【導讀】算，邏輯運算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理)的微處理器。單片機可單獨地完成現(xiàn)代工。業(yè)控制所要求的智能化控制功能，這是單片機最大的特征。轉(zhuǎn)換器的一種電壓測量電路。主要包括硬件電路設計和軟件程序設計。包括數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)處理模塊和輸出顯示模塊。實現(xiàn)多檔自動換擋及測量。A/D轉(zhuǎn)換后得到的信號進行處理。程序等幾個子程序模塊。換檔，使用LCD液晶顯示測量的電壓值。

　　

【正文】 號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。 E（ 6 腳） E 端為使能端，當 E 端由高電平跳變成低電平時， 模塊執(zhí)行命令。 D0D7（ 7— 14 腳 ） D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。 BLA（ 15 腳） 液晶屏背光 正極 ，接 +5V BLK（ 16 腳） 液晶屏背光 負極 ，接地 寄存器選擇控制 表如下： 西南石油大學本科畢業(yè)設計（論文） 22 表 寄存器選擇控制表 RS R/W 操作說明 0 0 寫入指令寄存器（清除屏等） 0 1 讀 busy flag（ DB7），以及讀取位址計數(shù)器（ DB0~DB6）值 1 0 寫入數(shù)據(jù)寄存器（顯示各字型等） 1 1 從數(shù)據(jù)寄存器讀取數(shù)據(jù) 74HC4051的功能介紹 74HC4051 芯片簡介 74HC4051 是一款高速 CMOS 器件， 74HC4051 引腳兼容低功耗肖特基 TTL（ LSTTL）系列。 74HC4051 遵循 JEDEC 標準 。 引腳功能說明 圖 CD4051 引腳圖 74HC4051 是 8 通道模擬多路選擇器 /多路分配器，帶有 3 個數(shù)字選擇端（ S0至 S2）， 1 個低有效使能 端（ E）， 8 個獨立輸入 /輸出端（ Y0 至 Y7）和 1 個公共輸入 /輸出端（ Z）。 基于單片機的數(shù)字電壓表 設計與實現(xiàn) 23 E 為低時， 8 個開關(guān)的其中之一將被 S0 至 S2 選中（低阻態(tài)）。 E 為高時，所有開關(guān)都進入高阻態(tài)，直接無視 S0 至 S2。 VCC 和 GND 是數(shù)字控制端（ S0 至 S2， E）的供電引腳， 74HC4051 的 VCC至 GND 范圍為 V～ V。 74HC4051 的模擬輸入 /輸出端（ Y0 至 Y7， Z）在上限 VCC 和下限 VEE 之間擺動， VCCVEE 應當不超過 V。 作為一個數(shù)字多路選擇器 /多路分配器， VEE 將被連接到 GND 上（一般是接地 ）。 表 74HC4051 真值 表 LM324 的功能介紹 LM324的功能簡介 LM324 系列器件帶有真差動輸入的四 運算放大器 。與單電源應用場合的標準運算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點。該四放大器可以工作在低到 伏或者高到 32 伏的電源下，靜態(tài)電流為 MC1741 的靜態(tài)電流的五分之一。 LM324 系列由四個獨立的，高增益，內(nèi)部頻率補償運算放大器，其中專為從單電源供電的電壓范圍經(jīng)營。從分裂電源的操作也有可能和低電源電流消耗是獨立的電源電壓的幅度。 應用領(lǐng)域包括傳感器放大器，直流增益模塊和所有傳統(tǒng)的運算放大器現(xiàn)在可以更容易地在單電源系統(tǒng)中實現(xiàn)的電路。例如，可直接操作的 LM324 系列，這是用來在數(shù)字系統(tǒng)中，輕松地將提供所需的接口電路，而無需額外的 177。15V 電源標準的 5V 電源電壓。 西南石油大學本科畢業(yè)設計（論文） 24 引腳功能說明 圖 LM324 的引腳圖 運 放 的 1， 2， 3 腳是一組 ； 5， 6， 7 腳是一組， 8， 9， 10 腳是一組 ； 12，13， 14 腳是一組， 其余 兩個腳是電源， 1， 7， 8， 14 是各組放大器的輸出腳，其它的就是輸入腳。 7805 的功能介紹 7805 的功能簡介 用 78/79 系列三端穩(wěn)壓 IC 來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜。 引腳功能說明 圖 7805 引腳圖 基于單片機的數(shù)字電壓表 設計與實現(xiàn) 25 第 6 章 軟硬件綜合調(diào)試 測試結(jié)果分析 本次設計的軟硬件調(diào)試完成后，就可以進入軟硬件綜合調(diào)試階段了 。 