【正文】 4 4 路模擬開關(guān) 6 RES 電阻 11 74LS02 與非門 第 17頁 共 31頁 系統(tǒng)仿真 采用 Keil編譯器進行源程序編譯及仿真調(diào)試，調(diào)好程序后將目標程序?qū)?Proteus進行軟 硬件調(diào)試，基于單片機實現(xiàn)的數(shù)字電壓表測試值見表 52 所示。 整機調(diào)試 本系統(tǒng)的測試采用 Proteus 軟件，系統(tǒng)在 Proteus 軟件中仿真時使用的元件如表51 所示。 2． 各量程調(diào)節(jié) 這一步調(diào)試是建立在上述兩步調(diào)試的基礎(chǔ)上的。如果某一控制端為高電平則對應(yīng)的開關(guān)將接通。另外還要輸入待測的模擬電壓，該電壓從 200mV 以下的電壓開始輸起，依次增大，直到達到待測電壓的上限 50V 為止，記錄測量數(shù)據(jù)并分析系統(tǒng)性能。 第 16頁 共 31頁 第 5 章 系統(tǒng)仿真與調(diào)試 在進行電路的局部調(diào)試之后，我又進行了系統(tǒng)整機調(diào)試。程序流程圖如圖43 所示。當系統(tǒng)設(shè)置好后，單片機掃描轉(zhuǎn)換結(jié)束管腳 的輸入電平狀態(tài)，當輸入為高電平則轉(zhuǎn)換完成，將轉(zhuǎn)換的數(shù)值轉(zhuǎn)換并顯示輸出。 圖 41 系統(tǒng)軟件框圖 主程序設(shè)計 圖 42 主程序流程圖 系統(tǒng)主程序 液晶管顯示 A/D轉(zhuǎn)換 中斷服務(wù) . 第 15頁 共 31頁 主程序主要負責各個模塊的初始化工作：設(shè)置定時器、寄存器的初值，啟動 A/D轉(zhuǎn)換，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，處理量程轉(zhuǎn)換響應(yīng)，控制液晶實時顯示等，其流程圖如圖 42所示。 圖 312 LCD 顯示程序流程圖 第 14頁 共 31頁 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 根據(jù)需要，可將系統(tǒng)軟件按照功能劃分為 4 個模塊，分別是主程序模塊、 A/D 轉(zhuǎn)換模塊、液晶顯示模塊、中斷服務(wù)程序模塊 (改變顯示的小數(shù)點位置 )，各模塊的功能關(guān)系如圖 41 所示。 表 34 DDRAM 地址 row 1 2 3 4 5 … 14 15 16 line1 80H 81H 82H 83H 84H … 8dH 8eH 8fH line2 0c0H 0c1H 0c2H 0c3H 0c4H … 0cdH 0ceH 0cfH 2） LCD 初始化 從通電開始延時，先經(jīng)過判忙后再進行功能設(shè)置，過一段時間后可以設(shè)制顯示狀態(tài)（如設(shè)制行、位或陣列）再經(jīng)過延時清屏后才可以設(shè)置輸入方式，具體實現(xiàn)過程如圖 311 所示。光標定位，寫入一個顯示字符后，DDRAM 地址會自動加 1 或減 1，加或減由輸入方式設(shè)置。 第 12頁 共 31頁 圖 310 寫命令字流程圖 1） 定義光標位置 顯示數(shù)據(jù)的某位，就是把顯示數(shù)據(jù)寫在相應(yīng)的 DDRAM 地址中， DDRAM 地址占 7 位?？刹捎貌樵兎绞剑合茸x入狀態(tài)字，再判斷忙標志位，最后寫命令字。 1） 清零操作是指輸入某命令字后即能將整個屏幕顯示的內(nèi)容全部清除； 2） 歸 home 位：將光標送到初始位；其中的＊號為任意，高低電平均可； 3） 輸入方式：設(shè)光標移動方向并指定整體顯示，是否移動。 圖 39 讀入狀態(tài)字流程圖 (2)命令字 表 32 所示為命令字，其主要介紹了指令名稱、控制信號及控制代碼。同時可以保持一段時間，從而實現(xiàn)讀狀態(tài)字的功能。 VSS VDD VO RS R/W E DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7 A K LCD 模 塊 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 第 10頁 共 31頁 表 31 LCD 與單片機之間有四種基本操作 (1)讀狀態(tài)字 執(zhí)行讀狀態(tài)字操作，如表 31 滿足 RS=0， R/W=1。 LCD1602 的引腳功能 LCD1602 模塊的引腳如圖 38 所示，其引腳功能如下： RS：數(shù)據(jù)和指令選擇控制端， RS=0 命令狀態(tài)； RS=1 數(shù)據(jù) R/W：讀寫控制線， R/W=0 寫操作； R/W=1 讀操作 A：背光控制正電源 K：背光控制地 E：數(shù)據(jù)讀寫操作控制位， E 線向 LCD 模塊發(fā)送一個脈沖， LCD 模塊與單片機間將進行一次數(shù)據(jù)交換 DB0～ DB7：數(shù)據(jù)線，可以用 8 位連接，也可以只用高 4 位連接，節(jié)約單片機資源。與傳統(tǒng)的 LED 數(shù)碼管顯示器件相比，液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等優(yōu)點，而且不需要外加驅(qū)動電路，現(xiàn)在液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機應(yīng)用設(shè)計中最常用的顯示器件了。本設(shè)計采用的是字符型顯示。其中字段顯示與 LED 顯示相似，只要送對應(yīng)的信號到相應(yīng)的管腳就能顯示。 第 8頁 共 31頁 圖 36 ADC0808 內(nèi)部結(jié)構(gòu) A/D 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計 集成摸數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 ADC0808 實現(xiàn)的 A/D 轉(zhuǎn)換電路如圖 37 所示，被測信號由ADC0808 模擬輸入端輸入，完成 A/D 轉(zhuǎn)換后送入單片 機，經(jīng)相應(yīng)處理后送出顯示。 