摘要隨著時(shí)代的變遷，現(xiàn)代電子信息技術(shù)得到了日新月異的發(fā)展，傳統(tǒng)意義上的指針式電壓表儀器存在功能有限、誤差大、讀數(shù)易偏差的問題，已經(jīng)滿足不了實(shí)驗(yàn)室的需求，所以數(shù)字化的電壓表便應(yīng)時(shí)而生?；趩纹瑱C(jī)的數(shù)字化電壓表與之有著明顯的提升，它有著顯示清晰直觀、精度高、集成方便、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。如今，由各種模數(shù)轉(zhuǎn)換器等其它元件組成的數(shù)字電壓表蓬勃發(fā)展，普遍應(yīng)用于各種智能測量領(lǐng)域。在本次設(shè)計(jì)中我將選型了STC89C52單片機(jī),并以AD0809作為采集信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，單片機(jī)進(jìn)行信號處理，再經(jīng)過顯示模塊LCD液晶顯示數(shù)字化電壓值。本設(shè)計(jì)精度準(zhǔn)確，靈敏度高，并且運(yùn)用一個藍(lán)牙模塊可以將信息發(fā)送到手機(jī)端便于人們了解數(shù)值大小。該數(shù)字電壓表有兩個測量范圍分別為0-5V和0-12V。關(guān)鍵詞：STC89C52單片機(jī)，ADC0809，模數(shù)轉(zhuǎn)換，LCD1602，藍(lán)牙模塊。前言本設(shè)計(jì)一共從六章的內(nèi)容來進(jìn)行闡述，第一章主要內(nèi)容為緒論章節(jié)，主要講解了數(shù)字電壓表這一設(shè)計(jì)的背景，并對整個測量流程的功能進(jìn)做出詳細(xì)的剖析，對整體工作做一個簡單的規(guī)劃。第二章內(nèi)容主要就是系統(tǒng)整體電路設(shè)計(jì)，利用電子CAD軟件AltiumDesigner輔助定制了一個整體方案。第三章內(nèi)容就是整體電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)剖分成各個子系統(tǒng)(即各個模塊)，并通過上一步驟做出實(shí)物來。第四章內(nèi)容則是整個電路程序設(shè)計(jì)中的基礎(chǔ)：系統(tǒng)程序，使整個設(shè)計(jì)能夠運(yùn)行。第五章內(nèi)容則是通過EDA仿真軟件Proteus對數(shù)字電壓表整體系統(tǒng)電路進(jìn)行模擬仿真和展示。第六章內(nèi)容是我對本次數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)的一些總結(jié)以及對其的期望，對本系統(tǒng)進(jìn)行了總結(jié)和展望。第一章緒論1.1設(shè)計(jì)背景單片機(jī)技術(shù)1970年代橫空出世，在1980年單片機(jī)不斷進(jìn)步提升到了高性能階段，直至近年來得到了飛躍的發(fā)展，目前單片微機(jī)技術(shù)已逐漸成熟與完善，能得到各個行業(yè)的廣泛認(rèn)可和使用。單片機(jī)未來必定會朝著低功耗CMOS化、微型單片化、安全性能更高等優(yōu)點(diǎn)不斷進(jìn)步和完善。數(shù)字電壓表的歷史是由20世紀(jì)50年代開始的。而真正開始采用數(shù)字化技術(shù)是在20世紀(jì)60年代，這時(shí)電壓表儀器才逐步成型。數(shù)字化測量技術(shù)是通過運(yùn)用模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，將時(shí)間、幅值連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿嗬m(xù)的數(shù)字量,然后再進(jìn)行特殊的數(shù)字化處理轉(zhuǎn)變成可直觀顯示的數(shù)值，最終呈現(xiàn)在顯示屏上。如今，電子與信息技術(shù)、微電子和光電子技術(shù)等高新技術(shù)的不斷發(fā)展。在這一情況下，現(xiàn)在的儀器儀表便有了與時(shí)俱進(jìn)的需求。人們對這些儀表儀器也有著更高更新的要求與標(biāo)準(zhǔn)，所以傳統(tǒng)意義上的儀器儀表將會應(yīng)著這種需求向著性能穩(wěn)定可靠、環(huán)保耐用等方向不斷發(fā)展進(jìn)步。新型的儀器儀表和電子元器件將朝著小型集成化、成套電子化、智能數(shù)字化、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化。