第第頁基于STC89C52單片機(jī)的數(shù)字式電壓表設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-2"\h\u3076基于STC89C52單片機(jī)的數(shù)字式電壓表設(shè)計(jì) 1196621緒論 14801.1課題研究背景及意義 1141501.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 2103581.3電壓表的發(fā)展前景 3131031、檢測(cè)速度快、精度高 32122、更加微型化、智能化 3297963、操作簡(jiǎn)便，抗干擾能力強(qiáng) 3210982系統(tǒng)方案論證 5255082.1系統(tǒng)總體方案論證 5280992.2控制方案的選取 558762.3單片機(jī)的選取 64862.4顯示屏的選取 656112.5電壓檢測(cè)模塊的選取 7511方案一：ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器 744293硬件電路設(shè)計(jì) 8176553.1最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 8124583.2按鍵電路的設(shè)計(jì) 1059263.3顯示電路的設(shè)計(jì) 10281323.4電壓檢測(cè)電路的設(shè)計(jì) 11302801、定時(shí)傳送方式 13301322、查詢方式 13128853、中斷方式 13321834軟件程序設(shè)計(jì) 15168834.1主程序的設(shè)計(jì) 15172884.2數(shù)據(jù)采集子程序程序 17203774.3液晶顯示子程序設(shè)計(jì) 17178994.4過壓報(bào)警子程序設(shè)計(jì) 18277995系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)試 2041235.1系統(tǒng)仿真運(yùn)行調(diào)試 204225.1.10-5V量程調(diào)試 20288515.1.20-12V量程調(diào)試 2142675.1.30-24V量程調(diào)試 22215結(jié)論 241緒論課題研究背景及意義電能的使用，是人類文明的體現(xiàn)。隨著第二次工業(yè)革命的爆發(fā)，人類逐漸進(jìn)入了電氣時(shí)代，電能的使用從家用推廣到各行各業(yè)。電能的大量使用，使得電能檢測(cè)越來越重要。電壓是電能的基本指標(biāo)，是衡量電能質(zhì)量的基本要素[1]。在高壓電力系統(tǒng)中，對(duì)電壓的要求比較嚴(yán)格，過高或過低的電壓均會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)帶來不利的影響，如系統(tǒng)震蕩、低電壓崩潰等[2]。在家用電器中，過高的電壓容易造成電氣設(shè)備的損壞，過低的電壓使得電氣設(shè)備不能正常運(yùn)行。因此，電壓的準(zhǔn)確檢測(cè)，關(guān)系到電能是否能夠正常的使用[3]。在電能大量推廣使用的時(shí)候，用于檢測(cè)電壓的電壓表開始廣泛使用。傳統(tǒng)的電壓表多以指針式為主，計(jì)數(shù)不直觀，人工檢測(cè)誤差大，精度較低，容易發(fā)生超量程而損壞表計(jì)的情況，可靠性較低。隨著科技的不斷發(fā)展，數(shù)字式的電壓表也應(yīng)運(yùn)而生。數(shù)字電壓表主要利用顯示屏顯示電壓值，比較直觀，利于查看，方便使用[4]。然而，市場(chǎng)上的數(shù)字電壓表往往僅有電壓顯示的單一性功能，智能化程度低，逐漸不能滿足用戶的需求。因此，市場(chǎng)上急需要一款智能化的數(shù)字式電壓表，不僅僅能夠準(zhǔn)確的檢測(cè)出電壓，并能夠?qū)崿F(xiàn)報(bào)警電壓設(shè)置、過壓及低壓報(bào)警等多樣化的功能[5]。隨著電子技術(shù)的不斷升級(jí)換代，以單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品中。單片機(jī)體積較小，價(jià)格低廉，能耗低，性能穩(wěn)定，技術(shù)成熟，可靠性高，是一款適用于各種系統(tǒng)的核心控制的芯片[6]。隨著單片機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，系統(tǒng)越來越穩(wěn)定，功能越來越強(qiáng)大，性能越來越可靠，可滿足越來越復(fù)雜的功能控制要求[7]。因此，將單片機(jī)核心控制技術(shù)應(yīng)用于數(shù)字式電壓表，可實(shí)現(xiàn)電壓的智能化檢測(cè)，還能擴(kuò)展各種多樣化的功能[8]。設(shè)計(jì)與制作一套智能化、功能多樣性和性能穩(wěn)定的數(shù)字電壓表，有利于電能質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)的完善，擁有很好的發(fā)展前景。