【正文】 ......................................................... 2 第 1 章 數(shù)字電壓表簡介 ..................................................... 4 數(shù)字電壓表的介紹 ................................................... 4 數(shù)字電壓表的基本結(jié)構(gòu)及工作原理 ................................... 4 數(shù)字電壓表的發(fā)展趨勢 .............................................. 3 第 2 章 單片機的概述 ......................................................... 4 單片機簡介 .......................................................... 4 單片機的特點 ....................................................... 6 單片機的應(yīng)用 ....................................................... 5 第 3 章 MCS51 單片機的結(jié)構(gòu) ................................................. 6 MCS51 單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu) ............................................ 6 內(nèi)部結(jié)構(gòu)概述 .................................................. 6 CPU 結(jié)構(gòu) ...................................................... 6 存儲器和特殊功能寄存器 .................................... 7 P0P3 口結(jié)構(gòu) ....................................................... 7 時鐘電路和復(fù)位電路 ????? . ..................................... 9 時鐘電路 ..................................................... 10 單片機的復(fù)位狀態(tài) ?????? . ............................... 8 第 4 章 硬件電路的設(shè)計及原理圖 ............................................. 9 LED 數(shù)碼管顯示器 .................................................. 13 數(shù)碼顯示器結(jié)構(gòu) ........................................... 13 LED 數(shù)碼管的原理與接口 ................................... 13 AT89S52 芯片的簡介 ............................................... 14 硬件系統(tǒng)的整體框圖 ??? .. ....................................... 15 總原理圖 .......................................................... 16 第 5 章 軟件編程 .......................................................... 18 后記 ???????????????????????????????????? 20 參考文獻 ................................................................... 20 附錄 ????? .............................................................. 21 2 內(nèi)容摘要 本報告介紹了基于 AT89S52 單片機為核心的、以 AD0809 數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片采樣、以 1602 液晶屏顯示的具有電壓測量功能的具有一定精度的數(shù)字電壓表。在實現(xiàn)基礎(chǔ)功能要求之上擴展了串口通訊、時鐘功能、高壓報警、短路測試、電阻測量、交流電壓峰峰值和周期測試等功能，使系統(tǒng)達到了良好的設(shè)計效果和要求。本課程的任務(wù)是使學(xué)生通過“簡易數(shù)字電壓表的設(shè)計”的設(shè)計過程，綜合所學(xué)課程，掌握目前自動化儀表的一般設(shè)計要求，工程設(shè)計方法，開發(fā)及設(shè)計工具的使用方法，通過這一設(shè)計實踐過程，鍛煉學(xué)生的動手能力和分析，解決問題的能力；積累經(jīng)驗，培養(yǎng)按部就班，一絲不茍的工作個對所學(xué)知識的綜合應(yīng)用能力。