配電直流監(jiān)測系組成：A/D轉(zhuǎn)換模塊，數(shù)據(jù)處理模塊和顯示模塊。A/D轉(zhuǎn)換主要由ADC0804來完成，它負責(zé)把到的模擬量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量再傳送到數(shù)據(jù)處理模塊。數(shù)據(jù)處理則由AT89C52ADC0804傳送來的數(shù)字量經(jīng)過一定的數(shù)據(jù)處理，產(chǎn)生相應(yīng)的顯示碼送到顯示模塊進行顯示；此外,它還控制著ADC0804工作。直流監(jiān)測系統(tǒng)可以測量-255～+255V1路模擬直流輸入電壓值，并通過一個四位一體的7段數(shù)碼管顯示出來。A/DMIXSOMEDCON-LINEMONITORINGThispaperwhichintroducesakindofdigitalDCvoltagemonitoringsystemisbasedonsingle-chipmicrocontrollerdesign.Thecircuitofthevoltagemeterismainlyconsistedofthreemouldpieces:A/Dconvertingmouldpiece,A/DconvertingismainlycompletedbytheADC0804,itconvertsthecollectedogdataintothedigitaldataandtransmitsthe etothemanifestationcontrollingmouldpiece.DataprocessingismainlycompletedbytheAT89C52chip,itprocessesthedataproducedbytheADC0804chipandgeneratestherightmanifestationcodes,alsotransmitsthecodestothemanifestationcontrollingmouldpiece.Also,theAT89C52chipcontrolstheADC0804chiptowork.TheDCvoltagemonitoringsysteminsimpleelectricalcircuit,loweruseofelements,lowcost,moreover,itsmeasuringprecisionandreliability.Thevoltmeteriscapableofmeasuringvoltageinputsfrom1routerangingfrom-255to+255volt,anddisplayingthemeasurementsthoughadigitalcodetubeof7piecesofLED.KeyWords: DCvoltagemonitoringSingle-chipmicrocontroller;Single-chip; 摘 目 緒 設(shè)計總體方案和工 設(shè)計思 設(shè)計方 工 設(shè)計總體方案和工 單片機系 AT89C52性 AT89C52各引腳功 復(fù)位電路和時鐘電 復(fù)位電路設(shè) 時鐘電路設(shè) LED顯示電路設(shè) LED基本結(jié) LED顯示器的選 LED譯 LED顯示器與單片機接口設(shè) A/D轉(zhuǎn)換模 逐次近型A/D轉(zhuǎn)換器原 ADC0804主要特 ADC0804的外部引腳特 ADC0804的轉(zhuǎn)換原 ADC0804的操作流 測量電壓輸入電 正壓輸入電 負壓輸入電 其他附屬設(shè) 和保 電 總體電路設(shè) 程序設(shè)計和仿 程序設(shè)計總方 系統(tǒng)子程序設(shè) 初始化程 A/D轉(zhuǎn)換子程 顯示子程 仿 調(diào) 顯示結(jié) 誤差分 結(jié) 參考文 附 致 發(fā)現(xiàn)、消除直流系統(tǒng)缺陷，將可能造成保護及自動裝置死機、拒動、越級跳閘的，給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行帶來嚴重影響[1]。通過配電直流監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用，能夠以以指針式刻度電壓表為的傳統(tǒng)電壓檢測系統(tǒng)功能單一，進度低，容易引起視差和A/DROM相配合將模擬電壓信號數(shù)字化后實現(xiàn)監(jiān)測告警，加以顯示，從而精度高、能力強，可擴展性強、集成方便，還可與PC實時通信。本次設(shè)計主要為直流電壓監(jiān)測系統(tǒng)，本系統(tǒng)主要包括三大模塊：轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊及顯示模塊。其中，A/D轉(zhuǎn)換采用ADC0804對輸入的模擬信號進行轉(zhuǎn)換，控制

設(shè)計總體方案和工4LEDLED數(shù)碼的段碼輸入,P0P2A/DADC0804P1AT89C52單片機系統(tǒng)，時鐘電路，復(fù)位電路，LED顯示電路，A/D62-1所示。

