1、.數(shù)字電壓表的設計與制作摘要 隨著電子科學技術(shù)的發(fā)展，電子測量成為廣大電子工作者必須掌握的手段，對測量的精度和功能的要求也越來越高，而電壓的測量甚為突出，因為電壓的測量最為普遍。在參閱大量數(shù)字電壓表的基礎上的數(shù)字直流電壓表，所測量范圍直流電壓為0500V，測量精度為0.08v。它以單片機8951為核心，主要由轉(zhuǎn)換電路將輸入的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809，液晶顯示器1602構(gòu)成。關(guān)鍵詞:單片機； 模數(shù)轉(zhuǎn)換；按鍵開關(guān)；液晶顯示；Design and manufacture of digital voltmeterAbstract： With the development of

2、electronic science and technology, electronic measurement become the e-worker must have the means, the measurement accuracy and functional requirements of increasingly high, while the voltage measurement is very strong, because the voltage measurement of the most common. In a large number of digital

3、 voltage meter read based on the digital DC voltage meter, the measuring range DC voltage 0 500V, measurement precision is 0.08v. It is based on 8951 MCU core, mainly by the conversion circuit to convert analog input to digital volume A / D converter ADC0809, LCD display 1602 form. Key words: SCM; a

4、nalog-digital conversion; button switch; liquid crystal display; 目 錄引 言11系統(tǒng)設計方案的選擇31.1基于分立元件的電壓表31.2基于單片機系統(tǒng)及A/D轉(zhuǎn)換芯片的電壓表。31.3單片機簡介及本設計單片機的選擇31.3.1常用單片機的特點比較及本設計單片機的選擇31.3.2本設計使用的單片機的簡介41.4各種顯示器件的介紹和選擇61.4.1常用顯示器件簡介61.4.2 1602液晶的參數(shù)資料61.5 模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換芯片的選擇81.5.1常用的A/D芯片簡介81.5.2模數(shù)（A/D）芯片ADC0809的資料82總體設計162

5、.1技術(shù)要求 162.2設計方案 163硬件電路系統(tǒng)模塊的設計173.1 單片機系統(tǒng)173.2輸入電路183.3A/D轉(zhuǎn)換芯片與單片機的連接183.41602液晶與單片機連接193.5按鍵控制電路設計。204系統(tǒng)軟件的設計224.1 匯編語言和C語言的特點及選擇224.2 主程序的設計235系統(tǒng)的調(diào)試245.1硬件調(diào)試245.2軟件調(diào)試24總結(jié)25致 謝26參考文獻27附錄A：英語科技文獻原文及其翻譯稿28附錄B：電路總圖34附錄C：實物圖35附錄D：元器件清單 36附錄E：源程序37.引 言 數(shù)字電壓表出現(xiàn)在50年代初，60年代末發(fā)起來的電壓測量儀表，簡稱DVM，它采用的是數(shù)字化測量技術(shù)，把

6、連續(xù)的模擬量，也就是連續(xù)的電壓值轉(zhuǎn)變?yōu)椴贿B續(xù)的數(shù)字量，加以數(shù)字處理然后再通過顯示器件顯示。這種電子測量的儀表之所以出現(xiàn)，一方面是由于電子計算機的應用逐漸推廣到系統(tǒng)的自動控制信實驗研究的領域，提出了將各種被觀察量或被控制量轉(zhuǎn)換成數(shù)碼的要求，即為了實時控制及數(shù)據(jù)處理的需要；另一方面，也是電子計算機的發(fā)展，帶動了脈沖數(shù)字電路技術(shù)的進步，為數(shù)字化儀表的出現(xiàn)提供了條件。所以，數(shù)字化測理儀表的產(chǎn)生與發(fā)展與電子計算機的發(fā)展是密切相關(guān)的；同時，為革新電子測量中的煩鎖和陳舊方式也催促了它的飛速發(fā)展，如今，它又成為向智能化儀表發(fā)展的必要橋梁。如今，數(shù)字電壓表已絕大部分已取代了傳統(tǒng)的模擬指針式電壓表。因為傳統(tǒng)的模擬

7、指針式電壓表功能單一，精度低，讀數(shù)的時候也非常不方便，很容易出錯。而采用單片機的數(shù)字電壓表由于測量精度高，速度快，讀數(shù)時也非常的方便，抗干擾能力強，可擴展性強等優(yōu)點已被廣泛的應用于電子及電工的測量，工業(yè)自動化儀表，自動測試系統(tǒng)等智能化測量領域。顯示出強大的生命力。數(shù)字電壓表最初是伺服步進電子管比較式，其優(yōu)點是準確度比較高，但是采樣速度慢，重量達幾十公斤，體積大。繼之出現(xiàn)了斜波式電壓表，它的速度方面稍有提高，但是準確度低，穩(wěn)定性差，再后來出現(xiàn)了比較式儀表改進逐次漸近式結(jié)構(gòu)，它不僅保持了比較式準確度高的優(yōu)點，而且速度也有了很大的提高，但它有一缺點是抗干擾能力差，很容易受到外界各種因素的影響。隨后，