在功能服務(wù)方面上向著專業(yè)化、簡捷化、家庭友好化、人性化、無維護(hù)化以及裝配生產(chǎn)自動化、無塵、大規(guī)模等的方向發(fā)展[1]。1.2設(shè)計(jì)分析現(xiàn)在，擁有著數(shù)字化技術(shù)的測量儀表儀器已經(jīng)取代很大一部分程度上的傳統(tǒng)模擬指針式儀表儀器。傳統(tǒng)的指針式有著很大的局限性，它功能有限，誤差較大，讀數(shù)還需要根據(jù)它的量程分析具體數(shù)值，這也導(dǎo)致一些差錯。而基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)已經(jīng)被各個領(lǐng)域所接受并廣泛應(yīng)用。尤其是在測試系統(tǒng)中擁有著完美的表現(xiàn)。數(shù)字電壓表最初是伺服步進(jìn)管比較型，具有精度高的優(yōu)點(diǎn)，它的采樣速度慢，有著較大的重量，體積也偏大。后來出現(xiàn)了諧波式電壓表，它的速度相較伺服步進(jìn)有所提高，但精度低，穩(wěn)定性差，再后來改進(jìn)成逐次逼近型，大大保持了高精度的優(yōu)點(diǎn)。也提高了速度，但有缺點(diǎn)為抗干擾差，容易受到各種外部因素的影響。之后在斜波型的基礎(chǔ)上引伸出階梯波型可以降低成本，但精度、寬度、速度和抗干擾能力并沒有得到進(jìn)步。目前，數(shù)字電壓表儀器仍在迅速發(fā)展并愈加變得成熟。原則上，它已經(jīng)從一個或兩個演變?yōu)槎鄠€。在測量參數(shù)功能上，它已經(jīng)從單一參數(shù)演變?yōu)槎喾N參數(shù)測量。從制造零件的方面來看，集成電路的不斷發(fā)展顯著地提高了精度，讀數(shù)也提升至為每秒數(shù)萬次，價(jià)格相比以前明顯降低。在電路的物理參數(shù)測量中，電壓(V)、電流(A)、頻率(HZ)為三個基本量，本次設(shè)計(jì)的數(shù)字電壓表只能測量直流電壓，從正極輸出，通過負(fù)載回到負(fù)極，頻率為0，所以電壓參數(shù)是需要被高精度測量的，因此數(shù)字電壓表便成為了一種不可或缺的部分。此外，數(shù)字化之后的測壓儀器精準(zhǔn)、偏差小，信噪比高等顯著特點(diǎn)，從而受到用戶的喜歡，數(shù)字式電壓表就是根據(jù)這種需求開發(fā)的，它已經(jīng)成為一種不可或缺的電子測量儀表。1.3任務(wù)與目標(biāo)本次課題設(shè)計(jì)研究中將51單片機(jī)作為核心主題，主要任務(wù)及目標(biāo)為：熟悉掌握并理解51單片機(jī)系統(tǒng)的工作原理，運(yùn)用C語言為其開發(fā)進(jìn)行程序開發(fā)并生成.hex文件，它通過單片機(jī)軟件開發(fā)系統(tǒng)Keil軟件進(jìn)行編程并成功編譯并生成.hex文件[2]，經(jīng)過EDA仿真軟件Protues將對各電路以及整體電路進(jìn)行詳細(xì)地仿真。通過數(shù)字電壓表，便捷地對電路中的電壓值測量，并且通過按鍵可以調(diào)節(jié)不同的量程，以液晶顯示器顯示電壓值，同時(shí)可以以連接藍(lán)牙的方式讓顯示值呈現(xiàn)在手機(jī)端。第二章系統(tǒng)整體電路設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示，是本次設(shè)計(jì)作品數(shù)字電壓表由眾多模塊組成一張的基本框圖。圖2-1基本框圖2.2總體電路設(shè)計(jì)該設(shè)計(jì)主要由最小系統(tǒng)、基本電源模塊、測壓模塊、AD模塊和LCD模塊以及按鍵模塊、藍(lán)牙模塊等組合在一起并構(gòu)成一個整體，后續(xù)將整個電路系統(tǒng)進(jìn)行不斷完善，以便進(jìn)行后續(xù)的仿真測試。本設(shè)計(jì)的整體電路流程如圖2-2所示，RV1串聯(lián)電阻后的電壓為測量電壓，作為LM393的正極與負(fù)極的參考電壓5V做比較，它輸出的高低電平傳給P1.0口。RV2同理將輸出的高低電平傳給P1.1。單片機(jī)得到反饋然后通過P1.2、P1.3兩個引腳控制著CD4053的公共輸入端X、Y，從而控制x0x1、y0y1。從而將模擬量連接至AD0809，并通過AD0809模數(shù)轉(zhuǎn)換可以將電壓值具體的顯示在LCD1602上。同時(shí)藍(lán)牙與單片機(jī)相連接，經(jīng)傳輸可以將具體的電壓數(shù)值反饋到手機(jī)端。