【正文】 參數(shù)，從單純的接收、顯示轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂?、分析、處理、?jì)算與顯示輸出，從用單個(gè)儀器進(jìn)行測(cè)量轉(zhuǎn)變成用測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量。80年代，由于微處理器被用到儀器中，儀器前面板開始朝鍵盤化方向發(fā)展，過去直觀的用于調(diào)節(jié)時(shí)基或幅度的旋轉(zhuǎn)度盤，選擇電壓電流等量程或功能的滑動(dòng)開關(guān)，通、斷開關(guān)鍵已經(jīng)消失。測(cè)試時(shí)，可用豐富的BASIC語言程序來高速測(cè)試。90年代，儀器儀表與測(cè)量科學(xué)進(jìn)步取得重大的突破性進(jìn)展。突出表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：微電子技術(shù)的進(jìn)步將更深刻地影響儀器儀表的設(shè)計(jì)：DSP芯片的大量問世，使儀器儀表數(shù)字信號(hào)處理功能大大加強(qiáng)；微型機(jī)的發(fā)展，使儀器儀表具有更強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力；圖像處理功能的增加十分普遍；VXI總線得到廣泛的應(yīng)用。儀器儀表電流傳感器current sensor 的發(fā)展趨勢(shì)是不斷利用新的工作原理和采用新材料及新的元器件，例如利用超聲波、微波、射線、紅外線、核磁共振、超導(dǎo)、激光等原理和采用各種新型半導(dǎo)體敏感元件、集成電路、集成光路、光導(dǎo)纖維等元器件。另一重要的趨勢(shì)是通過微型計(jì)算機(jī)的使用來提高儀器儀表的性能，擔(dān)高儀器儀表本身自動(dòng)化、智能化程度和數(shù)據(jù)處理能力。 工業(yè)自動(dòng)化儀表重點(diǎn)發(fā)展基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的主控系統(tǒng)裝置及智能化儀表、特種和專用自動(dòng)化儀表；全面擴(kuò)大服務(wù)領(lǐng)域，推進(jìn)儀器儀表系統(tǒng)的數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化，完成自動(dòng)化儀表從模擬技術(shù)向數(shù)字技術(shù)的轉(zhuǎn)變，5年內(nèi)數(shù)字儀表比例達(dá)到60%以上。由單片機(jī)系統(tǒng)及A/D轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)建方案的原理是模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換芯片的基準(zhǔn)電壓端，被測(cè)量電壓輸入端分別輸入基準(zhǔn)電壓和被測(cè)電壓。最后單片機(jī)系統(tǒng)將計(jì)算好了的被測(cè)電壓值按一定的時(shí)序送入顯示電路模塊加以顯示。課題的研究方法及步驟： （1) 確定此課題的研究意義與可行性。 （2) 查找關(guān)于頻率合成技術(shù)的發(fā)展歷史的資料及相關(guān)知識(shí)，查找關(guān)于頻率合 成技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域的各項(xiàng)知識(shí)進(jìn)行分析研究。熟悉所應(yīng)用到的軟件。 （5) 仿真進(jìn)行下載與調(diào)試。參考文獻(xiàn) [1] [M].北京:高等教育出版社，2006. 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[10] [J].河海大學(xué)常州分校 學(xué)報(bào)，2002，. 指導(dǎo)教師簽名： 2012 年 月 日摘 要本文是基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)，將模擬電壓量直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，用數(shù)碼管來顯示。其次，介紹了數(shù)字電壓表的兩種設(shè)計(jì)方案以及在該設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)方案和各元器件的選擇，并對(duì)各元器件做了簡(jiǎn)單的介紹；然后對(duì)設(shè)計(jì)方案做了整體介紹，其基本原理是，模擬電壓量經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，送入單片機(jī)進(jìn)行處理。最后介紹了程序流程，并用KEIL和PROTUES聯(lián)機(jī)調(diào)試進(jìn)行仿真。