【正文】 測量 05V 的直流電壓，最小分辨率為 ，使用 8 段 LED 數碼管模塊穩(wěn)定顯示所測量的電壓。 單片機可單獨地完成現代工業(yè)控制所要求的智能化控制功能，這是單片機最大的特征。 數字化發(fā)展離不開單片機的應用，單片機是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模技術把具有數據處理能力的微處理器 (CPU)集中到一塊芯片上。 目前廣泛應用的是采用專用集成電路實現的數字電壓表 ，隨著電子技術的發(fā)展，測量要求也越來越精確，測量工具的性能要求也越來越高。新工藝、新材料、新的制造技術催生了新的一代電子元器件，同時也促使電子測量技術和電子測量儀器產生了 新概念和新發(fā)展趨勢。 畢業(yè)設計說明書 畢業(yè)生姓名 ： 專業(yè) ： 學號 ： 指導教師 ： 所屬系（部） ： 二 〇 一 〇 年六月 I 畢業(yè)設計評閱書 題目： 數字直流電壓表系統設計 信息 系 自動化 專業(yè) 姓名 設計時間： 2021 年 4 月 5 日 — 2021 年 6 月 11日 評閱意見： 成績： 指導教師： （簽字） 職 務： 201 年 月 日 II 畢業(yè)設計答辯記錄卡 信息 系 自動化 專業(yè) 姓名 答 辯 內 容 問 題 摘 要 評 議 情 況 記錄 員： （簽名） 成 績 評 定 指導教師評定成績 答辯組評定成績 綜合成績 注：評定成績?yōu)?100 分制，指導教師為 30%，答辯組為 70%。 專業(yè)答辯組組長： （簽名） 201 年 月 日 i 摘 要 進入 21 世紀以來，科學技術的發(fā)展已難以用日新月異來描述。 各種電子測量儀器的發(fā)展趨勢越來越 優(yōu)異 ， 電壓測量是電子測量中的基本內容 ，因此 電壓表是測量儀器中不可缺少的設備 。數字電壓表已成為實現測量自動化、提高工作效率不可缺少的儀表，數字化是當前計量儀器發(fā)展的主要方向之一。隨著單片機技術的飛速發(fā)展，單片機 技術已成為一個國家現代化科技水平的重要標志。單片機控制系統能夠取代以前利用復雜電子線路或數字電路構成的控制系統，可以軟件控制來實現，并能夠實現智能化。 本 設計 以 AT89C52 單片機為核心，以逐次逼近式 A/D 轉換器 ADC0808 進行模 數轉換，使用 8 段 LED 數碼管模塊顯示 ，設計了數字 直流 電壓表 系統。該電路設計新穎、功能強大、可擴展性強。 電壓測量是電子測量中的基本內容 ， 在電子電路中 ， 電路的工作狀態(tài) (如諧振 , 平衡 , 截止 , 飽和以及工作點的動態(tài)范圍 )通常都以電壓形式表現出來 ， 電子設備的控制信號 ， 反饋信號及其他信息主要 表現為電壓量 。 電路中其他電參數 (包括電流和功率 , 以及信號的幅度 , 波形的非線性失真 系數 , 元件的 Q 值 , 網絡的頻率特性和通頻帶 , 設備的靈敏度等 )都可以視做電壓的派生量 , 通過電壓測量獲得其量值 . 最后也是最重要的是 , 電壓測量直接 , 方便 , 將電壓表并接在被測電路上 , 只要電壓表的輸入阻抗足夠大 , 就可以在幾乎不對原電路工作狀態(tài)有所影響的前提下獲得較滿意的測量結果 .作為比較 , 電流測量就不具備這些優(yōu)點 , 首先必須把電流表串接在被測支 路中 , 很不方便 , 其次電流表的接入改變了原來電路的工作狀態(tài) , 測得值不能真實地反映出原有情況 . 由此不難得出結論 : 電壓測量是電子測量的基礎 , 在電子電路和設備的測量調試中 , 電壓測量是不可缺少的基本測量 ，電壓表因此應運而生。模擬式電壓表是指針式的，多用磁電式電流表作為指示器，并在表盤上刻以電壓刻度。 隨著電子技術的高速發(fā)展，數字電壓表已成為實現測量自動化、提高工作效率不可缺少的儀表，數字化是當前計量儀器發(fā)展的主要方向之一，而高準度的DCDVC 的出現，又使 DVM 進入了精密標準測量領域。傳統的指針式電壓表功能單一、精度低，不能滿足數字化時代的需求，采用單片機的數字 電壓表，由精度高、抗干擾能力強，可擴展性強、集成方便，還可與 PC 進行實時通信。