圖2-2整體電路設(shè)計(jì)圖第三章硬件電路設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)系統(tǒng)3.1.1單片機(jī)最小系統(tǒng)STC89C52是一種低耗高性能COMOS8的微控制器，其中它的ROM內(nèi)存為8K，RAM內(nèi)存為512字節(jié)。它和MCS-51擁有著相同的內(nèi)核，但它相較于傳統(tǒng)的51單片機(jī)做出了一些改進(jìn)從而增加了新功能，例如STC89C52不需要專門的下載器，可以通過USB轉(zhuǎn)串口下載。兩者通俗的比較就是數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器不同，其他都相同。時(shí)鐘電路的基本工作原理是在單片機(jī)外接一個振蕩器，晶振提供高頻脈沖再經(jīng)過分頻處理，便是單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘信號，它用作芯片上各個組件協(xié)同工作的控制信號。單片微機(jī)在開始啟動運(yùn)行時(shí)都需要復(fù)位，使CPU和系統(tǒng)中的其他部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，然后從這個狀態(tài)啟動工作。在STC89C52有一個復(fù)位端引腳RST[3]，它使用施密特觸發(fā)器進(jìn)行輸入。當(dāng)振蕩器啟動后，只要引腳為高電平超過2個機(jī)器周期，器件就可以保證復(fù)位。如果復(fù)位完成后，復(fù)位端引腳仍然保持高電平狀態(tài)，則單片機(jī)將一直保持復(fù)位狀態(tài)，當(dāng)復(fù)位端引腳恢復(fù)低電平狀態(tài)后，單片機(jī)則進(jìn)入其他工作狀態(tài)[4]。如圖3-1所示，就是單片機(jī)最小系統(tǒng)。圖3-1最小系統(tǒng)3.2A/D轉(zhuǎn)換模塊3.2.1AD轉(zhuǎn)換器選型現(xiàn)如今，人們追求便捷化的儀表儀器，數(shù)字電壓表已經(jīng)成為諸多數(shù)字化儀表的核心與基礎(chǔ)。將連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換成斷續(xù)、離散的數(shù)字量便是電壓表數(shù)字化過程的形式[5]，再經(jīng)過數(shù)字化之后便可以顯示儀器顯示出來。傳統(tǒng)意義上的儀器是要以肉眼的形式去觀察指針和刻度盤從而讀出數(shù)值，而數(shù)字化的電壓表與它區(qū)別甚大，這種方法可以有效地避免了由視覺帶來的誤差。模數(shù)轉(zhuǎn)換器已經(jīng)是當(dāng)今數(shù)字電壓表儀器的最核心部件之一了，而數(shù)字電壓表的精度很大程度上還是取決于A/D轉(zhuǎn)換器的精度。根據(jù)各種模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的轉(zhuǎn)化原理可分為逐次逼近型（SAR），Σ-Δ型AD，雙積分型（VT）[6]，并行比較模數(shù)器等。再根據(jù)信號的傳輸方式可以分為并行和串行兩種。本設(shè)計(jì)中提供了兩種不同的AD模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片以便選擇分析。方案一AD0832AD0832是一種8位分辨率、具有雙通道的AD轉(zhuǎn)換芯片。如圖3-2所示，它體積很小占用面積小，與此同時(shí)它兼容性很高，總結(jié)來說它是一款性價(jià)比很高的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。圖3-2AD0832實(shí)物圖方案二AD0809AD0809是一種8位分辨率、具有八通道的AD轉(zhuǎn)換芯片。如圖3-3所示，它的體積也很小，同時(shí)帶有著微處理器兼容的的控制邏輯CMOS組件?？偟脕碚f也是一款受消費(fèi)者青睞的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。圖3-3AD0809實(shí)物圖AD0832的轉(zhuǎn)換速度極快，只有短短地32μS。而AD0809的100μS的轉(zhuǎn)換時(shí)間相對來說慢了一點(diǎn)，而它們的分辨率相同。而AD0809是并行通訊的，每一時(shí)刻可以傳輸多個比特的信號，而AD0832為串行通訊，每刻只能傳輸一個比特的信號。