【正文】 用 單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的 傳感器 ，可實現(xiàn)諸如電壓、功率 、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。更不用說自動控制領(lǐng)域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。 單片機的應(yīng)用領(lǐng)域 目前單片機滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機的蹤跡。此外還有MOTOROLA 公司的產(chǎn)品，日本幾大公司的專用單片機。所以 C8051 為核心的單片機占據(jù)了半壁江山?，F(xiàn)在的許多單片機都具有多種封裝形式，其中 SMD(表面封裝 )越來越受歡迎，使得由單片機構(gòu)成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展。甚至單片機廠商還可以根據(jù)用戶的要求量身定做，制造出具有自己特色的單片機芯片。 CMOS 雖然功耗較低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而 CHMOS 則具備了高速和低功耗的特點，這些特征，更適合于在要求低功耗象電池供電的應(yīng)用場合。 縱觀單片機的發(fā)展過程，可以預(yù)示單片機的發(fā)展趨勢，大致有： CMOS 化 MCS51 系列的 8031 推出時的功耗達 630mw，而現(xiàn)在的單片機普遍都在 100mw左右，隨著對單片機功耗要求越來越低，現(xiàn)在的各個單片機制造商基本都采用了CMOS(互補金屬氧化物半導(dǎo)體工藝 )。 太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院 — 畢業(yè)設(shè)計說明書 12 目前， 8 位單片機無論在內(nèi)部資源數(shù)量還是在性能上均達到相當高的水平，如意法半導(dǎo)體公司推出的 PSD3200 系列單片機內(nèi)含標準的 8032 核，主振為 40MHZ，容量達 256KB 的主 Flash 存儲器和 32KB 次 Flash 存儲器， 32KB 的SRAM , 4 通道 8 位 ADC , 16 個宏單元通用 PLD , 5 個 PWM 通道， USB、雙 UART ，可實現(xiàn)工業(yè)控制系統(tǒng)的單芯片解決方 案。 16 位單片機的典型產(chǎn)品如 Intel 公司生產(chǎn)的 MCS— 96 系列單片機，其集成度已達 120210 管子／片，主振為 12MHZ，片內(nèi) RAM 為 232B,ROM 為 8KB ，中斷處理為 8 級，而且片內(nèi)帶有多通道 10 位 A / D 轉(zhuǎn)換器和高速輸入／輸出部件（ HSI / HSO ) ，實時處理的能力很強。由于這類單片機的性能價格比高，所以仍被廣泛應(yīng)用，是目前應(yīng)用數(shù)量較多的單片機。 高性能單片機階段（ 1978~1982 年），這個階段推出的單片機普遍帶有串行口、多級中斷系統(tǒng)、 16 位定時器／計數(shù)器，片內(nèi) ROM 、 RAM 容量加大，且尋址范圍可達 64KB，有的片內(nèi)還帶有 A / D 轉(zhuǎn)換器可編程邏輯器件 PLD 、 USB 接口、 PWM 通道等。 低性能單片機階段（ 1976~1978 年），以 Intel 公司制造的 MCS48 單片機為代表，這種單片機內(nèi)集成有 8 位 CPU、并行 I/O 口、 8 位定時器 /計數(shù)器、 RAM 和 ROM等。 單片機發(fā)展概況 一、單片機發(fā)展歷史 單片機的發(fā)展歷史可分為以下 4 個階段： 單片機初級階段（ 1974~1976 年），因工藝限制，單片機采用雙芯片形式且功能比較簡單。定時器是各種單片機都具有的，定時器的長度為 8 ~16 位，數(shù)量為 1~3 個。有的單片機還具有一至二個串行接口，一 般都具有多種工作方式，可以實現(xiàn)異步串行通信或多機通信。單片機內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲器可以作為工作寄存器、堆棧、位標志、數(shù)據(jù)緩沖器等使用。 無 ROM 型單片機：內(nèi)部沒有程序存儲器，必須外接程序存儲器（一般為 EPROM 電路）才能組成完整的微型計算機。根據(jù)內(nèi)部程序存儲器的結(jié)構(gòu)不同，各種類型的單片機又有三種主要形式的產(chǎn)品： ROM 型單片機：內(nèi)部具有掩膜編程的只讀存儲器，這種 ROM 內(nèi)的程序是由用戶委托芯片制造廠在掩膜工藝時固化的，因此用戶不能修改 ROM 中的程序。因為單片機的應(yīng)用系統(tǒng)都是專用控制器，一旦研制成功，其監(jiān)控程序也就定型，因此可以用 ROM 作為程序存儲器。通常情況下，需要較大容量的程序存儲器和較少的數(shù)據(jù)存儲器，程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的電路類型也不一樣。此外不同的單片機 CPU 的運算速度、數(shù)據(jù)處理能力、中斷和實時控制功能等方面差別很大，這也是衡量 CPU 功能強弱的主要技術(shù)指標。 