關(guān)鍵字：?jiǎn)纹瑱C(jī)；A/D轉(zhuǎn)換；數(shù)碼顯示；數(shù)據(jù)處理；硬件焊接 Abstract This paper is the digital voltmeter design based on the single chip microputer , the simulation of voltage directly converted into digital quantity which is displayed by digital pipe .Firstly，It introduced the characteristics of the digital voltmeter , secondly , it remended two design schemes and how to choice the design scheme and ponents in the design ,and also it introduced several ponents 。 A/D conversion。 data processing。而且隨著電子技術(shù)的發(fā)展，更是經(jīng)常需要測(cè)量高精度的電壓，所以數(shù)字電壓表就成為一種必不可少的測(cè)量?jī)x器。與此同時(shí)，由DVM擴(kuò)展而成的各種通用及專用數(shù)字儀器儀表，也把電量及非電量測(cè)量技術(shù)提高到嶄新水平。 數(shù)字電壓表的優(yōu)點(diǎn) 傳統(tǒng)的指針式刻度電壓表功能單一，精度低，容易引起視覺疲勞，因而不能滿足數(shù)字化時(shí)代的需要。數(shù)字電壓表是諸多數(shù)字化儀表的核心與基礎(chǔ)。目前，由各種單片機(jī)和A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)字電壓表作全面深入的了解是很有必要的。數(shù)字電壓表從1952年問世以來，經(jīng)歷了不斷改進(jìn)的過程，從最早采用繼電器、電子管和形式發(fā)展到了現(xiàn)在的全固態(tài)化、集成化（IC化），另一方面，%%。A/D轉(zhuǎn)換器分成四種：計(jì)數(shù)式A/D轉(zhuǎn)換器、雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器和并行式A/D轉(zhuǎn)換器。但是其轉(zhuǎn)換速度慢，因此這種轉(zhuǎn)換器這種轉(zhuǎn)換器主要用于速度要求不高的場(chǎng)合。因此未來的A/D轉(zhuǎn)換器將兼顧精度和速度，成本也會(huì)隨著集成電路的發(fā)展而降低。KEIL提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境將這些部分組合在一起。掌握這一軟件的使用對(duì)于使用51系列單片機(jī)的愛好者來說是十分必要的，如果你使用C語言編程，那么KEIL幾乎就是你的不二之選（目前在國(guó)內(nèi)你只能買到該軟件、而你買的仿真機(jī)也很可能只支持該軟件），即使不使用C語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強(qiáng)大的軟件仿真調(diào)試工具也會(huì)令你事半功倍。開發(fā)人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。目標(biāo)文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對(duì)目標(biāo)文件(.ABS)。使用獨(dú)立的KEIL仿真器時(shí)，注意事項(xiàng) ，但用戶可以在仿真器上的晶振插孔中換插其他頻率的晶振。仿真芯片的31腳（/EA）已接至高電平，所以仿真時(shí)只能使用片內(nèi)ROM，不能使用片外ROM；但仿真器外引插針中的31腳并不與仿真芯片的31腳相連，故該仿真器仍可插入到擴(kuò)展有外部ROM（其CPU的/EA引腳接至低電平）的目標(biāo)系統(tǒng)中使用。 PROTEL DXP在前版本的基礎(chǔ)上增加了許多新的功能。PROTEL DXP是第一個(gè)將所有設(shè)計(jì)工具集于一身的板級(jí)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，電子設(shè)計(jì)者從最初的項(xiàng)目模塊規(guī)劃到最終形成生產(chǎn)數(shù)據(jù)都可以按照自己的設(shè)計(jì)方式實(shí)現(xiàn)。通過設(shè)計(jì)輸入仿真、PCB繪制編輯、拓?fù)渥詣?dòng)布線、信號(hào)完整性分析和設(shè)計(jì)輸出等技術(shù)融合，PROTEL DXP提供了全面的設(shè)計(jì)解決方案。當(dāng)前比較流行的 PROTEL 9 PROTEL 99 SE，就是它的前期版本。該軟件將項(xiàng)目管理方式、原理圖和PCB圖的雙向同步技術(shù)、多通道設(shè)計(jì)、拓樸自動(dòng)布線以及電路仿真等技術(shù)結(jié)合在一起，為電路設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)大的支持。2 簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介數(shù)字電壓表(Digital Voltmeter)簡(jiǎn)稱DVM，作為智能儀表的一種，它是采用數(shù)字化測(cè)量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量(直流輸入電壓)轉(zhuǎn)化成不連續(xù)，離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表，傳統(tǒng)的指針式電壓表功能單一，精度低，不能滿足數(shù)字化時(shí)代的需求采用單片機(jī)的數(shù)字電壓表，精度高，抗干擾能力強(qiáng)，可擴(kuò)展性強(qiáng)，集成方便。 