此外在本設(shè)計(jì)中，有著調(diào)節(jié)量程的功能，需要用到更多的引腳，AD0832不能滿足此條件，而AD0809的引腳數(shù)量足夠?？偟脕碚f就是AD0809通道多且是并行通訊，相對于AD0832的雙通道且是串行通訊，它的效率更高。所以在本次數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)中，我選用了轉(zhuǎn)換時(shí)間快，精度高的逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD0809，它有著8路通道選擇，而且它可以直接與單片機(jī)相連接，將輸入模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量并將數(shù)字傳輸給單片機(jī)，從而通過單片機(jī)顯示出來。逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間受到其位數(shù)和時(shí)鐘周期影響，它的位數(shù)為8為則只需要比較8次，在實(shí)際運(yùn)用中它的轉(zhuǎn)換速度更快時(shí)間更短，所以它更被人青睞。3.2.2AD0809介紹AD0809是位數(shù)為8位的、工作原理為SAR的一款模數(shù)轉(zhuǎn)換器件[7]。它有8條通道，內(nèi)部有3路開關(guān)，通過了解地址鎖存譯碼器的真值表編譯后的信號，使八路模擬輸入信號中只有一路被選擇用作于模數(shù)轉(zhuǎn)換通道。其主要特性有：（1）分辨率為8位，即模數(shù)轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的編碼個數(shù)為28。（2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?。（3）轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs。（4）單個＋5V電源供電。（5）低功耗，約15mW。AD0809擁有28條引腳，采用雙列直插式封裝。它的IN0-IN7為8通道模擬輸入端，D0-D7為8位數(shù)字量輸出端。根據(jù)真值表，改變ADDA、ADDB、ADDC三個的高低電平可以選擇具體某條模擬輸入通道。ADC0809的工作過程:首先要地址鎖存端輸入高電平，這時(shí)輸入3位地址，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上升沿啟動脈沖信號將寄存器復(fù)位，當(dāng)下降沿才真正啟動A/D轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)換中EOC需要變?yōu)榈碗娖?，?dāng)EOC變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，A/D轉(zhuǎn)換完成了，這時(shí)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)便存入鎖存器。當(dāng)OE變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出[8]。3.2.3A/D轉(zhuǎn)換電路的接口設(shè)計(jì)AD0809與單片機(jī)的連接設(shè)計(jì)電路圖如圖3-4：AD0809的2-1~2-8這8條數(shù)字輸出端連接著單片機(jī)的P0端，它的3端輸入通道A、B、C與單片機(jī)的P2.3、2.4、2.5相連接，EOC端與P3.5相連接，ALE端與P3.6端相連接。圖3-4AD0809與單片機(jī)連接圖3.3液晶顯示模塊3.3.1顯示器選型方案一數(shù)碼管如圖3-5為數(shù)碼管實(shí)物圖，它可以形成不同的數(shù)字。LED數(shù)碼管是市場上非常常見且廉價(jià)的屏幕。它的優(yōu)點(diǎn)是編程簡單，缺點(diǎn)是只能顯示A到F的英文字符和數(shù)字字符，能顯示的內(nèi)容較少。圖3-5數(shù)碼管實(shí)物圖方案二液晶LCD1602如圖3-6所示為液晶顯示屏1602的實(shí)物圖，它是一種經(jīng)常被使用的液晶屏，液晶屏幕上可以顯示中文、英文、數(shù)字等特殊符號，在硬件布線方面，布線方法也非常明確。編寫軟件代碼也很容易，該LCD還可以選擇是否需要背光。總之，LCD1602是一款性價(jià)比很高的產(chǎn)品。