【正文】 19 protues 仿真的介紹 .................................................. 19 protues 仿真電路圖 .................................................. 19 仿真結(jié)果 ............................................................ 20 總 結(jié) ................................................................... 23 參考文獻 ................................................................... 24 附 錄 ................................................................... 25 后 記 ................................................... 錯誤 !未定義書簽。目前，數(shù)字電 壓表已被廣泛用于電子電氣測量、工業(yè)自動化儀表、自動測試系統(tǒng)等領(lǐng)域。 (2).數(shù)碼管顯示位數(shù)多，能測量的范圍更加廣，用途更加廣泛。準(zhǔn)確度表示測量結(jié)果與真實值的一致性，反映了測量誤差的大小。數(shù)字電壓表測量靈敏度高，微小電壓變化能在數(shù)碼管的動態(tài)顯示中顯示。在數(shù)字電壓表的基礎(chǔ)上 ,可改造成用于不同工業(yè)領(lǐng)域的儀器儀表。它取決于 A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率。 (7).輸入阻抗高。 (8).集成度高，耗能少。 (9).抗干擾能力強。 田 唯 迪 ： 數(shù)字電壓表的設(shè)計 2 1 緒論 的依據(jù)及意義 微型單片機自上世紀(jì) 70 年代首次出現(xiàn)，因為其價格低而性能有很高，便于攜帶所占地方小、可以適配各種功能等等特點很快便引起了人們關(guān)注度，之后很多年的發(fā)展，現(xiàn)在常見于家用電器控制，節(jié)能設(shè)備、電子儀器、智能機器人等方向也有著廣泛的應(yīng)用，在軍事設(shè)備、工業(yè)控制領(lǐng)域都用到單片機控制，可見現(xiàn)在的單片機更加微型，智能，在提高了產(chǎn)品的功能與質(zhì)量同時，還降低了設(shè)計和使用成本。現(xiàn)階段，在電工檢測方向、工業(yè)自動化儀表控制、智能自動測試系統(tǒng)中，由 A/D 轉(zhuǎn)換器作為核心器件的數(shù)字電壓表被越來越廣泛的應(yīng)用，并且再有很大的份額和很強的生命力。 國內(nèi) 外現(xiàn)狀研究及發(fā)展趨勢 電子技術(shù)近 20 年的發(fā)展 ，微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、集成技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高新技術(shù)越來越成熟。 數(shù)字電壓表的發(fā)展大致如下： 1. 新技術(shù)的廣泛應(yīng)用 新的 A/D 轉(zhuǎn)換技術(shù)于上世紀(jì) 90 年代初在世界許多國家研發(fā)。 2. 智能化階段 在電子技術(shù)、大規(guī)模集成電路及計算機技術(shù)日新月異的大背景下，人們很快研制出并量產(chǎn)了 DVM 數(shù)據(jù)處理和可編程程序在微處理器控制下的芯片，因為數(shù)字電壓有數(shù)據(jù)存儲器ROM并使用 C軟件編程，通過可進行信息處理，儀器儀表經(jīng)過接口監(jiān)測系統(tǒng)，從而進行自華東 交通 大學(xué) 理工學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計 3 校、自檢，自查三個步驟，以及高準(zhǔn)確性的運行，這樣便實現(xiàn)了監(jiān)測系統(tǒng)的智能化當(dāng)前，智能化的 DVM的出現(xiàn)以及智能化儀表發(fā)展的良好態(tài)勢， DVM 將會成為未來的發(fā)展趨勢，并且會得到更多領(lǐng)域的應(yīng)用。 