【正文】 示、計算結果、然后打印出來。例如該公司生產的“4700A”多功能校準器和“8505”危機數字多用電壓表，可用8位顯示，直流精度可達到177。帶有A/D變換模式、數據輸出接口形式IEEE488。還具有高精度電壓校準器“5400A”、“5200A”、“5450A”等數字儀表，都是作為一級計量站和國家級計量站使用的標準儀表。日本橫河公司的“2501”型采用三次采樣等等在不斷的蓬勃發(fā)展[1]。第一代產品是20世紀50年代問世的電子管數字電壓表，第二代產品屬于20世紀60年代出現的晶體管數字電壓表，第三帶產品為20世紀70年代研制的中、小規(guī)模集成電路的數字電壓表。它們不僅開創(chuàng)了電子測量的先河，更以高準確度、高可靠性、高分辨力、高性價比等優(yōu)良特性而受到人民的青睞[2]。這些電路能在軟件的控制下準確、迅速、高效地完成程序設計者事先規(guī)定的任務。 單片機的應用領域單片機廣泛應用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設備、航空航天、專用設備的智能化管理及過程控制等領域，大致可分如下幾個范疇：(1)在智能儀器儀表上的應用 (2)在工業(yè)控制中的應用用單片機可以構成形式多樣的控制系統、數據采集系統。(3)在家用電器中的應用現在的家用電器基本上都采用了單片機控制，從電飯褒、洗衣機、電冰箱、空調機、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設備，五花八門，無所不在。 此外，單片機在工商，金融，科研、教育，國防航空航天等領域都有著十分廣泛的用途。 雖然單片機的硬件選型不盡相同，軟件編寫也千差萬別，但系統的研制步驟和方法是基本一致的，一般都分為總體設計、硬件電路的構思設計、軟件的編制和仿真調試幾個階段。 數字電壓表的特點(1)顯示清晰直觀，讀數準確數字電壓表采用先進的數顯技術，使測量結果一目了然，只要儀表不發(fā)生跳讀現象，測量結果就是唯一的。(3)分辨率高數字電壓表在最低電壓量程上末位1個字所代表的電壓值，稱為儀表的分辨力，它反映儀表靈敏度的高低。分辨率是指所能顯示的最小數字（零除外）與最大數字的百分比。(5)擴展能力強在數字電壓表的基礎上，還可擴展成各種通用及專用數字儀表、數字多用表（DMM）和智能儀表，以滿足不同的需要。它主要取決于A/D轉換器的轉換速率，其倒數是測量周期。 (8)集成度高，微功耗 新型數字電壓表普遍采用CMOS大規(guī)模集成電路，整機功耗很低。而硬件電路采用ATMEL公司的AT89C51作為主處理器，系統主要由信號采集、A/D轉換、數據處理輸出、驅動顯示等幾個功能模塊組成。系統框圖（圖21）如下：A/D轉換單元數據處理單元顯示驅動單元顯示單元被測電壓圖21 電壓表系統框圖被測直流電壓由A/D轉換單元采集后被量化，再由單片機對A/D轉換的結果進行標度變換，得到被測電壓的數值，通過單片機對數次轉換結果求平均值、并通過SOI串行數據接口把所求平均值輸出給顯示驅動單元，由該單元完成譯碼，并驅動數碼管顯示。在設計過程中采用分模塊設計，把電路分A/D轉換、數據處理輸出、驅動、顯示四個單元，分別設計。其次，計算機中的數字都是十六進制數，而我們習慣于十進制數的讀寫，因此，在軟件設計中則要把十六進制數轉換成十進制數。本裝置的輸出用四位LED顯示，因此在軟件設計中還要解決數字輸出與LED的接口問題。數值顯示采用八段數碼管，由單片機以動態(tài)掃描方式驅動，在此方式下能保證足夠的亮度和較長的使用壽命。轉換輸出的結果在0～255之間分別對應著0～+5V之間的256個電壓值，因此單片機必須把A/D轉換輸出的結果轉換成可以顯示的電壓值，具體的方法是： 由上公式可知：當ADC0809輸出為（11111111）B時，輸入電壓值VIN=；當ADC0809輸出為（00000000）B時，輸入電壓值VIN=；當ADC0809輸出為（10000000）B時，輸入電壓值VIN=，但是單片機在進行數學運算時結果只讀取整數部分，因此當輸出為（10000000）B時計算得來的電壓值VIN=。具體方法是：如果保留小數點后兩位，在運算的時候分子乘以100，保留三位就乘以1000。具體方法和程序見程序設計部分和附錄。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，目前不同廠家已經生產出了多種型號的A/D轉換器，以滿足不同應用場合的需要。目前最常用的是雙積分和逐次逼近式。與雙積分相比，逐次逼近式A/D轉換的轉換速度更快，而且精度更高，比如ADC080ADC0809等，它們通常具有8路模擬選通開關及地址譯碼、鎖存電路等，它們可以與單片機系統連接，將數字量送單片機進行分析和顯示[9]。本電路采用ADC0809。從產品性價比、轉換速度和精度等方面綜合分析，逐次比較型ADC是相對應用比較廣的類型之一。逐次比較型ADC原理結構如圖32所示。