毕业设计（论文）-基于单片机数字电压表的设计和仿真.doc

数字电压表的设计摘 要本文介绍的是数字电压表的发展背景和利用单片机，A/D 转换芯片结合的方 法设计一个直流数字电压表。它的具体功能是:最高量程为 200V，分三个档位量程，即2V，20V，200V，可以通过调档开关来实现各个档位，当测得电压的数值小于1V时，系统会自动的将电压数值转换为以mV为电压单位的电压值，并且通过按键的方法能够测得后五秒的平均电压值。 单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模技术把具有数据处理能力(如算 术运算，逻辑运算，数据传送，中断处理)的微处理器(CPU)。随着单片机技术的 飞速发展，各种单片机蜂拥而至，单片机技术已成为一个国家现代化科技水平的 重要标志。 单片机可单独地完成现代工业控制所要求的智能化控制功能，这是单片机最大的特征。单片机控制系统能够取代以前利用复杂电子线路或数字电路构成的控 制系统，可以软件控制来实现，并能够实现智能化，现在单片机控制范畴无所不在，例如通信产品，家用电器，智能仪器仪表，过程控制和专用控制装置等等，单片机的应用领域越来越广泛。 本毕业设计的课题是简易数字电压表的设计。主要考核我们对单片机技 术，编程能力等方面的情况。观察独立分析，设计单片机的能力，以及实际编程 技能。 本课题主要解决A/D转换，数据处理及显示控制等三个模块。控制系统采用AT89C51单片机，A/D转换采用TLC2543。关键字介绍:单片机，AT89C51，A/D 转换，TLC2543，数据处理AbstractThis paper is the background of the development of digital voltmeter and using single chip computer, A/D conversion chip design method of the combination of the party A dc digital voltmeter. It is the specific function of: supreme range for 200 V, divide a gear range, namely 2 V, 20 V, 200 V, can switch to achieve each by shifting gear gear, when the voltage of the numerical less than 1 V, the system will automatically will convert to mV voltage values for the voltage is the voltage unit, and through the key method can measure five seconds after the average voltage. MCU is a kind of integrated circuit chip, using the technology with large scale data processing ability (such as the art operations, logic operations, data transfer, interrupt handling) of the microprocessor (CPU). With the rapid development of the single chip microcomputer, all kinds of single chip in great Numbers, microcontroller technology has become a national modernization level of science and technology. SCM can complete modern industrial control alone for the intelligent control function, it is the greatest feature of single chip microcomputer. Single-chip microcomputer control system can be replaced by complex electronic circuit