單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 31 單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院 — 畢業(yè)設(shè)計說明書 10 一、中央處理器（ CPU) CPU 是單片機的核心部件，它由運算器 、控制器和中斷部件等組成，數(shù)據(jù) 處理和系統(tǒng)的操作控制都是由 CPU 完成的，單片機主要功能指標也是由它決定的。 雖然單片機具有通用計算機的基本部件，但又不同于通用計算機。 系統(tǒng)除能確保實現(xiàn)要求的功能外，還可以方便地進行 8 路其他 A/D 轉(zhuǎn)換量的測量、遠程測量結(jié)果傳送等擴展功能。模擬量經(jīng)過 ADC0808轉(zhuǎn)換后變成單片機可以識別數(shù)字量，當模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束后單片機 AT89C52從 ADC0808得到數(shù)據(jù)經(jīng)過處理再輸出到 LED 顯示器顯示電壓值。 單片機的 P P3 端口作為四位 LED 數(shù)碼管顯示控制。 綜合上述差別還有現(xiàn)有資源以及自己對 A/D 轉(zhuǎn)換的熟悉和認識決定采用ADC0808 為模擬 /數(shù)字量轉(zhuǎn)換的芯片，組成數(shù)字直流電壓表的電路。在 逐次比較型 分辨率為 8 位的 A/D 轉(zhuǎn)換芯片中，有 ADC080 ADC083 ADC0808/0809 等，它們在功能的實現(xiàn)上是相通的。由于轉(zhuǎn)換速率極高， n 位的轉(zhuǎn)換需要 2n1 個比較器，因此電路規(guī)模也極大，價格也高，只適用于視頻 AD 轉(zhuǎn)換器等速度特別高的領(lǐng)域。其優(yōu)點是速度較高、功耗低，在低分辯率（ 12位 ）時價格便宜，但高精度（ 12 位）時價格很高。 二、 逐次比較型（如 ADC080 AD574） 逐次比較型 AD 由一個比較器和 DA 轉(zhuǎn)換器通過逐次比較邏輯構(gòu)成，從 MSB開始，順序地對每一位將輸入電壓與內(nèi)置 DA 轉(zhuǎn)換器輸出進行比較，經(jīng) n 次比較而輸出 數(shù)字值。其優(yōu)點是用簡單電路就能獲得高分辨率， 但缺點是由于轉(zhuǎn)換精度依賴于積分時間，因此轉(zhuǎn)換速率極低。 A/D 轉(zhuǎn)換器的種類很多，按轉(zhuǎn)換的原理分類 ：積分型、逐次逼近型、并行比較型等。 另外考慮到現(xiàn)有的資源以及系統(tǒng)設(shè)計的要求，根據(jù)自己對兩個型號單片機的熟悉程度，采用 89C52 即可滿足系統(tǒng)設(shè)計的要求，因此本設(shè)計決定采用 AT89C52 型號的單片機。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完 全兼容。 AT89C52 是一個低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 8k bytes 的可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲器和 256 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲單元，功能強大的 AT89C52 單片機可在許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制場合應(yīng)用。 太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院 — 畢業(yè)設(shè)計說明書 6 第 2 章 系統(tǒng)總體設(shè)計 系統(tǒng)的功能要求 本設(shè)計的主要過程是模擬量經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后變成單片機可以識別的數(shù)字量，然后單片機處理得到的數(shù)據(jù)并把處理后的數(shù)據(jù)輸出到 LED 顯示器顯示。硬件電路主要是單片機 AT89C52 的設(shè)計、 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0808 與單片機的接口電路、 LED 顯示電路的設(shè)計以及電源電路的設(shè)計。所以要學(xué)習(xí)和掌握如何設(shè)計 DVM 就顯得十分重要。 意義在于使自己加深對數(shù)字電壓表從理論到實踐的認識，自己動手設(shè)計數(shù)字電壓表與仿真，它可以廣泛的應(yīng)用于電壓測量外，通過各種變換器還可以測量其他電量和非電量，測量 是一種認識過程，就是用實驗的方法將被測量和被選用的相同參量進行比較，從而確定它的大小。 太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院 — 畢業(yè)設(shè)計說明書 5 這個課題的目的是： 用單片機 AT89C52 與 ADC0808 設(shè)計一個數(shù)字直流電壓表，測量 0－ 5V 之間的直流電壓值，用八段數(shù)碼管顯示數(shù)值，要求使用的元器件數(shù)目最少，而且顯示電壓要穩(wěn)定。 DVM 除廣泛用于電壓測量外，通過各種變換器還可以測量其它電量和非電量，用途非常廣泛。智能化的 DVM 為實現(xiàn)各種物理量的動態(tài)測量提供了可能。它們除了完成原有 DVM 的各種功能外，還能夠自校、自檢，保證了自動測量的高準確度，實現(xiàn)了儀器、儀表的智能化。與此同時對積分方案進行了改進和提高，出現(xiàn)了如 Dana 公司的6900 型（ 7 位）、 Solartron 公司生產(chǎn)的 7075 型（ 8 位），其準確度可達到百萬分之幾。 