2-1本次次設(shè)計的仿真運行和調(diào)試主要用到Proteus仿真KeilμVisions3單片機編程。Proteus是英國LabCenterElectronics公司的EDA工具（該中國總為廣州風(fēng)標電子技術(shù)。它不僅具有其它EDA工具的仿真功能，還能真單片機及器件。它是目前比較好的仿真單片機及器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機者、從事單片機教學(xué)的教師、致力于單片機開發(fā)應(yīng)用的科Z80等等。Proteus可以完成單片機系統(tǒng)原理圖電路繪制、PCB設(shè)計，更為顯著點的特點是可以與μVisions3IDE工具結(jié)合進行編程仿真調(diào)試[12]。KeilC51是KeilSoftware公司的51系列兼容單片機C語言開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)可視化操作界面，界面友好，使用極為方便；支持匯編語言、C51語言及混合編程等多種方式的單片機設(shè)；集成了非常全面的單片機支持，能夠完成51系列單片機及和51系列兼容的絕大部分類型單片機的程序設(shè)計和仿真；集成了豐富的庫函數(shù)，以及完善的編譯KeilμVision具有最廣泛的用戶群，因此相應(yīng)的代碼資源非常豐富，讀者可以輕松地找到各類編程資源以加速學(xué)習(xí)和開發(fā)過程；的ARM開RealVIEWMDKKeilμVision3的開發(fā)環(huán)境和界面，給用戶的升級帶來極設(shè)計總體方案和工AT89C52性AT89C52是ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓高性能CMOS8位單片機片內(nèi)含8kbytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序器和256Kbytes的隨機存取數(shù)據(jù)器（RAM該器件采用ATMEL高密度、非易失器制造技術(shù)制造，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，因ATMEL的AT89C52內(nèi)置通用8位處理器和Flash單元，該單片機是一種高效微控制器，AT89C52單片機在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。AT89C52功能性能:兼容MCS51指令系統(tǒng)8kB可反復(fù)擦寫(大于1000次FlashROM；32個雙向I/O口；256×8bitRAM；3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷；時鐘頻率，0-24MHz；2UART串行通道；28個中斷源；2個PQFP、TQFPPLCC等幾種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。，AT89C52各引腳功2個外中斷口，316位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線，AT89C52可以按照常規(guī)方法進行編程,但不可以編程(S系列的才支持編程)。其將通用的微處理器和Flash器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash器可有效地降低開發(fā)成本。AT89C52PDIP3-1所示[4]。AT89C52的各引腳功能為P0口：P08I/O口，即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出高阻抗輸入端用。在外部數(shù)據(jù)器或程序器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在期間激活上拉電阻。在Flash編程時，P0口接收指令字P1口：P1是一個帶上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收此時可作輸。作輸使用時，因為存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(IIL)AT89C51的不同之處是，P1.0P1.1還可分別作為定時/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和（P1.1/T2EX，F(xiàn)lash編程和程序校驗期間，P183-1P1.0P1.1P2口：P2是一個帶有上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口P2寫“1”，通過的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸，作輸使用時，因為存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(IIL)。