數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)前言伴隨著城市人口和建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，各種用電設(shè)備的增多，用電量越來(lái)越大，城市的供電設(shè)備經(jīng)常超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，用電環(huán)境變得越來(lái)越惡劣，對(duì)電源的“考驗(yàn)”越來(lái)越嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每天，用電設(shè)備都要遭受120次左右各種的電源問(wèn)題的侵?jǐn)_，電子設(shè)備故障的60來(lái)自電源7。因此，電源問(wèn)題的重要性日益凸顯出來(lái)。原先作為配角，資金投入較少的電源越來(lái)越受到廠商和研究人員的重視，電源技術(shù)遂發(fā)展成為一門(mén)嶄新的技術(shù)。而今，小小的電源設(shè)備已經(jīng)融合了越來(lái)越多的新技術(shù)。例如開(kāi)關(guān)電源、硬開(kāi)關(guān)、軟開(kāi)關(guān)、參數(shù)穩(wěn)壓、線性反饋穩(wěn)壓、磁放大器技術(shù)、數(shù)控調(diào)壓、PWM、SPWM、電磁兼容等等。實(shí)際需求直接推動(dòng)電源技術(shù)不斷發(fā)展和進(jìn)步，為了自動(dòng)檢測(cè)和顯示電流，并在過(guò)流、過(guò)壓等危害情況發(fā)生時(shí)具有自動(dòng)保護(hù)功能和更高級(jí)的智能控制，具有傳感檢測(cè)、傳感采樣、傳感保護(hù)的電源技術(shù)漸成趨勢(shì)，檢測(cè)電流或電壓的傳感器便應(yīng)運(yùn)而生并在我國(guó)開(kāi)始受到廣大電源設(shè)計(jì)者的青睞，本文就是在這個(gè)背景下編著的。第1章緒論數(shù)字電壓表的基本工作原理是利用A/D轉(zhuǎn)換電路將待測(cè)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過(guò)相應(yīng)換算后將測(cè)試結(jié)果以數(shù)字形式顯示出來(lái)的一種電壓表。較之于一般的模擬電壓表，數(shù)字電壓表具有精度高、測(cè)量準(zhǔn)確、讀數(shù)直觀、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。電壓表的數(shù)字化測(cè)量，關(guān)鍵在于如何把隨時(shí)連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，完成這種轉(zhuǎn)換的電路叫模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）。數(shù)字電壓表的核心部件就是A/D轉(zhuǎn)換器，由于各種不同的A/D轉(zhuǎn)換原理構(gòu)成了各種不同類(lèi)型的DVM。一般說(shuō)來(lái)，A/D轉(zhuǎn)換的方式可分為兩類(lèi)積分式和逐次逼近式。積分式A/D轉(zhuǎn)換器是先用積分器將輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換成時(shí)間或頻率，再將其數(shù)字化。根據(jù)轉(zhuǎn)化的中間量不同，它又分為UT（電壓時(shí)間）式和UF（電壓頻率）式兩種。逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器分為比較式和斜坡電壓式，根據(jù)不同的工作原理，比較式又分為逐次比較式及零平衡式等。斜坡電壓式又分為線性斜坡式和階梯斜坡式兩種。在高精度數(shù)字電壓表中，常采用由積分式和比較式相結(jié)合起來(lái)的復(fù)合式A/D轉(zhuǎn)換器。本設(shè)計(jì)以AT89C51單片機(jī)為核心，以逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器ADC0808、液晶顯示器LCD1602為主體，構(gòu)造了一款簡(jiǎn)易的數(shù)字電壓表，能夠測(cè)量1路050V直流電壓，最小分辨率002V。方案設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)數(shù)字電壓表的方案較多，目前廣泛采用的是基于74系列邏輯器件方案，本設(shè)計(jì)將介紹基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的方案。74系列邏輯器件方案采用雙積分電路液晶顯示器邏輯電路定時(shí)采樣電路數(shù)據(jù)處理實(shí)現(xiàn)，被測(cè)電壓信號(hào)由信號(hào)輸入端加到測(cè)量系統(tǒng)，進(jìn)行預(yù)處理后送到后級(jí)電路。單片機(jī)系統(tǒng)方案此方案采用輸入處理電路ADC0808AT89C51液晶顯示實(shí)現(xiàn)，被測(cè)信號(hào)由ADC0808模擬輸入端輸入，單片機(jī)采集轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，將轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送出顯示。第二章方案選擇21方案選擇211量程轉(zhuǎn)換方案設(shè)計(jì)方案一考慮到ADC0808的八路模擬量輸入通道本質(zhì)上也是模擬開(kāi)關(guān),因此可以利用其八個(gè)模擬通道中的三個(gè)作為量程轉(zhuǎn)換器,即根據(jù)通道對(duì)應(yīng)的電壓測(cè)量范圍確定對(duì)應(yīng)的電壓發(fā)達(dá)倍數(shù)設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的前置放大電路方案二選用模擬開(kāi)關(guān)芯片4066實(shí)現(xiàn)量程轉(zhuǎn)換。