or before digital circuit consists of the control system system, can control software to achieve, and to realize intelligent, now single-chip microcomputer control category is everywhere, such as communication products, household appliances, intelligent instruments, process control and special control device and so on, the application field of single chip microcomputer more and more widely. This graduate design topic is simple digital voltmeter design. We mainly examine of single-chip processor technology technique, the programming ability, etc. Observe independent analysis, design of the single chip microcomputer ability, and the actual programming skills. This subject mainly to solve A/D conversion, data processing and display control and so on three modules. The control system adopts AT89C51 single chip microcomputer, A/D conversion using ADC0809. Keywords: A single-chip microcomputer, AT89C51, A/D conversion, ADC0809, data processing 目 录摘 要1Abstract2目 录3绪 论5第1章 数字电压表简介71.1 设计背景71.2 设计意义9第2章 数字电压设计两种方案简介102.1 由数字电路及芯片构建102.2 由单片机系统及 A/D 转换芯片构建11第3章 单片机简介及本设计单片机的选择123.1 常用单片机的特点比较及本设计单片机的选择123.2 AT89C51简介133.3 AT89C51引脚功能14图1 AT89C51的引脚排列143.4 AT89C51在连线时要注意的问题16第4章 显示器件的介绍和选择174.1 显示器件简介174.2 1602液晶的参数资料18接口信号说明:18基本操作时序:18状态字说明18指令的说明.18第5章 模数(A/D)转换芯片的选择205.1 常用的A/D芯片简介205.2 模数(A/D)芯片 TLC2543 的资料21第6章 总体设计236.1 技术要求236.2 设计方案23第7章 硬件电路系统模块的设计247.1 单片机系统247.2 输入电路257.3 A/D 转换芯片与单片机的连接267.4 1602 液晶与单片机连接277.5 键盘与单片机的连接如下27第8章 系统软件的设计298.1 汇编语言和 C 语言的特点及选择298.2 主程序设计29第9章 系统的调试和仿真319.1 硬件调试319.2 软件调试319.3 程序仿真319.4 设计特点34第10章 总结与展望35参考文献36附录 源程序37绪 论随着电子科学技术的发展，电子测量成为广大电子工作者必须掌握的手段，对测量的精度和功能的要求也越来越高，而电压的测量甚为突出，因为电压的测量最为普遍。同时随着微电子技术的迅速发展和超大规模集成电路的出现，特别是单片机的出现，正在引起测量控制仪表领域的新的技术革命。由于使用的是高效单片机作为核心的测量系统，以及灵敏度和精度较高的A/D转换器，使本直流电压表具有精度高、灵敏度强、性能可靠、电路简单、成本低的特点， 加上经过优化的程序，使其有很高的智能化水平。数字电压表相对于指针表而言读数直观准确，电压表的数字化是将连续的模拟量转换成不连续的离散的数字形式并加以显示。这有别于传统的以指针与刻度盘进行读数的方法，避免了读数的视差和视觉疲劳。