【正文】 A/D轉(zhuǎn)換子程序 26 顯示子程序 27第七章 調(diào)試及性能分析 28 調(diào)試與測試 28 性能分析 28總 結(jié) 30參考文獻 31致 謝 33附錄 34附錄I（外文翻譯） 34外文譯文 44附錄II（任務(wù)書） 52附錄III（開題報告） 54附錄IV（圖表） 57I Proteus仿真圖 57II 硬件總電路圖 58III 實物圖 59附錄V（程序清單） 60華北水利水電大學畢業(yè)設(shè)計（論文）摘 要63隨著時代的進步，用指針式萬用表測量小幅度直流電壓已經(jīng)顯得有些不太方便。因為指針式的測量不夠精確，隨著長時間的使用可能會造成歐姆調(diào)零以及機械調(diào)零的磨損，這都會對數(shù)據(jù)的測量造成很多困難，而采用數(shù)字式電壓表來測量就可以避免這種情況的發(fā)生，而且操作更加方便。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，送入單片機進行處理。最后介紹了程序流程，并用KEIL和PROTUES聯(lián)機調(diào)試進行仿真。最后完成測量的電壓值。電路包括:數(shù)據(jù)采集電路的單片機最小化設(shè)計、單片機鐘電路、復位電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、測量電壓輸入電路等。關(guān)鍵字：STC89C52單片機；ADC0809；A/D轉(zhuǎn)換；LCD顯示；數(shù)據(jù)處理。 ADC0809。 data processing.華北水利水電大學畢業(yè)設(shè)計(論文)緒論數(shù)字電壓表(Digital Voltmeter)簡稱DVM，作為智能儀表的一種，它是采用數(shù)字化測量技術(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)字化時代的需求采用單片機的數(shù)字電壓表，精度高，抗干擾能力強，可擴展性強，集成方便。一 設(shè)計背景數(shù)字電壓表在1952年由美國NLS公司首次創(chuàng)造，它剛開始是4位，50多年來，其設(shè)計技術(shù)有了不斷的發(fā)展和提升。從剛開始使用4位數(shù)碼顯示，發(fā)展到5位、6位，進而發(fā)展到7位、8位；從最初的一兩種類型發(fā)展到功能和量程、精度都不同的好幾十種；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；從一臺儀器只能測12 種參數(shù)到能測幾十種參數(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)起來的電壓測量儀表。這種電子測量的儀表之所以出現(xiàn)，一方面是由于電子計算機的應(yīng)用逐漸推廣到系統(tǒng)的自動控制信實驗研究的領(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，即為了實時控制及數(shù)據(jù)處理的需要；另一方面，也是電子計算機的發(fā)展，帶動了脈沖數(shù)字電路技術(shù)的進步，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。因為傳統(tǒng)的模擬指針式電壓表功能單一，精度低，讀數(shù)的時候也非常不方便，很容易出錯。數(shù)字電壓表最初是伺服步進電子管比較式，其優(yōu)點是準確度比較高，但是采樣速度慢，重量達幾十公斤，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，但是準確度低，穩(wěn)定性差，再后來出現(xiàn)了比較式儀表改進逐次漸近式結(jié)構(gòu)，它不僅保持了比較式準確度高的優(yōu)點，而且速度也有了很大的提高，但它有一缺點是抗干擾能力差，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，則從測單一參數(shù)發(fā)展到能測多種參數(shù)；從制作元件來看，發(fā)展到了集成電路，準確度已經(jīng)有了很大的提高；讀數(shù)每秒幾萬次，而相對以前，它的價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) 按測量速度來分：有低速,中速，高速，超高速等。在電量的測量中，壓電流和頻率是最基本的三個被測量。另外，由于數(shù)字式儀器具有讀數(shù)準確方便，精度高，誤差小，靈敏度高和分辨率高，測量速度快等特點而倍受用戶青睞，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量儀表。 DVM廣泛應(yīng)用于測量領(lǐng)域每期測量的準確度和可信度取決于它的主要性能和技術(shù)指標。華北水利水電大學畢業(yè)設(shè)計(論文)第一章 數(shù)字電壓表 數(shù)字電壓表的優(yōu)點傳統(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合。因此未來的A/D轉(zhuǎn)換器將兼顧精度和速度，成本也會隨著集成電路的發(fā)展而降低。KEIL提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境將這些部分組合在一起。掌握這一軟件的使用對于使用51系列單片機的愛好者來說是十分必要的，由于小編喜歡使用C語言編程，而KEIL對C語言的編譯方便快捷。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連接定位生成絕對目標文件(.ABS)。使用獨立的KEIL仿真器時，注意事項 ，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展有外部ROM（其CPU的/EA引腳接至低電平）的目標系統(tǒng)中使用。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計平臺，其處理器模型支持805HC1PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC3AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。第二章 總體設(shè)計方案設(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。A/D 轉(zhuǎn)換器和基準電壓源；數(shù)字部分包括計數(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，按規(guī)定的時序?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)換正常進行。此方案設(shè)計其優(yōu)點是，設(shè)計成本低，能夠滿足一般的電壓測量。 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)換芯片的基準電壓端，被測量電壓輸入端分別輸入基準電壓和被測電壓。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。 設(shè)計要求 ⑴ 以單片機為核心器件，組成一個簡單的直流數(shù)字電壓表。⑶ 要求能在LCD1602顯示測量值。 ⑷ 盡量使用較少的元器件。設(shè)計時假設(shè)待測的輸入電壓為8路，電壓值的范疇為0~5V，要求能在LCD液晶準確顯示測得的電壓值。 