具有以下基 本功能： ⑴可以測量 0~5V 的 8 路輸入電壓值； ⑵可在四位 LED 數(shù)碼管上輪流顯示或單路選擇顯示； ⑶測量最小分辨率為 ； ⑷ .測量誤差約為 177。 數(shù)字電壓表的基本結(jié)構(gòu)及工作原理 數(shù)字電壓 表是諸多數(shù)字化儀表的核心與基礎(chǔ) ,電壓表的數(shù)字化是將連續(xù)的模擬量如直流電壓轉(zhuǎn)換成不連續(xù)的離散的數(shù)字形式并加以顯示 ,這有別于傳統(tǒng)的以指針加刻度盤進行讀數(shù)的方法 , 避免了讀數(shù)的視差和視覺疲勞。 213 位 A/D 轉(zhuǎn)換器：將輸 入的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。 譯碼器：將二 十進制（ BCD）碼轉(zhuǎn)換成七段信號。 顯示器：將譯碼輸出的七段信號進行數(shù)字顯示，讀出 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果 。 1DS ～ 4DS 輸出多路調(diào)制選通脈沖信號， DS 選通脈沖為高電平，則表示對應(yīng)的數(shù)位被選通，此時該位數(shù)據(jù)在 0Q ～ 3Q 端輸出。 DS 和 EOC 的時序關(guān)系是在 EOC脈沖結(jié)束后，緊接著是 1DS 輸出正脈沖。其中 1DS 對應(yīng)最高位（ MSD ）， 4DS 則對應(yīng)最低位（ LSD ）。在 1DS 選通期間， 0Q ～ 3Q 輸出千位的半位數(shù) 0 或 1 及過量程、欠量程和極性標(biāo)志信號。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。 數(shù)字電壓表是諸多數(shù)字化儀表的核心與基礎(chǔ) ,電壓表的數(shù)字化是將連續(xù)的模擬量如直流電壓轉(zhuǎn)換成不連續(xù)的離散的數(shù)字形式并加以顯示 ,這有別于傳統(tǒng)的以指針加刻度盤進行讀數(shù)的方法 , 避免了讀數(shù)的視差和視覺疲勞。 數(shù)字式電壓 表是由高阻抗電壓表頭與分壓電路組成的。以上述表頭制成的數(shù)字式電壓表，滿量程時所流經(jīng)的電流與量程有關(guān)，通常在 1 皮安至 100 微安之間。 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。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。 6 第 2 章 單片機的概述 計算機已被廣泛應(yīng)用于社會生活的各個領(lǐng)域?？刂频暮诵摹? 單片機簡介 單片機是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)將具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器，隨機存取存儲器、輸入 /輸出電路，可能還包括定時 /計數(shù)器、串行通信口、顯示驅(qū)動電路、脈沖調(diào)制電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器等電路集成到一片芯片上，構(gòu)成一個既小而又完善的計算機系統(tǒng)。 單片機的特點 單片機的一塊半導(dǎo)體芯片集成了一太微型 計算機的基本部件，在硬件結(jié)構(gòu)、指令功能方面均有獨特之處，主要特點如下： （ 1） 單片機內(nèi)集成了存儲器。 （ 3） 為了滿足工業(yè)控制的需要，單片機有很強的位處理功能，在其他邏輯控制功能方面也都優(yōu)于一般的 8 位微處理器。 （ 5） 單片機類型多，并且便于擴展功能。 由于單片機具有體積小、速度快、功耗低 、性能可靠、使用方便、價格低廉等特點，因此在工業(yè)控制、智能儀器儀表、數(shù)據(jù)采集和處理、通信系統(tǒng)、家用電器等領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用。采用單片機控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強大。 7 2. 在工業(yè)控制中的應(yīng)用 用單片機可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 3. 在家用電器中的應(yīng)用 可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機控制，從電飯褒、洗衣機、電冰箱、空調(diào)機、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五 花八門，無所不在。 單片機在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機，各種分析儀，監(jiān)護儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。 