【導(dǎo)讀】在電量的測(cè)量中，電壓，電流和頻率是最基本的三個(gè)被測(cè)量。其中，電壓量的測(cè)。而且隨著電子技術(shù)的發(fā)展，更需要測(cè)量弱電的電壓，所以毫伏電壓表就。成為一種必不可少的測(cè)量?jī)x器。另外，由于數(shù)字式儀器具有讀數(shù)準(zhǔn)確方便，精度高，誤差小，靈敏度和分辨率高，測(cè)量速度快等特點(diǎn)，而倍受用戶青睞。處理后，由七段數(shù)碼LED顯示出來(lái)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)輸入信號(hào)的電壓值顯示測(cè)量。

　　

【正文】 不同亮暗的組合 就能形成不同的字型，這種組合稱為字型碼。共陽(yáng)極和共陰極的字型碼是不同的，如下表 41 所示。 表 41 LED數(shù)碼管字型碼 表 顯示字符 共陰極字符 共陽(yáng)極字符 0 3FH C0H 1 06H F9H 2 5BH A4H 3 4FH B0H 4 66H 99H 5 6DH 92H 6 7DH 82H 7 07H F8H 8 7FH 80H 9 6FH 90H A 77H 88H b 7CH 83H C 39H C6H d 5EH A1H E 79H 86H F 71H 8EH H 76H 89H P 73H 8CH 8155可編程接口芯片設(shè)計(jì) Intel 8155 是一個(gè)具有 RAM、 I/O 和計(jì)數(shù)器的通用可編程接口芯片。其具有的資源為： (1)256B 的靜態(tài) RAM； (2)兩個(gè)可編程的 8 位并行 I/O 口 PA和 PB； (3)一個(gè)可編程的 6 位并行 I/O 口 PC； (4)一個(gè)可編程 14位減計(jì)數(shù)器 TC； 26 (5)8 位地址鎖存器。 8155 的內(nèi)部組成及引腳說(shuō)明 1. 8155 各引腳的功能為： (1) 地址 /數(shù)據(jù)線 AD0～ AD7（ 8 條）：是低 8位地址線和數(shù)據(jù)線的共用輸入總線，常和 MCS51單片機(jī)的 P0口相連，用于分時(shí)傳送地址和數(shù)據(jù)； (2) PA0～ PA PB0～ PB7：為 A、 B口線，用于和外設(shè)之間傳遞數(shù)據(jù)； (3) PC0～ PC5為 C端口線，既可與外設(shè)傳送數(shù)據(jù)，也可以作為 A、 B 口的控制絡(luò)線； (4) CS：片選線，低電平有效。 (5) RESET：復(fù)位線，通常與單片機(jī)的復(fù)位端相連。 (6) ALE：地址鎖存線，高電平有效。 PA0～ PA7 PB0～ PB7 VSS(GND) VCC(＋ 5 V) PC0～ PC7 C A B 計(jì)數(shù)器 14 定時(shí) 位 RAM 靜態(tài) 字節(jié) 256 RD ALE CE AD0～ AD7 IO/M WR R E S E T TIMER IN TIMER OUT 圖 42 8155的內(nèi)部接口圖 AD012P A 021AD113P A 122AD214P A 223AD315P A 324AD416P A 425AD517P A 526AD618P A 627AD719P A 728P B 029CE8P B 130RD9P B 231WR10P B 332I O / M7P B 433A L E11P B 534P B 635P B 736T M R O U T6P C 037P C 138T M R I N3P C 239P C 31P C 42R E S E T4P C 558155圖 43 8155的引腳封裝圖 27 (7) IO/M： RAM 或 I/O 口的選擇線。當(dāng)為 0 時(shí)，選中 8155 的 256 B RAM；當(dāng)為 1時(shí)， 選中 8155 片內(nèi) 3個(gè) I/O 端口以及命令 /狀態(tài)寄存器和定時(shí) /計(jì)數(shù)器。 (8) RD 和 WR：讀 /寫線，控制 8155 的讀、寫操作。 (9) TMRIN（ TI）：定時(shí) /計(jì)數(shù)器的脈沖輸入端。 (10) TMROUT（ TO）：定時(shí) /計(jì)數(shù)器的輸出信號(hào)端。 (11) VCC：電源端。 (l2)GND：接地端。 8155 的 RAM和 I/O口地址編碼 8155 當(dāng) IO/M 為 0 時(shí)，單片機(jī)對(duì) 8155 的 RAM 進(jìn)行操作，共 256B，低八位的地址為： 00H— 0FFH 8155 當(dāng) IO/M 為 1 時(shí)，單片機(jī)對(duì) 8155 的 I/O 口進(jìn)行操 作。 表 42 8155內(nèi)部寄存器地址分配表 低八位地址 I/O口 xxxxx000B 命令 /狀態(tài)口 xxxxx001B PA口 xxxxx010B PB口 xxxxx011B PC口 xxxxx100B 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器低字節(jié)寄存器 xxxxx101B 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器高字節(jié)寄存器 8155 I/O 的工作方式 8155 I/O 的工作方式有兩種 : 基本 I/O 和選通 I/O。 1. 基本 I/O 基本 I/O 為無(wú)條件傳送 , 不需任何聯(lián)絡(luò)信號(hào) , 8155 的 A口、 B口、 C口都可 以工作于該方式。 2. 選通 I/O 選通 I/O為條件傳送 , 傳送的方式可用查詢方式 , 也可用中斷方式。 8155 的 A 口、 B口均可工作于此方式 , 這時(shí)需由 C口提供聯(lián)絡(luò)控制信號(hào)線。 這些聯(lián)絡(luò)控制信號(hào)線有 : (1) BF: I/O 緩沖器滿標(biāo)志 , 輸出 , 高電平有效。 28 (2) STB: 選通信號(hào) , 輸入 , 低電平有效。 (3) INTR: 中斷請(qǐng)求信號(hào) , 輸入 , 低電平有效。 8155 的命令 /狀態(tài)字 8155 有一個(gè)命令 /狀態(tài)字寄存器 , 實(shí)際上這是兩個(gè)不同的寄存器 , 分別存放命令字 和狀態(tài)字。由于對(duì)命令寄存器只能進(jìn)行寫操作 , 對(duì)狀態(tài)寄存器只能進(jìn)行讀操作 , 因此把它們統(tǒng)一編址 , 合稱命令 / 1. 8155 命令字格式命令字共 8 位 , 用于定義 I/O 口及定時(shí)器的工作方式。 圖 44 8155 命令字格式 對(duì) C口工作方式的說(shuō)明 : D3D2=00（ ALT1） : A 口、 B口為基本 I/O, C 口為輸入。 D3D2=11（ ALT2） : A 口、 B口為基本 I/O, C 口為輸出。 D3D2=01（ ALT3） : A 口為選通 I/O, B 口為基本 I/O, C 口低 3 位為聯(lián)絡(luò)信號(hào) , 高 3 位輸出。 TM1 TM2 IEB IEA PC2 PC1 PA PB A 口方式 B 口方式 B口 A口 計(jì)數(shù)器 方式 00:空操作 01:停止計(jì)數(shù) 10:計(jì)滿后停止 11:開始計(jì)數(shù) 0:輸入 1:輸出 0:禁止中斷 1:允許中斷 00 11 01 10 方式 1:A、 B口基本 I/O； C口輸入 方式 2:A、 B口基本 I/O； C口輸出 方式 3:A口選通 I/O； B口基本 I/O 方式 4:A、 B口選通 I/O 29 D3D2=10（ ALT4） : A 口、 B 口均為選通 I/O, C 口低 3位作 A 口聯(lián)絡(luò)信號(hào) , 高 3 位作 B 口聯(lián)絡(luò)信號(hào)。 8155 定時(shí)器／計(jì)數(shù)器的工作方式由命令字中的高兩位 D7D6 進(jìn)行控制。具體說(shuō)明知下： D7D6=00 不影響計(jì)數(shù)器工作。 D7D6=01 停止計(jì)數(shù)。