1.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)外對(duì)電壓檢測(cè)技術(shù)的研究較早。自工業(yè)革命以來，科學(xué)技術(shù)進(jìn)入了高速創(chuàng)新發(fā)展時(shí)期，照明設(shè)備技術(shù)水平不斷提升，電力環(huán)境也日益復(fù)雜，因此電壓檢測(cè)的重要性不斷提升。國(guó)外結(jié)合串聯(lián)電阻連接技術(shù)發(fā)明了指針式電壓表。在科技的迅猛發(fā)展勢(shì)頭上，國(guó)外的電壓檢測(cè)儀器經(jīng)過了不斷的改善歷程，技術(shù)越來越成熟。1.2.1國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)的電壓檢測(cè)技術(shù)起步較晚，從上世紀(jì)六十年代開始起步，但發(fā)展較快。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的電壓，從剛開始的指針表發(fā)展為智能化電子數(shù)字表，技術(shù)越來越成熟。2008年，我國(guó)江蘇計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所結(jié)合ROM儲(chǔ)存技術(shù)，研制了一款可存儲(chǔ)式的電子電壓表，除了基本的電壓檢測(cè)功能外，還增加了多點(diǎn)測(cè)量和存儲(chǔ)功能，能夠根據(jù)電壓最大值和最小值計(jì)算出檢測(cè)時(shí)間范圍內(nèi)的平均值[9]。2014年，中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所利用無線通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了電壓的遠(yuǎn)程測(cè)試，且具有能耗低、便攜式的優(yōu)點(diǎn)。2017年，上海理工大學(xué)光電信息與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院研制了一款手機(jī)APP遠(yuǎn)程控制電壓檢測(cè)的儀器，可通過多點(diǎn)布置傳感器，利用手機(jī)無線連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程手機(jī)APP實(shí)時(shí)檢測(cè)電壓數(shù)據(jù)。中國(guó)數(shù)字電壓表近年來的發(fā)展方向主要朝著功能多樣化的發(fā)現(xiàn)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)的功能越來越多。然而，中國(guó)生產(chǎn)的電壓表精度往往較低，相對(duì)于國(guó)外電壓檢測(cè)芯片來說，精度和能耗一直是仍需攻克的重點(diǎn)難點(diǎn)[10]。1.2.2國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀在發(fā)達(dá)國(guó)家中，美國(guó)、日本和德國(guó)等國(guó)家生產(chǎn)的電壓表技術(shù)比較成熟，在行業(yè)內(nèi)應(yīng)用比較廣泛。2012年，日本柯尼卡美能達(dá)公司生產(chǎn)了一款功能多樣且精度高的電能表L200A，極度熱銷。該款電壓表能夠檢測(cè)出各類電能量，電阻值的檢測(cè)可以精確到μΩ級(jí)別。2014年，德國(guó)GMC公司生產(chǎn)了一款新型的電壓表MAVOLUX5032，主要應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域中。MAVOLUX5032電壓表具有非常高的精度，達(dá)到了±0.0001V。同時(shí)，該款電壓表檢測(cè)范圍非常廣，能夠檢測(cè)-10kV~+10kV的電壓范圍[11]。2015年，美國(guó)SP公司上市了一款電壓表AccuMAXXRP.3000，檢測(cè)功能也比較強(qiáng)大，能夠根據(jù)電壓自動(dòng)切換各種量程。國(guó)外電壓檢測(cè)技術(shù)發(fā)展比較成熟，實(shí)現(xiàn)了高精度和功能多樣化，然而，價(jià)格比較昂貴，高達(dá)幾千上萬元。1.3電壓表的發(fā)展前景如今，數(shù)字式電壓表一直在各行各業(yè)有廣泛的需求，電壓檢測(cè)技術(shù)在不斷創(chuàng)新發(fā)展著。對(duì)于電壓檢測(cè)技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì)，總結(jié)主要有以下：1、檢測(cè)速度快、精度高隨著電子技術(shù)的不斷升級(jí)換代，檢測(cè)速度慢和精度低的電壓表終將淘汰。在未來，新材料發(fā)展越來越成熟，新的電壓檢測(cè)傳感器材料將被合成或發(fā)現(xiàn)，其精度和線性將更好，使得電壓表實(shí)現(xiàn)檢測(cè)速度快、精度快的特點(diǎn)[12]。