8、在斜波式的基礎上雙引伸出階梯波式，它的唯一的進步是成本降低了，可是準確寬，速以及抗干擾能力都未能提高。而現(xiàn)在，數(shù)字電壓表的發(fā)展已經(jīng)是非常的成熟，就原理來講，它從原來的一，二種已發(fā)展到多種，在功能上講，則從測單一參數(shù)發(fā)展到能測多種參數(shù)；從制作元件來看，發(fā)展到了集成電路，準確度已經(jīng)有了很大的提高，精度高達1NV；讀數(shù)每秒幾萬次，而相對以前，它的價格也有了降低了很多。目前實現(xiàn)電壓數(shù)字化測量的方法仍然模-數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換的方法。而數(shù)字電壓表種類繁多，型號新異，目前國際仍未有統(tǒng)一的分類方法。而常用的分類方法有如下幾種：按用途來分：有直流數(shù)字電壓表，交、直流數(shù)字電壓表，交直流萬用表等。按顯示位數(shù)來分：有4

9、位，5位，6位，7位，8位等。按測量速度來分：有低準確度，中準確度，高準確度等。按測量速度來分：有低速，中速，高速，超高速等。但在日常生活中，數(shù)字電壓表一般是按照原理不同進行分類的，目前大致分為以下幾類：比較式，電壓時間變換式，積分式等。在電量的測量中，電壓、電流和頻率是最基本的三個被測量。其中，電壓量的測量最為經(jīng)常。而且隨著電子技術(shù)的發(fā)展，更是經(jīng)常需要測量高精度的電壓，所以數(shù)字電壓表就成為一種必不可少的測量儀器。另外，由于數(shù)字式儀器具有讀數(shù)準確方便、精度高、誤差小、靈敏度高和分辨率高、測量速度快等特點而倍受用戶青睞，數(shù)字式電壓表就是基于這種需求而發(fā)展起來的，是一種必不可少的電子測量儀表。1設

10、計方案的選擇 設計數(shù)字電壓表有多種的設計方法，方案是多種多樣的，由于大規(guī)模集成電路數(shù)字芯片的高速發(fā)展，各種數(shù)字芯片品種多樣，導致對模擬數(shù)據(jù)的采集部分的不一致性，進而又使對數(shù)據(jù)的處理及顯示的方式的多樣性。又由于在現(xiàn)實的工作生活中，電壓表的測量測程范圍是比較大的，所以必須要對輸入電壓作分壓處理，而各個數(shù)據(jù)處理芯片的處理電壓范圍不同，則各種方案的分段也不同。下面介紹兩種數(shù)字電壓表的設計方案。1.1基于分立元件的電壓表 這種設計方案是由模擬電路與數(shù)字電路兩大部分組成，模擬部分包括輸入放大器、A/D轉(zhuǎn)換器和基準電壓源；數(shù)字部分包括計數(shù)器、譯碼器、邏輯控制器、振蕩器和顯示器。其中，A/D轉(zhuǎn)換器是它的核心器

11、件，它將輸入的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。模擬電路和數(shù)字電路是相互聯(lián)系的，由邏輯控制電路產(chǎn)生控制信號，按規(guī)定的時序?qū)/D轉(zhuǎn)換器中個組模擬開關(guān)接通或斷開，保證A/D轉(zhuǎn)換正常進行。A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果通過計數(shù)譯碼電路變換成段碼，最后驅(qū)動顯示器顯示出相應的數(shù)值。此方案設計其優(yōu)點是，設計成本低，能夠滿足一般的電壓測量。但設計不靈活，都是采用純硬件電路。很難將其在原有的基礎上進行擴展。1.2基于單片機系統(tǒng)及A/D轉(zhuǎn)換芯片的電壓表這種方案是利用單片機系統(tǒng)與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、顯示模塊等的結(jié)合構(gòu)建數(shù)字電壓表。由于單片機的發(fā)展已經(jīng)成熟，利用單片機系統(tǒng)的軟硬件結(jié)合，可以組裝出許多的應用電路來。此方案的原理是模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換芯片

12、的基準電壓端，被測量電壓輸入端分別輸入基準電壓和被測電壓。模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換芯片將被測量電壓輸入端所采集到的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成相應的數(shù)字信號，然后通過對單片機系統(tǒng)進行軟件編程，使單片機系統(tǒng)能按規(guī)定的時序來采集這些數(shù)字信號，通過一定的算法計算出被測量電壓的值。最后單片機系統(tǒng)將計算好了的被測電壓值按一定的時序送入顯示電路模塊加以顯示。此方案不僅能夠繼承上一種方案的各種優(yōu)點，還能改進上一種設計方案設計不靈活，難與在原基礎上進行功能擴展等不足。1.3單片機簡介及本設計單片機的選擇1.3.1常用單片機的特點比較及本設計單片機的選擇綜合上一章提到的兩種設計方案的各方面優(yōu)點及其在現(xiàn)在的所設計電壓表的實用性，