2． ADC0808 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0808 由八路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、D/A 轉(zhuǎn)換器、寄存器、控制電路和三態(tài)輸出鎖存器等組成。 START：啟動信號輸入端， START 為正脈沖，其上升沿清除 ADC0808 的內(nèi)部的各寄存器，其下降沿啟動 A/D 開始轉(zhuǎn)換。 OE：允許輸出信號。 ALE：地址鎖存啟動信號，在 ALE 的上升沿，將 A、 B、 C 上的通道地址鎖存到內(nèi)部的地址鎖存器。 ADC0808 簡介 1． ADC0808 引腳功能 第 7頁 共 31頁 2 1M S B21A DD B24A DD A25A DD C23V RE F ( + )12V RE F ( )16I N31I N42I N53I N64I N75S T A RT62 58E O C7O UT P UT E NA B LE9CLO C K10V C C112 220G ND132 7142 6152 8L S B172 4182 319I N228I N127I N026A L E22 圖 35 ADC0808 引腳圖 IN0～ IN7： 8 路模擬量輸入。 逐次逼近式 A/D轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計 逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器屬于直接型 A/D 轉(zhuǎn)換器，它能把輸入的模擬電壓直接轉(zhuǎn)換為輸出的數(shù)字代碼，而不需要經(jīng)過中間變量。 由上式可以看出 ， Vout 在一定范圍時電阻網(wǎng)絡(luò)衰減程度越大其可輸入電壓 Vin。 工作原理及換算關(guān)系 如上圖通過電阻網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)電壓 衰減測量的輸入阻抗約為 R R R6。本儀表設(shè)計的是 050V 電壓，靈敏度高所以可以不加前置放大器，只需衰減器，如圖所示 9MΩ、 900KΩ、 90KΩ、和 10KΩ 電阻構(gòu)成 1/ 1/100、 1/1000 的衰減器。數(shù)字電壓表所采用的是逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 ADC0808，它要求輸入電壓 0177。復(fù)位電路如圖32 所示。單片機的復(fù)位方式可由手動復(fù)位方式完成。 圖 31 系統(tǒng)時鐘電路 圖 32 系統(tǒng)復(fù)位電路 復(fù)位電路 單片機的 RST 管腳為主機提供了一個外部復(fù) 位信號輸入口。10)pF 石英晶體選擇 6MHz 或 12MHz 都可以。 圖 21 系統(tǒng)框圖 第 5頁 共 31頁 第 3 章 硬件設(shè)計 單片機控制模塊設(shè)計 單片機控制模塊的作用是為控制各單元電路的運行并完成數(shù)據(jù)的換算或處理，主要由單片機、時鐘電路、復(fù)位電路組成。 終上所述：由于兩個方案都可以實現(xiàn)同樣的功能，但方案二設(shè)計簡單、系統(tǒng)開銷小、反應(yīng)速度較快，因此選擇此方案 。用軟件作為液晶的驅(qū)動顯示，且具體 譯碼由軟件控制。 顯示部分方案設(shè)計 方案一：用液晶 LCD1602 來顯示電壓讀數(shù)可進行片選，實現(xiàn)液晶的動態(tài)點亮。該方案可簡化控制程序，減小系統(tǒng)開銷，縮短反應(yīng)時間，不足之處在于操作麻煩。用單片機對控制端進行控制，實現(xiàn)不同量程的轉(zhuǎn)換。 方案二：選用模擬開關(guān)芯片 4066 實現(xiàn)量程轉(zhuǎn)換。 單片機系統(tǒng)方案此方案采用輸入處理電路 +ADC0808+AT89C51+液晶顯示實現(xiàn)，被測信號由 ADC0808 模擬輸入端輸入，單片機采集轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，將轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送出顯示。 第 3頁 共 31頁 第 2 章 方案設(shè)計 實現(xiàn)數(shù)字電壓表的方案較多，目前廣泛采用的是基于 74 系列邏輯器件方案，本設(shè)計將介紹基于單片機實現(xiàn)的方案。 在高精度數(shù)字電壓表中，常采用由積分式和比較式相結(jié)合起來的復(fù)合式 A/D 轉(zhuǎn)換器。 逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器分為比較式和斜坡電壓式，根據(jù)不同的工作原理，比較式又分為逐次比較式及零平衡式等。 積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器是先用積分器將輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換成時間或頻率，再將其數(shù)字化。數(shù)字電壓表的核心部件就是 A/D 轉(zhuǎn)換器，由于各種不同的 A/D 轉(zhuǎn)換原理構(gòu)成了各種不同類型的 DVM。較之于一般的模擬電壓表，數(shù)字電壓表具有精度高、測量準確、讀數(shù)直觀、使用方便等優(yōu)點。本系統(tǒng)以 AT89C51 單片機為核心，以逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器ADC080液晶顯示器 LCD1602 為主體，設(shè)計了一款簡易的數(shù)字電壓表，能夠測量0～ 50V 的直流電