2、更加微型化、智能化便攜式一直是電子產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)。隨著核心控制芯片微型化、傳感器芯片小型化和pcb技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)品的體積將越來越少，越來越便攜。同時(shí)，隨著電子器件功能的不斷挖掘，電壓表的功能越來越多，純電壓檢測(cè)的功能已經(jīng)不能滿足人們的需求，多點(diǎn)檢測(cè)、無線遙控、電壓性質(zhì)分析等功能將越來越成熟的應(yīng)用于電壓表中[13]。3、操作簡(jiǎn)便，抗干擾能力強(qiáng)電子產(chǎn)品的操作將越來越簡(jiǎn)單易學(xué)，數(shù)字式電壓表也一樣。未來的數(shù)字式電壓表設(shè)計(jì)，將實(shí)現(xiàn)更好的人機(jī)交互，操作更簡(jiǎn)單。同時(shí)，為了保證電壓檢測(cè)的穩(wěn)定性，增加補(bǔ)償修正等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在各種復(fù)雜電源環(huán)境下的檢測(cè)[14]。

2系統(tǒng)方案論證2.1系統(tǒng)總體方案論證本文以性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉的STC89C52單片機(jī)為核心控制器，結(jié)合高精度的電壓檢測(cè)模塊，設(shè)計(jì)和制作一套可迅速檢測(cè)電壓和實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能的數(shù)字式電壓表，能夠?qū)崿F(xiàn)0-5V、0-12V、0-24V范圍內(nèi)的電壓檢測(cè)，精度達(dá)到0.01V。同時(shí)，該智能式電壓表可以實(shí)現(xiàn)過高電壓的報(bào)警。系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如下圖2.1所示：時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路復(fù)位電路A/D轉(zhuǎn)換電路測(cè)量電壓輸入顯示模塊STC89C52單片機(jī)按鍵電路聲光報(bào)警電路圖2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖2.2控制方案的選取方案一：基于模擬電路的控制系統(tǒng)該設(shè)計(jì)方案屬于當(dāng)前相對(duì)傳統(tǒng)的一種技術(shù)方案。具體以模擬電路為核心，根據(jù)檢測(cè)、調(diào)控工作的需要設(shè)計(jì)電路結(jié)構(gòu)，基于相對(duì)簡(jiǎn)單的電氣化元器件電路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、簡(jiǎn)單易用等優(yōu)勢(shì)。但是該控制系統(tǒng)也存在檢測(cè)精度低、控制質(zhì)量差、穩(wěn)定性與可靠性不足、實(shí)用能力有限等缺陷。加之該電路需要較多元器件實(shí)現(xiàn)其功能，因此也表現(xiàn)出整體體積大、能耗高等問題。方案二：基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)該設(shè)計(jì)方案以微型控制器為核心，具有成本小、體積小、能耗低、功能強(qiáng)大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定可靠等優(yōu)勢(shì)，是目前應(yīng)用水平最高的一種控制技術(shù)，能夠根據(jù)用戶實(shí)際需求對(duì)控制功能進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)和調(diào)整，充分保證了該技術(shù)系統(tǒng)的適用性優(yōu)勢(shì)。對(duì)比分析上述可選方案的優(yōu)勢(shì)和不足并結(jié)合設(shè)計(jì)需要，本研究最終選擇基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)。2.3單片機(jī)的選取方案一：STC89C51單片機(jī)單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用發(fā)展至今，STC89C51單片機(jī)是一種應(yīng)用時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)、技術(shù)相對(duì)成熟完善、應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)相對(duì)豐富的單片機(jī)技術(shù)產(chǎn)品，特別是其電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域，這一單片機(jī)更是表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。