13、我們選擇第二種電壓表設計方案，即由單片機系統(tǒng)及數(shù)字芯片構(gòu)建的方法來我們本次設計。在這一設計中，我們涉及到了一個關(guān)鍵系統(tǒng)模塊單片機系統(tǒng)模塊，而目前單片機的種類是很繁多的，主要有主流的8位單片機和高性能的32位單片機，結(jié)合本設計各方面因素，8位單片機對于本設計已經(jīng)是綽綽有余了，但將用哪一種類8的單片機呢。在這里，不得不先簡單的介紹一下幾種常用的8單片機。單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統(tǒng)，具有一個完整計算機所需要的大部分部件：CPU，內(nèi)存，總線系統(tǒng)等。而目前常用的單片機的8位有51系列單片機，AVR單片機，PIC單片機。應用最廣的8位單片機還是intel的51系列單片機。51系列單片機

14、的特點是：硬件結(jié)構(gòu)合理，指令系統(tǒng)規(guī)范，加之生產(chǎn)歷史悠久，世界有許多芯片公司都買了51的芯片核心專利技術(shù)，并在其基礎上擴充其性能，使得芯片的運行速度變得更快，性價比更高。AVR單片機是atmel公司推出較新的單片機，它的顯著特點是：高性能，低功能，高速度，指令單周期為主，但性格方面比51單片機要高。有專門的I/O方向寄存器。雖然有轉(zhuǎn)強的驅(qū)動電壓，但I/O口使用不比51單片機方便。PIC單片機系列是美國微芯公司的產(chǎn)品，也是市面上增長最快的單片機之一，屬精簡指令集單片機，其特點是：高速度，高性能，但在性格方面比51單片機要高，也有專門的I/O方向寄存器，I/O口使用不比51單片機方便。綜合以上各種單

15、片機的基本性能及本設計的滿足需要，我們將選擇51系列單片機。1.3.2本設計使用的單片機的簡介本設計中選用是51系列的AT89C51，它是低電壓、低功耗、高性能的CMOS8位單片機，片內(nèi)含4KB的可反復擦寫的只讀程序存儲器和128B的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器，32個I/O口線，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路，并與MCS-51系列單片機兼容。在設計中，單片機起著連接硬件電路與程序運行及存儲數(shù)據(jù)的任務，一方面，它將A/D轉(zhuǎn)換器、顯示器等通過I/O口地址線和數(shù)據(jù)線連接起來；另一方面，它將用戶下載的程序通過控制總線控制數(shù)據(jù)的輸入輸出，從而實現(xiàn)冊電壓的功能。下圖1.1為AT89C51 單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖：圖 1.1 A

16、T89C51單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖從內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖框圖上可以看出AT89C51單片機包括一下資源：（1） 一個8位的CPU（2） 一個片內(nèi)振蕩器及時鐘電路（3） 4KB的FLAShROM（4） 128的內(nèi)部RAM（5） 可擴展64KB外部ROM和外部RAM的控制電路；（6） 2個16位的定時/計數(shù)器（7） 26個特殊功能寄存器（8） 4個8位的并行口（9） 一個全雙工的串行口（10） 5個中斷源，2個外部中斷，3內(nèi)部中斷（11） 內(nèi)部硬件看門狗電路（12） 一個SPI串行接口，用于芯片的在系統(tǒng)編程AT89C51單片機有四十個引腳，其引腳圖同圖2.3，引腳可分為四類：電源和地，時鐘，控制和I/O口。管腳

17、說明： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口為一個8位雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高電平，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 P2口：

18、P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部

19、上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是AL

20、E才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。 PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取址期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向

21、振蕩器的輸出。振蕩器特性: XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。1.4各種顯示器件的介紹和選擇1.4.1常用顯示器件簡介本次設計中有顯示模塊，而常用的顯示器件比較多，有數(shù)碼管，LED點陣，1602液晶，12864液晶等。數(shù)碼管是最常用的一種顯示器件，它是由幾個發(fā)光二極管組成的8字段顯示器件，其特點是價格非常的便宜，使用也非常的方便，顯示效果非常的清楚。小電流

22、下可以驅(qū)動每光，發(fā)光響應時間極短，體積小，重量輕，抗沖擊性能好，壽命長。但數(shù)碼管只能是顯示09的數(shù)據(jù)。不能夠顯示字符。這也是數(shù)碼管的不足之處。LED點陣顯示器件是由好多個發(fā)光二極管組成的。具有高亮度，功耗低，視角大，壽命長，耐濕，冷，熱等特點，LED點陣顯示器件可以顯示數(shù)字，英文字符，中文字符等。但用LED點陣顯示的軟件程序設計比較麻煩。1602液晶是工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示16*2即32個字符。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼。使用時直接編寫軟件

23、程序按一定的時序驅(qū)動即可。它的特點是顯示字跡清楚，價格相對便宜。12864液晶也是一種工業(yè)字符型液晶，它不僅能夠顯示1602液晶所可以顯示的字符，數(shù)字等信息，而且還可以顯示8*4個中文漢字和一些簡單的圖片，顯示信息也非常的清楚。使用時也直接編寫軟件程序按一定的時序驅(qū)動即可。不過它的價格比1602液晶貴了很多。在本設計中，我們只需要顯示最后電壓的數(shù)字值和電壓的單位，綜合上面各種顯示器件的特點：數(shù)碼管只能顯示數(shù)字，不能顯示單位字符，不符合本設計的要求。而點陣顯示器件驅(qū)動顯示軟件程序編寫麻煩，占用的引腳相對也較多。也不是理解的顯示器件。所以在本設計中，我們考慮用液晶顯示器件，雖然12864液晶比16

