【正文】 文中以明確方式標(biāo)明。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 涉密論文按學(xué)校規(guī) 定處理。 ................. 3 單片機(jī)簡介及本設(shè)計(jì)單片機(jī)的選擇 ......................... 3 常用單片機(jī)的特點(diǎn)比較及本設(shè)計(jì)單片機(jī)的選擇 ........... 3 本設(shè)計(jì)使用的單片機(jī)的簡介 .......................... 4 各種顯示器件的介紹和選擇 ............................... 6 常用顯示器件簡介 .................................. 6 1602 液晶的參數(shù)資料 .............................. 6 模數(shù)（ A/D）轉(zhuǎn)換芯片的選擇 .............................. 8 常用的 A/D 芯片簡介 ................................ 8 模數(shù)（ A/D）芯片 ADC0809 的資料 ..................... 8 2．總體設(shè)計(jì) ................................................ 16 技術(shù)要求 ............................................. 16 設(shè)計(jì)方案 ............................................. 16 3．硬件電路系統(tǒng)模塊的設(shè)計(jì) .................................. 17 單片機(jī)系統(tǒng) ........................................... 17 輸入電路 .............................................. 18 A/D 轉(zhuǎn)換芯片與單片機(jī)的連接 ............................ 18 1602 液晶與單片機(jī)連接 ................................ 19 按鍵控制電路設(shè)計(jì)。 致 謝 ..................................................... 26 參考文獻(xiàn) ................................................... 27 附錄 A：英語科技文獻(xiàn)原文及其翻譯稿 ......................... 28 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) VI 附錄 B：電路總圖 ............................................ 34 附錄 C：實(shí)物圖 .............................................. 35 附錄 D：元器件清單 ........................................ 36 附錄 E：源程序 .............................................. 37 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁 共 52 頁 引 言 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)量儀表，簡稱 DVM，它采用的是數(shù)字化測(cè)量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量，也就是連續(xù)的電壓值轉(zhuǎn)變?yōu)椴贿B 續(xù)的數(shù)字量，加以數(shù)字處理然后再通過顯示器件顯示。所以，數(shù)字化測(cè)理儀表的產(chǎn)生與發(fā)展與電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展是密切相關(guān)的；同時(shí)，為革新電子測(cè)量中的煩鎖和陳舊方式也催促了它的飛速發(fā)展，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)。顯示出強(qiáng)大的生命力。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，精度高達(dá) 1NV；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。而數(shù)字電壓表種類繁多，型號(hào)新異，目前國際仍未有統(tǒng)一的分類方法。 按顯示位數(shù)來分：有 4 位， 5 位， 6 位， 7 位， 8 位等。 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，電壓、電流 和頻率是最基本的三個(gè)被測(cè)量。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) 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 頁 共 52 頁 量儀器。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 頁 共 52 頁 1． 設(shè)計(jì)方案的選擇 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。其中， A/D 轉(zhuǎn)換器是它的核心器件，它將輸入的模擬量轉(zhuǎn)換 成數(shù)字量。 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果通過計(jì)數(shù)譯碼電路變換成段碼，最后驅(qū)動(dòng)顯示器顯示出相應(yīng)的數(shù)值。但設(shè)計(jì)不靈活，都是采用純硬件電路。 基于 單片機(jī)系統(tǒng)及 A/D轉(zhuǎn)換芯片 的電壓表 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。 方案的選擇 2 硬件電路的設(shè)計(jì) 單片機(jī)簡介及本設(shè)計(jì)單片機(jī)的選擇 常用單片機(jī)的特點(diǎn)比較及本設(shè)計(jì)單片機(jī)的選擇 綜合上一章提到的兩種設(shè)計(jì)方案的各方面優(yōu)點(diǎn)及其在現(xiàn)在的所設(shè)計(jì)電壓表的實(shí)用性，我們選擇第二種電壓表設(shè)計(jì)方案，即由單片機(jī)系統(tǒng)及數(shù)字芯片構(gòu)建的方法來我們本次設(shè)計(jì)。在這里，不得不先簡單的介紹一下幾種常用的 8單片機(jī)。