【正文】 的儀器之一。 該系統(tǒng)的數(shù)字電壓表電路簡(jiǎn)單，所用的元件較少，成本低，且測(cè)量精度和可靠性較高。 A/D 轉(zhuǎn)換主要由芯片ADC0809 來(lái)完成，它負(fù)責(zé)把采 集到的模擬量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量在傳送到數(shù)據(jù)處理模塊。 編號(hào) 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文 題 目 基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 系 部 電氣工程系 專(zhuān) 業(yè) 機(jī)電一體化 班 級(jí) 指導(dǎo)教師 顧問(wèn)教師 二 〇 一二 年 十 月摘要 I 摘要 本文介紹了一種基于單片機(jī)的簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)主要由三個(gè)模塊組成： A/D 轉(zhuǎn)換模塊，數(shù)據(jù)處理模塊及顯示模塊。數(shù)據(jù)處理則由芯片 AT89C51 來(lái)完成，其負(fù)責(zé)把 ADC0809 傳送來(lái)的數(shù)字量經(jīng)過(guò)一定的數(shù)據(jù)處理，產(chǎn)生相應(yīng)的顯示碼送到顯示模塊進(jìn)行顯示；此外 ,它還控制著 ADC0809 芯片工作。此數(shù)字電壓表可以測(cè)量 05V 的 1 路模擬直流輸入電壓值，并通過(guò)一個(gè)四位一體的 7 段數(shù)碼管顯示出來(lái)。根據(jù)測(cè)量結(jié)果的顯示方式及測(cè)量原理不同，電壓測(cè)量?jī)x器可分為兩大類(lèi)：模擬式電壓表 (AVM）和數(shù)字式電壓表（ DVM）。數(shù)字式電壓表首先將模擬量經(jīng)模數(shù)（ A/D）轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字量，然后用電子計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，并以十進(jìn)制數(shù)字顯示被測(cè)電壓值。的確模擬電壓表在顯示測(cè)量值方面精度校準(zhǔn)，然而卻也存在問(wèn)題。 然而在高速發(fā)展的當(dāng)今社會(huì)，高速信號(hào)處理的需求越來(lái)越多，由于模擬電壓表響應(yīng)速度較慢已經(jīng)不適用與高速信號(hào)領(lǐng)域，取而代之的將是數(shù)字電壓表。不過(guò)目前可以通過(guò)技術(shù)手段來(lái)縮小誤差?？梢?jiàn)將來(lái)數(shù)字電壓表必將取代模擬電壓表。 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 2 第二章 設(shè)計(jì)背景 單片機(jī) 單片機(jī)的簡(jiǎn)介 單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī)，是典型的嵌入式 微控制器 （ Microcontroller Unit） ， 常用英文字母的縮寫(xiě)MCU 表示單片機(jī)，單片機(jī)又稱(chēng) 單片微控制器 ，它不是完成某一個(gè)邏輯功能的 芯片 ，而是把一個(gè) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成 到一個(gè)芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。 由于單片機(jī)在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有 CPU 的專(zhuān)用 處理器 發(fā)展而來(lái)。 INTEL 的 Z80 是最早按照這種思想設(shè)計(jì)出的處理器，當(dāng)時(shí)的單片機(jī)都是8 位或 4 位的。因?yàn)楹?jiǎn)單可靠而性能不錯(cuò)獲得了很大的好評(píng)。在很多方面單片機(jī)比專(zhuān)用處理器更適合應(yīng)用于 嵌入式系統(tǒng) ，因此它得到了廣泛的應(yīng)用。 現(xiàn)代人類(lèi)生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會(huì)集成有單片機(jī)。 汽車(chē)上一般配備 40 多部單片機(jī)，復(fù)雜的 工業(yè)控制系統(tǒng) 上甚至可能有數(shù)百臺(tái)單片機(jī)在同時(shí) 工作！單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過(guò) PC 機(jī)和其他計(jì)算的總和，甚至比人類(lèi)的數(shù)量還要多。 導(dǎo)彈 的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工 業(yè)自動(dòng)化過(guò)程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC 卡 ，民用豪華轎車(chē)的安全保障系統(tǒng)， 錄像機(jī) 、 攝像機(jī) 、全自動(dòng)洗衣機(jī) 的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開(kāi)單片機(jī)。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子 或 數(shù)字電路 更加強(qiáng)大。 工業(yè)控制 單片機(jī)具有體積小 、控制功能強(qiáng)、功耗低、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、擴(kuò)展靈活和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 、通信系統(tǒng)、信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)、無(wú)線感知系統(tǒng)、測(cè)控系統(tǒng)、機(jī)器人等應(yīng)用控制系統(tǒng)。 家用電器 現(xiàn)在的家用電器廣泛采用了 單片機(jī) 控制，從電飯煲、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他 音響 視頻器材、再到 電子秤 量設(shè)備和 白色家電 等。 醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域 單片機(jī) 在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。