在外部程序器或16位地址的外部數(shù)據(jù)器時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在8位地址的外部數(shù)據(jù)器時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。Flash編程或校驗時，P2亦接收地址和一些控制信號。收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時，它們被上拉電阻拉高并可（IILI/O3-2[5]所示。Vcc：為+5VALE：地址鎖存允許線，配合P0口的第二功能使用，當(dāng)外部程序器或數(shù)據(jù)仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是每當(dāng)外部數(shù)據(jù)器時將跳過一個ALE脈沖對Flash器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG。必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可ALE操作。單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置ALE/E外器選擇線，可以控制89C52使用片內(nèi)ROM或使用片外ROM，/PSEN：片外ROM的選通線，當(dāng)AT89C52由外部程序器取指令（或數(shù)據(jù)）時每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當(dāng)外部數(shù)據(jù)器，將PSEN信號。RST：復(fù)位線。當(dāng)振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機89C52OSC(震蕩器)的定時反饋回路。 P3口各位的第二功01定時器/0定時器/1RAMRAM復(fù)位電路設(shè)位[6]RST端繼續(xù)保持高電平，MCS-51系列就一直處于復(fù)位狀態(tài)，只3-2所示。時鐘電路

3-2所對應(yīng)時間順序稱為單片機的時序。MCS-51系列單片機有一個高增益反相放大器，用于構(gòu)成震蕩器，XTAL1為該放大器的輸入端，XTAL2為該放大器輸出端，但形成MCS-51系列單片機的高增益反相放大器，搭接時鐘電路簡單，外部只需要一個晶振和23-3所示。3-3C1C230pF；石英晶振選擇范圍12MHz。LEDLED基本結(jié)LED(LightEmittingDiode)顯示器、液晶LCD(LiquidCrystalDisplay)顯示器、CRT顯示器等。LED、LCD顯示器有兩種顯示結(jié)構(gòu)：段顯示（7段、米字型等）和點陣顯示（5×8、8×8點陣等。LED是發(fā)光二極管顯示器的縮寫。LED由于結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、與單片機接口方便等優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用，在單片LED七段數(shù)碼顯示器由8個發(fā)光二極管組成顯示字段，7個長條形的發(fā)光二極管排列成“日”字形，另一個圓點形的發(fā)光二極管在顯示器的右LED3-3-4LED3-5所示。 共陽3-5LEDLED顯示器的選LEDLED顯示器供選擇。此次設(shè)計中，選用三位顯示電壓的百、十、個整數(shù)位，一位顯示電壓正負狀態(tài)，因此選擇4位一體的數(shù)碼型LED顯示器較為合適，簡稱7SEG-MPX4-CC-BLUE3-64LED數(shù)是每一位的位選輸入端，dp是小數(shù)點引出端，4位一體LED數(shù)碼顯示管的結(jié)構(gòu)是由4個單獨的LED組成，每個LED的段選輸出引腳在都并聯(lián)后，引出到器件的外部。3-64LED這種結(jié)構(gòu)的LED顯示器，它的4位LED陰極的各段已經(jīng)在連接在一起，只能用I/O接口進行控制，應(yīng)使用動態(tài)顯示的方式來顯示想要得到的結(jié)果。LED譯 0123456789LED的顯示是通過不同段選送“0”或者“1”7段顯示管的某段的亮滅的，對于設(shè)“1”09163-3LED顯示器與單片機接口LED5mA-10mA左右的電流，而單片P0口外接上拉電阻來實現(xiàn)。當(dāng)送入相應(yīng)的高低電平，19P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD29P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD718P0.3/AD3119P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD29P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD718P0.3/AD31WE4WE3DP23456789 ABCDEFGA/D