4066集成了4個(gè)模擬開(kāi)關(guān)，每一路開(kāi)關(guān)都有一個(gè)控制端控制對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)的通斷。用單片機(jī)對(duì)控制端進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)不同量程的轉(zhuǎn)換。方案三利用手動(dòng)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)量程轉(zhuǎn)換。該方案可簡(jiǎn)化控制程序，減小系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)，縮短反應(yīng)時(shí)間，不足之處在于操作麻煩。終上所述方案三所需元件少、成本低且易于實(shí)現(xiàn)，可選此方案。212顯示部分方案設(shè)計(jì)方案一用液晶LCD1602來(lái)顯示電壓讀數(shù)可進(jìn)行片選，實(shí)現(xiàn)液晶的動(dòng)態(tài)點(diǎn)亮。因?yàn)橹恍枰黄壕Ь涂梢酝瓿涩F(xiàn)示工作，所以當(dāng)單片機(jī)控制前兩個(gè)控制端時(shí)，最高位控制端應(yīng)接地。用軟件作為液晶的驅(qū)動(dòng)顯示，且具體譯碼由軟件控制。方案二同方案一選用ADC0808進(jìn)行片選，在譯碼驅(qū)動(dòng)部分選用液晶LCD1602，用軟件譯碼。終上所述由于兩個(gè)方案都可以實(shí)現(xiàn)同樣的功能，但方案二設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)小、反應(yīng)速度較快，因此選擇此方案。22方案論證經(jīng)過(guò)以上方案設(shè)計(jì)，決定采用如圖21所示方案。圖21系統(tǒng)框第3章硬件設(shè)計(jì)31單片機(jī)控制模塊設(shè)計(jì)單片機(jī)控制模塊的作用是為控制各單元電路的運(yùn)行并完成數(shù)據(jù)的換算或處理，主要由單片機(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路組成。311時(shí)鐘電路單片機(jī)工作的時(shí)間基準(zhǔn)是由時(shí)鐘電路提供的，在單片機(jī)的XTAL1和XYAL2兩個(gè)管腳接一只晶振及兩只電容就構(gòu)成了單片機(jī)的時(shí)鐘電路，電路中電容器和對(duì)1C2振蕩頻率有微調(diào)作用，通常取3010PF石英晶體選擇6MHZ或12MHZ都可以。時(shí)鐘電路如圖31所示。圖31系統(tǒng)時(shí)鐘電路圖32系統(tǒng)復(fù)位電路312復(fù)位電路單片機(jī)的RST管腳為主機(jī)提供了一個(gè)外部復(fù)位信號(hào)輸入口。復(fù)位信號(hào)是高電平有效，高電平有效的持續(xù)時(shí)間為2個(gè)機(jī)器周期以上。單片機(jī)的復(fù)位方式可由手動(dòng)復(fù)位方式完成。電阻、電容器的參考值10K、10UF、001UF。復(fù)位電路1R1CH如圖32所示。32量程轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)321電路選擇圖33量程轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)圖34衰減輸入電路輸入電路的作用是把不同量程的被測(cè)電壓，規(guī)范到A/D轉(zhuǎn)換器所要求的電壓值。數(shù)字電壓表所采用的是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0808，它要求輸入電壓02V。本儀表設(shè)計(jì)的是050V電壓，靈敏度高所以可以不加前置放大器，只需衰減器，如圖所示9M、900K、90K、和10K電阻構(gòu)成1/10、1/100、1/1000的衰減器。衰減輸入電路可由開(kāi)關(guān)來(lái)選擇不同的衰減率，從而切換檔位。322工作原理及換算關(guān)系如上圖通過(guò)電阻網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)電壓衰減測(cè)量的輸入阻抗約為R4、R5、R6。1端、2端單獨(dú)合上時(shí)，VOUT的大小分別是1腳單獨(dú)合上VOUTVIN1；2腳單獨(dú)合上VOUTVINR4R5R6/R3R4R5R6。由上式可以看出，VOUT在一定范圍時(shí)電阻網(wǎng)絡(luò)衰減程度越大其可輸入電壓VIN。量程調(diào)節(jié)，只要把R5，R6的參數(shù)選好然后，由開(kāi)關(guān)1端、2斷選擇測(cè)量電壓輸出端即完成量程選定。33逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器屬于直接型A/D轉(zhuǎn)換器，它能把輸入的模擬電壓直接轉(zhuǎn)換為輸出的數(shù)字代碼，而不需要經(jīng)過(guò)中間變量。主要由比較器、環(huán)形分配器、控制門(mén)、寄存器與D/A轉(zhuǎn)換器組成。331ADC0808簡(jiǎn)介1ADC0808引腳功能21MSB21ADDB24ADDA25ADDC23VREF12VREF16IN31IN42IN53IN64IN75START6258EOC7OUTPUTENABLE9CLOCK10VCC112220GND132714261528LSB1724182319IN228IN127IN026ALE22圖35ADC0808引腳圖IN0IN78路模擬量輸入。A、B、C3位地址輸入，2個(gè)地址輸入端的不同組合選擇八路模擬量輸入。ALE地址鎖存啟動(dòng)信號(hào)，在ALE的上升沿，將A、B、C上的通道地址鎖存到內(nèi)部的地址鎖存器。D0D7八位數(shù)據(jù)輸出線，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果由這8根線傳送給單片機(jī)。