数字电压表在1952年由美国NLS公司首次创造，它刚开始是4位，50多年来，数字电压表有了不断的进步和提高。数字电压表是从电位差计的自动化过程中研制成功的。开始是4位数码显示，然后是5位、6位显示，而现在发展到7位、8位数码显示；从最初的一两种类型发展到原理不同的几十种类型；从最早的采用继电器、电子管发展到全晶体管、集成电路、微处理器化；从一台仪器只能测1-2种参数到能测几十种参数的多用型；显示器件也从辉光数码管发展到等离子体管、发光二极管、液晶显示器等。数字电压表的体积和功耗越来越小，重量不断变轻，价格也逐步下降，可靠性越来越高，量程范围也逐步扩大。 DVM的高速发展，使它已成为实现测量自动化、提高工作效率不可缺少的仪表， 数字化是当前计量仪器发展的主要方向之一，而高准度DC-DVC的出现，又使DVM进入了精密标准测量领域。随着现代化技术的不断发展，数字电压表的功能和种类将越来越强，越来越多，其使用范围也会越来越广泛。采用智能化的数字仪器也将是必然的趋势，它们将不仅能提高测量准确度，而且能提高电测量技术的自动化程序，可以扩展成各种通用数字仪表、专用数字仪表及各种非电量的数字化仪表(如：温度计、湿度计、酸度计、重量、厚度仪等)，几乎覆盖了电子电工测量、工业测量、自动化仪表等各个领域。从而提高计量检定人员的工作效率。这个课题的目的和意义在于使自己掌握对数字电压表的理解，自己动手设计数字电压表与仿真，它可以广泛的应用于电压测量外，通过各种变换器还可以测量其他电量和非电量，测量是一种认识过程，就是用实验的方法将被测量和被选用的相同参量进行比较， 从而确定它的大小。 DVM 广泛应用于测量领域每期测量的准确度和可信度 取决于它的主要性能和技术指标。所示我们要学习和掌握如何设计 DVM 就显得十分重要。由于本设计使用的是高效的51系列单片机作为核心的测量系统，以及高精度，高速度，高抗干扰的A/D转换器。使得本直流电压表具体精度高，灵敏度强，性能可靠，电路简单，成本低的特点。因为平时所需要测量的被测电压的电压值不是一个定值，多多少少都有一些微小的变化。因此本设计为之增加了可测5秒内平均电压的电压值。大大的提高了测量的准确性。使直流电压表有着较高的智能水平。第1章 数字电压表简介数字电压表(Digital Voltmeter)简称DVM，作为智能仪表的一种，它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量(直流输入电压)转化成不连续，离散的数字形式并加以显示的仪表。传统的指针式电压表功能单一，精度低，不能满足数字化时代的需求采用单片机的数字电压表，精度高，抗干扰能力强，可扩展性强，集成方便。目前，由各种单片A/D转换器构成的说字电压表，已经被广泛用于电子及电工测量，工业自动化仪表，自动测量系统等智能化测量领域，显示出强大的生命力。本文就数字电压表加以叙述。 1.1 设计背景数字电压表在1952年由美国NLS公司首次创造，它刚开始是4位，50多年来，数字电压表有了不断的进步和提高。数字电压表是从电位差计的自动化过程中研制成功的。开始是4位数码显示，然后是5位、6位显示，而现在发展到7位、8位数码显示；从最初的一两种类型发展到原理不同的几十种类型；从最早的采用继电器、电子 管发展到全晶体管、集成电路、微处理器化；从一台仪器只能测1-2 种参数到能测几十种参数的多用型；显示器件也从辉光数码管发展到等离子体管、发光二极管、液晶显示器等。数字电压表的体积和功耗越来越小，重量不断变轻，价格也逐步下降，可靠性越来越高，量程范围也逐步扩大。数字电压表出现在50年代初，60 年代末发起来的电压测量仪表。简称DVM，它采用的是数字化测量技术，把连续的模拟量，也就是连续的电压值转变为不连续的数字量，加以数字处理然后再通过显示器件显示。这种电子测量的仪表之所以出现，一方面是由于电子计算机的应用逐渐推广到系统的自动控制信实验研究的领域，提出了将各种被观察量或被控制量转换成数码的要求，即为了实时控制及数据处理的需要；另一方面，也是电子计算机的发展，带动了脉冲数字电路技术的进步，为数字化仪表的出现提供了条件。所以，数字化测理仪表的产生与发展与电子计算机的发展是密切相关的；同时，为革新电子测量中的烦锁和陈旧方式也催促了它的飞速发展。如今，它又成为向智能化仪表发展的必要桥梁。如今，数字电压表已绝大部分已取代了传统的模拟指针式电压表。因为传统的模拟指针式电压表功能单一，精度低，读数的时候也非常不方便，很容易出错。