與此同時，由 DVM 擴展而成的各種通用及專用數字儀器儀表，也把電量及非電量測量技術提高到嶄新水平。傳統的數字電壓表各有特點 ,它們適合在現場做手工測量 ,要完成遠程測量并要對測量數據做進一步分析處理 ,傳統數字電壓表是無法完成的。所以這種類型的數字電壓表無論在功能和實際應用上 ,都具有傳統數字電壓表無法比擬的特點 ,這使得它的開發(fā)和應用具有良好的前景。數字電壓表則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。 三、 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。需要指出，分辨力與準確度屬于兩個不同的觀念。 四、 測量范圍寬 太原理工大學陽泉學院 — 畢業(yè)設計說明書 3 多量程 DVM 一般可測量 0～ 1000V 直流電壓，配上高壓探頭還可測上萬伏的高壓。 六、測量速度快 數字電壓表在每秒鐘內對被測電壓的測量次數，叫測量速率，單位是 次 /S。 七、輸入阻抗高 數字電壓表具有很高的輸入阻抗，通常為 10MΩ～ 10000MΩ，最高可達 1TΩ。 九、抗干擾能力強 51/2 位以下的 DVM 大多采用積分式 A/D 轉換器，其串模抑制比、共模抑制比各別可達 100dB、 80～ 120dB。 數字電壓表的現狀以及發(fā)展趨勢 數字電壓表在 1952 年由美國 NLS 公司首次創(chuàng)造，它剛開始是 4 位， 50 多年來，數字電壓表有了不斷的進步和提高。開始是 4 位數碼顯示，然后是 5 位、 6 位顯示，而現在發(fā)展到 7 位、 8位數碼顯示；從最初的一兩種類型發(fā)展到原理不同的幾十種類型；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 種參數到能測幾十種參數的多用型；顯示器件也從輝光數碼管發(fā)展到等離子體管、發(fā)光二極管、液晶顯示器等。 數字電壓表的發(fā)展大致經歷了以下幾個階段 : 一、數字化階段 20 世紀 50 年代到 60 年代中期， DVM 的特點是運用各種原理實現模 /數（ A/D）太原理工大學陽泉學院 — 畢業(yè)設計說明書 4 轉換，即將模擬量轉化成數字量，從而實現測量儀表的數字化。這一時期的顯示位數是～ 位。如 1971 年日本研制的 TR6567（三次采樣積分式）； 1973 年英國研制的 SM215（兩次采樣電感分壓比較型）； 1972 年日本研制的 TR6501 型 DVM已達到了 8 位數。 三、智能化階段 由于電子技術、大規(guī)模集成電路（ LSI）及計算機技術的發(fā)展，是人們不久就研制出微處理器（ P）數字電壓表，實現了 DVM 數據處理自動化和可編程序，因為帶有存儲器并使用軟件支持，所以可以進行信息處理，可通過標準接口組成自動測試系統（ ATS）例如， Fluke 公司的 8506 型、 Solartron 公司的 7065 型和 7081 型、Datron 公司的 1071 和 1281 型，以及 Fluke 公司的最新產品 8508A 型等。當前，智能式儀表發(fā)展十分迅速，而微處理式 DVM在智能儀表中占的比重最大。 選題的目的和意義 數字電壓表（ DVM）是利用模擬 /數字交換器（ A/D）原理，以十進制數字形式顯示被測電壓值的儀表。 DVM 的高速發(fā)展，使它已成為實現測量自動化、提高工作效率不可缺少的儀表，數字化是當前計量儀器發(fā) 展的主要方向之一，而高準度的 DCDVC 的出現，又使 DVM 進入了精密標準測量領域。通過設計加深對數字電壓表的工作原理的理解以及對單片機的發(fā)展和應用的了解，并且鞏固所學的知識。 DVM 廣泛應用于測量領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指標。 論文主要內容 本設計在當前數字電壓表的研究背景以及發(fā)展趨勢的前提下，根據設計的要求，首先討論了系統設計方案的選取，并且重點介紹了硬件電路的設計以及軟件程序設計。