【正文】 理圖如圖 11所示。 圖 10 簡易數(shù)字電壓表電路圖 基 于單片機(jī)的簡易數(shù)字電壓表的設(shè)計 第 15 頁 共 34 頁 此電路的工作原理是： +5V 模擬電壓信號通過變阻器 VR1 分壓后由 ADC08009的 IN0 通道進(jìn)入（由于使用的 IN0 通道，所以 ADDA,ADDB,ADDC 均接低電平），經(jīng)過模 /數(shù)轉(zhuǎn)換后，產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)字量經(jīng)過其輸出通道 D0D7 傳送給 AT89C51 芯片的 P1口， AT89C51 負(fù)責(zé)把接收到的數(shù)字量經(jīng)過數(shù)據(jù)處理 ，產(chǎn) 生信號 號控制 LCD1602 的 顯示 。此外， AT89C51 還控制 ADC0809 的工作。其中，單片機(jī) AT89C51 通過定時器中斷從 輸出方波，接到 ADC0809 的 CLOCK, 發(fā)正脈沖啟動 A/D 轉(zhuǎn)換， 檢測 A/D 轉(zhuǎn)換是否完成，轉(zhuǎn)換完成后， 置高從 P1口讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果送給 LED 顯示出來 [3]。 簡易數(shù)字直流電壓表的硬件電路已經(jīng)設(shè)計完成，就可以選取相應(yīng)的芯片和元器件，利用 Proteus 軟件繪制出硬件的原理，并仔細(xì)地檢查修改，直至形成完善的硬件原理圖。但要真正實(shí)現(xiàn)電路對電壓的測量和顯示的功能， 還需要有相應(yīng)的軟件配合，才能達(dá)到設(shè)計要求。 基 于單片機(jī)的簡易數(shù)字電壓表的設(shè)計 第 16 頁 共 34 頁 第三章 程序設(shè)計 程序設(shè)計總方案 根據(jù)模塊的劃分原則，將該程序劃分初始化模塊， A/D 轉(zhuǎn)換子程序和顯示子程序，這三個程序模塊構(gòu)成了整個系統(tǒng)軟件的主程序，如圖 12 所示。 圖 11 數(shù)字式直流電壓表主程序框圖 系統(tǒng)子程序設(shè)計 初始化程序 所謂初始化，是對將要用到的 MCS_51 系列單片機(jī)內(nèi)部部件或擴(kuò)展芯片進(jìn)行初始工作狀態(tài)設(shè)定，初始化子程序的主要工作是設(shè)置定時器的工作模式，初值預(yù)置，開中 斷和打開定時器等 [9]。 A/D 轉(zhuǎn)換子程序 A/D 轉(zhuǎn)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(yīng)的數(shù)值存入相應(yīng)的內(nèi)存單元，其轉(zhuǎn)換流程圖如圖 13 所示。 基 于單片機(jī)的簡易數(shù)字電壓表的設(shè)計 第 17 頁 共 34 頁 圖 12 A/D 轉(zhuǎn)換流程圖 顯示子程序 顯示子程序采用動態(tài)掃描實(shí)現(xiàn)四位數(shù)碼管的數(shù)值顯示，在采用動態(tài)掃描顯示方式時，要使得 LCD1602 顯示的比較均勻，又有足夠的亮度，需要設(shè)置適當(dāng)?shù)膾呙桀l率，當(dāng)掃描頻率在 70HZ 左右時，能夠產(chǎn)生比較好的顯示效果，一般可以采用間隔 10ms 對 LCD1602 進(jìn)行動態(tài)掃描一次。 在本設(shè)計中，為了簡化 硬件設(shè)計，主要采用軟件定時的方式，即用定時器 0溢出中斷功能實(shí)現(xiàn) 11μ s 定時，通過軟件延時程序來實(shí)現(xiàn) 5ms 的延時。 基 于單片機(jī)的簡易數(shù)字電壓表的設(shè)計 第 18 頁 共 34 頁 第四章 仿真 軟件調(diào)試 軟件調(diào)試的主要任務(wù)是排查錯誤，錯誤主要包括邏輯和功能錯誤，這些錯誤有些是顯性的，而有些是隱形的，可以通過仿真開發(fā)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)逐步改正。 Proteus軟件可以對基于微控制器的設(shè)計連同所有的周圍電子器件一起仿真，用戶甚至可以實(shí)時采用諸如 LED/LCD、鍵盤、 RS232 終端等動態(tài)外設(shè)模型來對設(shè)計進(jìn)行交互仿真。 