而采用单片机的数字电压表由于测量精度高，速度快，读数时也非常的方便，抗干扰能力强，可扩展性强等优点已被广泛的应用于电子及电工的测量，工业自动化仪表，自动测试系统等智能化测量领域。显示出强大的生命力。数字电压表最初是伺服步进电子管比较式，其优点是准确度比较高，但是采样速度慢，重量达几十公斤，体积大，继之出现了斜波式电压表，它的速度方面稍有提高，但是准确度低，稳定性差，再后来出现了比较式仪表改进逐次渐近式结构，它不仅保持了比较式准确度高的优点，而且速度也有了很大的提高，但它有一缺点是抗干扰能力差，很容易受到外界各种因素的影响。随后，在斜波式的基础上双引伸出阶梯波式，它的唯一的进步是成本降低了，可是准确宽，速以及抗干扰能力都未能提高。而现在，数字电压表的发展已经是非常的成熟，就原理来讲，它从原来的一,二种已发展到多种,在功能上讲，则从测单一参数发展到能测多种参数；从制作元件来看，发展到了集成电路，准确度已经有了很大的提高，精度高达3附录1NV；读数每秒几万次，而相对以前，它的价格也有了降低了很多。目前实现电压数字化测量的方法仍然模-数 (A/D)转换的方法，而数字电压表种类繁多，型号新异，目前国际仍未有统一的分类方法，而常用的分类方法有如下几种:1. 按用途来分：有直流数字电压表，交直流数字电压表，交直流万用表等。2. 按显示位数来分：有4位，5位，6位，7位，8位等。 3. 按测量速度来分：有低准确度，中准确度，高准确度等，4. 按测量速度来分：有低速,中速，高速，超高速等。 但在日常生活中，数字电压表一般是按照原理不同进行分类的，目前大致分为以下几类：比较式，电压时间变换式，积分式等。在电量的测量中，压电流和频率是最基本的三个被测量。其中，电压所以数字电压表就成 为一种必不可少的测量仪器。另外，由于数字式仪器具有读数准确方便，精度高，误差小，灵敏度高和分辨率高，测量速度快等特点而倍受用户青睐，数字式电压表就是基于这种需求而发展起来的，是一种必不可少的电子测量仪表。1.2 设计意义这个课题的目的和意义在于使自己掌握对数字电压表的理解，自己动手设计数字电压表与仿真，它可以广泛的应用于电压测量外，通过各种变换器还可以测量其他电量和非电量，测量是一种认识过程，就是用实验的方法将被测量和被选用的相同参量进行比较， 从而确定它的大小。 DVM广泛应用于测量领域每期测量的准确度和可信度取决于它的主要性能和技术指标。所示我们要学习和掌握如何设计DVM就显得十分重要。设计数字电压表有多种的设计方法，方案是多种多样的，由于大规模集成电路数字芯片的高速发展，各种数字芯片品种多样，导致对模拟数据的采集部分的不一致性，进而又使对数据的处理及显示的方式的多样性。又由于在现实的工作生活中，电压表的测量测程范围是比较大的，所以必须要对输入电压作分压处理，而各个数据处理芯片的处理电压范围不同，则各种方案的分段也不同。由此结合设计要求选择由单片机系统及数字芯片构建。这种方案是利用单片机系统与模数转换芯片、显示模块等的结合构建数字电压表。由于单片机的发展已经成熟，利用单片机系统的软硬件结合，可以组装出许多的应用电路来。此方案的原理是模数（A/D）转换芯片的基准电压端，被测量电压输入端分别输入基准电压和被测电压。模数（A/D）转换芯片将被测量电压输入端所采集到的模拟电压信号转换成相应的数字信号，然后通过对单片机系统进行软件编程，使单片机系统能按规定的时序来采集这些数字信号，通过一定的算法计算出被测量电压的值。最后单片机系统将计算好了的被测电压值按一定的时序送入显示电路模块加以显示。第2章 数字电压设计两种方案简介设计数字电压表有多种的设计方法，方案是多种多样的，由于大规模集成电路数字芯片的高速发展，各种数字芯片品种多样，导致对模拟数据的采集部分的不一致性，进而又使对数据的处理及显示的方式的多样性。又由于在现实的工作生活中，电压表的测量测程范围是比较大的，所以必须要对输入电压作分压处理，而各个数据处理芯片的处理电压范围不同，则各种方案的分段也不同。下面介绍两种数字电压表的设计方案。2.1 由数字电路及芯片构建这种设计方案是由模拟电路与数字电路两大部分组成，模拟部分包括输入放大器。A/D 转换器和基准电压源；数字部分包括计数器，译码器，逻辑控制器，振荡器和显示器。其中，A/D转换器是它的核心器件，它将输入的模拟量转换成数字量。模拟电路和数字电路是相互联系的，由逻辑控制电路产生控制信号，按规定的时序将A/D转换器中个组模拟开关接通或4附录断开，保证A/D转换正常进行。A/D转换结果通过计数译码电路变换成段码，最后驱动显示器显示出相应的数值。