表現(xiàn)出成本小、抗干擾能力強(qiáng)、外圍電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)接口數(shù)量較少等特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單的控制功能。但是無法滿足大型、復(fù)雜控制系統(tǒng)的需求，勉強(qiáng)使用會(huì)存在處理速度慢、響應(yīng)效率低等問題。方案二：STC89C52單片機(jī)52系列單片機(jī)是51系列單片機(jī)的升級(jí)和增強(qiáng)型版本。與相對(duì)低級(jí)的51系列單片機(jī)相比，以STC89C52等為代表的升級(jí)產(chǎn)品在I/O接口數(shù)量方面表現(xiàn)出一定優(yōu)勢(shì)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)相對(duì)豐富的功能。同時(shí)也表現(xiàn)出成本小的優(yōu)勢(shì)因此表現(xiàn)出相對(duì)較好的應(yīng)用水平。方案三：STM32單片機(jī)STM32嵌入式單片機(jī)是技術(shù)水平相對(duì)更高的一種單片機(jī)產(chǎn)品，能夠更好的滿足用戶高性能的需求。此類單片機(jī)具有更加豐富的數(shù)據(jù)接口，因此能夠更好的滿足復(fù)雜、大規(guī)模電子電路的設(shè)計(jì)和應(yīng)用需求，技術(shù)相對(duì)成熟且性能也相對(duì)穩(wěn)定。此外，該單片機(jī)在集成度方面也表現(xiàn)出一定優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了更加強(qiáng)大的綜合性能和更小的體積，應(yīng)用水平也相對(duì)較高。對(duì)比分析上述單片機(jī)產(chǎn)品的性能特點(diǎn)，結(jié)合本智能數(shù)字式電壓表的功能和性能需求，功能較為復(fù)雜，STC89C51的I/O口不足以實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的功能，排除方案一。STC89C52與STM32均能實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的功能，從經(jīng)濟(jì)性角度考慮，STC89C52價(jià)格低廉，故最終選擇STC89C52單片機(jī)產(chǎn)品。2.4顯示屏的選取方案一：LED數(shù)碼管此類顯示裝置基于發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)顯示輸出功能。每位顯示數(shù)字均基于8個(gè)發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)顯示效果。因此，LED數(shù)碼顯示管也有著8分段LED數(shù)字顯示器的別稱。此類顯示裝置性能相對(duì)較差，僅適用于簡(jiǎn)單的數(shù)字顯示。方案二：LCD1602液晶顯示屏此類顯示裝置能夠?qū)崿F(xiàn)更加清晰、豐富的顯示效果，能耗優(yōu)勢(shì)也比較顯著。在具體應(yīng)用環(huán)節(jié)該顯示裝置支持1行、2行、3行等不同標(biāo)準(zhǔn)的顯示功能，能夠根據(jù)使用需求進(jìn)行設(shè)置和調(diào)整。此類顯示裝置通常配合相應(yīng)的單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)更加強(qiáng)大的功能和更加豐富的顯示效果，能夠更好的滿足復(fù)雜系統(tǒng)的應(yīng)用需求?；诒菊n題研究的實(shí)際需要，照度計(jì)需要顯示當(dāng)前測(cè)試值、報(bào)警上限值和報(bào)警下限值，需要顯示內(nèi)容較多，最終選取LCD1602液晶顯示屏作為本次設(shè)計(jì)的顯示方案。2.5電壓檢測(cè)模塊的選取方案一：ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0832為8\t"/item/ADC0832/_blank"位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256級(jí)，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在0~5V之間。芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為32μS，具有雙數(shù)據(jù)輸出可作為\t"/item/ADC0832/_blank"數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。方案二：ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADCO809是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛的8位通用A/D芯片。