設(shè)計(jì)背景數(shù)字電壓表在1952年由美國(guó)NLS公司首次創(chuàng)造，它剛開始是4位，50多年來，數(shù)字電壓表有了不斷的進(jìn)步和提高。開始是4位數(shù)碼顯示，然后是5位、6位顯示，而現(xiàn)在發(fā)展到7位、8位數(shù)碼顯示；從最初的一兩種類型發(fā)展到原理不同的幾十種類型；從最早的采用繼電器、電子 管發(fā)展到全晶體管、集成電路、微處理器化；從一臺(tái)儀器只能測(cè)12 種參數(shù)到能測(cè)幾十種參數(shù)的多用型；顯示器件也從輝光數(shù)碼管發(fā)展到等離子體管、發(fā)光二極管、液晶顯示器等。數(shù)字電壓表出現(xiàn)在50年代初，60 年代末發(fā)起來的電壓測(cè)量?jī)x表。這種電子測(cè)量的儀表之所以出現(xiàn)，一方面是由于電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用逐漸推廣到系統(tǒng)的自動(dòng)控制信實(shí)驗(yàn)研究的領(lǐng)域，提出了將各種被觀察量或被控制量轉(zhuǎn)換成數(shù)碼的要求，即為了實(shí)時(shí)控制及數(shù)據(jù)處理的需要；另一方面，也是電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展，帶動(dòng)了脈沖數(shù)字電路技術(shù)的進(jìn)步，為數(shù)字化儀表的出現(xiàn)提供了條件。如今，它又成為向智能化儀表發(fā)展的必要橋梁。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的模擬指針式電壓表功能單一，精度低，讀數(shù)的時(shí)候也非常不方便，很容易出錯(cuò)。 數(shù)字電壓表最初是伺服步進(jìn)電子管比較式，其優(yōu)點(diǎn)是準(zhǔn)確度比較高，但是采樣速度慢，重量達(dá)幾十公斤，體積大，繼之出現(xiàn)了斜波式電壓表，它的速度方面稍有提高，但是準(zhǔn)確度低，穩(wěn)定性差，再后來出現(xiàn)了比較式儀表改進(jìn)逐次漸近式結(jié)構(gòu)，它不僅保持了比較式準(zhǔn)確度高的優(yōu)點(diǎn)，而且速度也有了很大的提高，但它有一缺點(diǎn)是抗干擾能力差，很容易受到外界各種因素的影響。而現(xiàn)在，數(shù)字電壓表的發(fā)展已經(jīng)是非常的成熟，就原理來講，它從原來的一二種已發(fā)展到多種,在功能上講，則從測(cè)單一參數(shù)發(fā)展到能測(cè)多種參數(shù)；從制作元件來看，發(fā)展到了集成電路，準(zhǔn)確度已經(jīng)有了很大的提高；讀數(shù)每秒幾萬次，而相對(duì)以前，它的價(jià)格也有了降低了很多。(2) 按顯示位數(shù)來分：有4位，5位，6位，7位，8位等。(4) 按測(cè)量速度來分：有低速,中速，高速，超高速等。在電量的測(cè)量中，壓電流和頻率是最基本的三個(gè)被測(cè)量。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，靈敏度高和分辨率高，測(cè)量速度快等特點(diǎn)而倍受用戶青睞，數(shù)字式電壓表就是基于這種需求而發(fā)展起來的，是一種必不可少的電子測(cè)量?jī)x表。 DVM廣泛應(yīng)用于測(cè)量領(lǐng)域每期測(cè)量的準(zhǔn)確度和可信度取決于它的主要性能和技術(shù)指標(biāo)。3 數(shù)字電壓設(shè)計(jì)的兩種方案設(shè)計(jì)數(shù)字電壓表有多種的設(shè)計(jì)方法，方案是多種多樣的，由于大規(guī)模集成電路數(shù)字芯片的高速發(fā)展，各種數(shù)字芯片品種多樣，導(dǎo)致對(duì)模擬數(shù)據(jù)的采集部分的不一致性，進(jìn)而又使對(duì)數(shù)據(jù)的處理及顯示的方式的多樣性。下面介紹兩種數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)方案。A/D 轉(zhuǎn)換器和基準(zhǔn)電壓源；數(shù)字部分包括計(jì)數(shù)器，譯碼器，邏輯控制器，振蕩器和顯示器。模擬電路和數(shù)字電路是相互聯(lián)系的，由邏輯控制電路產(chǎn)生控制信號(hào)，按規(guī)定的時(shí)序?qū)/D轉(zhuǎn)換器中各組模擬開關(guān)接通或斷開，保證A/D轉(zhuǎn)換正常進(jìn)行。此方案設(shè)計(jì)其優(yōu)點(diǎn)是，設(shè)計(jì)成本低，能夠滿足一般的電壓測(cè)量。 由單片機(jī)系統(tǒng)及 A/D 轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)建這種方案是利用單片機(jī)系統(tǒng)與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，顯示模塊等的結(jié)合構(gòu)建數(shù)字電壓表。