24、02液晶的功能強，不過在價格方面卻貴了好多。而1602液晶也足夠滿足本設計的需要。因此，在本設計實驗我們選擇1602液晶顯示器件。1.4.2 1602液晶的參數(shù)資料我們選擇了1602液晶做為本設計的顯示模塊的顯示器件。以下是1602液晶的各方面參數(shù)：表1. 1 接口信號說明編號符號引腳說明1VSS電源地2VDD電源正極3VL液晶顯示偏壓信號4RS數(shù)據(jù)/命令選擇端5R/W讀/寫選擇端6E使能信號8-14D0-D7Data I/O15BLA背光源正極16BLK背光源負極（1）基本操作時序：讀狀態(tài)：輸入：RS=0，RW=1，E=1。輸出：D0-D7為狀態(tài)字寫狀態(tài)：輸入：RS=0，RW=0，D0-D7

25、為指令碼，E為高脈沖。輸出：無讀數(shù)據(jù)：輸入：RS=1，RW=1，E=1。輸出：D0-D7為數(shù)據(jù)。寫數(shù)據(jù)：輸入：RS=1，RW=0，D0-D7為數(shù)據(jù)，E為高脈沖。輸出：無表1. 2 狀態(tài)字說明STA7STA6STA5STA4STA3STA2STA1STA0STA0-6當前數(shù)據(jù)地址指針的數(shù)值STA7讀寫操作使能1：禁止 0：允許 表1.3 指令的說明。顯示模式設置指令碼功能00111000設置16*2顯示，5*7點陣，8位數(shù)據(jù)口表1.4 顯示開/關(guān)及光標設置 指令碼 功能00001DCBD=1開顯示；D=0關(guān)顯示C=1顯示光標；C=0不顯示關(guān)標B=1光標閃爍；B=0光標不顯閃爍000001NSN=

26、1當讀寫一個字條款后地址指針加一，且光標加一。N=0當讀或?qū)懸粋€字符后地址指針減一，且光標減一。S=1當寫一個安條款，整屏顯示左移（N=1）或右移（N=0），以得到光標不移動而屏幕移動的效果。S=0當寫一個字符，整屏顯示不移動。表1.5 數(shù)據(jù)控制 指令碼 功能80H+地址碼（0-27H，40H-67H）設置數(shù)據(jù)地址指針01H顯示清屏：1，數(shù)據(jù)指針清0 2，所有顯示清002H顯示回車：數(shù)據(jù)指針清01.5 模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換芯片的選擇在本設計中，模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換模塊是一個重要的模塊，它關(guān)系到最后數(shù)電壓表電壓值的精確度。所以，A/D芯片的選擇是設計過程中一個很重要的環(huán)節(jié)。1.5.1常用的A/D芯片

27、簡介常用的A/D芯片有AD0809，AD0832，TLC2543C等幾種。下面簡單介紹一下這三種芯片。AD0809是8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，它是由一個8路的模擬開關(guān)、一個地址鎖存譯碼器、一個A/D 轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8 路模擬量分時輸入，共用A/D 轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。些A/D轉(zhuǎn)換器是的特點是8位精度，屬于并行口，如果輸入的模擬量變化大快，必須在輸入之前增加采樣電路。AD0832也是8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，可支持致命傷個單端輸入通道和一個差分輸入通道。它易于和微處理器接口或獨立使用；可滿量程工作；可用地址邏輯多路器選通各輸入通道。TLC2543

28、C是12位開關(guān)電容逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換，每個器件有三個控制輸入端，片選，輸入/輸出時鐘以及地址輸入端。它可以從主機高速傳輸轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。它有高速的轉(zhuǎn)換，通用的控制能力，具有簡化比率轉(zhuǎn)換，刻度以及模擬電路與邏輯電路和電源噪聲隔離，耐高溫等特點。綜合上述幾種A/D轉(zhuǎn)換芯片的特點，在本設計中，我們設計的是簡易數(shù)字電壓表，因此在此，我們選擇精度為8位的ADC0809芯片。1.5.2模數(shù)（A/D）芯片ADC0809的資料綜合本設計的各方面考慮，我們選了ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。下面就介紹此芯片的各方面資料。1.5.2.1 ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳如圖所示。 結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)換原理如圖(3-15)所示為ADC0

29、809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。ADC0809由3部分組成：8路模擬量選通開關(guān)、8位A/D轉(zhuǎn)換器和三態(tài)輸出數(shù)據(jù)鎖存器。 ADC0809允許8路模擬信號輸入，由8路模擬開關(guān)選通其中一路信號，模擬開關(guān)受通道地址鎖存和譯碼電路的控制。當?shù)刂锋i存信號ALE有效時，3位地址C、B、A進入地圖1.2 ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖1.3 ADC0809的引腳地址鎖存器，經(jīng)譯碼后使8路模擬開關(guān)選通某一路信號。 8位A/D轉(zhuǎn)換器為逐次逼近式，由256R電阻分壓器、樹狀模擬開關(guān)（這兩部分組成一個D/A變換器）、電壓比較器、逐次逼近寄存器、邏輯控制和定時電路組成。三態(tài)門輸出鎖存器用來保存A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，當輸出允許信號OE有效時