Proteus 支持的微處理芯片包括 8051 系列、 AVR 系列、 PIC 系列、 HC11 系列及 Z80 等等。 Proteus 可以完成單片機(jī)系統(tǒng)原理圖電路繪制、 PCB 設(shè)計，更為顯著點(diǎn)的特點(diǎn)是可以與 u Visions3 IDE 工具軟件結(jié)合進(jìn)行編程仿真調(diào)試 [8]。 本系統(tǒng)的調(diào)試主要以軟件為主，其中，系統(tǒng)電路圖的繪制和仿真我采用的是Proteus 軟件，而程序方面，采用的是匯編語言，用 Keil 軟件將程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)。 顯示結(jié)果及誤差分析 顯示結(jié)果 1. 當(dāng) IN0 口輸入電壓值為 0V時，顯示結(jié)果如圖 14所示，測量誤差為 0V。 圖 13 輸入電壓為 0V時， LED 的顯示結(jié)果 基 于單片機(jī)的簡易數(shù)字電壓表的設(shè)計 第 19 頁 共 34 頁 IN0 輸入電壓值為 時，顯示結(jié)果如圖 15 所示。測量誤差為 。 圖 14 輸入電壓為 時， LED 的顯示結(jié)果 基 于單片機(jī)的簡易數(shù)字電壓表的設(shè)計 第 20 頁 共 34 頁 3. 當(dāng) IN0 口輸入電壓值為 時，顯示結(jié)果如圖 16。測量誤差為 。 圖 15 輸入電壓為 時， LED 的顯示結(jié)果 誤差分析 通過以上仿真測量結(jié)果可得到簡易數(shù)字電壓表與“標(biāo)準(zhǔn)”數(shù)字電壓表對比測試表，如下表 4 所示： 基 于單片機(jī)的簡易數(shù)字電壓表的設(shè)計 第 21 頁 共 34 頁 表 5 簡易數(shù)字電壓表與“標(biāo)準(zhǔn)”數(shù)字電壓表對比測試表 標(biāo)準(zhǔn)電壓值 /V 簡 易電壓表測量值 /V 絕對誤差/V 由于單片機(jī) AT89C51 為 8 位處理器，當(dāng)輸入電壓為 時， ADC0809 輸出數(shù)據(jù)值為 255（ FFH），因此單片機(jī)最高的數(shù)值分辨率為 (5/255)。這就決定了電壓表的最高分辨率只能到 ，從上表可看到，測試電壓一般以 的幅度變化。 從上表可以看出，簡易數(shù)字電壓表測得的值基本上比標(biāo)準(zhǔn)電壓值偏大，這可以通過校正 ADC0809 的基準(zhǔn)電壓來解決。因?yàn)樵撾妷罕碓O(shè)計時直接用 5V的供電電源作為電壓，所以電壓可能有偏差。當(dāng)要測量大于 5V的電壓時，可在輸入口使用分壓電阻，而程序中只要將計算程序的除數(shù)進(jìn)行調(diào)整就可以了。 基 于單片機(jī)的簡易數(shù)字電壓表的設(shè)計 第 22 頁 共 34 頁 結(jié) 論 經(jīng)過一段時間的努力，畢業(yè)論文 基于單片機(jī)的簡易數(shù)字電壓表基本完成。但設(shè)計中的不足之處 仍然存在。這次設(shè)計是我第一次設(shè)計電路，并用 Proteus 實(shí)現(xiàn)了仿真。在這過程中，我對電路設(shè)計，單片機(jī)的使用等都有了新的認(rèn)識。通過這次設(shè)計學(xué)會了 Proteus 和 Keil 軟件的使用方法，掌握了從系統(tǒng)的需要、方案的設(shè)計、功能模塊的劃分、原理圖的設(shè)計和電路圖的仿真的設(shè)計流程，積累了不少經(jīng)驗(yàn)。 基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表使用性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、外接元件少。在實(shí)際應(yīng)用工作應(yīng)能好，測量電壓準(zhǔn)確，精度高。系統(tǒng)功能、指標(biāo)達(dá)到了課題的預(yù)期要求、系統(tǒng)在硬件設(shè)計上充分考慮了可擴(kuò)展性，經(jīng)過一定的改造，可以增加功能。本文設(shè)計主要實(shí)現(xiàn)了 簡易數(shù)字電壓表測量一路電壓的功能，詳細(xì)說明了從原理圖的設(shè)計、電路圖的仿真再到軟件的調(diào)試。 