【正文】 測量 05V 的直流電壓，最小分辨率為 ，使用 8 段 LED 數(shù)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(xiàn)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(shù)字化發(fā)展離不開單片機的應(yīng)用，單片機是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的微處理器 (CPU)集中到一塊芯片上。 目前廣泛應(yīng)用的是采用專用集成電路實現(xiàn)的數(shù)字電壓表 ，隨著電子技術(shù)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(shù)催生了新的一代電子元器件，同時也促使電子測量技術(shù)和電子測量儀器產(chǎn)生了 新概念和新發(fā)展趨勢。 畢業(yè)設(shè)計說明書 畢業(yè)生姓名 ： 專業(yè) ： 學(xué)號 ： 指導(dǎo)教師 ： 所屬系（部） ： 二 〇 一 〇 年六月 I 畢業(yè)設(shè)計評閱書 題目： 數(shù)字直流電壓表系統(tǒng)設(shè)計 信息 系 自動化 專業(yè) 姓名 設(shè)計時間： 2021 年 4 月 5 日 — 2021 年 6 月 11日 評閱意見： 成績： 指導(dǎo)教師： （簽字） 職 務(wù)： 201 年 月 日 II 畢業(yè)設(shè)計答辯記錄卡 信息 系 自動化 專業(yè) 姓名 答 辯 內(nèi) 容 問 題 摘 要 評 議 情 況 記錄 員： （簽名） 成 績 評 定 指導(dǎo)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(dǎo)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(jì)以來，科學(xué)技術(shù)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(nèi)容 ，因此 電壓表是測量儀器中不可缺少的設(shè)備 。數(shù)字電壓表已成為實現(xiàn)測量自動化、提高工作效率不可缺少的儀表，數(shù)字化是當(dāng)前計量儀器發(fā)展的主要方向之一。隨著單片機技術(shù)的飛速發(fā)展，單片機 技術(shù)已成為一個國家現(xiàn)代化科技水平的重要標(biāo)志。單片機控制系統(tǒng)能夠取代以前利用復(fù)雜電子線路或數(shù)字電路構(gòu)成的控制系統(tǒng)，可以軟件控制來實現(xiàn)，并能夠?qū)崿F(xiàn)智能化。 本 設(shè)計 以 AT89C52 單片機為核心，以逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0808 進行模 數(shù)轉(zhuǎn)換，使用 8 段 LED 數(shù)碼管模塊顯示 ，設(shè)計了數(shù)字 直流 電壓表 系統(tǒng)。該電路設(shè)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(nèi)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(xiàn)出來 ， 電子設(shè)備的控制信號 ， 反饋信號及其他信息主要 表現(xiàn)為電壓量 。 電路中其他電參數(shù) (包括電流和功率 , 以及信號的幅度 , 波形的非線性失真 系數(shù) , 元件的 Q 值 , 網(wǎng)絡(luò)的頻率特性和通頻帶 , 設(shè)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(jié)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(jié)論 : 電壓測量是電子測量的基礎(chǔ) , 在電子電路和設(shè)備的測量調(diào)試中 , 電壓測量是不可缺少的基本測量 ，電壓表因此應(yīng)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(shù)的高速發(fā)展，數(shù)字電壓表已成為實現(xiàn)測量自動化、提高工作效率不可缺少的儀表，數(shù)字化是當(dāng)前計量儀器發(fā)展的主要方向之一，而高準(zhǔn)度的DCDVC 的出現(xiàn)，又使 DVM 進入了精密標(biāo)準(zhǔn)測量領(lǐng)域。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，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(shù)字儀器儀表，也把電量及非電量測量技術(shù)提高到嶄新水平。傳統(tǒng)的數(shù)字電壓表各有特點 ,它們適合在現(xiàn)場做手工測量 ,要完成遠程測量并要對測量數(shù)據(jù)做進一步分析處理 ,傳統(tǒng)數(shù)字電壓表是無法完成的。所以這種類型的數(shù)字電壓表無論在功能和實際應(yīng)用上 ,都具有傳統(tǒng)數(shù)字電壓表無法比擬的特點 ,這使得它的開發(fā)和應(yīng)用具有良好的前景。數(shù)字電壓表則采用先進的數(shù)顯技術(shù)，使測量結(jié)果一目了然，只要儀表不發(fā)生跳讀現(xiàn)象，測量結(jié)果就是唯一的。 三、 分辨率高 數(shù)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(shù)字（零除外）與最大數(shù)字的百分比。需要指出，分辨力與準(zhǔn)確度屬于兩個不同的觀念。 四、 測量范圍寬 太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院 — 畢業(yè)設(shè)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(shù)字電壓表在每秒鐘內(nèi)對被測電壓的測量次數(shù)，叫測量速率，單位是 次 /S。 七、輸入阻抗高 數(shù)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(zhuǎn)換器，其串模抑制比、共模抑制比各別可達 100dB、 80～ 120dB。 數(shù)字電壓表的現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢 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，數(shù)字電壓表有了不斷的進步和提高。