而目前常用的單片機(jī)的 8位有 51系列單片機(jī)， AVR單片機(jī)， PIC單片機(jī)。 51系列單片機(jī)的特點(diǎn)是：硬件結(jié)構(gòu)合理，指令系統(tǒng)規(guī)范，加之生產(chǎn)歷史悠久，世界有許多芯片公司都買了 51的芯片核心專利技術(shù)，并在其基礎(chǔ)上擴(kuò)充其性能，使得芯片的運(yùn)行速度變得更快，性價(jià)比更高。有專門的 I/O方向寄存器。 PIC單片機(jī)系列是美國微芯公司的產(chǎn)品，也是市面上增長最快的單片機(jī)之一，屬精簡指令集單片機(jī)，其特點(diǎn)是：高速度，高性能，但在性格方面比 51單片機(jī)要高，也有專門的 I/O方向寄存器， I/O口使用不比 51單片機(jī)方便。 本設(shè)計(jì)使用的單片機(jī)的簡介 本設(shè)計(jì)中選用 是 51 系列的 AT89C51，它是低電壓、低功耗、高性能的 CMOS8 位單片機(jī)，片內(nèi)含4KB的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器和 128B的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器， 32個(gè) I/O口線，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路，并與 MCS51系列單片機(jī)兼容。 下圖 AT89C51 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖： 圖 AT89C51 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁 共 52 頁 從內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖框圖上可以看出 AT89C51 單片機(jī)包括一下資源： （ 1） 一個(gè) 8 位的 CPU （ 2） 一個(gè)片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路 （ 3） 4KB 的 FLAShROM （ 4） 128 的內(nèi)部 RAM （ 5） 可擴(kuò)展 64KB 外部 ROM 和外部 RAM 的控制電路； （ 6） 2 個(gè) 16 位的定時(shí) /計(jì)數(shù)器 （ 7） 26 個(gè)特殊功能寄存器 （ 8） 4 個(gè) 8 位的并行口 （ 9） 一個(gè)全雙工的串行口 （ 10） 5 個(gè)中斷源， 2 個(gè)外部中斷， 3 內(nèi)部中斷 （ 11） 內(nèi)部硬件看門狗電路 （ 12） 一個(gè) SPI 串行接口，用于芯片的在系統(tǒng)編程 AT89C51 單片機(jī)有四十個(gè)引腳，其引腳圖同圖 ，引腳可分為四類：電源和地，時(shí)鐘，控制和 I/O 口 。 GND： 接地。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1時(shí)，被定義為高阻輸入。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高 電 平 ，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口 ： P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL門電流，當(dāng) P2口被寫 “1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在給出地址 “1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng) 對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P3 口 ： P3口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL門電流。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。在FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置0。另外，該引腳被略微拉高。 PSEN： 外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。注意加密方式 1 時(shí)， /EA將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA端保持高電平時(shí)，此間 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 頁 共 52 頁 內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。 XTAL1： 反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 振蕩器特性 : XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 數(shù)碼管是最常用的一種顯示 器件，它是由幾個(gè)發(fā)光二極管組成的 8字段顯示器件，其特點(diǎn)是價(jià)格非常的便宜，使用也非常的方便，顯示效果非常的清楚。但數(shù)碼管只能是顯示 0—— 9的數(shù)據(jù)。這也是數(shù)碼管的不足之處。具有高亮度，功耗低，視角大，壽命長，耐濕，冷，熱等特點(diǎn)， LED 點(diǎn)陣顯示器件可以顯示數(shù)字，英文字符，中文字符等。 1602液晶是工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示 16*2即 32個(gè)字符。使用時(shí)直接編寫軟件程序按一定的時(shí)序驅(qū)動(dòng)即可。 12864液晶也是一種工業(yè)字符型液晶，它不僅能夠顯示 1602液晶所可以顯示的字符，數(shù)字等信息，而且還可以顯示 8*4個(gè)中文漢字和一些簡單的圖片，顯示信息也非常的清楚。不過它的價(jià)格比 1602液 晶貴了很多。而點(diǎn)陣顯示器件驅(qū)動(dòng)顯示軟件程序編寫麻煩，占用的引腳相對(duì)也較多。所以在本設(shè)計(jì)中，我們考慮用液晶顯示器件，雖然 12864液晶比 1602液晶的功能強(qiáng)，不過在價(jià)格方面卻貴了好多。因此，在本設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)我們選擇 1602液晶顯示器件。以下是 1602液晶的各方面參數(shù)： 表 1. 1 接口信號(hào)說明 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁 共 52 頁 編號(hào) 符號(hào) 引腳說明 1 VSS 電源地 2 VDD 電源