設(shè)計方案 根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，控制系統(tǒng)采用STC89C52單片機，A/D轉(zhuǎn)換器采用ADC0809。輸出的數(shù)據(jù)值為255（0FFH），（5/255）。本設(shè)計只采集其中一路的電壓值進行測量，即ADC_A=1。 ADC_C=0時采集IN~3輸入端電壓。簡易數(shù)字電壓表應(yīng)用系統(tǒng)主要利用A/D轉(zhuǎn)換器，處理過程如下：先用A/D轉(zhuǎn)換器對IN3端口電壓值進行采樣，得到相應(yīng)的數(shù)字量，再按數(shù)字量與模擬量成正比關(guān)系運算得到對應(yīng)的模擬電壓值，然后把模擬值通過顯示器顯示出來。硬件電路設(shè)計由6個部分組成: A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機、顯示系統(tǒng)、時鐘電路、復位電路以及測量電壓輸入電路。時鐘電路復位電路A/D轉(zhuǎn)換測量電壓輸入LCD顯示STC89C52P0 P2 P0 P2 P0 圖11 數(shù)字電壓表總體設(shè)計方框圖 第三章 硬件簡介 本設(shè)計單片機的選擇在這一設(shè)計中，我們用到了一個關(guān)鍵系統(tǒng)模塊——單片機系統(tǒng)模塊，而目前單片機的種類是很繁多的，其中最常用的有主流的8位單片機和高性能的32位單片機，本設(shè)計中，8位單片機對于本設(shè)計已經(jīng)完全能滿足設(shè)計需求，但將用哪一種類8的單片機呢？在這里，不得不先簡單的介紹一下幾種常用的8位單片機。應(yīng)用最廣的8位單片機還是51系列單片機。 AVR 單片機雖然具有：高性能，低功能，高速度，性格方面比51單片機高，轉(zhuǎn)強的驅(qū)動電壓等優(yōu)點，但I/O口使用不比51單片機方便。 單片機的選擇本設(shè)計中選用是51系列的STC89C52，它是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗，高性能的CMOS8 位單片機，片內(nèi)含8KB的可反復擦寫的只讀程序存儲器和256B的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器，8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復位電路，3個16 位定時器/計數(shù)器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口，并與 MCS51系列單片機兼容。圖31單片機總控制電路 STC89C52單片機介紹STC89C52是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲器（FPEROMFlash Programable and Erasable Read Only Memory ）的低電壓，高性能COMOS8的微處理器，俗稱單片機。單片機總控制電路如圖31所示。時鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。定時元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。外部方式的時鐘電路如圖32（b）所示，RXD接地，TXD接外部振蕩器。片內(nèi)時鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個兩相時鐘P1和P2，供單片機使用。對外部振蕩信號無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于12MHz的方波信號。 （a）內(nèi)部方式時鐘電路 （b）外部方式時鐘電路圖32 時鐘電路RXD接地，TXD接外部振蕩器。片內(nèi)時鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個兩相時鐘P1和P2，供單片機使用。其主要功能是把PC初始化為0000H，使單片機從0000H單元開始執(zhí)行程序。除PC之外，復位操作還對其他一些寄存器有影響，它們的復位狀態(tài)如表31所示。復位信號是高電平有效，其有效時間應(yīng)持續(xù)24個振蕩周期(即二個機器周期)以上。產(chǎn)生復位信號的電路邏輯如圖33所示。外部電路產(chǎn)生的復位信號(RST)送至施密特觸發(fā)器，再由片內(nèi)復位電路在每個機器周期的S5P2時刻對施密特觸發(fā)器的輸出進行采樣，然后才得到內(nèi)部復位操作所需要的信號。上電自動復位是通過外部復位電路的電容充電來實現(xiàn)的，其電路如圖 34（a）所示。按鍵手動復位有電平方式和脈沖方式兩種。（a）上電復位 （b）按鍵電平復位 （c）按鍵脈沖復位圖34復位電路上述電路圖中的電阻、電容參數(shù)適用于6MHz晶振，能保證復位信號高電平持續(xù)時間大于2個機器周期。 STC89C52具體介紹如下：① 主電源引腳（2根） VCC(Pin40)：電源輸入，接＋5V電源 GND(Pin20)：接地線② 外接晶振引腳（2根） XTAL1(Pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端 XTAL2(Pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端③ 控制引腳（4根）RST/VPP(Pin9)：復位引腳，引腳上出現(xiàn)2個機器周期的高電平將使單片機復 位。 ④ 可編程輸入/輸出引腳（32根）表32 STC89C52主要功能主要功能特性兼容MCS51指令系統(tǒng)8K可反復擦寫Flash ROM32個雙向I/O口256x8bit內(nèi)部RAM3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷時鐘頻率024MHz2個串行中斷可編程UART串行通道2個外部中斷源共6個中斷源2個讀寫中斷口線3級加密位低功耗空閑和掉電模式軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 STC89C52單片機有4組8位的可編程I/O口，分別位P0、PPP3口，每 個口有8位（8根引腳），共32根。(3) 單片機最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)由一個單片機、一個晶振和2 個磁片電容組成，是單片機外圍核心電路，如圖35所示。 1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊。使用時直接編寫軟件程序按一定的時序驅(qū)動即可。 顯示器件的選擇LCD1602以微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧，常用在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中，在本次設(shè)計中由于便于接入電路和拆除被選用。下面以1602字符型液晶顯示器為例，介紹其用法。第2腳：VDD接5V正電源。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。當RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第16腳：背光源負極3