二、高精度階段 由于精密電測量的需要， DVM 開始向高準確、高位數(shù)方向發(fā)展，出現(xiàn)了所謂復(fù)合型原理的儀表。 1952 年，第一臺問世的數(shù)字電壓表是采用電子管的伺服比較式； 1956 年出現(xiàn)諧波式 V/T(電壓 /時間變換型 )； 1961 年出現(xiàn)全 晶體管化的逐次逼近比較式； 1963 年出現(xiàn)電壓 /頻率（ V/F）變換型（單積分式）； 1966 年出現(xiàn)雙積分式（雙斜式）等。數(shù)字電壓表的體積和功耗越來越小，重量不斷變輕，價格也逐步下降，可靠性越來越高，量程范圍也逐步擴大。數(shù)字電壓表是從電位差計的自動化過程中研制成功的。高檔 DVM 還采用數(shù)字濾波、浮地保護等先進技術(shù)，進一步提高了抗干擾能力，共模抑制比可達 180dB。 八、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，整機功耗很低。它主要取決于 A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率，其倒數(shù)是測量周期。 五、擴展能力強 在數(shù)字電壓表的基礎(chǔ)上，還可擴展成各種通用及 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。從測量角度看，分辨力是 虛 指標（與測量誤差無關(guān)），準確度才是 實 指標（代表測量誤差的大?。＠?31/2 位 DVM 的分辨率為1/1999≈％。分辨力隨顯示位數(shù)的增加而提高。 二、 準確度高 準確度是測量結(jié)果中系統(tǒng)誤差與隨機誤差的綜合。 數(shù)字電壓表的特點： 一、 顯示清晰直觀，讀數(shù)準確 傳統(tǒng)的模擬式儀表必須借助于指針和刻度盤進行讀數(shù)，在讀數(shù)過程中不可避免的會引入人為的測量誤差。然而基于 PC 通信的數(shù)字電壓 表 ,既可以完成測量數(shù)據(jù)的傳遞 ,又可借助 PC,做測量數(shù)據(jù)的處理。數(shù)字電壓表的設(shè)計和開發(fā) ,已經(jīng)有多種類型和款式。目前，由各種單片 A/D 轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)字電壓表，已被廣泛用于電子及電工測量、工業(yè)自動化儀表、自動測試系統(tǒng)等智能化測量領(lǐng)域，示出強大的生命力。 太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院 — 畢業(yè)設(shè)計說明書 2 數(shù)字電壓表及特點 數(shù)字電壓表（ Digital Voltmeter）簡稱 DVM，它是采用數(shù)字化測量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量（直流輸入電壓）轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。數(shù)字式電壓表首先將模擬量經(jīng)模數(shù)（ A/D）轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字量，然 后用電子計數(shù)器計數(shù)，并以十進制數(shù)字顯示被測電壓值。 在平時的工業(yè)生產(chǎn)中 ， 電壓測量儀器根據(jù)測量結(jié)果的顯示方式及測量原理不同，電壓測量儀器可分為兩大類：模擬式電壓表 (AVM）和數(shù)字式電壓表（ DVM）。 在非電量的測量中 ， 也多利用各類傳感器件裝置將非電參數(shù)轉(zhuǎn)換成電壓參數(shù) 。 關(guān)鍵詞 ： 電壓測量 單片機 AT89C52 ADC0808 LED 數(shù)碼管 ii Abstract Into the 21st century, scientific and technological development has been difficult to describe with each passing day. New technology, new materials, new manufacturing technology spawned a new generation of electronic ponents, but also to promote electronic measurement and electronic measuring instruments produced new concepts and new trends. The development of electronic measuring instruments growing trend of excellent voltage measurements are the basic elements of electronic measurement, measuring instruments, therefore voltmeter is an indispensable device. Is now widely used by ASIC to achieve the digital voltage meter, with the development of electronic technology, more and more precise measurement requirements, meas