根據(jù)比較，ADC0809為8通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可對(duì)8路輸入信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；而ADC0832是2通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器，工作性能上要弱于ADC0809。同時(shí)ADC0809是并行ADC，而ADC0832是串行ADC，速度上ADC0809要更快于ADC0832。故選取ADC0809作為本次設(shè)計(jì)的A/D轉(zhuǎn)換器。

3硬件電路設(shè)計(jì)3.1最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1.1主控電路的設(shè)計(jì)主控電路是單片機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)，具體由芯片、時(shí)鐘、復(fù)位和功能等子電路組成。在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，根據(jù)STC89C52單片機(jī)各個(gè)引腳的功能來設(shè)計(jì)各個(gè)電路，STC89C52主控芯片管教電路圖如下圖3.1所示：圖3.1STC89C52主控芯片管腳電路圖3.1.2復(fù)位電路的設(shè)計(jì)MCS-51的復(fù)位輸入引腳RST為MCS-51提供了初始化的手段，可以使程序從指定處開始執(zhí)行，在MCS-51的時(shí)鐘電路工作后，只要RST引腳上出現(xiàn)超過兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，即可產(chǎn)生復(fù)位的操作，只要RST保持高電平，則MCS-51循環(huán)復(fù)位，只有單RET由高電平變成低電平以后，MCS-51才從0000H地址開始執(zhí)行程序，本系統(tǒng)采用按鍵復(fù)位方式的復(fù)位電路，復(fù)位電路設(shè)計(jì)圖如圖3.2所示：圖3.2復(fù)位電路設(shè)計(jì)圖3.1.3時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)MCS-51的時(shí)鐘可以由兩種方式產(chǎn)生，一種是內(nèi)部方式，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路；另外一種為外部方式，本論文根據(jù)實(shí)際需要和簡(jiǎn)便，采用內(nèi)部振蕩方式，MCS-51內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端，這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成了一個(gè)自激振蕩器。MCS-51雖然有內(nèi)部振蕩電路，但要形成時(shí)鐘，必須外接元件，所以實(shí)際構(gòu)成的振蕩時(shí)鐘電路，外接晶振以及電容C1和C2構(gòu)成了并聯(lián)諧振電路接在放大器的反饋回路中，對(duì)接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會(huì)影響振蕩頻率的高低，振蕩器的穩(wěn)定性，起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。晶振的頻率可在1.2MHz~12MHz之間任選，電容C1和C2的典型值在20pF~100pF之間選擇，由于本系統(tǒng)用到定時(shí)器，為了方便計(jì)算，采用了12MHz的晶振，采用電容選擇30pF，時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)圖如圖3.3所示：圖3.3時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)圖STC89C52具有在系統(tǒng)可編程功能，可以很方便的改寫單片機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi)的程序不需要把芯片中從工作環(huán)境中剝離，把AT89SISP下載口接入電路，可使電路實(shí)現(xiàn)該功能。STC89C52需要接入一個(gè)普通12MHz晶振，為其提供穩(wěn)定的時(shí)鐘脈沖。3.2按鍵電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用按鍵接低的方式來讀取按鍵，單片機(jī)初始值為高電平，當(dāng)按鍵按下的時(shí)候，會(huì)給單片機(jī)一個(gè)低電平，單片機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理。