形成各種各樣的報(bào)表文件，如元件清單報(bào)表