將源程序編譯生成 HEX 文件用 T0P852 燒錄器寫入 AT89S52 單片機中，按照調(diào)整好的電路圖焊接好萬能板，將 ADC0809 的輸入通道接上 電壓，調(diào)整電壓值可以看見LCD1602 上顯示出相應的數(shù)字量，如表 所示。 表 測試結(jié)果分析 輸入信號（ VPP） 輸出信號（測量值） 理論值 絕對誤差 相對誤差 9mv % 107mv 119mv 107mv 12mv % 409mv 415mv 409mv 6mv % 621mv 627mv 621mv 6mv % 916mv 917mv 916mv 1mv % 1050mv 1051mv 1050mv 1mv % 1674mv 1670mv 1672mv 2mv % % 0 0 % % 0 0 % 0 0 % 0 0 0 0 西南石油大學本科畢業(yè)設計（論文） 26 0 0 0 0 % % % 0 0 % % 絕對誤差 =|輸出信號 輸入信號 | 相對誤差 =絕對誤差 /理論值 100% 測試結(jié)果分析： 精度是偏移誤差、增益誤差、積分線性誤差、微分線性誤差 、溫度漂移等綜合因素引起的總誤差。因量化誤差是模擬輸入量在量化取整過程中引起的，因此，分辨率直接影響量化誤差的大小。量化誤差是一種原理性誤差，只與分辨率有關(guān)，與信號的幅度，采樣速率無關(guān)，它只能減小而無法完全消除，只能使其控制在一定的范圍之內(nèi)，一般在 177。1 ／ 2LSB 范圍內(nèi)。除此之外，影響該轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的因素還有數(shù)字萬用表精度以及參考電源精度等。 軟件調(diào)試 軟件調(diào)試是利用 KEIL C51 軟件進行調(diào)試，新建工程后新建文件，寫好程序后進行編譯，最后生成 HEX 文件，通過燒錄機將程序燒入單片機即可。 KEIL C51 軟件簡介： 支持 8051 微控制器 體系結(jié)構(gòu)的 KEIL 開發(fā)工具，產(chǎn)業(yè)標準的 KEIL C 編譯器 、宏匯編器、調(diào)試器、實時內(nèi)核、單板計算機和仿真器，支持所有的 251 系列微控制器 。 硬件調(diào)試 利用萬用板焊接的電路具有自由布局的優(yōu)點，同時也存在焊接不 牢，線路復雜的缺點，為了減少布線，我采用了 杜邦線來進行靈活插線，在進行硬件調(diào)試時利用示波基于單片機的數(shù)字電壓表 設計與實現(xiàn) 27 器觀測波形變化，檢查電路焊接等。 在剛開始調(diào)試時， CLK 端輸入的頻率是由單片機定時器產(chǎn)生的 2KHZ 的頻率，遠小于 ADC0809 的工作頻率，電壓顯示不穩(wěn)定，幾個錯誤的電壓值來回跳動，后改變 TH1=(6553640)/256。TL1=(6553640)%256。使得輸出大于 10KHZ，電壓表顯示正常。 在后期調(diào)試中，電阻的精度和基準電源的輸入變化也成為影響結(jié)果的因素，經(jīng)過多次調(diào)試使得各檔位的電壓測量值誤差減小不少。 西南石油大學本科畢業(yè)設計（論文） 28 結(jié) 論 在 A/D 轉(zhuǎn)換部分軟件的設計中，首先要考慮到 A、 B、 C 分別接地址鎖存器提供的低三位地址，只要把三位地址寫入 ADC0809 中的地址鎖存器，就實現(xiàn)了模擬通道選擇 IN0。 在本次設計中只用到了一路輸入。 單片機為 8 位處理器，當輸入電壓為 時，輸出數(shù)據(jù)值為 255（ FFH），決定了該電壓表的最大分辨率（精度）只能達到 。測試時電壓數(shù)值的變化一般以 的電壓幅度變化 。 在 200MV 檔中，電壓值的變化是由 0200MV 變化，而模擬開關(guān)的變化為 05V 變化，所以在此檔位中電壓表的 絕對 精度是 （ 200/255）；在 2V 檔中，電壓值的變化是由 2002020MV 變化，模擬開關(guān)的變化為 05V 變化，所以在此檔位中電壓表的 絕對 精度是 （ 1800/255）；在 20V 檔中，電壓值的變化是由 22MV 變化，模擬開關(guān)的變化也為 05V變化，所以在此檔位中電壓表的 絕對精度是 （ 18/255）。 本次設計成功的完成了基于 AT89S52 單片機的數(shù)字電壓表設計任務，輸入 020V直流電壓 ，單片機轉(zhuǎn)化為模擬量進行初始判斷后， 利用模擬開關(guān) 實現(xiàn) 了 200MV、 2V、20V 自動換擋， 能夠在 LCD 液晶屏 上 顯示相應的數(shù)字量電壓值， 20V 檔 精確到小數(shù)點后兩位 ； 2V 檔時作為 2020MV 的量程顯示 4 位有效數(shù)字； 200MV 檔時精確到小數(shù)點后一位 。 