OE允許輸出信號(hào)。當(dāng)OE1時(shí)，即為高電平，允許輸出鎖存器輸出數(shù)據(jù)。START啟動(dòng)信號(hào)輸入端，START為正脈沖，其上升沿清除ADC0808的內(nèi)部的各寄存器，其下降沿啟動(dòng)A/D開(kāi)始轉(zhuǎn)換。EOC轉(zhuǎn)換完成信號(hào)，當(dāng)EOC上升為高電平時(shí)，表明內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換已完成。2ADC0808內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器ADC0808由八路模擬開(kāi)關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、D/A轉(zhuǎn)換器、寄存器、控制電路和三態(tài)輸出鎖存器等組成。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖36所示。圖36ADC0808內(nèi)部結(jié)構(gòu)332A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)集成摸數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0808實(shí)現(xiàn)的A/D轉(zhuǎn)換電路如圖37所示，被測(cè)信號(hào)由ADC0808模擬輸入端輸入，完成A/D轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)，經(jīng)相應(yīng)處理后送出顯示。圖37ADC0808與單片機(jī)的連接34顯示模塊設(shè)計(jì)341LCD顯示模塊LCD顯示器分為字段顯示和字符顯示兩種。其中字段顯示與LED顯示相似，只要送對(duì)應(yīng)的信號(hào)到相應(yīng)的管腳就能顯示。字符顯示是根據(jù)需要顯示基本字符。本設(shè)計(jì)采用的是字符型顯示。系統(tǒng)中采用LCD1602作為顯示器件輸出信息。與傳統(tǒng)的LED數(shù)碼管顯示器件相比，液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等優(yōu)點(diǎn)，而且不需要外加驅(qū)動(dòng)電路，現(xiàn)在液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最常用的顯示器件了。LCD1602可以顯示2行16個(gè)漢字。342LCD1602的引腳功能LCD1602模塊的引腳如圖38所示，其引腳功能如下RS數(shù)據(jù)和指令選擇控制端，RS0命令狀態(tài)；RS1數(shù)據(jù)R/W讀寫(xiě)控制線，R/W0寫(xiě)操作；R/W1讀操作A背光控制正電源K背光控制地E數(shù)據(jù)讀寫(xiě)操作控制位，E線向LCD模塊發(fā)送一個(gè)脈沖，LCD模塊與單片機(jī)間將進(jìn)行一次數(shù)據(jù)交換DB0DB7數(shù)據(jù)線，可以用8位連接，也可以只用高4位連接，節(jié)約單片機(jī)資源。VDD電源端VEE亮度控制端（15V）VSS接地端圖38LCD1602模塊343LCD1602的顯示操作1四種基本操作LCD有四種基本操作，具體如表31所示。VSSVDDVORSR/WEDB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7AKLCD模塊12345678910111213141516表31LCD與單片機(jī)之間有四種基本操作1讀狀態(tài)字執(zhí)行讀狀態(tài)字操作，如表31滿足RS0，R/W1。根據(jù)管腳功能，當(dāng)為有效電平時(shí)，狀態(tài)命令字可從LCD模塊傳輸?shù)綌?shù)據(jù)總線。同時(shí)可以保持一段時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)讀狀態(tài)字的功能。讀狀態(tài)字流程如圖39所示。圖39讀入狀態(tài)字流程圖2命令字表32所示為命令字，其主要介紹了指令名稱(chēng)、控制信號(hào)及控制代碼。其指令名稱(chēng)是指要實(shí)現(xiàn)的功能；控制代號(hào)是采用的十六進(jìn)制的數(shù)值表示的。1）清零操作是指輸入某命令字后即能將整個(gè)屏幕顯示的內(nèi)容全部清除；2）歸HOME位將光標(biāo)送到初始位；其中的號(hào)為任意，高低電平均可；3）輸入方式設(shè)光標(biāo)移動(dòng)方向并指定整體顯示，是否移動(dòng)。I/D0減量方式，S1移位方式，S0不移位；4）顯示狀態(tài)D指設(shè)置整體顯示開(kāi)關(guān)；C指設(shè)置光標(biāo)顯示開(kāi)關(guān)；B指設(shè)置光標(biāo)的字符閃耀；5）光標(biāo)畫(huà)面滾動(dòng)R/L指右移或左移；S/C指移動(dòng)總體或光標(biāo)；6）功能設(shè)置DL接口數(shù)位，L指顯示行數(shù)，F(xiàn)顯示字型；如DL18位0，4位N12行01行，G1510057點(diǎn)陣RSR/W操作00寫(xiě)命令操作初始化，光標(biāo)定位等01讀狀態(tài)操作讀忙標(biāo)志位10寫(xiě)數(shù)據(jù)操作要顯示內(nèi)容11讀數(shù)據(jù)操作可以把顯示存儲(chǔ)區(qū)中的數(shù)據(jù)反讀出來(lái)7）CGRAM地址設(shè)制相當(dāng)于一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，可以在其中選擇所需要的符號(hào)；8）DDRAM地址設(shè)制顯示定位；9）讀BF和ACB為最高位忙的標(biāo)志，F(xiàn)為標(biāo)志位；10）寫(xiě)數(shù)