此方案的原理是模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換芯片的基準(zhǔn)電壓端，被測(cè)量電壓輸入端分別輸入基準(zhǔn)電壓和被測(cè)電壓。最后單片機(jī)系統(tǒng)將計(jì)算好了的被測(cè)電壓值按一定的時(shí)序送入顯示電路模塊加以顯示。4 總體方案設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)要求 ⑴ 以單片機(jī)為核心器件，組成一個(gè)簡(jiǎn)單的直流數(shù)字電壓表。⑶ 要求能在4位LED數(shù)碼管上輪流顯示或單路選擇顯示。 ⑷ 盡量使用較少的元器件。 根據(jù)單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)本次設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心的電壓測(cè)量系統(tǒng)。時(shí)鐘電路 復(fù)位電路A/D轉(zhuǎn)換測(cè)量電壓輸入顯示單片機(jī) P1 P3 P0 P2 P0 圖41 數(shù)字電壓表總體設(shè)計(jì)方框圖 設(shè)計(jì)方案 硬件電路設(shè)計(jì)由6個(gè)部分組成: A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)、顯示系統(tǒng)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路以及測(cè)量電壓輸入電路。5 硬件簡(jiǎn)介 本設(shè)計(jì)單片機(jī)的選擇在這一設(shè)計(jì)中，我們涉及到了一個(gè)關(guān)鍵系統(tǒng)模塊—單片機(jī)系統(tǒng)模塊，而目前單片機(jī)的種類是很繁多的，主要有主流的8位單片機(jī)和高性能的32位單片機(jī)，結(jié)合本設(shè)計(jì)各方面因素，8位單片機(jī)對(duì)于本設(shè)計(jì)已經(jīng)是綽綽有余了，但將用哪一種類8的單片機(jī)呢？在這里，不得不先簡(jiǎn)單的介紹一下幾種常用的8位單片機(jī)。應(yīng)用最廣的8位單片機(jī)還是INTEL的51系列單片機(jī)。 AVR 單片機(jī)是ATMEL公司推出較新的單片機(jī)，它的顯著特點(diǎn)是：高性能，低功能，高速度，指令單周期為主，但性格方面比51單片機(jī)要高。雖然有轉(zhuǎn)強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)電壓，但I(xiàn)/O口使用不比51單片機(jī)方便。 單片機(jī)的選擇本設(shè)計(jì)中選用是51系列的AT89C52，它是低電壓，低功耗，高性能的CMOS8 位單片機(jī)，片內(nèi)含8KB的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器和256B的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，2個(gè) I/O 口線, 3 個(gè) 16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路，并與 MCS51系列單片機(jī)兼容。顯示器和語音芯片等通過I/O口地址線和數(shù)據(jù)線連接起來；另一方面， 它將用戶下載的程序通過控制總線控制數(shù)據(jù)的輸入輸出，從而實(shí)現(xiàn)冊(cè)電壓的功能。該器件采用ATMEL搞密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。(1) 時(shí)鐘電路STC89C52內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳RXD和TXD分別是此放大器的輸入端和輸出端。內(nèi)部方式的時(shí)鐘電路如圖52 (a) 所示，在RXD和TXD引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部振蕩器就產(chǎn)生自激振蕩。～12MHz之間選擇，電容值在5～30pF之間選擇，電容值的大小可對(duì)頻率起微調(diào)的作用。對(duì)外部振蕩信號(hào)無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于12MHz的方波信號(hào)。RXD接地，TXD接外部振蕩器。片內(nèi)時(shí)鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個(gè)兩相時(shí)鐘P1和P2，供單片機(jī)使用。對(duì)外部振蕩信號(hào)無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于12MHz的方波信號(hào)。(2) 復(fù)位及復(fù)位電路 a、復(fù)位操作復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)。 b、復(fù)位信號(hào)及其產(chǎn)生RST引腳是復(fù)位信號(hào)的輸