此方案设计其优点是，设计成本低，能够满足一般的电压测量。但设计不灵活，都是采用纯硬件电路，很难将其在原有的基础上进行扩展。单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模技术把具有数据处理能力(如算术运算，逻辑运算、数据传送、中断处理)的微处理器(CPU)。随着单片机技术的飞速发展，各种单片机蜂拥而至，单片机技术已成为一个国家现代化科技水平的重要标志。 单片机可单独地完成现代工业控制所要求的智能化控制功能，这是单片机最大的特征。单片机控制系统能够取代以前利用复杂电子线路或数字电路构成的控制系统，可以软件控制来实现，并能够实现智能化。现在单片机控制范畴无所不在，例如通信产品、家用电器、智能仪器仪表、过程控制和专用控制装置等等，单片机的应用领域越来越广泛。本次课程设计的课题是“基于单片机的多路数字电压表的设计”。主要考核我们对单片机技术，编程能力等方面的情况。观察独立分析、设计单片机的能力，以及实际编程技能。2.2 由单片机系统及 A/D 转换芯片构建许多的应用电路这种方案是利用单片机系统与模数转换芯片，显示模块等的结合构建数字电压表。由于单片机的发展已经成熟，利用单片机系统的软硬件结合，可以组装出来。此方案的原理是模数(A/D)转换芯片的基准电压端，被测量电压输入端分别输入基准电压和被测电压。模数(A/D)转换芯片将被测量电压输入端所采集到的模拟电压信号转换成相应的数字信号，然后通过对单片机系统进行软件编程，使单片机系统能按规定的时序来采集这些数字信号，通过一定的算法计算出被测量电压的值。最后单片机系统将计算好了的被测电压值按一定的时序送入显示电路模块加以显示。它主要利用A/D转换器，对多路电压值进行采样，得到相应的数字量，然后按照数字量与模拟量的比例关系得到对应的模拟电压值，通过显示设备显示出来。系统过程就是采用数字化测量技术，把连续的模拟量转换成不连续、离散的数字形式并加以显示。由于采用高性能的单片机芯片为核心，同时利用LED数码管为显示设备，这样就使显示清晰直观、读数准确，大大地减少了因人为因素所造成的测量误差事件，大大的提高了测量的精确度。此方案不仅能够继承上一种方案的各种优点，还能改进上一种设计方案设计不灵活，难与在原基础上进行功能扩展等不足。 第3章 单片机简介及本设计单片机的选择3.1 常用单片机的特点比较及本设计单片机的选择综合上一章提到的两种设计方案的各方面优点及其在现在的所设计电压表的实用性，我们选择第二种电压表设计方案，即由单片机系统及数字芯片构建的方法来我们本次设计。在这一设计中，我们涉及到了一个关键系统模块单片机系统模块，而目前单片机的种类是很繁多的，主要有主流的8位单片机和高性能的32位单片机，结合本设计各方面因素，8位单片机对于本设计已经是绰绰有余了，但将用哪一种类8的单片机呢。在这里，不得不先简单的介绍一下几种常用的8单片机。单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统，具有一个完整计算机5 系列单片机，AVR单片机，PIC单片机。应用最广的8位单片机还是intel的51系列单片机。51系列单片机的特点是：硬件结构合理，指令系统规范，加之生产历史悠久，世界有许多芯片公司都买了51的芯片核心专利技术，并在其基础上扩充其性能，使得芯片的运行速度变得更快，性价比更高。 AVR 单片机是atmel公司推出较新的单片机，它的显著特点是：高性能，低功能，高速度，指令单周期为主，但性格方面比51单片机要高。有专门的I/O方向寄存器。虽然有转强的驱动电压，但I/O口使用不比51单片机方便。PIC单片机系列是美国微芯公司的产品，也是市面上增长最快的单片机之一，属精简指令集单片机，其特点是：高速度，高性能，但在性格方面比51单片机要高，也有专门的,I/O方向寄存器，I/O 口使用不比 51单片机方便综合以上各种单片机的基本性能及本设计的满足需要,我们将选择 51 系列单片机. 本设计中选用是51系列的AT89C51，它是低电压，低功耗，高性能的CMOS8 位单片机，片内含8KB的可反复擦写的只读程序存储器和256B的随机存取数据存储器，2个I/O口线, 3个16位定时/计数器，片内振荡器及时钟电路，并与 MCS-51系列单片机兼容。在设计中，单片机起着连接硬件电路与程序运行及存储数据的任务，一方面，它将A/D转换器。显示器和语音芯片等通过I/O口地址线和数据线连接起来；另一方面，它将用户下载的程序通过控制总线控制数据的输入输出，从而实现册电压的功能。