【正文】 ........................................................................................................................ 27 感 謝 ............................................................................................................................................. 32 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 第一章 引言 課題設(shè)計的背景及概述 在電子測量中，電壓、電流和頻率是最基本的三個被測量，其中電壓量的測量最為經(jīng)常，而且隨著電子技術(shù)的發(fā)展，更是需要經(jīng)常測量高精 度的電壓，所以數(shù)字電壓表就成為一種必不可少的測量儀器。本次設(shè)計的作品由于用到的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片是 ADC0832，設(shè)計系統(tǒng)給的供電電壓為 +5伏，能夠測量電壓范圍為 0 到 5 伏之間， 滿足設(shè)計要求 。因此 AD 轉(zhuǎn)換是此次設(shè)計的核心元件。 本科專業(yè)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 題 目： 簡易數(shù)字電壓表設(shè)計 系 別： 計算機工程 系 專 業(yè)： 電子信息工程 年 級： 20xx級 學(xué) 號： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） I 摘 要 數(shù)字電壓表簡稱 DVM，數(shù)字電壓表基本原理是將輸入的模擬電壓信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，再進行輸出顯示。而 A/D 轉(zhuǎn)換器的作用是將連續(xù)變化的模擬信號量轉(zhuǎn)化為離散的數(shù)字信號，其 基本結(jié)構(gòu)是由采樣保持，量化，編碼等幾部分組成。輸入的模擬量經(jīng)過 AD 轉(zhuǎn)換器 轉(zhuǎn)換，再由驅(qū)動器驅(qū)動顯示器輸出，便得到測量的數(shù)字電壓。同時設(shè)計的精度為小數(shù)點后 兩 位，滿足要求的 兩 位小數(shù)的精度，在不考慮 AD 芯片的量化誤差的前提下，此次設(shè)計的精度能夠滿足一般測量的要求。數(shù)字電壓表簡稱 DVM，它是采用數(shù)字化測量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)化為不連續(xù)離散的數(shù)字形式，并加以顯示的儀表。 傳統(tǒng)的指針式刻度電壓表功能單一、精度低，容易引起視差和視覺疲勞，因而不能滿足數(shù)字化時代的需要，采用單片機的數(shù)字電壓表將連續(xù)的模擬量，如直流電壓，轉(zhuǎn)換為不連續(xù)的離散的數(shù)字形式并加以顯示，從而精度高、抗干擾能力強、可擴展能力強、集成方便，還可與 PC 實時通信。目前，對各種單片機和 AD 轉(zhuǎn)化器構(gòu)成的數(shù)字電壓表作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)歷了不斷改進的過程，從最早采用繼電器、電子管的形式發(fā)展到了現(xiàn)在的全固態(tài)化、集成化（ IC 化），另一方面，精讀也從百分之零點另一到百分之 零點零零五提高。 課題設(shè)計方案的選擇 設(shè)計數(shù)字電壓表有多種的設(shè)計方法，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)致對模擬數(shù)據(jù)的采集部分的不一致性，進而又使對數(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)果通過計數(shù)譯碼電路變換成段碼，最后驅(qū)動顯示器顯示出相 應(yīng)的數(shù)值。但設(shè)計不靈活，都是采用純硬件電路。 由單片機系統(tǒng)及 A/D 轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)建 這種方案是利用單片機系統(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，被測量電壓輸入端分別輸入基準(zhǔn)電壓和被測電壓。最后單片機系統(tǒng)將計算好了的被測電壓值按一定的時序送入顯示電路模塊加以顯示。青島理工大學(xué)琴島學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計與論證 設(shè)計目標(biāo) 基本功能 利用 51 單片機作為主控芯片，模擬量輸入范圍直流 0v5v。 主要技術(shù)參數(shù) 測量電壓范圍： 0v 至 5v A/D 轉(zhuǎn)換器： ADC0832（ 8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器） 顯示方式： LCD1602 液晶 電子鐘 功能：顯示時 :分 :秒 設(shè)計思路與預(yù)期成果 設(shè)計思路 利用 51 單片機作為主控芯片，模擬量輸入范圍直流 0v5v。 預(yù)期成果 該系統(tǒng)由延 時子函數(shù)、 LCD1602 寫命令子函數(shù)、 LCD1602 寫數(shù)據(jù)子函數(shù)、 LCD1602 初始化子函數(shù)、 LCD1602 寫時間子函數(shù)、漢字顯示子函數(shù)、采樣數(shù)據(jù)分離 ,顯示子函數(shù)、 ADC0832開始轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)子函數(shù)、定時器 0 中斷子函數(shù)、主函數(shù)和數(shù)據(jù)定義這幾部分組成 。實際的應(yīng)用程青島理工大學(xué)琴島學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 序一般由一個主程序和多個子程序構(gòu)成。 設(shè)計方案 此次設(shè)計的是數(shù)字電壓表，要求的電壓范圍是 0~5v。首先由單片機初始化 ADC0832 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片和 LCD 1602 液晶顯示，當(dāng)外接被測電壓后， ADC0832將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸入到單片機的 I/O 口，通過單片機處理后將電壓的大小顯示在 LCD 1602 液晶上面。系統(tǒng)包括 LCD1602 液晶 顯示電路、復(fù)位電路、時鐘電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。 電源的設(shè)計 系統(tǒng)電源使用直流 5伏。 USB 是通用串行總線 (Universal Serial Bus)接口的簡稱。根據(jù) USB 總線的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，它可以提供額定功率為 5V/500mA 的電源供 USB 設(shè)備使用。該系列單片機的始祖是 intel 的 8031 單片機，后來隨著技術(shù)的發(fā)展，成為目前廣泛應(yīng)用的８ 位 單片機之一。 