基于本設計中的電路，還可以擴展很多其它方面的功能如： 1）本次設計在采集模擬電壓量時只用到了 ADC0809 的 IN0 通道，完全可以通過編程實現(xiàn)多通道輸入，并在 LCD 液晶顯示屏 上顯示相對應的通道值。 2）可采用高精度的 A/D 轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn)更大的量程和更高的精度。 3) 可以利用單片機串口通信將電壓值傳送至電腦進行同步顯示和后期處理。 基于單片機的數(shù)字電壓表 設計與實現(xiàn) 29 參 考 文 獻 [1] 徐愛鈞 。 《 智能化測量控制儀表原理與設計》（第二版 ） 。 北京：北京航空航天大學出版社 。 2020。 45102 [2] 吳金戌 ， 沈慶陽 ， 郭庭吉 。 《 8051 單片機實踐與應用》 。 北京：清華大學出版社 。 2020。 2360 [3] 正瑾 。 電子設計競賽賽題解析 。 南京：東南大學出版社 。 2020： 111117 [4] 高峰 。 《單片微型計算機與接口技術(shù)》 。 北京：科學出版社 。 2020。 5078 [5] 李建中 。 《單片機原理及應用》，西安電子科技大學出版社 。 2020。 1090 [6] 朱定華 。 《單片機原理及接口技術(shù)實驗》 。 北方交通大學 出版社 。 2020。 4555 [7] 房小翠 ， 王金鳳 。 《單片機實用系統(tǒng)設計技術(shù)》 。 國防工業(yè)出版社 。 1999。 519 [8] 王松武 。 《電子創(chuàng)新設計與實踐》 。 國防工業(yè)出版社 。 2020。 748 [9] 馮志溪 。 《電氣工程設計》 。 北京：機械工業(yè)出版社 。 2020。 876 [10] 佟為明：《低壓電器繼電器及其控制系統(tǒng)》 。 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)出版社 。2020。 2080 [11] 莫正康 。 《電力電子應用技術(shù)》 。 機械工業(yè)出版社 。 2020。 12103 [12] 崔家佩 ， 孟慶炎 ， 陳永芳 ， 熊炳耀 。 電力系統(tǒng)繼電保護與安全 自動裝置整定計算 。 中國電力出版社 。 1993。 155 [13] 彭為 。 單片機典型系統(tǒng)設計實例精講 。 電子工業(yè)出版社 。 2020。 1:14100 [14] 汪德彪 。 MCS51 單片機原理及接口技術(shù) 。 電子工業(yè)出版社 。 2020:167 [15] 王維儉 。 《電氣主設備繼電保護原理與應用》 (第 2 版 )。 中國電力出版社 。 2020。 1134 [16] 閻石 。 數(shù)字電子技術(shù)基礎（第三版）．北京：高等教育出版社 。 2020。 2056 西南石油大學本科畢業(yè)設計（論文） 30 謝 辭 兩個月的時間很快過去了 ， 通過這一階段的努力，我的畢業(yè)論文《 基于單片機的數(shù)字電壓表的設計與實現(xiàn) 》終于完成了，這意味著大學生活即將結(jié)束。在大學階段，我在學習上和思想上都受益非淺，這除了自身的努力外，與各位老師、同學和朋友的關(guān)心、支持和鼓勵是分不開的。 寫作畢業(yè)論文是一次再 次 系統(tǒng)學習的過程，畢業(yè)論文的完成，同樣也意味著新的學習生活的開始。非常感謝 陳濤老師，陳濤 老師在我大學的最后學習階段 —— 畢業(yè)設計階段給自 己的指導，從最初的定題，到資料收集，到寫作、修改，到論文定稿，老師給了我耐心的指導和 無私的幫助。為了指導我們的畢業(yè)論文，老師 放棄了自己的休息時間， 這種無私奉獻的敬業(yè)精神令人欽佩，在 此我向陳濤老師 表示我誠摯的謝意。陳老師指引我的論文的寫作的方向和架構(gòu)，并對本論文初稿進行逐字批閱，指正出其中誤謬之處，使我有了思考的方向，他的循循善誘的教導和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪，他的嚴謹細致、一絲不茍的作風，將一直是我工作、學習中的榜樣。陳老師要指導很多同學的論文，加上本來就有的教學任務，工作量之大可想而知，但在一次次的回稿中，精確到每一個字的 批改給了我深刻的印象，使我在論文之外明白了做學問所應有的態(tài)度。在此謝謝陳老師在我撰寫論文的過程中給與我的極大地幫助。 同時，感謝所有任課老師和所 有同學在這四年來給自己的指導和幫助，是他們教會了我專業(yè)知識，教會了我如何學習，教會了我如何做人。正是由于他們，我才能在各方面取得顯著的進步，在此向他們表示我由衷的謝意，并祝所有的老師培養(yǎng)出越來越多的優(yōu)秀人才，桃李滿天下！ 基于單片機的數(shù)字電壓表 設計與實現(xiàn) 31 附錄 1 電路原理圖 西南石油大學本科畢業(yè)設計（論文） 32 附錄 2 靜態(tài)電路圖 基于單片機的數(shù)字電壓表 設計與實現(xiàn) 33 附錄 3 動態(tài)顯示圖