3.2 AT89C51简介AT89C51是美国ATMEL公司生产的一种高性能、低功耗、带4KFlashMemory的8位CMOS单片微型计算机芯片。FlashMemory又称闪烁存贮器 ,它是EPROM和EEPROM技术有机结合的产物。其既具有EPROM一样的可编程能力,又带有象EEPROM的电可擦除性能 ,而且还具有不挥发性、访问速度快 (约60ns)和密度高等特点。由于以上优点使AT89C51可靠性高、实时性好、速度快、系统掉电后重要数据和状态信息不会丢失 , 其性能价格比远高于同类芯片。它与MCS-51指令系统兼容,片内FPEROM允许对程序存储器在线重复编程,也可用常规的EPROM编程器编程 ,可循环写入/擦除1000次。一般的EEPROM的字节擦除时间和写入时间基本上均为10ms,对于任一实时控制系统来说 ,这样长的时间是不可能在线修改程序的。与EEPROM相比较 , FPEROM大大缩短了存储内容擦除和写入的时间 ,为在线改写程序提供了极大的方便 ,而且价格也比带EPROM87C系列单片机便宜 ,这就更显示出了 89C系列的优越性。另外，为处理频率降为零的操作，AT89C51设置了静态逻辑，支持两种可由软件选择的省电模式：其中低功率停顿（Idle）模式，结束CPU工作并允许RAM、定时计数器、串行端口和中断系统继续工作；而功率下降（Down）模式，保存RAM内容，但停止内部振荡，从而关闭其他功能直到下一个外部的硬件复位，方可重新启动。AT89C51主要有以下几个特点：1、与MCS-51 兼容 2、4K字节可编程闪烁存储器 3、1000写/擦循环4、数据保留时间：10年5、全静态工作：0Hz-24Hz6、三级程序存储器锁定7、128*8位内部RAM8、32可编程I/O线9、两个16位定时器/计数器10、5个中断源 11、可编程串行通道12、低功耗的闲置和掉电模式 13、片内振荡器和时钟电路3.3 AT89C51引脚功能图1 AT89C51的引脚排列18 P1.0P1.7脚：是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。9RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。高电平有效，在次输入端保持两个机器周期的高电平后，就可以完成复位操作。此外，该引脚还有掉电保护功能，若在该引脚接+5伏备用电源，一旦在使用中突然掉电则可以保护片内RAM中的信息不丢失。其复位电路有如下图2接法图2 单片机复位电路 晶震电路1017 P3.0P3.7脚：是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。18 XTAL2：来自反向振荡器的输出。19 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入20 GND: 接地。2128 P2.0P2.7: 为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。29：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 信号将不出现。30：当访问外部存储器时，地址锁存允许/编程线的输出电平用于锁存地址的低位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效 31 /VPP：当 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时， 将内部锁定为RESET；当 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。3239 P0.7P0.0：为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。40VCC：供电电压。 3.4 AT89C51在连线时要注意的问题单片机AT89C51在连线时，我认为最需要注意的地方应该是AT89C51的复位电路。因为我们在调试程序时发现复位电路的有无、电容电阻的大小都直接影响到结果是否能够正常的实现。在本系统中采用自动上电复位，其电路图如图3.5(a)，设电容和电阻值分别为10uF和8.2K这样确保RST引脚至少保持2个机器周期的高电平而完成复位过程。