如音樂(lè)集成單片機(jī)，看似簡(jiǎn)單的功能，微縮在純電子 芯片 中（有別于 磁帶機(jī) 的原理），就需要復(fù)雜的類(lèi)似于計(jì)算機(jī)的原理。 在大型電路中，這種模塊化應(yīng)用極大地縮小了體積，簡(jiǎn)化了電路，降低了損壞、錯(cuò)誤率，也方便于更換。 此外，單片機(jī)在工商、金融、科研、教育、電力、通信、物流和國(guó)防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。 (2)靈敏度高 :一般可做到 10 微伏至 1 微伏，目前已有 10^9 伏數(shù)量級(jí)的儀表。 (4)測(cè)量速度快 :采樣速度一般每秒種為幾十次到上萬(wàn)次，甚至可達(dá)百萬(wàn)次。 (6)使用方便用途廣 :開(kāi)機(jī)預(yù)熱預(yù)調(diào)后即可使用，可配接打印機(jī)自動(dòng)記數(shù) .還可配接相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器，用來(lái)測(cè)量交流電壓、直流電流、電阻和溫度等參量。 功能要求 ⑴以 MCS51 系列單片機(jī)為核心器件，組成一個(gè)簡(jiǎn)單的直流數(shù)字電壓表。 ⑶電壓顯示用 4 位一體的 LED 數(shù)碼管顯示，至少能夠顯示兩位小數(shù)。 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 6 第四章 總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 主要分為兩部分：硬件電路及軟件程序。軟件的程序可采用 C 語(yǔ)言或匯編，這里采用匯編語(yǔ)言，詳細(xì)的設(shè)計(jì)思路在后面介紹。其設(shè)計(jì)主要是由 模擬電路和數(shù)字電路兩大部分組成， 模擬部分包括 A/D 轉(zhuǎn)換器，基準(zhǔn)電源等 。 其中， A/D 轉(zhuǎn)換器將輸入的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量， 它是數(shù)字電壓表的一個(gè)核心部件，對(duì)它的選擇一般有兩種選擇方案： 雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器 MC14433，它有多路調(diào)制的 BCD 碼輸出端和超量程輸出端，采用動(dòng)態(tài)掃描顯示，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。 2. 逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器。這樣 電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，電路板布線不復(fù)雜，便于焊接、調(diào)試。 顯示部分可以采用各類(lèi)數(shù)碼管或用 LCD 顯示器顯示。 第四章 總體設(shè)計(jì) 7 總 體 設(shè)計(jì)框圖 圖 431 總體 設(shè)計(jì) 框 圖淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 8 第五章 設(shè)計(jì)原理圖 設(shè)計(jì)原理圖 圖 511 設(shè)計(jì)原理圖 第六章 硬件電路設(shè)計(jì) 9 第六章 硬件電路設(shè)計(jì) 信號(hào)調(diào)理模塊 該部分主要實(shí)現(xiàn)的功能是自動(dòng)量程切換和電壓變換，模塊主要由電壓極性檢測(cè)電路、電壓范圍粗測(cè)電路、電壓變換電路三部分組成。 圖 611 電壓范圍粗測(cè)電路 為了粗略地得到被測(cè)量的電壓范圍我們采用多組比較器的方式，通過(guò)階梯式比較的方法確定輸入電壓的范圍。電壓變換到 05V 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)后，再由 A/D 轉(zhuǎn)換進(jìn)行采樣，最后由單片機(jī)算法還原。 AT89C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 AT89C51 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。與 MCS51 兼容 壽命： 1000 寫(xiě) /擦循環(huán) 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz 1288 位內(nèi)部 RAM 兩個(gè) 16 位定時(shí)器計(jì)數(shù)器 可編程串行通道 片 內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 (2)引腳描述 VCC： 電源電壓 GND： 地 P0 口： P0 口是一組 8 位漏極開(kāi)路雙向 I/O 口，即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。當(dāng) “1”被寫(xiě)入 P0 口時(shí)，每個(gè)管腳都能夠作為高阻抗輸入端。 P0口在閃爍編程時(shí)， P0 口接收指令，在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令，需要接電阻。對(duì)端口寫(xiě) “1”，通過(guò)內(nèi)部的電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作為輸入口。閃爍編程時(shí)和程序校驗(yàn)時(shí)， P1 口接收低 8 位地址。對(duì)端口寫(xiě) “1”，通過(guò)內(nèi)部的電阻把端口拉到高電平，此時(shí)，可作為輸入口。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。閃爍編程或校驗(yàn)時(shí)， P2 口接收高位地址和其它控制信號(hào)。對(duì) P3 口寫(xiě)如 “1”時(shí)，它們被內(nèi)部電阻拉到高電平并可作為輸入端時(shí)，被外部拉低的 P3 口將用電阻輸出電流。 RST： 復(fù)位輸入。 ALE/ PROG ： 當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE 輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖時(shí)，閃爍存儲(chǔ)器編程時(shí)，這個(gè)引腳還用于輸入編程脈沖。這個(gè)位置后只有一條 MOVX 和 MOVC 指令A(yù)LE