3-7LED現(xiàn)實世界的物理量都是模擬量，能把模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量的器件稱為模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器是單片機系統(tǒng)的關(guān)鍵接口電路，按照各種A/D強、轉(zhuǎn)換精度高、價格便宜等優(yōu)點。其原理如圖示。3-8ADC與雙積分相比逐次近式A/D轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換速度更快而且精度更高比如ADC0804、ADC0808n位的逐次近型A/D轉(zhuǎn)換器只需要比較n次，轉(zhuǎn)換時間只取決于位數(shù)和時鐘周期，逐次A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度快，因而在實際中廣泛使用。逐次近型A/D轉(zhuǎn)換器原用的寄存器從到低位一次開始逐位試探比較。其原理如圖3-9所示。圖3-9逐次近式ADC的轉(zhuǎn)換原開始時，寄存器各位清零，轉(zhuǎn)換時，先將最置1，把數(shù)據(jù)送入A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，11最后寄存器中的內(nèi)容就是輸入模擬量對應(yīng)的二進制數(shù)字量[5]3-10逐逐 圖3-10逐次近式A/D轉(zhuǎn)換器原理ADC0804主要特ADC0804是CMOS單片集成逐次近式A/D轉(zhuǎn)換器，帶有使能控制端，與微機直接TTLCMOS標準接口；可以滿足差分電壓輸入；具有參考電壓輸入端；內(nèi)含時鐘發(fā)生器；單電源工作時（0～5）V0～5V；不需要調(diào)零等等。ADC0804是AD轉(zhuǎn)換器，因其價格低廉而在要求不高的場合得到廣泛應(yīng)用。ADC0804主要特性:工作電壓：+5VVCC=+5V；模擬轉(zhuǎn)換電壓范圍：0～+5V，即ADC0804的外部引腳特ADC0804有20條引腳，采列直插式封裝，其引腳圖如圖3-11所示下面說明各個引腳功能

3-11ADC0804Vin（+CLKR:時鐘發(fā)生器的外接電阻端與CLK端配合可由自身產(chǎn)生時鐘脈沖其fck=1/(1.1RCWRAD轉(zhuǎn)換。INTR：轉(zhuǎn)換完畢中斷提供端，ADVcc：電源5V輸入。ADC0804的轉(zhuǎn)換原us8ADC0804動作來說明“A/D轉(zhuǎn)換器”的轉(zhuǎn)換原理，動作步驟如下表示（原則上先從左側(cè)最尋找起。第一次尋找結(jié)果：10000000（若假設(shè)值≤輸入值，則尋找位=假設(shè)位=1）第二次尋找結(jié)果：11000000（若假設(shè)值≤輸入值，則尋找位=假設(shè)位=1）第三次尋找結(jié)果：11000000（若假設(shè)值>輸入值，則尋找位=該假設(shè)位=0）第四次尋找結(jié)果：11010000（若假設(shè)值≤輸入值，則尋找位=假設(shè)位=1）第五次尋找結(jié)果：11010000（若假設(shè)值>輸入值，則尋找位=該假設(shè)位=0）第六次尋找結(jié)果：11010100（若假設(shè)值≤輸入值，則尋找位=假設(shè)位=1）第七次尋找結(jié)果：11010110（若假設(shè)值≤輸入值，則尋找位=假設(shè)位=1）第八次尋找結(jié)果：11010110（若假設(shè)值>輸入值，則尋找位=該假設(shè)位=0）12Vin。ADC0804的操作流ADC0804ADC0804的操作時序圖[8]3-123-12ADC0809分析圖可知，CS先為低電平，WRtw（WR）L后，WR置高，隨同時INTR自動變?yōu)榈碗娖?，通知單片機本次轉(zhuǎn)換已結(jié)束。在實際寫單片機程序啟動A/D轉(zhuǎn)換時就要遵循上面的時序。但實際使用中，也可以不采用中斷方式A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，可以在啟動A/D轉(zhuǎn)換后，經(jīng)過延時一段時間，直接A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)結(jié)果，A/D同樣，由元器件資料可以得到ADV0804的時序圖[8]如下圖3-13所示圖3-13ADC0804時序INTRCSRD置低，在RD置低至少經(jīng)過tACC時間后，數(shù)據(jù)輸出口上的數(shù)據(jù)到達穩(wěn)定狀態(tài)，此時直接數(shù)據(jù)輸RDCS拉高，INTR是自動變化的，只要一開始將CS置低，以后要啟動轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)時只需要操作WR和RD即可。P0.0/AD0P0.0/AD0P0.1/AD19RRCLK8A10D919CLKVCCDB0(LSB)DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7(MSB)WE4VR6712345678ADC08040—+5V正壓輸入電ADC08040—+5V，而要求檢測+/-220VADC080488位碼對應(yīng)1V的電壓可以得到0—+255V的電壓輸出綜上所述選用1K50K1:503-15所示。