AT89C51一般上电就复位，振荡器及时钟发生器同时开始工作，CPU时序从此开始。复位后各片内特殊功能寄存器状态如表3.5所示。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。第4章 显示器件的介绍和选择 4.1 显示器件简介本次设计中有显示模块，而常用的显示器件比较多，有数码管，LED点阵，1602液晶，12864液晶等。 数码管是最常用的一种显示器件，它是由几个发光二极管组成的8字段显示器件，其特点是价格非常的便宜，用也非常的方便，显示效果非常的清楚。小电流下可以驱动发光，发光响应时间极短，体积小，重量轻，抗冲击性能好，寿命长。但数码管只能是显示09的数据。不能够显示字符，这也是数码管的不足之处。LED阵显示器件是由好多个发光二极管组成的。具有高亮度，功耗低，视角大，寿命长，耐湿，冷，热等特点，LED点阵显示器件可以显示数字，英文字符，中文字符等。但用LED点阵显示的软件程序设计比较麻烦32个字符。1602 液晶模块内部的字符发生存储器已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字这些字符有:阿拉伯数字，英文字母的大小写，常用的符号，和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码。使用时直接编写软件程序按一定的时序驱动即可。它的特点是显示字迹清楚，价格相对便宜。12864液晶也是一种工业字符型液晶，它不仅能够显示1602液晶所可以显示的字符，数字等信息，而且还可以显示8*4个中文汉字和一些简单的图片，显示信息也非常的清楚。使用时也直接编写软件程序按一定的时序驱动即可。不过它的价格比1602液晶贵了很多。在本设计中，我们只需要显示最后电压的数字值和电压的单位，综合上面各种显示器件的特点：数码管只能显示数字，不能显示单位字符，不符合本设计的要求。而点阵显示器件驱动显示软件程序编写麻烦，占用的引脚相对也较多。也不是理解的显示器件。所以在本设计中，我们考虑用液晶显示器件，虽然12864 液晶比1602液晶的功能强，不过在价格方面贵了好多。而1602液晶也足够满足本设计的需要。因此，在本设计实验我们选择1602液晶显示器件。4.2 1602液晶的参数资料示模块的显示器件。以下是1602液晶的各方面我们选择了1602液晶做为本设计的显参数: 接口信号说明: 编号符号引脚说明1VSS电源地2VDD电源正极3WL液晶显示偏压信号4RS数据/命令选择器5R/W读/写选择器6E使能信号7-14D0-D7Data I/015BLA背光源正极16BLK背光源负极基本操作时序: 1. 读状态:输入:RS=0，RW=1，E=1、输出:D0-D7为状态字 2. 写状态:输入:RS=0，RW=0，D0-D7为指令码，E为高脉冲、输出:无 3. 读数据:输入:RS=1，RW=1，E=1。输出:D0-D7 为数据。4. 写数据:输入:RS=1，RW=0，D0-D7为数据，E为高脉冲。输出:无 状态字说明STA7STA6STA5STA4STA3STA2STA1STA0STA0-6当前数据地址指针的数值STA7读写操作使能1：禁止 0：允许指令的说明.显示模式设置指令码功能0011100设置16*2显示，5*7点阵，8位数据口显示开/关及光标设置指令码功能00001DCBD=1 开显示；D=0 关显示C=1 显示光标；C=0 不显示光标B=1 光标闪烁；B=0 光标不显示闪烁000001NSN=1 当读写一个字条款后地址指针加一，且光标加一。N=0 当读或写一个字符后地址指针减一，且光标减一。S=1 当写一个字条款，整屏显示左移（N=1）或右移（N=0），以得到光标不移动而屏幕移动的效果。S=0 当写一个字符，整屏显示不移动。数据控制指令码功能80H+地址码 （0-27H,40H-67H）设置数据地址指针01H显示清屏：1.数据指针清0 2.所有显示清002H显示回车： 数据指针清0第5章 模数(A/D)转换芯片的选择在本设计中，模数(A/D)转换模块是一个重要的模块，它关系到最后数电压表电压值的精确度。所以，A/D 芯片的选择是设计过程中一个很重要的环节。5.1 常用的A/D芯片简介 常用的A/D芯片有AD0809，AD0832，TLC2543等几种。下面简单介绍一下这三种芯片。AD0809是8位逐次逼近型A/D转换器，它是由一个8路的模拟开关，一个地址锁存译码器，一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通 8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。