據(jù)將數(shù)據(jù)按要求寫(xiě)入到對(duì)應(yīng)的單元；11）讀數(shù)據(jù)讀相應(yīng)單元內(nèi)的數(shù)據(jù)；表32命令字控制信號(hào)控制代碼指令名稱(chēng)RSRWD7D6D5D4D3D2D1D0清屏0000000001歸HOME位000000001輸入方式設(shè)制00000001I/DS顯示狀態(tài)設(shè)制0000001DCB無(wú)標(biāo)畫(huà)面滾動(dòng)000001S/CRL功能設(shè)置00001DLNFCGRAM地址設(shè)制0001A5A4A3A2A1A0DDRAM地址設(shè)制001A6A5A4A3A2A1A0讀BF和AC01BFAC6AC5AC4AC3AC2AC1AC0寫(xiě)數(shù)據(jù)10數(shù)據(jù)讀數(shù)據(jù)11數(shù)據(jù)3寫(xiě)命令字由表32可知當(dāng)RS0，R/W0時(shí)，才可以通過(guò)單片機(jī)或用戶指令把數(shù)據(jù)寫(xiě)到LCD模塊，此時(shí)就對(duì)LCD進(jìn)行調(diào)制。可采用查詢方式先讀入狀態(tài)字，再判斷忙標(biāo)志位，最后寫(xiě)命令字。圖310所示為寫(xiě)命令字的流程圖。圖310寫(xiě)命令字流程圖1）定義光標(biāo)位置顯示數(shù)據(jù)的某位，就是把顯示數(shù)據(jù)寫(xiě)在相應(yīng)的DDRAM地址中，DDRAM地址占7位。SETDDRAMADDRESS命令如表33所示。光標(biāo)定位，寫(xiě)入一個(gè)顯示字符后，DDRAM地址會(huì)自動(dòng)加1或減1，加或減由輸入方式設(shè)置。表33SETDDRAMADDRESS命令RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0001AC6AC5AC4AC3AC2AC1AC0第1行DDRAM地址與第2行DDRAM地址并不連續(xù)，如表34所示。表34DDRAM地址ROW12345141516LINE180H81H82H83H84H8DH8EH8FHLINE20C0H0C1H0C2H0C3H0C4H0CDH0CEH0CFH2）LCD初始化從通電開(kāi)始延時(shí)，先經(jīng)過(guò)判忙后再進(jìn)行功能設(shè)置，過(guò)一段時(shí)間后可以設(shè)制顯示狀態(tài)（如設(shè)制行、位或陣列）再經(jīng)過(guò)延時(shí)清屏后才可以設(shè)置輸入方式，具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如圖311所示。圖311LCD初始化流程圖2LCD顯示程序設(shè)計(jì)LCD顯示程序的設(shè)計(jì)一般先要確定LCD的初始化、光標(biāo)定位、確定顯示字符后，顯示流程如圖312顯示。圖312LCD顯示程序流程圖第4章軟件設(shè)計(jì)根據(jù)需要，可將系統(tǒng)軟件按照功能劃分為4個(gè)模塊，分別是主程序模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、液晶顯示模塊、中斷服務(wù)程序模塊改變顯示的小數(shù)點(diǎn)位置，各模塊的功能關(guān)系如圖41所示。編寫(xiě)系統(tǒng)軟件時(shí)，可首先編寫(xiě)各模塊的底層驅(qū)動(dòng)程序，而后是系統(tǒng)聯(lián)機(jī)調(diào)試，編寫(xiě)上層主程序。系統(tǒng)主程序液晶管顯示A/D轉(zhuǎn)換中斷服務(wù)圖41系統(tǒng)軟件框圖41主程序設(shè)計(jì)圖42主程序流程圖主程序主要負(fù)責(zé)各個(gè)模塊的初始化工作設(shè)置定時(shí)器、寄存器的初值，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，處理量程轉(zhuǎn)換響應(yīng)，控制液晶實(shí)時(shí)顯示等，其流程圖如圖42所示。42A/D轉(zhuǎn)換程序A/D轉(zhuǎn)換程序的功能是采集數(shù)據(jù)，在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中占有很高的地位。當(dāng)系統(tǒng)設(shè)置好后，單片機(jī)掃描轉(zhuǎn)換結(jié)束管腳P26的輸入電平狀態(tài)，當(dāng)輸入為高電平則轉(zhuǎn)換完成，將轉(zhuǎn)換的數(shù)值轉(zhuǎn)換并顯示輸出。若輸入為低電平，則繼續(xù)掃描。程序流程圖如圖43所示。圖43A/D轉(zhuǎn)換程序流程圖43中斷服務(wù)程序中斷服務(wù)程序的功能是為ADC0808提供時(shí)鐘信號(hào)，當(dāng)中斷發(fā)生時(shí)將AT89C51單片機(jī)的P24管腳將輸出信號(hào)取反，為ADC0808提供12KHZ時(shí)鐘信號(hào)。431、中斷和中斷源所謂中斷就是CPU暫停當(dāng)前程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)而執(zhí)行處理緊急事務(wù)的程序，并在該事務(wù)處理完后能自動(dòng)恢復(fù)執(zhí)行原先程序的過(guò)程。在此，稱(chēng)引起緊急事務(wù)的事件為中斷源，稱(chēng)處理緊急事務(wù)的程序?yàn)橹袛喾?wù)程序或中斷處理程序。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還根據(jù)緊急事務(wù)的緊急程度，把中斷分為不同的優(yōu)先級(jí)，并規(guī)定高優(yōu)先級(jí)的中斷能暫停低優(yōu)先級(jí)的中斷服務(wù)程序的執(zhí)行。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有上百種可以發(fā)出中斷請(qǐng)求的中斷源，但最常見(jiàn)的中斷源是外設(shè)的輸入輸出請(qǐng)求，如鍵盤(pán)輸入引起的中斷，通信端口接受信息引起的中斷等；還有一些計(jì)算機(jī)內(nèi)部的異常事件，如0作除數(shù)、奇偶校驗(yàn)錯(cuò)等。