圖3-6LCD1602實(shí)物圖在本次設(shè)計(jì)中需要實(shí)時(shí)直觀的顯示出電壓的數(shù)值,并且需要中英文字符的顯示，數(shù)碼管明顯不行，所以我選擇了后者的方案二。液晶顯示器LCD全稱LiquidCrystalDisplay。在現(xiàn)如今液晶顯示器擁有者許多的優(yōu)點(diǎn)，如體積小、重量輕、功耗低等，在具有這些優(yōu)勢之后使它逐漸成為電子表、電腦顯示器等各種電子產(chǎn)品配套的理想顯示器。按LCD顯示內(nèi)容分類可將其分為段式、字符、點(diǎn)陣型。其中，字符液晶以其成本便宜、色彩豐富、外形美觀、操作便捷等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為LED數(shù)碼管的理想代替物品。LCD液晶屏已經(jīng)成為一種被應(yīng)用廣泛的字符型液晶顯示模塊。它是由字符型液晶顯示屏、控制驅(qū)動主電路HD44780和擴(kuò)展驅(qū)動電路HD44100等元器件結(jié)構(gòu)裝配在PCB板上而組成[9]。LCD1602能夠同時(shí)顯示2行，16列，一共可以顯示32個字符。它具有低功耗、小體積、超薄、輕巧等特點(diǎn)，常用于袖珍設(shè)備和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)。LCD在運(yùn)行每個指令前都需要確保它的忙標(biāo)志BF為低電平，當(dāng)BF為1時(shí)該命令將無效。如果要在顯示屏上的對應(yīng)位置顯示出字符，必須先輸入對應(yīng)的顯示字符地址。通俗理解便是提前告知字符顯示地址。如圖3-7是1602的內(nèi)部具體位置的不同顯示地址。圖3-71602內(nèi)部顯示圖第一步：在使用LCD之前我們首先需要將它初始化，然后要設(shè)置它的顯示模式。當(dāng)LCD模塊可以顯示字符時(shí)，我們無需手動操作，而光標(biāo)則會自動的向右移動。每當(dāng)我們在輸入命令之前，都需要確定LCD模塊是否在忙。單片機(jī)和LCD1602兩者想要相互溝通，應(yīng)該要通過0和1的組成的語言才能實(shí)現(xiàn)，若想在LCD1602上顯示內(nèi)容時(shí)，RS=1對應(yīng)上表3-8所輸入的代碼即可在顯示屏上顯示相對應(yīng)的內(nèi)容，若單片機(jī)傳輸01000001為0x41所顯示的對應(yīng)字符就為A.當(dāng)RS=0是LCD1602識別代碼為位置代碼.就正如圖3-6，Bit7固定為1，剩下7位輸入所對應(yīng)圖3-7LCD1602上所對應(yīng)的位置，如果是單片機(jī)給LCD1602給單片機(jī)發(fā)送10000001那么它對應(yīng)的是LCD1602第一行第二個位置。3.3.2LCD1602顯示電路如圖3-8，我們可以控制使能信號E引腳的上升、下降沿以此讓LCD進(jìn)行不同的傳輸數(shù)據(jù)狀態(tài)。單片機(jī)的P0.0-P0.7引腳連接LCD1602的D0-D7的7個數(shù)據(jù)引腳，以此作為顯示部分顯示檢測處的電壓數(shù)值。液晶顯示偏壓VL引腳對應(yīng)圖3-8中的V0引腳，在本電路中是調(diào)整LCD1602的顯示對比度，當(dāng)對比度過高的時(shí)候會出現(xiàn)“鬼影”的效果，在圖中有一個10K的上拉電阻就是用來調(diào)節(jié)對比度以此消除該情況的。數(shù)據(jù)/命令選擇端RS引腳高低電平分別進(jìn)行數(shù)據(jù)字節(jié)傳輸或者命令字節(jié)傳輸。讀/寫選擇端R/W：引腳的高低電平（1或0）分別對LCD1602讀寫數(shù)據(jù)。圖3-8顯示電路設(shè)計(jì)圖3.4按鍵開關(guān)系統(tǒng)本設(shè)計(jì)共有3個按鍵設(shè)計(jì)，分別是一個復(fù)位開關(guān)和兩個調(diào)節(jié)量程的開關(guān)。如圖3-9是調(diào)節(jié)測量量程的兩個通道開關(guān)。按下按鈕即可調(diào)節(jié)至0-5V或者0-12V以及一個自動量程這三個不同的量程。圖3-9量程調(diào)節(jié)圖3.5測壓模塊如圖3-10是測壓模塊圖。是由兩路LM393雙電壓比較器和模擬開關(guān)CD4053組成。圖3-10測壓模塊圖3.5.1LM393LM393是一種雙電壓比較器集成電路。它的實(shí)物如圖3-11所示。它在該設(shè)計(jì)電路的作用就是電壓比較，因?yàn)槲以谠O(shè)定的的量程值為0-5V和0-12V，所以LM393參考電壓為5V。