30、，打開三態(tài)門，輸出A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。因輸出有三態(tài)門，便于與單片機總線連接。表1.6 ADC0809通道地址選擇表 引腳功能由引腳圖(3-15) b所示，ADC0809共有28個引腳，采用雙列直插式封裝。ADC0809 雖然有8路模擬通道可以同時輸入8路模擬信號，但每個瞬間只能轉(zhuǎn)換一路，各路之間的切換由軟件變換通道地址來實現(xiàn)。其主要引腳功能如下所示。IN0IN7：8路模擬量輸入端。D7D0：8位數(shù)字量輸出端。A、B、C：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。 START： A/D轉(zhuǎn)換啟動信號，輸入，高電平有效。 EOC： A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出

31、，當A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一 個高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。CLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640KHZ。 REF（+）、REF（-）：基準電壓。 Vcc：電源，單一5V。 GND：地。 1.5.2.2 ADC0809工作過程圖1.4 ADC0809的時序圖ADC0809的工作過程分為如下幾步。第一步：首先確定A、B、C三位地址，決定選擇哪一路模擬信號。第二步：使ALE端接收一正脈沖信號，使該路模擬信號經(jīng)選擇開關(guān)達到比較器的輸入端。第三步：使START端接收一正

32、脈沖信號，START的上升沿將逐次逼近寄存器復位，下降沿啟動A/D轉(zhuǎn)換。第四步：EOC輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進行。第五步：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示AD轉(zhuǎn)換結(jié)束。此時，數(shù)據(jù)已保存到8位鎖存器中。第六步：OE信號變?yōu)楦唠娖?，則8位三態(tài)鎖存緩沖器的三態(tài)門被打開，轉(zhuǎn)換好的8位數(shù)字量數(shù)據(jù)被輸出到數(shù)據(jù)線上。如上所述，EOC信號變?yōu)楦唠娖奖硎続/D轉(zhuǎn)換完成，EOC可作為中斷申請信號，通知89C51取走數(shù)據(jù)。在查詢傳送方式中，EOC可以作為89C51查詢外設（ADC）的狀態(tài)信號。1.5.2.3 ADC0809與單片機的接口ADC0809與單片機的連接主要考慮三方面：與單片機的數(shù)據(jù)總線、地址總

33、線和控制總線的連接。數(shù)據(jù)總線。由于ADC0809的輸出D7D0具有三態(tài)輸出鎖存緩沖器，因此ADC0809可以直接和單片機的數(shù)據(jù)總線P0.0P0.7相連。地址總線。地址總線的P0.0、P0.1和P0.2可以對應連接ADC0809的A、B、C三位地址信號輸入線，用以控制8路模擬輸入中哪一路被選中輸入。控制總線。有啟動轉(zhuǎn)換信號START、輸出允許信號OE、轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC以及ALE等信號線的連接。START要求是一個正脈沖信號，由單片機控制發(fā)出，輸出允許信號OE也需要單片機提供一個正脈沖信號。在A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，ADC0809會發(fā)出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC，通知89C51可以讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。A/D轉(zhuǎn)換后得

34、到的是數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)應傳送給89C51單片機進行處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問題是如何確認A/D轉(zhuǎn)換完成，因為只有確認數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成后，才能進行傳送。為此可采用下述三種方式。1. 定時傳送方式對于一種A/D轉(zhuǎn)換器來說，轉(zhuǎn)換時間作為一個主要技術(shù)指標是已知的和固定的。例如，若ADC0809轉(zhuǎn)換時間為128s，相當于6MHz的89C51單片機的64個機器周期?？蓳?jù)此設計一個延時子程序，A/D轉(zhuǎn)換啟動后即調(diào)用這個延時子程序，延遲時間一到，轉(zhuǎn)換肯定完成了，接著就可以進行數(shù)據(jù)傳送。2. 查詢傳送方式由于ADC0809片內(nèi)無時鐘，利用AT89C51提供的地址鎖存信號ALE經(jīng)過分頻后可保證ADC0809可靠的工作。由于

35、ADC0809的輸出D7D0具有三態(tài)輸出鎖存緩沖器，因此ADC0809可以直接和單片機的數(shù)據(jù)總線相連。由于此種方式下ALE和START連接在一起，因此0809在鎖存通道地址的同時也啟動轉(zhuǎn)換。在讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時，用單片機的讀信號和片選信號引腳經(jīng)或非門后產(chǎn)生的正脈沖信號作為OE信號，用以打開三態(tài)輸出鎖存器。3. 中斷傳送方式采用中斷方式可大大節(jié)省單片機的時間。當轉(zhuǎn)換結(jié)束時，EOC向單片機發(fā)出中斷請求信號，由中斷服務子程序讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果并存儲到RAM中，然后啟動ADC0809的下一次轉(zhuǎn)換。三種典型連接電路 大體上說，ADC0809在整個51單片機系統(tǒng)中是作為外部RAM的一個單元定位的。但具體到某一