CPU在執(zhí)行程序時(shí)，是否響應(yīng)中斷要取決于以下三個(gè)條件能否同時(shí)滿足1、有中斷請(qǐng)求；2、允許CPU接受中斷請(qǐng)求；3、一條指令執(zhí)行完，下一條指令還沒(méi)有開(kāi)始執(zhí)行。條件1是響應(yīng)中斷的主體。除用指令I(lǐng)NT所引起的軟件中斷之外，其它中斷請(qǐng)求信號(hào)是隨機(jī)產(chǎn)生的，程序員是無(wú)法預(yù)見(jiàn)的。程序員可用程序部分地控制條件2是否滿足，即可用指令STI和CLI來(lái)允許或不允許CPU響應(yīng)可屏蔽的外部中斷。而對(duì)于不可屏蔽中斷和內(nèi)部中斷，CPU一定會(huì)響應(yīng)它們的，程序員是無(wú)控制權(quán)的。CPU一定會(huì)執(zhí)行這些中斷的中斷服務(wù)程序。432、斷向量表和中斷服務(wù)程序中斷向量表是一個(gè)特殊的線性表，它保存著系統(tǒng)所有中斷服務(wù)程序的入口地址偏移量和段地址。在微機(jī)系統(tǒng)中，該向量表有256個(gè)元素00FFH，每個(gè)元素占4個(gè)字節(jié)，總共1K字節(jié)，其在內(nèi)存中的存儲(chǔ)形式及其存儲(chǔ)內(nèi)容如圖82所示。圖44中的“中斷偏移量”和“中斷段地址”是指該中斷服務(wù)程序入口單元的“偏移量”和“段地址”。由此不難看出假如中斷號(hào)為N，那么，在中斷向量表中存儲(chǔ)該中斷處理程序的入口地址的單元地址為4N。表45說(shuō)明了前16個(gè)中斷向量表中列舉了部分常用的中斷號(hào)。圖44中斷向量表表45部分常用的中斷號(hào)及其含義中斷號(hào)含義中斷號(hào)含義0除法出錯(cuò)8定時(shí)器1單步9鍵盤(pán)2非屏蔽中斷A未用3斷點(diǎn)BCOM24溢出CCOM15打印屏幕D硬盤(pán)并行口6未用E軟盤(pán)7未用F打印機(jī)433引起中斷的指令中斷處理程序基本上是系統(tǒng)程序員編寫(xiě)好的，是為操作系統(tǒng)或用戶程序服務(wù)的。為了在應(yīng)用程序中使用中斷服務(wù)程序，程序員必須能夠在程序中有目的地安排中斷的發(fā)生。為此，指令系統(tǒng)提供了各種引起中斷的指令。1、中斷指令I(lǐng)NT中斷指令I(lǐng)NT的一般格式如下INTIMM其中立即數(shù)IMM是一個(gè)00FFH范圍內(nèi)的整數(shù)。指令執(zhí)行的步驟、把標(biāo)志寄存器壓棧，清除標(biāo)志位IF和TF；、把代碼段寄存器CS的內(nèi)容壓棧，并把中斷服務(wù)程序入口地址的高字部分送CS；、32位段，壓32位IP。在該指令執(zhí)行完后，CPU將轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序。由于有了指令I(lǐng)NT，程序員就能為滿足某種特殊的需要，在程序中有目的地安排中斷的發(fā)生，也就是說(shuō)，該中斷不是隨機(jī)產(chǎn)生的，而是完全受程序控制的。一般情況下，一個(gè)中斷可有很多不同的功能，每個(gè)功能都有一個(gè)唯一的功能號(hào)，所以，在安排中斷之前，程序員還要決定需要該中斷的哪個(gè)功能，中斷的功能號(hào)都是由AH來(lái)確定的。有些中斷還需要其它參數(shù)，常用中斷的功能和參數(shù)如附錄3所列。2、溢出指令I(lǐng)NTO當(dāng)標(biāo)志位OF為1時(shí)，引起中斷。該指令的格式如下INTO該指令影響標(biāo)志位IF和TF。434中斷返回指令當(dāng)一個(gè)中斷服務(wù)程序執(zhí)行完畢時(shí)，CPU將恢復(fù)被中斷的現(xiàn)場(chǎng)，返回到引起中斷的程序中。為了實(shí)現(xiàn)此項(xiàng)功能，指令系統(tǒng)提供了一條專(zhuān)用的中斷返回指令。該指令的格式如下IRET/IRETD該指令執(zhí)行的過(guò)程基本上是INT指令的逆過(guò)程，具體如下、從棧頂彈出內(nèi)容送入IP；、再?gòu)男聴ｍ攺棾鰞?nèi)容送入CS；、再?gòu)男聴ｍ攺棾鰞?nèi)容送入標(biāo)志寄存器；對(duì)80386及其以后的CPU，指令I(lǐng)RETD從棧頂彈出32位內(nèi)容送入EIP。435中斷和子程序的比較中斷和子程序調(diào)用之間有其相似和不同之處。它們的工作過(guò)程非常相似，即暫停當(dāng)前程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)而執(zhí)行另一程序段，當(dāng)該程序段執(zhí)行完時(shí)，CPU都自動(dòng)恢復(fù)原程序的執(zhí)行。如圖46所示。圖46中斷和子程序調(diào)用的工作過(guò)程它們的主要差異有子程序調(diào)用一定是程序員在編寫(xiě)源程序時(shí)事先安排好的，是可知的，而中斷是由中斷源根據(jù)自身的需要產(chǎn)生的，是不可預(yù)見(jiàn)的用指令I(lǐng)NT引起的中斷除外；子程序調(diào)用是用CALL指令來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但沒(méi)有調(diào)用中斷的指令，只有發(fā)出中斷請(qǐng)求的事件指令I(lǐng)NT是發(fā)出內(nèi)部中斷信號(hào)，而不要理解為調(diào)用中斷服務(wù)程序；子程序的返回指令是RET，而中斷服務(wù)程序的返回指令是IRET/IRETD。在通常情況下，子程序是由應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)者編寫(xiě)的，而中斷服務(wù)程序是由系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)者編寫(xiě)的。