通過本次設(shè)計，我對單片機(jī)這門課有了進(jìn)一步的了解。無論是在硬件連接方面還是在軟件編程方面。本次設(shè)計采用了 AT89C51 單片機(jī)芯片，與以往的單片機(jī)相比增加了許多新的功能，使其功能更為完善，應(yīng)用領(lǐng)域也更為廣泛。設(shè)計中還用到了模 /數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809，以前在學(xué)單片機(jī)課程時只是對其理論知識有了初步的理解。通過這次設(shè)計，對它的工作原理有了更深的理解。在調(diào)試過程中遇到很多問題，硬件上的理論知識學(xué)得不夠扎實(shí)，對電路的仿真方面也不夠 熟練。 總之這次電路的設(shè)計和仿真，基本上達(dá)到了設(shè)計的功能要求。在以后的實(shí)踐中，我將繼續(xù)努力學(xué)習(xí)電路設(shè)計方面的理論知識，并理論聯(lián)系實(shí)際，爭取在電路設(shè)計方面能有所提升。 基 于單片機(jī)的簡易數(shù)字電壓表的設(shè)計 第 23 頁 共 34 頁 參考文獻(xiàn) [1] 李廣弟，朱月秀，王秀山．單片機(jī)基礎(chǔ)，第 2版（修訂版），北京航空航天大學(xué)出版社， 2020 年， 1221． [2] 梅麗鳳，王艷秋，汪毓鐸等．單片機(jī)原理及接口技術(shù)，第 1 版，清華大學(xué)出版社， 2020 年， 244248． [3] 吳景狄．單片機(jī)的總線與口線，電子世界， 2020 年，第 1 期， 3233． [4] 公 茂法，馬寶甫，孫晨．單片機(jī)人機(jī)接口實(shí)例集，第 1 版，北京航空航天大學(xué)出版社， 1998 年， 63119， 155168． [5] 陳寶江，翟勇，張幽彤等． MCS 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)用指南，第 1 版，機(jī)械工業(yè)出版社， 1998 年， 345348． [6] 胡漢才．單片機(jī)原理及其接口技術(shù)，第 2 版，清華大學(xué)出版社， 2020 年， 126166． [7] 趙性初．單片機(jī)微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)，第 1 版，華中理工大學(xué)出版社，1993 年， 136138． [8] 蔡瑩．液晶技術(shù)與電子紙，電子產(chǎn)品世界， 2020 年，第 21 期， 3840． [9] 周仕鳳．用 MCS51 做 LCD 接口實(shí)驗(yàn)，電子世界， 2020 年，第 8 期， 37． [10] 肖健，李華文，梁家毅．字符型液晶顯示模塊與單片機(jī)的接口技術(shù)，電子產(chǎn)品世界， 2020 年，第 17 期， 6869． [11] 吳景狄． LED 數(shù)碼顯示接口，電子世界， 2020 年，第 4 期， 3031． [12] 吳金戌，沈慶陽，郭庭吉． 8051 單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用，第 1 版，清華大學(xué)出版社， 2020 年， 163166． [13] 譚博學(xué)，苗匯靜，唐詩等．集及成電 路原理應(yīng)用，第 1 版，電子工業(yè)出版社，2020 年， 206222． [14] 黃智偉，王彥， 陳文光等．全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽訓(xùn)練教程，第 1 版，電 子工業(yè)出版社， 2020 年 ， 7380． 基 于單片機(jī)的簡易數(shù)字電壓表的設(shè)計 第 24 頁 共 34 頁 附 錄 I 程序代碼 Main 函數(shù) typedef unsigned char uchar。 typedef unsigned int uint。 include include include include uchar code dis_buf1[] = {The output is:}。 uchar code dis_buf2[] = {V}。 void main() { float Voltage。 init_0809()。 lcd_init()。 lcd_pos(0,0)。 str_d