36、個連接方式，ADC0809在整個51單片機系統(tǒng)中的定位又有一些差別。1. 第一種典型連接這是一種數(shù)據(jù)線對數(shù)據(jù)線、地址線對地址線的標準連接方式，如圖(3-17)。但是由于51單片機沒有現(xiàn)成的低8位地址總線，所以采用這種標準連接方式需要用74LS373或類似芯片產(chǎn)生低8位地址總線。早期的MCS51系列單片機的應用品種很多是沒有內(nèi)置程序存儲器的8031芯片，本身就需要外掛74LS373等芯片產(chǎn)生低8位地址總線來外接EPROM等程序存儲器,連接ADC0809時不需要專門外掛74LS373。因此早期的MCS51系列單片機,如8031,采用這種連接ADC0809還是比較可行的。圖(3-17)中P2.7/A

37、15線作為整個ADC0809芯片的片選線。當P2.7/A15=0時，或非門敞開，允許寫信號通過，將單片機負的寫脈沖轉(zhuǎn)換為ADC0809所需要的正脈沖，以選中ADC0809某一通道并啟動轉(zhuǎn)換。這是一種不完全地址譯碼方式。如果增加地址譯碼器，將P2.7/A15線改為高位地址譯碼器的輸出線，就可以形成完全譯碼。在圖(3-17)連接方式中，ADC0809的轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器在概念上定位為單片機的一個只讀寄存器，與通道號無關(guān)，因此讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時不必關(guān)心DPTR圖1.5 ADC0809與51單片機的第一種連接方式中的通道號如何。編程概要： MOV DPTR，#7FF8H；DPTR指向0809通道0 MOVX

38、DPTR，A;鎖定通道0并啟動轉(zhuǎn)換MOVX A,DPTR;讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果2. 第二種典型連接通常芯片的地址線只能進不能出自不必說，ADC0809的數(shù)據(jù)線有一特點：只能出不能進。就是說，就像往SBUF寫入時寫到發(fā)送緩沖寄存器，從SBUF圖1.6 ADC0809與51單片機的第二種連接方式讀出時實際是讀取接收緩沖寄存器的數(shù)據(jù)一樣，往ADC0809寫入時，把數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)寫到地址寄存器，從ADC0809讀出時實際是讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)。因此可以在把51單片機的8位數(shù)據(jù)線接到ADC0809的8位數(shù)據(jù)線的同時，又把其中的3位直接接到ADC0809的3根地址線以確定通道號。通常把51單片機的8位數(shù)據(jù)線中的低3

39、位D2,D1,D0直接接到ADC0809的3根地址線A2,A1,A0以確定通道號，如圖（3-18），采用這種連接方式明顯可以省去一片74LS373。在這種連接方式中，ADC0809的轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器在概念上定位為單片機外部RAM單元的只讀寄存器，而通道號寄存器在概念上定位為單片機同一個外部RAM單元的只寫寄存器。同一個外部RAM單元的只讀寄存器與只寫寄存器使用同一個地址，就像51系列單片機的串行發(fā)送緩沖器與串行接受緩沖器使用同一個地址99H一樣，不會發(fā)生混亂。 這種連接方式有一個特點，那就是單片機要把最低3位二進制數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線寫入ADC0809的地址鎖存器，然后作為通道地址使用。編程概要：M

40、OV A,#0F8H；ADC0809通道0地址送到AMOV DPTR,#7FFFH；DPTR指向ADC0809MOVX DPTR,A；鎖定通道0并啟動轉(zhuǎn)換MOVX A,DPTR； 要求在程序第一條指令中把決定是否能選中整個ADC0809芯片的數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)指針。在本電路中，只要送到DPTR的最高位數(shù)據(jù)為0，就能選中ADC0809，而通道地址由累加器A的最低3位數(shù)字決定。除了最高位以外，DPTR的其余15位數(shù)據(jù)對于ADC沒有任何意義。除了較低3位以外，累加器A的其余5位數(shù)據(jù)對于ADC也沒有任何意義。這是本程序的一大特點。3. 第三種典型連接在很多應用場合，AT89S51內(nèi)部的硬件資源，例如4KB

41、閃存，128B內(nèi)部RAM，一個串行口和4個8位并行口等，已經(jīng)夠用。就是說，在很多應用場合，不需要外擴RAM或I/O口。圖1.7 ADC0809與51單片機的第三種連接方式當51單片機沒有外擴RAM和I/O口時，ADC0809就可以在概念上作為一個特殊的唯一的外擴RAM單元。因為它是唯一的，就沒有地址編號，也就不需要任何地址線或者地址譯碼線。只要單片機往外部RAM寫入，就是寫到ADC0809的地址寄存器中。只要單片機從外部RAN讀取數(shù)據(jù)，就是讀取ADC0809的轉(zhuǎn)換結(jié)果?；谶@種外部RAM的唯一單元概念設計的AT89S51與ADC0809的連接電路如圖圖（3-19）。相應的啟動程序和讀數(shù)程序都非