獨(dú)立式鍵盤的實(shí)現(xiàn)方法是利用單片機(jī)I/O口讀取口的電平高低來判斷是否有鍵按下。將常開按鍵的一端接地，另一端接一個(gè)I/O口，程序開始時(shí)將此I/O口置于高電平，平時(shí)無鍵按下時(shí)I/O口保護(hù)高電平。當(dāng)有鍵按下時(shí)，此I/O口與地短路迫使I/O口為低電平。按鍵釋放后，單片機(jī)內(nèi)部的上拉電阻使I/O口仍然保持高電平。我們所要做的就是在程序中查尋此I/O口的電平狀態(tài)就可以了解我們是否有按鍵動(dòng)作了，按鍵電路設(shè)計(jì)圖如圖3.4所示：圖3.4按鍵電路設(shè)計(jì)圖3.3顯示電路的設(shè)計(jì)LCD1602是一種工業(yè)字符型液晶顯示器，能夠同時(shí)顯示16*2即32個(gè)字符。（16列2行）。在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：由于液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新新亮點(diǎn)。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會(huì)閃爍。液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡(jiǎn)單可靠，操作更加方便。液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達(dá)到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。相對(duì)而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動(dòng)IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。LCD1602液晶顯示模塊共有16個(gè)引腳，各個(gè)引腳的功能如下表3.1所示：表3.1LCD1602液晶顯示模塊引腳功能表引腳名稱引腳定義引腳名稱引腳定義GND接地EN使能輸入VCC接電源，5VDCD0~D7數(shù)據(jù)線VO對(duì)比度調(diào)節(jié)A背光正極RS指令數(shù)據(jù)通道K背光負(fù)極R/W讀寫選擇本文設(shè)計(jì)的智能數(shù)字電壓表，采用LCD1602液晶顯示器作為系統(tǒng)的顯示屏，該電路的設(shè)計(jì)圖如下圖3.5所示：圖3.5顯示電路設(shè)計(jì)圖3.4電壓檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)ADC0809是一種逐次比較式8路模擬輸入、8位數(shù)字量輸出的A/D轉(zhuǎn)換器。ADC0809共有28個(gè)引腳，采用雙列直插式封裝。ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖3.6所示：圖3.6ADC0809引腳圖首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到A/D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng)OE輸入高電平時(shí)，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。ADC0809的結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)換原理：ADC0809采用逐次比較的方法完成A/D轉(zhuǎn)換的，由單一的+5V電源供電。片內(nèi)有鎖存功能的8路選1的模擬開關(guān)，由C、B、A引腳的功能來決定所選的通道。ADC0809完成一次轉(zhuǎn)換需100μs左右，輸出具有TTL三態(tài)鎖存緩沖器，可直接連接到MCS-51的數(shù)據(jù)總線上。通過適當(dāng)?shù)耐饨与娐罚珹DC0809可對(duì)0-5V的模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。ADC0809與單片機(jī)的連線圖如圖3.7所示：圖3.7ADC0809與單片機(jī)的連線圖轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問題是如何確認(rèn)A/D轉(zhuǎn)換的完成，因?yàn)橹挥写_認(rèn)完成后，才能進(jìn)行傳送。為此可采用下述三種方式。1、定時(shí)傳送方式對(duì)于一種A/D轉(zhuǎn)換器來說，轉(zhuǎn)換時(shí)間作為一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是已知的和固定的。例如ADC0809轉(zhuǎn)換時(shí)間為128μS，相當(dāng)于6MHz的MCS-51單片機(jī)共64個(gè)機(jī)器周期。