第5章系統(tǒng)仿真與調(diào)試在進(jìn)行電路的局部調(diào)試之后，我又進(jìn)行了系統(tǒng)整機(jī)調(diào)試。首先為ADC0808接上12V的電壓，為其它芯片接上5V的工作電壓。另外還要輸入待測(cè)的模擬電壓，該電壓從200MV以下的電壓開(kāi)始輸起，依次增大，直到達(dá)到待測(cè)電壓的上限50V為止，記錄測(cè)量數(shù)據(jù)并分析系統(tǒng)性能。51分局部調(diào)試1檢查ADC0808是否工作ADC0808集成了三個(gè)控制端。如果某一控制端為高電平則對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)將接通。為測(cè)量其是否工作，我們將它的三個(gè)控制端用導(dǎo)線引出分別接高低電平，發(fā)現(xiàn)測(cè)量結(jié)果與理論分析結(jié)果一致，ADC0808工作正常。2各量程調(diào)節(jié)這一步調(diào)試是建立在上述兩步調(diào)試的基礎(chǔ)上的。針對(duì)不同的檔位，我們通過(guò)接入不同待測(cè)的模擬量來(lái)調(diào)節(jié)電壓。52整機(jī)調(diào)試本系統(tǒng)的測(cè)試采用PROTEUS軟件，系統(tǒng)在PROTEUS軟件中仿真時(shí)使用的元件如表51所示。測(cè)試表明，系統(tǒng)運(yùn)行正常，能準(zhǔn)確將直流模擬信號(hào)的電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)值顯示，并能精確到5位有效數(shù)字，達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。表51元件名稱(chēng)及屬性序號(hào)元件名屬性序號(hào)元件名屬性1AT89C51單片機(jī)7LM016LLCD16023CAP電容8ADC08088位A/D轉(zhuǎn)換器4CAPELEC電解電容9PULLUP上拉電阻5CRYSTAL晶振10SWPOT44路模擬開(kāi)關(guān)6RES電阻1174LS02與非門(mén)53系統(tǒng)仿真采用KEIL編譯器進(jìn)行源程序編譯及仿真調(diào)試，調(diào)好程序后將目標(biāo)程序?qū)隤ROTEUS進(jìn)行軟硬件調(diào)試，基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的數(shù)字電壓表測(cè)試值見(jiàn)表52所示。表52測(cè)試值與真實(shí)值電壓表測(cè)得值/V0000332039050709961250150320002480絕對(duì)誤差/V000002001002001001003000001電壓表測(cè)得值/V4980507996125015031992298839844980絕對(duì)誤差/V000002001001002002002003002從表中可以看出，電壓表測(cè)得值誤差均在002V以內(nèi)，這與采用8位A/D轉(zhuǎn)換器所能達(dá)到的理論誤差精度相比較接近，因此在一般的應(yīng)用場(chǎng)合都可以滿足要求。結(jié)論本設(shè)計(jì)以AT89C51單片機(jī)為控制核心，通過(guò)集成摸數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0808將被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)單片機(jī)內(nèi)部程序處理后，由液晶顯示器LCD1602顯示測(cè)量結(jié)果。仿真測(cè)試表明，系統(tǒng)性能良好，測(cè)量讀數(shù)穩(wěn)定易讀、更新速度合理，直流電壓測(cè)量范圍為050V，最小分辨率為002V，滿足任務(wù)書(shū)指標(biāo)要求。但是，該系統(tǒng)也存在一定程度的不足，例如1、輸入電壓易發(fā)生干擾不穩(wěn)定，且驅(qū)動(dòng)能力可能存在不足，需在被測(cè)信號(hào)的輸入端加上一部分驅(qū)動(dòng)電路，比如將量程轉(zhuǎn)換電路改成帶放大能力的自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換電路，將幅值較小的信號(hào)經(jīng)適當(dāng)放大后再測(cè)量，可顯著提高精度；2、輸出量可用平均值算法來(lái)改善，使測(cè)量準(zhǔn)確度更高。3、若能將測(cè)量的電壓值實(shí)時(shí)保存，使用時(shí)將更方便。4、ADC0808可實(shí)現(xiàn)對(duì)8個(gè)通道的輸入信號(hào)輪流轉(zhuǎn)換，本設(shè)計(jì)僅僅使用了其中一個(gè)通道，造成了較大的資源浪費(fèi)。若能對(duì)電路稍加改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多路信號(hào)的輪流測(cè)量并自動(dòng)保存相應(yīng)結(jié)果，其應(yīng)用價(jià)值將會(huì)更大。致謝在畢業(yè)設(shè)計(jì)完成之際，我在這里向一直關(guān)心幫助我的老師、同學(xué)和朋友表示我誠(chéng)摯的謝意。首先感謝的是我的導(dǎo)師彭秀華老師。感謝他給我的指導(dǎo)，在整個(gè)設(shè)計(jì)寫(xiě)作過(guò)程中，我始終得到彭秀華老師的悉心教導(dǎo)和認(rèn)真指點(diǎn)，使得我的理論知識(shí)和認(rèn)識(shí)有了很大提高，為我的畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利完成提供了保證。他身上，體現(xiàn)著嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的教學(xué)作風(fēng)，勇于探索的工作態(tài)度和求同思變、不斷創(chuàng)新的治學(xué)理念讓我印象深刻。