51 系列單片機內(nèi)包含以 下幾個部件： 一個８位 CPU；一個片內(nèi)振蕩器及時鐘電路； 4KB 的 ROM 程序存儲器； 一個 128B 的 RAM 數(shù)據(jù)存儲器； 尋址 64KB 外部數(shù)據(jù)存儲器和 64KB 外部程序存儲空間的控制電路； 32 條可編程的 I/O 口線； 兩個 16 位定時／計數(shù)器； 一個可編程全雙工串行口； ５個中斷源、兩個優(yōu)先級嵌套中斷結(jié)構(gòu)。其將通用的微處理器和 Flash 存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash 存儲器可有效地降低開發(fā)成本。功能包括對會聚主 IC 內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù) RAM 及外部接口等功能部件的初始化，會聚調(diào)整控制，會聚測試圖控制，紅外遙控信號 IR 的接收解碼及與主板 CPU 通信等。 RST/Vpd（ 9 腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。 P0~P3 為可編程通用 I/O 腳，其功能用途由軟件定義，在本設(shè)計中， P0 端口（ 32~39 腳）被定義為 N1 功能控制端口，分別與 N1的相應(yīng)功能管腳相連接， 13 腳定義為 IR 輸入端， 10 腳和 11 腳定義為 I2C 總線控制端口，分別連接 N1 的 SDAS（ 18 腳）和 SCLS（ 19 腳）端口， 12 腳、 27 腳及 28 腳定義為握手信號功能端口，連接主板 CPU的相應(yīng)功能端，用于當(dāng)前制式的檢 測及會聚調(diào)整狀態(tài)進入的控制功能。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動 8 個 TTL 邏輯門電路，對端口 P0 寫 “1” 時，可作為高阻抗輸入端用。在 Flash 編程時， P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。對端口寫 “1” ，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。與 AT89C51 不同之處是， 和 還可分別作為定時 /計數(shù)器 2 的外部計數(shù)輸入（ ）和輸入（ ）。 P2 口： P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。在訪問外部程序存儲器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVX DPTR 指令）時， P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。 Flash 編程或校驗時，P2 亦接收高位地址和一些控制信號。 P3 口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏 輯門電路。此時，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流（ IIL）。 RST:復(fù)位輸入。 ALE/PROG:當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用青島理工大學(xué)琴島學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 AL 脈沖。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0位置位，可禁止 ALE 操作。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置 ALE 禁止位無效。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次 PSEN 信號。欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址為 0000H— FFFFH）， EA端必須保持低電平（接地）。如 EA 端為高電平（接 Vcc 端）， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。 XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部 時鐘發(fā)生器的輸入端。 單片機最小原理圖如圖 32所示。而在芯片的外部， XTAL1 和 XTAL2 之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器，這就是單片機的時鐘振蕩電路。 一般地，電容 C2 和 C3 取 30pF 左右， 晶體的振蕩頻率范圍是 。 單片機復(fù)位使 CPU 和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個確定的初始狀態(tài)下，并從這個狀態(tài)開始工作。 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 顯示系統(tǒng) LCD1602 分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為 HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無差別，兩者尺寸差別如下圖 33 所示： LCD1602 的主要技術(shù)參數(shù)： 顯示容量 :16 2個字符 芯片工作電壓 :— 工作電流 :() 模塊最佳工作電壓 : 字符尺寸 : (W H)mm 引腳功能說明 LCD1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的 14 腳（無背光）或 16 腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如 表32 所示 : 編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù) 2 VDD 電源正極 10 D3 數(shù)據(jù) 3 VL 液晶顯示偏壓 11 D4 數(shù)據(jù) 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇 12 D5 數(shù)據(jù) 圖 33 LCD1602 尺寸圖 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 5 R/W 讀 /寫選擇 13 D6 數(shù)據(jù) 6 E 使能信號 14 D7 數(shù)據(jù) 7 D0 數(shù)據(jù) 15 BLA 背光源正極 8 D1 數(shù)據(jù) 16 BLK 背光源負(fù)極 第 1腳： VSS 為地電源。 第 3腳： VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個 10K 的電位器調(diào)整對比度。 第 5 腳： R/W 為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作 。 第 6腳： E端為使能端，當(dāng) E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。 第 15腳：背光源正極。 LCD1602 的指令說明及時序 1602 液晶模塊內(nèi)部的控制器共有 11 條控制指令，如 表 33 所示： 序號 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 清顯示 0 0 0 0 0 0 0 0