可據(jù)此設(shè)計(jì)一個(gè)延時(shí)子程序，A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)后即調(diào)用此子程序，延遲時(shí)間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了，接著就可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。2、查詢方式A/D轉(zhuǎn)換芯片有表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查詢方式，測(cè)試EOC的狀態(tài)，即可確認(rèn)轉(zhuǎn)換是否完成，并接著進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。3、中斷方式把表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)（EOC）作為中斷請(qǐng)求信號(hào)，以中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。不管使用上述哪種方式，只要一旦確定轉(zhuǎn)換完成，即可通過指令進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。首先送出口地址并以信號(hào)有效時(shí)，OE信號(hào)即有效，把轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，供單片機(jī)接受。需要注意的是：ADC0809雖然有8路模擬通道可以同時(shí)輸入8路模擬信號(hào)，但每個(gè)瞬間只能換1路，共用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，各路之間的切換由軟件改變C、A、B引腳上的代碼來實(shí)現(xiàn)。地址鎖存與譯碼電路完成對(duì)A、B、C，3個(gè)地址位進(jìn)行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇，其轉(zhuǎn)換結(jié)果通過三態(tài)輸出鎖存器存放、輸出，因此可以直接與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連，表3.2為通道選擇表：表3.2通道選擇表CBA被選擇的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7

4軟件程序設(shè)計(jì)軟件程序是系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的前提條件和重要保證。因此，在完成硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作之后，需要根據(jù)其功能需求完成相應(yīng)驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)開發(fā)工作。在當(dāng)前微處理器技術(shù)領(lǐng)域，全面界面將作為硬件結(jié)構(gòu)與軟件程序的科學(xué)整合結(jié)果。根據(jù)研究需要，本文具體實(shí)現(xiàn)電壓檢測(cè)、按鍵設(shè)置信號(hào)，利用軟件驅(qū)動(dòng)程序，輸出電壓顯示、聲光報(bào)警的功能?；谀K化的設(shè)計(jì)理念和C語言技術(shù)基礎(chǔ)，本文具體完成相關(guān)軟件程序的設(shè)計(jì)開發(fā)工作。具體內(nèi)容在下文集中論述。4.1主程序的設(shè)計(jì)主程序基本技術(shù)流程詳見下圖。主程序的主要功能是與硬件電路相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)電壓檢測(cè)的各個(gè)功能，包括進(jìn)入電壓值的顯示、報(bào)警值的調(diào)增與調(diào)減、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和子函數(shù)的調(diào)用等。在主程序設(shè)計(jì)中，首先，接收電壓檢測(cè)模塊采集的電壓數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。之后判斷當(dāng)前檔位范圍，執(zhí)行相應(yīng)的顯示。再判斷顯示結(jié)果是否等于量程上限。若數(shù)據(jù)結(jié)果等于檔位上限值，則發(fā)光二極管點(diǎn)亮，發(fā)出蜂鳴報(bào)警聲。若數(shù)據(jù)結(jié)果不等于檔位上限值，則繼續(xù)執(zhí)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示。此時(shí)會(huì)判斷是否發(fā)生量程的切換。