1 一個 8 位的 CPU 2 128B 或 256B 單元內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器（ RAM） 3 4KB 或 8KB 片內(nèi)程序存儲器（ ROM 或 EPROM） 4 4 個 8 位并行 I/O 接口 P0~P3。 6 5 個中斷源的中斷管理控制系統(tǒng)。 CPU 結(jié)構(gòu) CPU 是單片機的核心部件。 1. 運算器 運算器以完成二進制的算術(shù) /邏輯運算部件 ALU 為核心。例如，能完成加、減、乘、除、加 減 BCD 碼十進制調(diào)整、比較等算術(shù)運算，完成與、或、異或、求反、循環(huán)等邏操作，操作結(jié)果的狀態(tài)信息送至狀態(tài)寄存器。它以進位標(biāo)志位 C 為累加器，可執(zhí)行置位、復(fù)位、取反、位判斷轉(zhuǎn)移，可在進位標(biāo)志位與其他可位尋址的位之間進行位數(shù)據(jù)傳誦等操作，還可以完成進位標(biāo)志位與其他可位尋址的位之間進行邏輯與、或操作。 指令寄存器用于存放指令代碼。 存儲器和特殊功能寄存器 1. 存儲器（ Memory）是計算機系統(tǒng)中的記憶設(shè)備，用來存放程序和數(shù)據(jù)。它根據(jù)控制器指定的位置存入和取出信息。在 MCS－ 51 中，除程序計數(shù)器PC 和四個工作寄存器區(qū)外，其余 21 個特殊功能寄存器都在這 SFR 塊中。各特殊功能寄存器的符號和地址見附表 2。特殊功能寄存器反映了 8051 的狀態(tài)，實際上是 8051的狀態(tài)字及控制字寄存器。這些特殊功能寄存器大體上分為兩類，一類與芯片的引腳有關(guān)，另一類作片內(nèi)功能的控制用。MCS－ 51 共有 P0～ P3 四個這樣的并行口，可提供 32 根 I/O 線，每根線都 是雙向的，并且大都有第二功能。 P0P3 口結(jié)構(gòu) P0 口功能 ： P0 口具有兩種功能：第一， P0 口可以作為通用 I/O 接口使用，— 用于傳送 CPU 的 輸入 /輸出數(shù)據(jù)。第二， — 在 CPU 訪問片外存儲器時用于傳送片外存儲器 de 低 8 位地址，然后傳送 CPU 對片外存儲器 的 讀寫 P1 口 功能 ： P1 口 的 功能和 P0 口 de 第一功能相同，僅用于傳遞 I/O輸入 /輸出數(shù)據(jù)。它 的 第二功能和 P0 口引腳 的 第二功能相配合，作為地址總線用于輸出片外存儲器 的 高 8 位地址。 — RXD 串行數(shù)據(jù)接收口 — TXD 串行數(shù)據(jù)發(fā)送口 — INT0 外中斷 0 輸入 — INT1 外中斷 1 輸入 — T0 計數(shù)器 0 計數(shù)輸入 — T1 計數(shù)器 1 計數(shù)輸入 — WR 外部 RAM 寫選通信號 — RD 外部 RAM 讀選通信號 時鐘電路和復(fù)位電路 單片機的時鐘信號用來提供單片機內(nèi)各種微操作的時間基準(zhǔn)；復(fù)位操作則使單片機的片內(nèi)電路初始化，使單片機從一種確定的狀態(tài)開始運行。 在引腳 XTAL1 和 XTAL2 外接晶體振蕩器或陶瓷諧振蕩器，構(gòu)成了內(nèi)部振 蕩方式。晶振通常選用 6MHZ、 12MHZ、或 24MHZ。 狀態(tài)周期： 振蕩頻率經(jīng)單片機內(nèi)的二分頻器分頻后提供給片內(nèi) CPU 的時鐘周期。 機器周期： 1 個機器周期由 6 個狀態(tài)周期 12 個振蕩周期組成，是計算機執(zhí)行一種基本操作的時間單位。一個指令周期由 14 個機器周期組成，依據(jù)指令不同而不同 . 單片機的復(fù)位狀態(tài) 當(dāng) MCS5l 系列單片機的復(fù)位引腳 RST(全稱 RESET)出現(xiàn) 2 個機器周期以上的高電平時，根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位和上電或開關(guān)復(fù)位。 上電或開關(guān)復(fù)位要求電源接通后，單片機自動復(fù)位，并且在單片機運行期間，用開關(guān)操作也能使單片機復(fù)位。當(dāng)單片機已在運行當(dāng)中時，按下復(fù)位鍵 K 后松開，也能使 RST 為一 段時間的高電平，從而實現(xiàn)上電或開關(guān)復(fù)位的操作。單片機冷啟動后，片內(nèi) RAM 為隨機值，運行中的復(fù)位操作不改變片內(nèi) RAM 區(qū)中的內(nèi)容， 21 個特殊功能寄存器復(fù)位后的狀態(tài)為確定值 統(tǒng)復(fù)位是任何微機系統(tǒng)執(zhí)行的第一步，使整個控制芯片回到默認的硬件狀態(tài)下。 51 單片機在系統(tǒng)復(fù)位時，將其內(nèi)部的一些重要寄存器設(shè)置為特定的值，至于內(nèi)部RAM 內(nèi)部的數(shù)據(jù)則不變。它是逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，可以和單片機直接接口。多路開關(guān)可選通 8 個模擬通道，允許 8 路模擬量分時輸入，共用 A/D 轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換 . ADC0809 內(nèi)部邏輯電路圖