開始是 4 位數(shù)碼顯示，然后是 5 位、 6 位顯示，而現(xiàn)在發(fā)展到 7 位、 8位數(shù)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(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)字電壓表的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下幾個階段 : 一、數(shù)字化階段 20 世紀(jì) 50 年代到 60 年代中期， DVM 的特點是運用各種原理實現(xiàn)模 /數(shù)（ A/D）太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院 — 畢業(yè)設(shè)計說明書 4 轉(zhuǎn)換，即將模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，從而實現(xiàn)測量儀表的數(shù)字化。這一時期的顯示位數(shù)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(shù)。 三、智能化階段 由于電子技術(shù)、大規(guī)模集成電路（ LSI）及計算機技術(shù)的發(fā)展，是人們不久就研制出微處理器（ P）數(shù)字電壓表，實現(xiàn)了 DVM 數(shù)據(jù)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(biāo)準(zhǔn)接口組成自動測試系統(tǒng)（ 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(chǎn)品 8508A 型等。當(dāng)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(shù)字電壓表（ DVM）是利用模擬 /數(shù)字交換器（ A/D）原理，以十進制數(shù)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(xiàn)測量自動化、提高工作效率不可缺少的儀表，數(shù)字化是當(dāng)前計量儀器發(fā) 展的主要方向之一，而高準(zhǔn)度的 DCDVC 的出現(xiàn)，又使 DVM 進入了精密標(biāo)準(zhǔn)測量領(lǐng)域。通過設(shè)計加深對數(shù)字電壓表的工作原理的理解以及對單片機的發(fā)展和應(yīng)用的了解，并且鞏固所學(xué)的知識。 DVM 廣泛應(yīng)用于測量領(lǐng)域每期測量的準(zhǔn)確度和可信度取決于它的主要性能和技術(shù)指標(biāo)。 論文主要內(nèi)容 本設(shè)計在當(dāng)前數(shù)字電壓表的研究背景以及發(fā)展趨勢的前提下，根據(jù)設(shè)計的要求，首先討論了系統(tǒng)設(shè)計方案的選取，并且重點介紹了硬件電路的設(shè)計以及軟件程序設(shè)計。軟 件程序的設(shè)計使用匯編語言實現(xiàn)，并且用 KEIL 和 PROTEUS 軟件進行編譯和仿真，各部分的設(shè)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(shù)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(chǎn)的。 AT89S52 是一種低 功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。 通過查閱相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)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(tǒng)編程，后者支持 太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院 — 畢業(yè)設(shè)計說明書 7 2. 89C52 具有一個數(shù)據(jù)指針 DPTR，而 89S52 具有兩個數(shù)據(jù)指針 DPTR0 和DPTR1 3. 89S52 含有一個看門狗定時器，具有斷電標(biāo)志 POF；而前者無。 A/D 轉(zhuǎn)換器的選擇 A/D 轉(zhuǎn)換的功能是把模擬量電壓轉(zhuǎn)換為 N 位的數(shù)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(zhuǎn)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(shù)器獲得數(shù)字值。初期的單片 AD 轉(zhuǎn)換器大多采用積分型，現(xiàn)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(zhuǎn)換，又稱 FLash(快速 )型。 在本設(shè)計中，要求分辨率為 ，選擇分辨率為 8 位的 A/D 轉(zhuǎn)換芯片即可滿足要求，考慮到 A/D 轉(zhuǎn)換器的分類及原理，決定采用 逐次比較型 。三者的轉(zhuǎn)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(xué)陽泉學(xué)院 — 畢業(yè)設(shè)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(tǒng)設(shè)計框圖 按系統(tǒng)功能實現(xiàn)要求，決定 控制系統(tǒng)采用 AT89C52 單片機， A/D 轉(zhuǎn)換采用ADC0808。 P0 端口作 A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)讀入用， P2 端口用作 ADC0808 的 A/D 轉(zhuǎn)換控制。具體的軟硬件設(shè)計在后面章節(jié)介紹。數(shù)字電壓表系統(tǒng)設(shè)計方案框圖如 圖 21 所示： 圖 21 系統(tǒng)設(shè)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(fù)位 太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院 — 畢業(yè)設(shè)計說明書 9 第 3 章 硬件電路設(shè)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(shù)把具有數(shù)據(jù)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(tǒng)、定時器 /計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、 A/D 轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。單片機主要用于控制場合，所追求的目標(biāo)是：盡可能體積小，又能實時、快速地對外部事件做出響應(yīng)，迅速采集大量數(shù)據(jù)，做出邏輯判斷推理后實現(xiàn)對被控對象的參數(shù)調(diào)整與控制。根據(jù) 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(shù)據(jù)存儲器多數(shù)是分開的，這是因為單片機面向控 制應(yīng)用領(lǐng)域。 單片機內(nèi)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(nèi)容不會丟失，從而提