若判斷發(fā)生量程切換，則切換至相應(yīng)的檔位再進(jìn)行顯示；若判斷不發(fā)生量程切換，則會(huì)跳轉(zhuǎn)到讀取A/D轉(zhuǎn)換進(jìn)行邏輯循環(huán)，主程序流程圖如下圖4.1所示：開始開始初始化初始化讀取AD轉(zhuǎn)換判斷當(dāng)前判斷當(dāng)前量程范圍執(zhí)行相應(yīng)的顯示執(zhí)行相應(yīng)的顯示N判斷顯示結(jié)果是否等于量程上限N判斷顯示結(jié)果是否等于量程上限YY啟動(dòng)聲光報(bào)警啟動(dòng)聲光報(bào)警執(zhí)行相應(yīng)的顯示執(zhí)行相應(yīng)的顯示N判斷按鍵N判斷按鍵是否按下YY切換相應(yīng)切換相應(yīng)量程的LCD1602顯示結(jié)束結(jié)束圖4.1主程序流程圖4.2數(shù)據(jù)采集子程序程序A/D轉(zhuǎn)換子程序流程圖如下圖4.2所示。ADC0809初始化后，把0通道輸入的0-5V的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的數(shù)字量，然后將對(duì)應(yīng)數(shù)值存儲(chǔ)到內(nèi)存單元，其技術(shù)流程詳見下圖4.2：開始開始啟動(dòng)ADC0809通道，并延時(shí)100μS轉(zhuǎn)換完？讀出A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果結(jié)果存入內(nèi)存單元返回YN圖4.2數(shù)據(jù)采集子程序流程圖4.3液晶顯示子程序設(shè)計(jì)LCD1602液晶顯示裝置表現(xiàn)出接線簡(jiǎn)單、通信協(xié)議規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、顯示效果清晰豐富等特點(diǎn)。具體基于順序顯示規(guī)則對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示輸出。顯示程序具體實(shí)現(xiàn)了液晶顯示裝置的控制功能，其技術(shù)流程如圖4.3所示：開始開始LCD1602LCD1602初始化設(shè)置為寫命令設(shè)置顯示坐標(biāo)N顯示相應(yīng)字符N顯示相應(yīng)字符上一個(gè)字符是否顯示完畢上一個(gè)字符是否顯示完畢YY顯示下一個(gè)字符顯示下一個(gè)字符結(jié)束結(jié)束圖4.3液晶顯示子程序設(shè)計(jì)流程圖4.4過壓報(bào)警子程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)接收到采集的電壓值數(shù)據(jù)，將采集的電壓值與設(shè)置的上限值相比較。若電壓值等于一開始設(shè)置的上限值時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警聲,過壓報(bào)警子程序設(shè)計(jì)流程圖如下圖4.4所示:開始開始獲取當(dāng)前電壓值獲取當(dāng)前電壓值電壓值是否電壓值是否等于上限值NNYY發(fā)出聲光報(bào)警發(fā)出聲光報(bào)警執(zhí)行相應(yīng)的顯示執(zhí)行相應(yīng)的顯示結(jié)束結(jié)束圖4.4過壓報(bào)警子程序流程圖

5系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)試5.1系統(tǒng)仿真運(yùn)行調(diào)試調(diào)試過程中首先要檢測(cè)的就是硬件電路的設(shè)計(jì)原理是否正確、能否達(dá)到預(yù)期效果以及實(shí)現(xiàn)方法是否簡(jiǎn)便等等。本次調(diào)試的目的是檢驗(yàn)電壓表在三個(gè)量程下是否都可以正常運(yùn)行。5.1.10-5V量程調(diào)試將.hex文件導(dǎo)入單片機(jī)程序后，開始仿真運(yùn)行。此時(shí)默認(rèn)量程為0-5V。利用滑動(dòng)變阻器代替檢測(cè)電壓值。通過測(cè)試，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使檢測(cè)電壓值處于量程范圍內(nèi)時(shí)，LCD1602顯示器電壓正常變動(dòng)，同時(shí)聲光報(bào)警無響應(yīng)，LED燈不亮，蜂鳴器不報(bào)警，如圖5.1所示：圖5.1電壓表測(cè)試圖當(dāng)測(cè)試電壓值取至量程上限時(shí)，聲光報(bào)警電路被觸發(fā)，LED燈亮，蜂鳴器報(bào)警，如圖5.2所示：圖5.2測(cè)試電壓取上限值時(shí)測(cè)試圖當(dāng)把測(cè)試電壓值降低時(shí)，聲光報(bào)警電路停止觸發(fā)。LED燈滅，蜂鳴器停止報(bào)警，如圖5.3所示：圖5.3將上限值回調(diào)時(shí)電壓表測(cè)試圖經(jīng)測(cè)試可以得出結(jié)論：在0-5V量程內(nèi)電壓表能正常運(yùn)行，系統(tǒng)無不良反饋。5.1.20-12V量程調(diào)試通過按鍵電路，按下按鈕K2，將量程切換至0-12V電壓范圍內(nèi)。調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，當(dāng)檢測(cè)電壓處于量程內(nèi)時(shí)，電壓表LC