他不知疲倦的敬業(yè)精神和精益求精的治學(xué)要求，端正了我的學(xué)習(xí)態(tài)度，使我受益匪淺。同時(shí)，感謝來(lái)此參加我畢業(yè)答辯的各位老師，感謝你們的指導(dǎo)教育，感謝你們?cè)诖疝q時(shí)對(duì)我的論文給予的詳盡細(xì)致的審閱，衷心的感謝各位老師，謝謝你們無(wú)私的幫助。最后，感謝自動(dòng)化系和同組的各位同學(xué)以及所有支持我關(guān)心我的人。在你們的幫助和協(xié)助下共同完成了本次設(shè)計(jì)。謝謝你們參考文獻(xiàn)1單片機(jī)系統(tǒng)的PROTEUS設(shè)計(jì)與仿真，張靖武等編著，電子工業(yè)出版社2PROTEUS在MCS51LCD寄存器選擇信號(hào)RWEQUP22LCD讀/寫(xiě)選擇信號(hào)EEQUP23LCD使能信號(hào)ORG0000HLJMPMAINORG000BHLJMPBT0T0中斷入口ORG0030H主程序初始化MAINMOVSP，60HLCALLINTMOV30H，30HMOV31H，0A5HMOV32H，30HMOV33H，30HMOV34H，30HMOVR7，30HLCALLN1顯示VOLTAGE0000LCALLN2定時(shí)器初始化程序MOVTMOD，00HMOVTH0，00HMOVTL0，00HSETBTR0MOV24H，03HMOVIE，82HLPMOVR7，30H顯示緩沖區(qū)首地址LCALLDISPLYSJMPLP循環(huán)顯示定時(shí)器中斷服務(wù)程序，讀取0809第0通道的轉(zhuǎn)換結(jié)果并轉(zhuǎn)換為顯示值BT0PUSHACCPUSHPSWMOVPSW，00HCLRTR0MOVTH0，00HMOVTL0，00HDEC24HMOVA，24HMOVA，P1ANLA，03HDECAZLC0DECAJZLC1LC0JNZRTN1MOV24H，03HMOVDPTR，0F6FFHMOVA，00HMOVXDPTR，AMOVR7，0CCHDJNZR7，MOVXA，DPTRMOV40H，AMOVB，05HA/D轉(zhuǎn)換結(jié)果化為顯示值MULABAD5/25MOV30H，BAD5的高字節(jié)為整數(shù)部分MOVB，0AHMULABAD5的低字節(jié)為/256的結(jié)果，為小數(shù)部分MOV32H，B二進(jìn)制小數(shù)換為10進(jìn)制數(shù)MOVB，0AHMULABMOV33H，BMOVB，0AHMULABMOV34H，BRTN1SETBTR0ORL30H，30HMOV31H，0A5HORL32H，30HORL33H，30HORL34H，30HMOV35H，30HLJMPLCCLC1JNZRTN2MOV24H，03HMOVDPTR，0F6FFHMOVA，00HMOVXDPTR，AMOVR7，0CCHDJNZR7，MOVXA，DPTRMOV40H，AMOVB，05HA/D轉(zhuǎn)換結(jié)果顯示值MULABAD5/25MOV30H，BAD5的高字節(jié)為整數(shù)部分MOVB，0AHMULABAD5的低字節(jié)為/256的結(jié)果，為小數(shù)部分MOV31H，B二進(jìn)制小數(shù)換為10進(jìn)制數(shù)MOVB，0AHMULABMOV33H，BMOVB，0AHMULABMOV34H，BRTN2SETBTR0ORL30H，30HORL31H，30HMOV32H，0A5HORL33H，30HORL34H，30HMOV35H，30HAJMPLCCLCCNOPPOPPSWPOPACCRETIDISPLYLCD顯示子程序MOVCOM，0CAHLCALLPR1MOVR1，05HMOVR0，30HLMOVDAT，R0LCALLPR2INCR0DJNZR1，LRET逐字依次輸入方式演示程序段N1MOVCOM，01HLCALLPR1MOVCOM，06HLCALLPR1MOVCOM，0EHLCALLPR1MOVDPTR，TABMOVR2，8HWRIN1MOVR3，00HWRIN寫(xiě)入MOVA，R3MOVCA，ADPTRMOVDAT，ALCALLPR2INCR3DJNZR2，WRINRETN2MOVCOM，06HLCALLPR1MOVCOM，0C0HLCALLPR1MOVDPTR，TAB1MOVR2，9HSJMPWRIN1TABDB“LICAIYU“TAB1DB“VOLTAG“LCD間接控制方式下的初始化子程序INTLCALLDELAY調(diào)用延時(shí)子程序MOVCOM，3CH設(shè)置工作方式LCALLPR1MOVCOM，01H清屏LCALLPR1MOVCOM，06H設(shè)置輸入方式LCALLPR1MOVCOM，080H設(shè)置顯示方式LCALLPR1RETDELAYMOVR6，0FH延時(shí)MOVR7，00HDELAY1NOPDJNZR7，DELAY1DJNZR6，DELAY1RETLCD間接工致方式的驅(qū)動(dòng)子程序讀BF和AC的值PR0PUSHACCMOVP0，0FFHP0置位，準(zhǔn)備讀CLRRSRS0，選擇指令寄存器SETBRWRW1，讀SETBE片選，1有效LCALLDELAYMOVCOM，P0讀BF和AC64值CLREPOPACCRET寫(xiě)指令代碼子程序PR1PUSHACCCLRRS指令寄存器SETBRWPR11MOVP0，0FFHP0置位，準(zhǔn)備讀SETBELCALLDELAYNOPMOVA，P0CLREJBACC7，PR11BF1CLRRWMOVP0，COMSETBECLREPOPACCRET寫(xiě)顯示數(shù)據(jù)程序PR2PUSHACCCLRRSSETBRWPR21MOVP0，0FFHSETBELCALLDELAYMOVA，P0讀BF和AC64CLREJBACC7，PR21SETBRSCLRRWMOVP0，DAT寫(xiě)入數(shù)據(jù)高4位SETBECLREPOPACCRET讀顯示數(shù)據(jù)程序PR3PUSHACCCLRRSSETBRWPR31MOVP0，0FFHP0置位，準(zhǔn)備讀SETBELCALLDELAYMOVA，P0讀BF和AC64CLREJBACC7，PR31SETBRSRS1，選通數(shù)據(jù)寄存器SETBRWMOVP0，0FFH讀數(shù)據