42、常簡單。 編程概要：MOV A，#0F8H；ADC0809通道0地址送到A MOVX R0，A；鎖定通道0并啟動轉(zhuǎn)換 MOVX A，R0 ；讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果其中間寄存器R0中的數(shù)據(jù)無論在啟動ADC0809還是在讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時都沒有任何意義，因此事先不必考慮往R0中送入什么數(shù)據(jù)。這是本程序的一大特點。4. 三種連接方式的綜合比較第一種和第二種連接方式允許多片ADC0809與單片機連接，第三種連接方式只能連接一片。通常1片8通道ADC0809就能滿足控制工程需要。因此在單片機沒有外擴RAM和I/O接口時，第三種連接方式時一種優(yōu)選方案。需要2片或更多ADC0809時，第二種連接方式時一種優(yōu)選方案。第一種

43、連接方式需要一片74LS373做地址鎖存器。如果單片機系統(tǒng)已經(jīng)有一片73LS373地址鎖存器，那么第一種連接方式也不失為一種可以考慮的連接方式。2總體設計2.1技術(shù)要求：(1)最高量程為：500V。(2)分為三檔量程：020V，0200V，0500V。可以通過調(diào)檔開關(guān)實現(xiàn)各檔位。精度為0.08 v。2.2設計方案：根據(jù)上述，我們選擇單片機與A/D轉(zhuǎn)換芯片結(jié)合的方法實現(xiàn)本設計。使用的基本元器件是：AT89C51單片機，ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，1602液晶顯示器，開關(guān)，按鍵，電容，電阻，晶振，標準電源等等。設計的基本框圖如下：單片機系統(tǒng)模塊1602液晶顯示模塊A/D轉(zhuǎn)換模塊輸入電路模塊按鍵模塊

44、 圖2.1 設計的基本框圖3硬件電路系統(tǒng)模塊的設計根據(jù)上述選擇的各元器件，各電路模塊的電路圖如下描述。3.1 單片機系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)包括晶振電路，復位電路，電源。其原理圖如下： 圖3.1 復位電路此模塊中，單片機的晶振是12MHZ，C1和C2的電容是22pf，C3可選10UF。R1電阻為1K。3.2輸入電路由于輸入電路的電壓比基準電壓（5V）高很多，因此在輸入電路必須加電壓衰減器。衰減電路可由開關(guān)來選擇不同的通道，從而切換檔位。則完整輸入電路如下：圖3.2 衰減電路通過計算，根據(jù)不同量程的通道，設定不同的衰減電阻如上圖所示，并用手動開關(guān)的方式來切換相應檔位，用其相應數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的算法計算出所測正

45、確的電壓值。被測電壓輸入端、整理過的模擬電壓輸入端，開關(guān)與單片機的連接如下圖所示。3.3 A/D轉(zhuǎn)換芯片與單片機的連接此設計中選擇的是A/D轉(zhuǎn)換芯片的通道1、通道2、 通道3，數(shù)據(jù)輸出口連接單片機的P0口，脈沖端連接單片機的ale口。模塊連接如下圖所示。 圖3.3 A/D轉(zhuǎn)換芯片與單片機的連接3.4 1602液晶與單片機連接此模塊液晶的RS和E端分別連接單片機的P3.0和P3.1口；液晶的數(shù)據(jù)各端口連接單片機的P1口。具體如下圖所示。圖3.4 1602液晶與單片機連接3.5按鍵控制電路設計。三個通道鍵盤的三端分別與單片機的P3.4、P3.5、P3.6口連接，另一端接地。原理圖如下所示。圖3.5

46、 按鍵控制電路鍵盤的功能：可根據(jù)所測的電壓范圍，通過按鍵來切換通道。3.6系統(tǒng)電路的設計圖3.6 總電路圖4系統(tǒng)軟件的設計4.1 匯編語言和C語言的特點及選擇本設計是硬件電路和軟件編程相結(jié)合的設計方案，選擇合適的編程語言是一個重要的環(huán)節(jié)。在單片機的應用系統(tǒng)程序設計時，常用的是匯編語言和C語言。匯編語言的特點是占用內(nèi)存單元少，執(zhí)行效率高。執(zhí)行速度快。但它依賴于計算機硬件，程序可讀性和可移植性比較差。而C語言雖然執(zhí)行效率沒有匯編語言高，但語言簡潔，使用方便，靈活，運算豐富，表達化類型多樣化，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型豐富，具有結(jié)構(gòu)化的控制語句，程序設計自由度大，有很好的可重用性，可移植性等特點。由于現(xiàn)在單片機的

47、發(fā)展已經(jīng)達到了很高的水平，內(nèi)部的各種資源相當?shù)呢S富，CPU的處理速度非常的快。用C語言來控制單片機無疑是一個理想的選擇。所以在本設計中采用C語言編寫軟件程序。4.2 主程序的設計主程序的總體流程如下圖：選擇檔位啟動AD開外部中斷數(shù)據(jù)標定液晶顯示開始判斷中斷NY圖4.1 主程序的總體流程5系統(tǒng)的調(diào)試完成了系統(tǒng)的硬件設計，制作和軟件編程之后，要使系統(tǒng)能夠按設計意圖正常運行，必須進行系統(tǒng)調(diào)試。調(diào)試分了硬件和軟件調(diào)試。5.1硬件調(diào)試 硬件調(diào)試的主要任務是排除硬件故障，其中包括設計的錯誤和工藝性故障等。1） 檢查所設計的硬件電路板所有的器件和引腳是否正確，尤其是電源的連接是否正確；檢查各總線是否有短路的