軟 件程序的設計使用匯編語言實現，并且用 KEIL 和 PROTEUS 軟件進行編譯和仿真，各部分的設計原理以及軟件程序在后面的章節(jié)中有詳細的介紹。 要求： 1. 被測電壓范圍為 0~5V 2. 顯示器件用液晶板或七段數碼管 3. 顯示電壓要穩(wěn)定，測量最小的分辨率為 4. 單片機采用 89S52 或 89C52 方案 論證 單片機的選擇 單片機 AT89S52 和 AT89C52 是 51 系列單片機的型號，他們均是由 ATMEL公司生產的。 AT89S52 是一種低 功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統可編程 Flash 存儲器。片上 Flash 允許程序存儲器在系統可編程，亦適于常規(guī)編程器。 通過查閱相關資料發(fā)現二者的主要性能有一點區(qū)別 ,但不是很大 ： 1. 前者不支持在系統編程，后者支持 太原理工大學陽泉學院 — 畢業(yè)設計說明書 7 2. 89C52 具有一個數據指針 DPTR，而 89S52 具有兩個數據指針 DPTR0 和DPTR1 3. 89S52 含有一個看門狗定時器，具有斷電標志 POF；而前者無。 A/D 轉換器的選擇 A/D 轉換的功能是把模擬量電壓轉換為 N 位的數字量電壓。 一、 積分型（如 TLC7135） 積分型 AD 工作原理是將輸入電 壓轉換成時間 (脈沖寬度信號 )或頻率 (脈沖頻率 )，然后由定時器 /計數器獲得數字值。初期的單片 AD 轉換器大多采用積分型，現在逐次比較型已逐步成為主流。其電路規(guī)模屬于中等。 三、 并行比較型 /串并行比較型（如 TLC5510） 并行比較型 AD 采用多個比較器，僅作一次比較而實行轉換，又稱 FLash(快速 )型。 在本設計中，要求分辨率為 ，選擇分辨率為 8 位的 A/D 轉換芯片即可滿足要求，考慮到 A/D 轉換器的分類及原理，決定采用 逐次比較型 。三者的轉換時間差別不大，均為 100us 左右，它們的電源供電電壓均為 +5v，另外 ADC0832 的功耗為 15mw、 ADC0808/0809 的功耗為太原理工大學陽泉學院 — 畢業(yè)設計說明書 8 10mw，在非線性誤差方面， ADC0804 為 1~+1LSB， ADC0808 為 +1/2LSB， ADC0809為 +1LSB。 系統設計框圖 按系統功能實現要求，決定 控制系統采用 AT89C52 單片機， A/D 轉換采用ADC0808。 P0 端口作 A/D轉換數據讀入用， P2 端口用作 ADC0808 的 A/D 轉換控制。具體的軟硬件設計在后面章節(jié)介紹。數字電壓表系統設計方案框圖如 圖 21 所示： 圖 21 系統設計框圖 AT89C52 P0 P2 P1 P3 ADC0808 4 位 LED 顯示 電源電路 晶振電路 上電復位 太原理工大學陽泉學院 — 畢業(yè)設計說明書 9 第 3 章 硬件電路設計 單片機介紹 單片機是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術把具有數據處理能力的中央處理器 CPU 隨機存儲器 RAM、只讀存儲器 ROM、多種 I/O 口和中斷系統、定時器 /計時器等功能（可能還包括顯示驅動電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、 A/D 轉換器等電路）集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的計算機系統。單片機主要用于控制場合，所追求的目標是：盡可能體積小，又能實時、快速地對外部事件做出響應，迅速采集大量數據，做出邏輯判斷推理后實現對被控對象的參數調整與控制。根據 CPU 的字長，單片機可以分為四位機、八位機和十六位機等。 二、存儲器 單片機的程序存儲器和數據存儲器多數是分開的，這是因為單片機面向控 制應用領域。 單片機內部的程序存儲器一般為 IKB~32KB ，通常是只讀存儲器（ ROM ）。此外，只讀存儲器中的內容不會丟失，從而提