(jù)SETBEMOVDAT，P0CLREPOPACCRETEND單片機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì)程序數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)COMEQU50HDATEQU51HRSEQUP21LCD積存器選擇信號(hào)RWEQUP22LCD讀/寫(xiě)選擇信號(hào)EEQUP23LCD使能信號(hào)ORG0000HLJMPMAINORG000BHLJMPBT0T0中斷入口ORG0030H主程序初始化MAINMOVSP，60HLCALLINTMOV30H，30HMOV31H，0A5HMOV32H，30HMOV33H，30HMOV34H，30HMOVR7，30HLCALLN1顯示VOLTAGE0000LCALLN2定時(shí)器初始化程序MOVTMOD，00HMOVTH0，00HMOVTL0，00HSETBTR0MOV24H，03HMOVIE，82HLPMOVR7，30H顯示緩沖區(qū)首地址LCALLDISPLYSJMPLP循環(huán)顯示定時(shí)器中斷服務(wù)程序，讀取0808第0通道的轉(zhuǎn)換結(jié)果并轉(zhuǎn)換為顯示值BT0PUSHACCPUSHPSWMOVPSW，00HCLRTR0MOVTH0，00HMOVTL0，00HDEC24HMOVA，24HJNZRTN1MOV24H，03HMOVDPTR，0F6FFHMOVA，00HMOVXDPTR，AMOVR7，0CCHDJNZR7，MOVXA，DPTRMOV40H，ARTNMOVB，05HA/D轉(zhuǎn)換結(jié)果化為顯示值MULABAD5/25MOV30HBAD5的高字節(jié)為整數(shù)部分MOVB，0AHMULABAD5的低字節(jié)為/256的結(jié)果，為小數(shù)部分MOV32HB二進(jìn)制小數(shù)換為10進(jìn)制數(shù)MOVB，0AHMULABMOV33H，BMOVB，0AHMULABMOV34H，BRTN1SETBTR0ORL30H，30HMOV31H，0A5HORL32H，30HORL33H，30HORL34H，30HMOV35H，30HPOPPSWPOPACCRETIDISPLYLCD顯示子程序MOVCOM，0CAHLCALLPR1MOVR1，05HMOVR0，30HLMOVDAT，R0LCALLPR2INCR0DJNZR1，LRET逐字依次輸入方式演示程序段N1MOVCOM，01HLCALLPR1MOVCOM，06HLCALLPR1MOVCOM，0EHLCALLPR1MOVDPTR，TABMOVR2，8HWRIN1MOVR3，00HWRIN寫(xiě)入MOVA，R3MOVCA，ADPTRMOVDAT，ALCALLPR2INCR3JNZR2，WRINRETN2MOVCOM，06HLCALLPR1MOVCOM，0C0HLCALLPR1MOVDPTR，TAB1MOVR2，9HSJMPWRIN1TABDB“WANGHONG“TAB1DB“VOLTAG“LCD間接控制方式下的初始化子程序INTLCALLDELAY調(diào)用延時(shí)子程序MOVCOM，3CH設(shè)置工作方式LCALLPR1MOVCOM，01H清屏LCALLPR1MOVCOM，06H設(shè)置輸入方式LCALLPR1MOVCOM，080H設(shè)置顯示方式LCALLPR1RETDELAYMOVR6，0FH延時(shí)MOVR7，00HDELAY1NOPDJNZR7，DELAY1DJNZR6，DELAY1RETLCD間接工致方式的驅(qū)動(dòng)子程序讀BF和AC的值PR0PUSHACCMOVP0，0FFHP0置位，準(zhǔn)備讀CLRRSRS0，選擇指令寄存器SETBRWRW1，讀SETBE片選，1有效LCALLDELAYMOVCOM，P0讀BF和AC64值CLREPOPACCRET寫(xiě)指令代碼子程序PR1PUSHACCCLRRS指令寄存器SETBRWPR11MOVP0，0FFHP0置位，準(zhǔn)備讀SETBELCALLDELAYNOPMOVA，P0CLREJBACC7，PR11BF1CLRRWMOVP0，COMSETBECLREPOPACCRET寫(xiě)顯示數(shù)據(jù)程序PR2PUSHACCCLRRSSETBRWPR21MOVP0，0FFHSETBELCALLDELAYMOVA，P0讀BF和AC64CLREJBACC7，PR21SETBRSCLRRWMOVP0，DAT寫(xiě)入數(shù)據(jù)高4位SETBECLREPOPACCRET讀顯示數(shù)據(jù)程序PR3PUSHACCCLRRSSETBRWPR31MOVP0，0FFHP0置位，準(zhǔn)備讀SETBELCALLDELAYMOVA，P0讀BF和AC64CLREJBACC7，PR31SETBRSRS1，選通數(shù)據(jù)寄存器SETBRWMOVP0，0FFH讀數(shù)據(jù)SETBEMOVDAT，P0CLREPOPACCRETEND附錄整機(jī)原理圖OUT121ADB24ADA25ADC23VREF12VREF16IN31IN42IN53IN64IN75START6OUT58EOC7OE9CLOCK10OUT220OUT714OUT615OUT817OUT418OUT319IN228IN127IN026ALE2U2ADC08XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0/AD039P01/AD138P02/AD237P03/AD336P04/AD435P05/AD534P06/AD63P07/AD732P10/T21P1/T2EX2P12/ECI3P13/CEX04P14/CEX15P15/CEX26P16/CEX37P17/CEX48P30/RXD10P31/TXD1P32/INT012P3/INT113P34/T014P37/RD17P36/WR16P35/T115P27/A1528P20/A821P21/A92P2/A1023P23/A124P24/A1225P25/A1326P26/A1427U3AT89C51RD2D714613D51241D31029D1807E6RW5S4VS1D2VE3LCD1LM