48、故障。檢查開關(guān)/按鍵是否正常，是否連接正確，為了保護芯片，應先對各插座電位進行檢查，確認無誤后再插入芯片。2） 將40芯片的仿真插頭插入單片機插座進行調(diào)試，檢查各接口是否滿足設計的要求，有正常的程序測試硬件電路的好壞。5.2軟件調(diào)試軟件調(diào)試的任務是利用開發(fā)工具進行在線仿真調(diào)試，發(fā)現(xiàn)和糾正程序的錯誤，同時也能發(fā)現(xiàn)硬件的故障。軟件調(diào)試是一個模塊一個模塊進行的。首先單獨調(diào)試各子程序是否能夠按照預期的功能，接口電路的控制是否正常。最后調(diào)試整個程序。尤其注意的是各模塊間能否正確的傳遞參數(shù)。1） 檢查液晶顯示模塊程序。在主程序中調(diào)用display()和dislay_zifu()函數(shù)，觀察在1602液晶上是

49、否能夠顯示相應的字符。如果不能，則在相關(guān)的子程序中設計斷點，反復調(diào)試直到能夠顯示。2） 檢查按鍵模塊程序。本設計的按鍵模塊程序是用狀態(tài)機的方法，可以在key_state1狀態(tài)下加一個任務，如顯示一個字符在液晶上。觀察是否正確顯示。3） 檢查A/D轉(zhuǎn)換模塊程序?？梢栽谟布娐返妮斎攵溯斎胍阎膸讉€電壓，分別觀察液晶上是否顯示相應的電壓值。4） 檢查數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換模塊程序?？梢园从布娐返陌存I開關(guān)，輸入相應的電壓，觀察液晶顯示的電壓值是否一致。如果一致。則數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的算法正確的。5） 總調(diào)試。當相應的各模塊環(huán)節(jié)都正確后，可程序下載到單片機。接上電源運行。再檢查所有功能，觀察是否能預期的一樣。如果一樣，說

50、明設計成功完成。結(jié)束語由于本設計使用的是高效的51系列單片機作為核心的測量系統(tǒng)，以及高精度，高速度，高抗干擾的A/D轉(zhuǎn)換器。使得本直流數(shù)字電壓表具體精度高，靈敏度強，性能可靠，電路簡單，設計成本低，能夠滿足一般的電壓測量。因為平時所需要測量的被測電壓的電壓值不是一個定值，多多少少都有一些微小的變化。但是本產(chǎn)品相對模擬電壓表來說讀數(shù)時非常的方便，抗干擾能力強，可擴展性強等優(yōu)點。 致 謝借此論文結(jié)束之際，我首先要感謝我的導師在大學四年里對我的栽培。本論文是在老師的悉心指導下才完成的。陳老師學識淵博，為人和善。他不僅在學術(shù)上給了我指導，在生活上也給了我無盡的關(guān)懷。這一切都將使我終身難忘。我要感謝我系

51、的各位老師，在設計過程中，我系的老師們給了我很多種肯定的建議，使我的論文得以順利的完成。也要感謝各位老師在四年來對我學習和生活上的關(guān)心和幫助。我要感謝所有的師弟師妹們，在這個團結(jié)奮斗、積極向上、充滿愛心的集體中，我獲得了不斷進取的動力。最后 ，我要感謝我的家人，是他們在背后默默無聞的奉獻，才使我有充足的時間和充裕的精力順利完成我的學業(yè)。參考文獻1李建忠編著單片機原理及應用M. 西安：西安電子科技大學出版社，2002:113-126.2朱勇，陳其樂，劉浩等單片機原理與應用技術(shù)M 北京：清華大學出版社2006:122-138 3宋浩，田豐單片機原理及應用M 北京：清華大學出版社2006:180-1

52、97，278-2854邊春遠，王志強MCS-51單片機應用開發(fā)實用子程序M北京：人民郵電出版社2005:283-2875何立民單片機應用技術(shù)選編（9）M 北京：北京航空航天大學出版社2004:335-3426郭強等. 液晶顯示應用技術(shù)M. 電子工業(yè)出版社. 2000 7 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎M.北京：高等教育出版社，2006 8 李光飛 李良兒.單片機C程序設計M.北京：北京航空航天大學出版社，20059 何立民.單片機應用文集M.北京：北京航空航天大學出版社,1991.10 Wang Debiao, MCS-51 Monolithic integrated circuit Principl

53、e And Connection Technology M.the electronics industry publishing house in August, 2003 1st edition 1st time printed.11 Ding Yuanjie, Monolithic Microcomputer Principle And ApplicationM. mechanical industry publishing house in January, 2005 2nd edition 10th printing.12 Nie resolute, the monolithic i

54、ntegrated circuit timer interruption interval error analysis and compensates J. Micro computer information, 2002,18(4):3738.13 Lou Ranmiao Li Guangfei, 51 Series Monolithic integrated circuit Design ExampleM.Beijing University of Aeronautics and Astronautics Publishing house in March, 2003 1st edition. 附錄A：英語科技文獻原文及其翻譯稿引用的外文文獻：AT89S52 Chip explainsFeatures:Compatible with MCS-51TM Pr