+—GOCP被測電壓uiADIF=1逐次比較寄存器Us寄存器數字量輸出模/數轉換圖32 逐次比較型ADC原理結構其工作原理如下：首先，被測模擬電壓ui通過逐次比較寄存器，將傳遞進的脈沖CP信號轉換成數字信號，該數字量再經過數/模轉換器生成對應的模擬量Us。此時，逐次比較積存器的計數值就是被測電壓ui所對應的數字量，從而完成模擬量的轉換。 ADC0809芯片介紹ADC0809是一種8位逐次逼近型A/D轉換器。IN0—IN7：8條模擬量輸入通道。地址輸入和控制線：4條，ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。A，B，C為地址輸入線，用于選通INO—IN7上的一路模擬量輸入。START為上跳沿時，所有內部寄存器清零；下跳沿時，開始進行A/D轉換：在轉換期間，START應保持底電平。當EOC為高電平時，表明轉換結束：否則，表明正在進行A/D轉換。OE=1，輸出轉換得到的數據。D7—D0為數字量輸出線。由于ADC0809的內部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為500KHz，最大不能超過1280KHz[11]。一般情況VREF（）接地，VREF（+）接+5V電源。單片機有著體積小，功耗低，功能強，性能價格比高、易于推廣應用等顯著優(yōu)點，在自動化裝置、智能化儀器儀表、過程控制和家用電器等領域得到日益廣泛的應用。它不但和8051指令、管腳完全兼容，而且其片內的4K程序存儲器是FLASH工藝的，這種工藝的存儲器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫，一般專為 ATMEL AT89Cx 做的編程器均帶有這些功能。 AT89C51芯片主要性能參數與MCS—51產品指令系統完全兼容 4K字節(jié)的可重擦寫Flash閃速存儲器1000次擦寫周期全靜態(tài)操作：0Hz–24Hz三級加密程序存儲器1288字節(jié)內部RAM32個可編程I/O口線2個16位定時/記數器6個中斷源可編程串行UART通道底功耗空閑和掉電模式 圖33 AT89C51 AT89C51功能介紹AT89C51是一種低損耗、高性能、CMOS八位微處理器，片內有4K字節(jié)的在線可重復編程快擦快寫存儲器，能重復寫入/擦除1000次，數據保存時間為十年。AT89C51可構成真正的單片機最小應用系統，縮小系統體積，增加系統的可靠性，降低了系統成本?？捎?V電壓編程，而且擦寫時間僅需10毫秒，僅為8751/87C51的擦除時間的百分之一，與8751/87C51的12V電壓擦寫相比，不易損壞器件，沒有兩種電源的要求，改寫時不拔下芯片，適合許多嵌入式控制領域。AT89C51芯片提供三級程序存儲器加密，提供了方便靈活而可靠的硬加密手段，能完全保證程序或系統不被仿制[13]。1288位內部RAM，32位雙向輸入輸出線，兩個十六位定時/計數器，5個中斷源，兩級中斷優(yōu)先級，一個全雙工異步串行口及時鐘發(fā)生器等。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅動8個TTL邏輯門電路，對端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。在Flash編程時，P0口接受指令字節(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”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可操作輸入口。Flash編程和程序校驗期間，P1接收底8位地址。對斷口寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉底時會輸出一個電流（IIL）。在訪問8位地址的外部數據存儲器（如執(zhí)行MOVE RI指令）時，P2口線上的內容[也即特殊功能存儲器（SFR）區(qū)中R2寄存器的內容]，在整個訪問期間不改變。P3口：P3口是一組帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O口。對P3口寫入“1”時，它們被內部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表32所示端口引腳第二功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） INT0（外部中斷0） INT1（外部中斷1） T0（定時/記數器0） T1（定時/記數器1） WR（外部數據存儲器寫選通） RD（外部數據存儲器讀選通）表32P3口還接受一些用于Flash閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。當振蕩器工作時，RET引腳出現兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。