如計(jì)數(shù)器未啟動(dòng)則無(wú)操作，知計(jì)數(shù)器正運(yùn)行則停止計(jì)數(shù)。 D7D6=10 達(dá)到計(jì)數(shù)值（計(jì)數(shù)器減為 0）后停止。 D7D6=11 啟動(dòng)。如計(jì)數(shù)器沒(méi)運(yùn)行，則在裝入計(jì)數(shù)值后開始計(jì)數(shù)；如計(jì) 數(shù)器已運(yùn)行，則在當(dāng)前計(jì)數(shù)值計(jì)滿后，再以新的計(jì)數(shù)值進(jìn)行計(jì)數(shù)。 2. 狀態(tài)字 圖 45 8155命令字格式 A口中斷請(qǐng)求標(biāo)志： 0:無(wú) 。 1:有 A口緩沖器 ： 0:空 。 1:滿 A口中斷允許： 0:禁止 。 1:允許 B口中斷請(qǐng)求標(biāo)志： 0:無(wú) 。 1:有 B口緩沖器： 0:空 。 1:滿 B口中斷允許： 0:禁止 。 1:允許 定時(shí)器中斷標(biāo)志 : 1:有定時(shí)器溢出中斷 0:讀狀態(tài)字后或硬件復(fù)位后 INTEB TIMER BFB INTRB INTEA INTRA BFA 30 5 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 數(shù)字交流毫伏表概述 本文設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字的交流毫伏表，以低功耗單片機(jī) AT89C51 為主控制器。本設(shè)計(jì)數(shù)字交流毫伏表主要有電源，由衰減電路、放大電路和微型繼電器組成的信號(hào)可調(diào)衰減 放大 模塊，真有效值直流 (RMSDC)變換模塊， A/D 轉(zhuǎn)換模塊，單片機(jī)模塊，數(shù)字顯示模塊等部分組成。 設(shè)計(jì)的總體思路是首先將濾波后的模擬信號(hào)通過(guò) 衰減 放大 電路將電壓值轉(zhuǎn)換到 RMSDC 變換器的工作電壓范圍內(nèi)，然后讓變換結(jié)果通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換后直接進(jìn)入單片機(jī)，經(jīng)軟件部分的相應(yīng)處理后送液晶顯示。若輸入的被測(cè)信號(hào)電壓不在合適的量程之內(nèi)，單片機(jī)經(jīng)過(guò)判斷后控制微型繼電器對(duì)衰減放大電路作相應(yīng)的調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)儀器智能轉(zhuǎn)換量程的功能，并起到了保護(hù)后續(xù)電路的作用。原理框圖如圖 51所示。 被測(cè)輸入電壓 圖 51 數(shù)字交流毫伏表原理結(jié)構(gòu)示意圖 系統(tǒng)使用 將測(cè)試筆連接到代測(cè)電源或負(fù)載上，從 LED 顯 示器上讀取測(cè)量結(jié)果。注意：不要輸入幅值高于 100V 的電壓，顯示更高電壓是可能的，但有損壞毫伏表內(nèi)部線路的危險(xiǎn)。 衰減器及放大器 單 片 機(jī)模塊 數(shù) 字 顯 示 模 塊 真有效值直流變換模塊 A/D 轉(zhuǎn)換模塊 31 硬件電路 圖 32 6 軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)主要完成三部分工作：進(jìn)行數(shù)據(jù)處理（取均值去粗差）、控制繼電器實(shí)現(xiàn)量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換，以及顯示電壓有效值、計(jì)算和顯示電壓分貝值。數(shù)據(jù)處理部分的程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單易行，因此不再贅述。這里主要說(shuō)明一下量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換以及計(jì)算并顯示電壓有效值和分貝值部分的程序設(shè)計(jì)。 