圖3-11LM393實(shí)物圖如圖3-12實(shí)驗(yàn)一所示，以比較器的反向輸入電壓5V作為參考電壓時(shí)，比較器的正向電壓輸入為3V時(shí)，這時(shí)正極小于5V參考電壓，那么比較器輸出為低電平，則與比較器相連接的單片機(jī)的P1.0收到反饋為低電平。如圖3-13實(shí)驗(yàn)二，當(dāng)比較器的正向電壓為9V時(shí)，這時(shí)大于5V的參考電壓便輸出高電平，那與單片機(jī)相連接的P1.0口收到反饋為高電平。圖3-12實(shí)驗(yàn)一圖3-13實(shí)驗(yàn)二3.5.2CD4053CD4053是一塊帶有公共使能輸入控制的3路二選一模擬開關(guān)電路，他相當(dāng)于三組單刀雙擲開關(guān)。它的A、B、C三個引腳開關(guān)都有axay、bxby、cxcy兩個獨(dú)立的輸入輸出通道以及對應(yīng)的公共輸入輸出端和選擇輸入端。CD4053的每一路都有兩個雙向模擬開關(guān)，開關(guān)的一邊連接到獨(dú)立輸入/輸出端，另一邊連接到公共輸入/輸出端[10]。當(dāng)INH端引腳為高電平時(shí)，所以通道會被截止，即處于高阻狀態(tài)。只有當(dāng)它處于低電平時(shí)才能有開關(guān)通道被選擇，即處于低阻狀態(tài)。CD4053芯片引腳圖如圖3-14所示。功能如下表3-1：圖3-14CD4053芯片引腳圖表3-1CD4053引腳功能引腳號符號功能12351213bybxcxcyayax輸入/輸出端91011cba控制端14OUT/INaxoray公共輸出/輸入端axoray15OUT/INbxorby公共輸出/輸入端bxorby4OUT/INcxorcy公共輸出/輸入端cxorcy6INH禁止端7VEE模擬信號接地端8VSS數(shù)字信號接地端16VDD電源模擬CD4053在與單片機(jī)的連接如下圖3-15。模擬輸入量A1與模擬輸入量A2分別連接到公共輸入端X、Y。芯片的A、B引腳由單片機(jī)的P1.2、P1.3管腳所控制。從該芯片的真值表我們可以得到，當(dāng)P1.2=A等于低電平0時(shí)，則選擇X0通道，當(dāng)P1.2＝A等于高電平時(shí)，則選擇X1通道。同樣的B也受控于單片機(jī)的P1.3引腳，由P1.3的高低電平控制選擇了Y1、Y0通道。在將X0、X1和Y0、Y1分別于AD0809的IN0-IN4相連接。圖3-15CD4053電路連接圖3.6藍(lán)牙模塊3.6.1通信原理藍(lán)牙設(shè)備是經(jīng)過無線電波的方式將手機(jī)連接到計(jì)算機(jī)。藍(lán)牙產(chǎn)品是由一個小型藍(lán)牙模塊和支持連接的藍(lán)牙無線電軟件組成。如果兩個藍(lán)牙設(shè)備想要相互通信交流，則需要配對。藍(lán)牙設(shè)備之間的通信通過稱為微微網(wǎng)的短距離自組織網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行。這樣的網(wǎng)絡(luò)可以容納2到8個連接的設(shè)備。如果藍(lán)牙的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境創(chuàng)建成功，其中一臺設(shè)備將會作為主設(shè)備，所有其他設(shè)備將作為從設(shè)備。當(dāng)藍(lán)牙設(shè)備加入或離開無線短距離感測時(shí)，微微網(wǎng)是動態(tài)自動建立的。藍(lán)牙通信技術(shù)是一種短距離通信方式，主從設(shè)備使用相同的通信協(xié)議[11]，而不同的應(yīng)用擁有著不同的通信協(xié)議，協(xié)議規(guī)范遵循開放系統(tǒng)互連參考模型。HC-05是一款主從一體的藍(lán)牙串口模塊，我們可以忽視它內(nèi)部的通信協(xié)議，只需要把它當(dāng)作一個串口使用。3.6.2藍(lán)牙單片機(jī)接口設(shè)計(jì)如圖3-16所示：將藍(lán)牙模塊TXD與單片機(jī)RXD相連，藍(lán)牙模塊的RXD與單片機(jī)的TXD相連，即兩者的RX和TX交叉連接。圖3-16藍(lán)牙單片機(jī)連接圖在藍(lán)牙模塊連接到單片機(jī)上之前，首先利用USB-TTL轉(zhuǎn)接器再轉(zhuǎn)接到電腦上后，然后可以直接通過電腦端模擬的藍(lán)牙串口調(diào)試助手進(jìn)行調(diào)試[12]，進(jìn)入到AT命令調(diào)試模式，再通過發(fā)送不同的“AT+×××”的語句，可以設(shè)置藍(lán)牙模塊的各種基本參數(shù)，最后需要將藍(lán)牙模塊自動連接模式下的串口波特率改為9600波特率[13]，即發(fā)送“AT+UART=9600”的語句。