本文介紹的一種簡易數(shù)字 電壓表。芯片的主要任務(wù)是處理數(shù)據(jù)，并且把 0808送來的數(shù)字量進行分析處理，再送到顯示模塊中顯示，由于元件較少，成本低，測量精度和可靠性較高系統(tǒng)的數(shù)字電壓表電路簡單實現(xiàn)。 （ 2）能對常見的交流信號的電壓進行測量。 （ 4）當(dāng)輸入電壓過大時能夠具有保護功能。 （ 6）其它附加功能。 （ 1）為了滿足各方面的設(shè)計需求，選擇 AT89C51 單片機為核心控制器件。數(shù)字量經(jīng)由轉(zhuǎn)換器將輸入端輸入的模擬量轉(zhuǎn)換而成，與此同時產(chǎn)生控制信號并根據(jù)產(chǎn)生的頻率，經(jīng)過分析處理整合檢測最終輸出需要顯示的數(shù) 字。 （ 4） LED 數(shù)碼的段碼輸入 ,由并行端口 P0產(chǎn)生：位碼輸入，用并行端口 P2低兩位產(chǎn)生；小數(shù)點位由 P2 口產(chǎn)生。硬件電路設(shè)計圖如下圖所示： 華東 交通 大學(xué) 理工學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計 5 圖 21 數(shù)字電壓表總體設(shè)計方案圖 田 唯 迪 ： 數(shù)字電壓表的設(shè)計 6 3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 AT89C51 單片機的主要特征 AT89C51 單片機的外形如圖 31所示： 圖 31 AT89C51引腳圖 P0 口引腳：這組引腳共有 8個引腳， 這 8個引腳有兩種不同的功能，分別用于通用 I/O 口和對片外存儲器的讀 /寫數(shù)據(jù)， P0 口的字節(jié)地址為 80H，口的各位口線具有完全相同但又相互獨立的邏輯電路，有一個鎖存器兩個三態(tài)輸入緩沖器一個多路轉(zhuǎn)接開關(guān)，實際控制中， P0 口多數(shù)情況下都是作為地址 /數(shù)據(jù)線使用。 華東 交通 大學(xué) 理工學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計 7 P2 口： P2 口字節(jié)地址為 0A0H，實際控制中為系統(tǒng)提供高位地址，這個功能和 P0口一樣，在電路中有一個多路轉(zhuǎn)接開關(guān)，但是轉(zhuǎn)接開關(guān)的一段不再是作為地址數(shù)據(jù)使用，二就是單一的作為地址用而控制功能是它的第二大功能，但是每個引腳不完全一樣。訪問外部存儲器，如 RAM、 ROM。 訪問存儲器的時候 ， P2 口輸出高地址， P0 輸出低地址。 RST：單片機復(fù)位電路，當(dāng)單片機系統(tǒng)在運行中受到環(huán)境干擾時，程序運行若有錯誤，及時按復(fù)位按鈕，系統(tǒng)電路將自動初始化，起重置作用。 時鐘電路 單片機中指令執(zhí)行都需要在晶振產(chǎn)生的固有頻率下進行，按節(jié)拍有 順序的一次進行下去，而單片機時鐘脈沖是由時序電路發(fā)出的。 10uF，本文選擇了 30uF 的電容，這樣會對對震蕩頻率起到調(diào)節(jié)的作用電路產(chǎn)生的時鐘信號震蕩頻率由石英晶振來決定，最高可選 24MHz，本系統(tǒng)中選擇 6MHz 作為時鐘信號 的震蕩頻率。 CMOS 型單片機，由于在 RST端內(nèi)部有一個下拉電阻，故可拆除外部電阻，外接電容減至 10uF。加在 RST端的高電平信號要維持足夠長的時間才能保證系統(tǒng)可靠復(fù)位。圖 33是 AT89c51 單片機的上電復(fù)位和按鈕復(fù)位組合電路。逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換速度和精度都比雙積分型更高， ADC0808 轉(zhuǎn)換器可以與單片機連接，把轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量送入單片機，并對數(shù)字量進行分析和顯示。 