即使不訪問外部存儲器，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外部輸出時鐘或用于定時目的。對Flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。該位置位后，只有一條MOVE和MOVX指令ALE才會被激活，此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置ALE無效。在此期間，當訪問外部數據存儲器，這兩次有效的PSEN信號不出現。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H—FFFFH），EA端必須保持底電平（接地）。如EA端為高電平（接VCC端），CPU則執(zhí)行內部程序存儲器中的指令。XTAL1：振蕩器反相放大器的及內部時鐘發(fā)生器的輸入端。 LED顯示器系統 LED基本結構LED是發(fā)光二極管顯示器的縮寫。LED顯示器是由若干個發(fā)光二極管組成顯示字段的顯示器件[6]。LED七段數碼顯示器由8個發(fā)光二極管組成顯示字段，其中7個長條形的發(fā)光二極管排列成“日”字形，另一個圓點形的發(fā)光二極管在顯示器的右下角作為顯示小數點用，其通過不同的組合可用來顯示各種數字。本系統中前一位顯示電壓的整數位，即個位，后兩位顯示電壓的小數位。圖35 4位LED引腳對于這種結構的LED顯示器，它的體積和結構都符合設計要求，由于4位LED陰極的各段已經在內部連接在一起，所以必須使用動態(tài)掃描方式（將所有數碼管的段選線并聯在一起，用一個I/O接口控制）顯示。硬件譯碼是指利用專門的硬件電路來實現顯示字符碼的轉換。本設計系統中為了簡化硬件線路設計，LED譯碼采用軟件編程來實現。顯示字符共陰極字段碼03FH106H25BH34FH466H56DH67DH707H87FH96FH表33 復位電路和時鐘電路 復位電路設計單片機在啟動運行時都需要復位，使CPU和系統中的其他部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。當震蕩器起振后，只要該引腳上出現2個機器周期以上的高電平即可確保時器件復位[1]。單片機的復位方式有上電自動復位和手動復位兩種，圖35是51系列單片機統常用的上電復位和手動復位組合電路，只要Vcc上升時間不超過1ms，它們都能很好的工作[1]。CPU執(zhí)行一條指令的各個微操作所對應時間順序稱為單片機的時序。本設計系統采用內部時鐘方式，利用單片機內部的高增益反相放大器，外部電路簡，只需要一個晶振和 2個電容即可，如圖37所示。 7805簡介用78/79系列三端穩(wěn)壓IC來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內部還有過流、過熱及調整管的保護電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜。 A/D轉換子程序A/D轉換子程序用來控制對輸入的模塊電壓信號的采集測量，并將對應的數值存入相應的內存單元，其轉換流程圖如圖42所示。在本設計中，為了簡化硬件設計，主要采用軟件定時的方式，本設計通過軟件延時程序來實現5ms的延時。（1）Protel 99 SE的系統組成按照系統功能來劃分，Protel99se主要包含以下倆大部分和6個功能模塊。本系統的主要功能是：繪制、修改和編輯電路原理圖；更新和修改電路圖零件庫；查看和編輯有關電路圖和零件庫的各種報表。本系統的主要功能是：繪制、修改和編輯電路板；更新和修改零件封裝；管理電路板組件。（2）電路仿真與PLD部分①電路模擬仿真系統（Advanced SIM 99）：電路模擬仿真系統包含一個數字/模擬信號仿真器，可提供連續(xù)的數字信號和模擬信號，以便對電路原理圖進行信號模擬仿真，從而驗證其正確性和可行性。本系統的主要功能是；對邏輯電路進行分析、綜合；觀察信號的波形。 　③高級信號完整性分析系統（Advanced Integrity 99）：信號完整性分析系統提供了一個精確的信號完整性模擬器，可用來分析PCB設計、檢查電路設計參數、實驗超調量、阻抗和信號諧波要求等。用過匯編語言后再使用C來開發(fā)，體會更加深刻。機器匯編是通過匯編軟件將源程序變?yōu)闄C器碼，用于MCS51單片機的匯編軟件有早期的A51，隨著單片機開發(fā)技術的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級語言開發(fā)，單片機的開發(fā)軟件也在不斷發(fā)展，Keil軟件是目前最流行開發(fā)MCS51系列單片機的軟件，這從近年來各仿真機廠商紛紛宣布全面支持Keil即可看出。運行Keil軟件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空閑的硬盤空間、WIN9