第四章系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)主程序圖4-1為數(shù)字電壓表軟件程序設(shè)計(jì)流程圖，系統(tǒng)在開始啟動后首先需要對時(shí)鐘和后續(xù)使用到的相關(guān)功能進(jìn)行初始化。圖4-1數(shù)字電壓表軟件流程圖4.2模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序如圖4-2所示A/D轉(zhuǎn)換子程序是將AD0809轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量通過該程序轉(zhuǎn)化成工程量并查表將結(jié)果送到P0口讓LCD顯示。圖4-2模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序流程圖首先要初始化程序，給予AD0809一個脈沖信號，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)讀入，首先由START(6腳)為轉(zhuǎn)換啟動信號，當(dāng)它為下降沿時(shí)，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。在A/D轉(zhuǎn)換期間，START引腳應(yīng)該一直保持為低電平。當(dāng)EOC引腳由低電平轉(zhuǎn)換為高電平的時(shí)候，轉(zhuǎn)換結(jié)束。此時(shí)OE引腳轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖?，輸出?shù)據(jù)。A/D轉(zhuǎn)換程序如圖4-3所示。圖4-3AD轉(zhuǎn)換程序4.3LCD顯示子程序如圖4-4為LCD顯示的流程圖。 圖4-4顯示流程圖首先要對LCD1602進(jìn)行初始化，然后向LCD1602寫指令，寫數(shù)據(jù)，最后檢查忙函數(shù)。主程序如圖4-5。圖4-5LCD主程序4.4藍(lán)牙通信子程序如圖4-6為藍(lán)牙模塊與手機(jī)相連接的流程圖。圖4-6藍(lán)牙通訊圖下圖4-7為顯示發(fā)送標(biāo)志位，藍(lán)牙發(fā)送電壓的程序。圖4-7藍(lán)牙發(fā)送程序第五章電路設(shè)計(jì)仿真5.1Proteus仿真圖如圖5-1所示，使用Proteus軟件后我為整個數(shù)字電壓表系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個電路圖，該設(shè)計(jì)方案采用STC89C52作為單片機(jī)的核心部分，單片機(jī)的P0端口與LCD液晶屏連接起來，以此顯示測量電壓的數(shù)值。P2.6/2.7口連接兩個按鍵以控制調(diào)節(jié)測量量程。XTAL1、XTAL2兩端分別連接著時(shí)鐘電路，RST連接著復(fù)位電路。兩個LM393雙電壓比較器分別連接著CD4053的X、Y,單片機(jī)的P1.2、P1.3口連接著模擬開關(guān)CD4053的控制端A、B,由此可以控制各個通道的輸出端電壓值。圖5-1Proteus電路仿真圖5.2仿真展示如圖5-2，第一通道為0-12V，第二通道為0-5V。LCD會清晰的顯現(xiàn)出結(jié)果。圖5-2量程顯示圖1如圖5-3所示，第一量程顯示為Outrange！0-5V，由上圖仿真圖顯示為6.45V，由此看來超過測量量程，所以LCD液晶不給予顯示，即顯示警告。而第二量程則顯示Auto0-5V，因?yàn)槭?V，則自動使用0-5V量程。圖5-3量程顯示圖2當(dāng)按下按鈕使測量模式變?yōu)锳UTO模式時(shí)，他會根據(jù)測量的電壓與參考電壓5V相比較，然后選擇出它應(yīng)在的量程，即小于5V處于Auto0-5V的狀態(tài)，而大于5V則處于Auto0-12V的狀態(tài)。如圖5-4所示，當(dāng)?shù)谝宦窞?.75V,第二路為3.00V時(shí)，我們可以直觀的看到顯示狀態(tài)。圖5-4量程顯示圖35.3實(shí)物驗(yàn)證首先需要驗(yàn)證的是，基于單片機(jī)對測量電壓這一功能的實(shí)現(xiàn)。