A/D 轉(zhuǎn)化器的工作原理 轉(zhuǎn)換器要想工作，必須先做幾個步驟如寄存器每一個都必須歸零，開始轉(zhuǎn)換工作時，必須將最高位置高電也就是置 1才能把數(shù)據(jù)送入轉(zhuǎn)換器中進行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的結(jié)果與輸入時的比較，若經(jīng)轉(zhuǎn)換的模擬量小于輸入的模擬量，則 1被保留，如轉(zhuǎn)換的模擬量大于輸入的模擬量，則 1不保留，接著第二位第三位第四位并最終到最低位，最終寄存器中所存儲的便是輸入模擬量所對 應(yīng)的二進制的數(shù)字量。 ADC0808 的外部引腳特征： ADC0808 有 28 條引腳，其引腳圖如下所示： 圖 34 ADC0808的引腳圖 下面說明各個引腳功能： IN0IN7（ 8條）：用來進行輸入控制轉(zhuǎn)換模擬電壓。 START：啟動信號脈沖線，正脈沖寬度不小于 100ns，否則無法啟動， EOC: 標(biāo)志著轉(zhuǎn)換結(jié)束的輸出線，電位處于高電平時則表示 A/D 轉(zhuǎn)換已經(jīng)結(jié)束，且數(shù)字量自動鎖入鎖存器中。 OE：輸出允許端，高電平時，把轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量通過 D1D8 引腳上輸出。 Vcc、 GND: Vcc 一般 R與 EF+連接在一起為主電源輸入端，地端是 GND 與 REF連接在一起，這樣便是 VCC ， GND 的作用。 LED數(shù)碼管由 8 個發(fā)光二極管組成，其中7 個按“ 8”字型排列，還有一個是位于右下角且發(fā)光管的圓點形狀為 dp，用來顯示小數(shù)點。 數(shù)碼管有靜態(tài)和動態(tài)兩種顯示方式。這樣各個數(shù)碼管顯示相對獨立，每個數(shù)碼管接收的顯示字符一經(jīng)確定，相應(yīng) I/O 口的輸出段碼將保持不變，直到顯示下一個字符，此特點使得數(shù)碼管的顯示亮度也較高。 動態(tài)顯示，指逐位地點亮顯示器的各個位，點亮一次顯示器的亮度與間隔時間、導(dǎo)通電流和點亮?xí)r間的比例三者相關(guān)。采用了自動顯示 8 路模擬電壓值動態(tài)顯示對于設(shè)計的實現(xiàn)非常容易。本設(shè)計選用軟件譯碼的方式來簡化電路和進行數(shù)值顯示。通過譯碼器驅(qū)動將依次循環(huán)點亮數(shù)碼管 ,如圖 37 所示： 田 唯 迪 ： 數(shù)字電壓表的設(shè)計 12 圖 37 數(shù)碼管電路 LED 數(shù)碼管與單片機接口設(shè)計 LED 驅(qū)動電路設(shè)計是一個很重要的問題，單片機的 I/O 口產(chǎn)生的電流并不能直接驅(qū)動LED，驅(qū)動電路能力太差，這樣就會導(dǎo)致顯示器亮度低，這時，只要用驅(qū)動電路產(chǎn)生足夠的電流， LED就能正常工作。如圖 38所示。 圖 39 高阻隔放大電路 總體電路設(shè)計 總結(jié)以上的設(shè)計，利用 protues 軟件繪制出簡易的數(shù)字直流電壓表電路原理圖。此外， AT89C51 還控制 ADC0808 的工作，單片機 AT89C51 通過從ALE引腳輸出方波，接到 ADC0808 的 CLOCK, 發(fā)正脈沖啟動 A/D轉(zhuǎn)換， A/D 轉(zhuǎn)換完成產(chǎn)生中斷，單片機進入中斷程序 ，從 P1口讀取轉(zhuǎn)換的 置高電位，然后送給 LED 顯示。本設(shè)計目的是能對電壓進行測量，顯示的功能和其他相應(yīng)的軟件配合。第一步，開始，系統(tǒng)自動回到初始化狀態(tài)，此時， A/D 轉(zhuǎn)化子程序啟動，將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，測量限值比較，若輸入的模擬電壓大于電壓表的測量范圍，則系統(tǒng)蜂鳴器報警且輸出電壓表測量電壓最大值，若輸入電壓小于測量范圍，則系統(tǒng)正常運行且輸出準(zhǔn)確電壓，接著顯示子程序啟動，數(shù)字信號通過 LED 顯示板顯示數(shù)值，流程結(jié)束。啟 動電源，輸入被測模擬電壓值，經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換程序，譯碼器獲得電壓數(shù)值，通過 LED顯示器顯示，此時判斷被測電壓是否超出測量范圍，若超