量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換 共設(shè)計(jì)有 8個(gè)量程： 10μV～ 100μV、 100μV～ 1mV、 1mV～ 10mV、 10mV～ 100mV、100mV～ 1V、 1V～ 10V、 10V～ 100V 以及 100V～ 300V。 程序設(shè)計(jì)中只用到了 AD574的輸出數(shù)據(jù)（ 0～ 1024）中 100～ 1000 的部分。若電壓轉(zhuǎn)換值小于 100，單片機(jī)控制繼電器使信號(hào) 10 倍放大，若電壓轉(zhuǎn)換值大于 1000，單片機(jī)則控制繼電器使信號(hào)247。10 倍衰減。由于輸入信號(hào)未知，為避免電路被燒壞，設(shè)定的初始量程應(yīng)為最高量程。 分貝值計(jì)算與顯示 分貝值轉(zhuǎn)換公式： dB＝ 20log10V，其中， V 表示待測(cè)電壓值，由于匯編程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)運(yùn)算較為困難，本程序采用查表方法實(shí)現(xiàn) 分貝值的轉(zhuǎn)換。難點(diǎn)在于，單片機(jī)只提供 4K 的程存空間，無(wú)法存入所有電壓值對(duì)應(yīng)的 dB 值，故查表程序應(yīng)根據(jù)情況靈活設(shè)計(jì)。 首先將確定此時(shí)的量程檔位值，然后調(diào)出經(jīng) AD 轉(zhuǎn)換后的電壓數(shù)據(jù)查表，接著根據(jù)檔位值和查表結(jié)果確定該電壓的實(shí)際分貝值。如測(cè)量 150V 電壓，首先確定選用量程為 7檔，衰減后的信號(hào)為 ，故其實(shí)際的分貝值應(yīng)為 電壓對(duì)應(yīng)的分貝值再加 40（信號(hào)從 150V 調(diào)整為 衰減了 100 倍）。最后送液晶顯示。具體實(shí)現(xiàn)的子程序流程圖如圖 62。 33 開 始（ B A N D ） = 7據(jù) 擋 位 值 控 制相 應(yīng) 的 繼 電 器收 數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù) 處 理D a t a 1 0 0 ?D a t a 1 0 0 0 ?1 0 0 D a t a 1 0 0 0 ? 正 常 顯 示 電 壓 值 正 常 顯 示 d B 值正 常 顯 示電 壓 值 ，降 一 檔顯 示 d B 值（ B A N D ) = 7 ?（ B A N D ) + 1（ B A N D ) = 0?（ B A N D ) 1NYYNYNYNY 圖 61軟件總體設(shè)計(jì)流程圖 34 D B 值 轉(zhuǎn) 換 和 顯 示 程 序 開始 ， R 2 R 3 存 電查 表 得 到 對(duì) 應(yīng) 的 d B 值 ( 假 定 檔 位 合 適 )根 據(jù) 檔 位 值 進(jìn) 行相 應(yīng) 處 理 0 檔 amp。 V ＝ 0 . 0 0 m V ？ 0 檔 amp。 V ＝ 0 . 0 1 m V ？根 據(jù) 檔 位 值 設(shè)定 小 數(shù) 點(diǎn) 的 位值顯 示R e tD B 值 顯 示 1 0 0 d BD B 值 顯 示 － 9 9 9d BNNYY 圖 62 分貝值轉(zhuǎn)換及顯示流程 35 結(jié) 論 通過(guò)這一階段的畢業(yè)設(shè)計(jì)， 使 我受益匪淺，不僅鍛煉了良好的邏輯思維能力，而且培養(yǎng)了 我 棄而不舍的求學(xué)精神和嚴(yán)謹(jǐn)作風(fēng)。回顧此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，是大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)很好的總結(jié)。此次 畢業(yè)設(shè)計(jì) 不