按鍵的功能在上述章節(jié)里已經(jīng)介紹過了，從功能的實(shí)現(xiàn)上而言，其具備了：調(diào)節(jié)不同電壓的量程、復(fù)位的功能。因此，在這里首先需要驗(yàn)證的是是否可以正常的測量電壓，接下來我拿著1.5V干電池和6V干電池分別作為測量對象。通過圖5-7、5-8，我們可以清晰地看到在整個系統(tǒng)作用下，1.5V、6V干電池的電壓值顯現(xiàn)在了1602上了。圖5-7實(shí)物展示圖一5-8實(shí)物展示圖二通過5-9，當(dāng)該設(shè)計(jì)面臨同時(shí)測量兩節(jié)6V干電池時(shí)，仍可以清晰直觀的看到其電壓數(shù)值。圖5-9實(shí)物展示圖三而通過圖5-10中可以看到，當(dāng)6V干電池?fù)Q成0-5V的測量量程時(shí)，顯示屏上出現(xiàn)新的畫面。從圖中我們可以看到超出量程的英文字符，這就是本設(shè)計(jì)的好處，當(dāng)你不清楚測量點(diǎn)的具體電壓值時(shí)，就算是實(shí)際電壓值超出測量的量程，也不會燒壞電路，同時(shí)顯示屏上也會有清晰地字符可以提醒測量者。圖5-10實(shí)物展示圖四而本設(shè)計(jì)還有一種智能調(diào)節(jié)量程的模式，本來在不知道電壓數(shù)值的情況下我們會選擇較大的量程，而這種模式也相當(dāng)于是這種效果，當(dāng)實(shí)際電壓值超過5V量程時(shí)，會自動選擇0-12V的大量程。如圖5-11我們便可以直觀的看見這一情況顯現(xiàn)。圖5-12實(shí)物展示五接下來的展示的時(shí)藍(lán)牙實(shí)物的展示，首先打開手機(jī)中的藍(lán)牙串口助手，顯示界面如圖5-13，此時(shí)藍(lán)牙還未連接。進(jìn)入藍(lán)牙連接界面如圖5-14，點(diǎn)擊連接設(shè)備，選擇藍(lán)牙名稱HC-05，與其連接，隨之就連接成功了。圖5-13藍(lán)牙串口顯示界面圖5-14藍(lán)牙連接界面起初我將兩個通道的測量量程都調(diào)節(jié)為0-12V，所以在藍(lán)牙連接之后，手機(jī)上便第一時(shí)間接收到了信息如圖5-15所示。圖中顯示到CH1、CH2皆為0V0-12V的樣式。圖5-15初始測量圖當(dāng)我使用第一通道測量6V干電池時(shí)，如圖5-16所示，手機(jī)上便也收到了干電池的測量數(shù)值顯示，數(shù)值清晰直觀的顯示在我們面前，我們可以輕松的將它記錄下來。圖5-16測量電壓傳輸圖第六章總結(jié)與展望6.1設(shè)計(jì)總結(jié)單片機(jī)運(yùn)用簡單，價(jià)格低廉，但需要有一定的C語言基礎(chǔ)和硬件操作的經(jīng)驗(yàn)才能夠?qū)崿F(xiàn)一些相關(guān)的功能。在數(shù)字電壓表這一設(shè)計(jì)中我使用了LCD液晶顯示儀作為顯示模塊，與LED數(shù)碼管相比較，LCD更能直觀的顯示某些特殊符號、漢字等，同時(shí)藍(lán)牙模塊的加入又可以讓測量者方便的從手機(jī)端讀取并記錄數(shù)據(jù)。當(dāng)測量的電壓值超出本設(shè)計(jì)設(shè)定的量程范圍內(nèi)，LCD1602就會顯示Outrange！的語句，這樣便可以起到預(yù)防的作用，與此同時(shí)是0-5V就可以按按鈕即可調(diào)節(jié)成更大量程來測量，如果本身就是最大量程0-12V，那便采用其他儀器來測量該電壓值。同時(shí)如果碰到兩個電壓值需要同時(shí)測量的時(shí)候，本設(shè)計(jì)也支持。經(jīng)過這次數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)，讓我懂得了許多，我們不應(yīng)該單方面注重理論知識，而應(yīng)該同時(shí)注重動手實(shí)踐的過程，我們應(yīng)該將兩者結(jié)合起來。從理論知識中得出結(jié)論，然后再通過實(shí)踐證明結(jié)論的正確性.這可以提高我們自身的學(xué)術(shù)水平以及實(shí)踐動手能力。這充分的彰顯了我?！皩W(xué)以致用”的辦學(xué)理念，在我看來，我們不僅僅要學(xué)以致用，還要用以致學(xué)，相互印證。在數(shù)字電壓表開發(fā)的過程中，我碰到從基礎(chǔ)理論知識到應(yīng)用實(shí)踐的許多問題，也讓我意識到了自身仍存在許多不足的地方，對一些知識點(diǎn)理解的不夠深刻甚至有點(diǎn)疏忽遺漏了，這使我完全掌握理解它。在面對這一設(shè)計(jì)的時(shí)候