3-15負壓輸入電上面已經(jīng)實現(xiàn)0—+255V的電壓輸入和監(jiān)測ADC0804又不3-16和保19189 19189 HH12345678P10/T2P12P1P36/WR圖3-17過電壓系統(tǒng)電，承受電壓為+255V，在220V左右的電壓范圍內(nèi)不會燒毀AD轉(zhuǎn)換器。另外裝置在超過220V時就開始，為避免過電壓提出警告。所以，綜合裕量保護和功能，本系，電13131N4007G 23-18總體電路設(shè)1919P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7R9R12345678GNDCLK8A10D919CLKVCCDB0(LSB)DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7(MSB)67ABCDEFG123456789RESPACK-3-19正壓和負壓接通后仿真可以正確運行后，將電壓合并為一個單片機控制。這時，引3-21。3-21此電路的工作原理是當(dāng)手動二選一開關(guān)撥到正壓檢測端時正向0～+255V電壓經(jīng)R7R80～+5VADC0804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B0-B7傳送給AT89C52的P1口，AT89C52負責(zé)把接收到的8位數(shù)字碼經(jīng)過數(shù)據(jù)處理和編譯，產(chǎn)生正確的7段數(shù)碼管的顯示段碼通過P0傳送給四位LED的段選口，同時還P2I/O口產(chǎn)生位選信號，從而控制四個數(shù)碼管的亮滅。通過編程中的延手動二選一開關(guān)撥到負壓檢測端時，負向-255V～0VR7R8分壓，得到-5V～0V+5V的電壓，這時再經(jīng)過ADC0804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B0-B7傳送給AT89C52的P1口。同樣，AT89C52負責(zé)把接收到的8位數(shù)字碼經(jīng)過數(shù)據(jù)處理和編譯，產(chǎn)生正確的7段數(shù)碼管的顯示段碼通過P0傳送給四位LED的段選口，此時，需要第0x40P2I/O-220～+220V仿真繪制出硬件的電路連接圖但要真正實現(xiàn)電路對電壓的測量和顯示的功能還需有相應(yīng)的配合，才能達到設(shè)計要求。這就要求有正確合理的程序設(shè)計。

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)的主程序，如圖4-1所示。A/D4-1初始化程A/D轉(zhuǎn)換子程A/D轉(zhuǎn)換子程序用來控制對輸入的模塊電壓信號測量，并將對應(yīng)的數(shù)值存入相4-2所示。4-2A/D顯示子程70Hz左右時，能夠產(chǎn)生比較好的顯示效果[10]LED5ms，每一位LED的顯示時間為1ms，這樣可以達到動態(tài)掃描想要的顯示數(shù)字的效果。在本設(shè)計中，為了簡化硬件設(shè)計，主要采用定時的方式，編寫delay()延時函數(shù)這樣可以隨意控制的想要延時的時間，例如：想要延時5ms只需調(diào)用延時子函數(shù)delay（5）調(diào)在選購元件和焊接電路之前，應(yīng)對所設(shè)計電路進行仿真運行和調(diào)試。仿真運行和綜上，本次調(diào)試的系統(tǒng)電路圖的繪制和仿真采用Proteus仿真，而程序方面，用C語言編程，用Keil將程序?qū)懭雴纹瑱C顯示結(jié)4-33V時，LED4-456V時，LED當(dāng)監(jiān)測的輸入電壓值+220V4-5220V4-5220V時，LED4-6輸入電壓為-5V時，LED當(dāng)監(jiān)測的輸入電壓值-93V4-7，顯示為-93V4-7輸入電壓為-93V時，LED當(dāng)監(jiān)測的輸入電壓值-218V4-8，顯示為-218V誤差分

4-8輸入電壓為-218V時，LED4所示。AT89C528255V時，分壓電阻輸入單片機的電壓5V，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后，ADC0804255（FFH，因此單片機最高的數(shù)值分辨1V(255/255)1V，由此可以得出，監(jiān)測的電1V的幅度變化。0.9V，絕對誤差較大。但考慮到設(shè)備主要用在變電站的直流110V220V220V4-1標準電壓值直流電壓監(jiān)測系統(tǒng)00在輔導(dǎo)老師的辛苦帶領(lǐng)下，經(jīng)過一段時間的努力學(xué)習(xí)，—配電直流監(jiān)測系統(tǒng)基本完成。這次設(shè)計是我第一次接觸單片機和設(shè)計電路，也是第一次接觸Keil和Proteus等設(shè)計和仿真，所以在設(shè)計過程中遇到了這樣那樣的和問題，盡管最終的此次的基于單片機的配電直流監(jiān)測系統(tǒng)的使用性強