些A/D转换器是的特点是8位精度，属于并行口，如果输入的模拟量变化大快，必须在输入之前增加采样电路。AD0832也是8位逐次逼近型A/D转换器，可支持致命伤个单端输入通道和一个差分输 入通道。它易于和微处理器接口或独立使用；可满量程工作；可用地址逻辑多路器选通各输 入通道。TLC2543是12位开关电容逐次逼近 A/D 转换，每个器件有三个控制输入端，片选端， 输入/输出时钟以及地址输入端。它可以从主机高速传输转换数据。它有高速的转换，通用的控制能力，具有简化比率转换，刻度以及模拟电路与逻辑电路和电源噪声隔离，耐高温等特点。 综合上述几种A/D转换芯片的特点，前两种芯片的性能和精度都不如第三种芯片。在本设计中，我们的目标是设计高精度的电压表，因此在此，我们选择精度为12位的TLC2543芯片。5.2 模数(A/D)芯片 TLC2543 的资料 综合本设计的各方面考虑，我们选了TLC2543模数转换芯片。下面就介绍此芯片的各方面资料。A/D、D/A转换器是过程及仪器仪表、设备等检测与控制装置中应用比较广泛的器件。随着大规模集成电路技术的发展，各种高精度、低功耗、可编程、低成本的A/D转换器不断推出，使得微机控制系统的电路更加简洁，可靠性更高。TLC2543与外围电路的连线简单，三个控制输入端为CS(片选)、输入/输出时钟(I/O CLOCK)以及串行数据输入端(DATA INPUT)。片内的14通道多路器可以选择11个输入中的任何一个或3个内部自测试电压中的一个，采样保持是自动的，转换结束，EOC输出变高。TLC2543的主要特性如下：1. 11个模拟输入通道；2. 66ksps的采样速率；3. 最大转换时间为10s；4. SPI串行接口；5. 线性度误差最大为1LSB；6. 低供电电流(1mA典型值)；7. 掉电模式电流为4A。TLC2543 芯片的封装引脚图和引脚说明如下:图3 TLC2543的引脚排列引脚说明:引脚号名称I/0说明1-9, 11, 12AINO-AINIOI模拟输出端15CSI片选端17Data inputI串行数据输入端16Data out0用于A/D转换结果输出的3态串行输出端19EOC0转换结束端10GND接地端18I/0 clkI输入/输出时钟端11REF+I正基准电压端13REF-I负基准电压端20VCC正电压端各引脚的使用详细介绍 1. AIN0-AIN10 这 11 个模拟信号输入由内部多路选器选择。对4.1MHZ的 I/Oclk，驱动源阻抗必须小于或等于50欧并且能够将模拟电压由60PF的电容来限制其斜率。2. 在CS端的一个由高低低变化将复位内部计数器并控制使能data out,data input和I/O clk。一个由低至高的变化将在一个设置时间内禁止data input和I/O clk. 3. 串行数据输入端data input是一个4位的串行地址选择下一个即将被转换的所需的模拟输入或测试电压。串行数据以MSB为前导并在I/O clk的前4个上升沿被移入。4在个地址位被读入地址寄存器后，I/O clk将剩下的几位依次输入。4. Data out在CS为高时处于高阻抗状态，而当CS为低时处于激活状态。CS一旦有效，按照前一次转换结果的MSB/LSB值将data out从高阻抗状态转变成相应的逻辑电平，I/O clk的下一个下降沿将根据下一个MSB/LSB将data out 驱动成相应的逻辑电平，剩下的各位依次移出。 5. EOC在最后的I/O clk下降沿之后，从高电平变为低电平并保持低直到转换完成及数据准备传输。6. GND端是内部电路的地回路端，除加有说明外，所有电压测量都相对于 GND。 7. I/O clk端串行输入并完成以下四个功能：第一，在 I/O clk 的前8个上升沿，它将8个输入数据信键入输入数据寄存器。在第4个上升沿之后为多路器的地址。第二，I/O在clk的第4个下降沿，在选定的多路器的输入端上的模拟输入电压开始和电容器充电并继续到I/O clk的最后一个下降沿。第三，它将前一次转换的数据的其余11位移出data out端。在I/O clk的下降沿时数据变化。第四，在I/Oclk的最后一个下降沿它将转换的控制信号传送到内部的状态控制位。 8. REF+端通常接VCC，最大输入电压范围取决于加于本端与加于REF-端的电压差。9. REF-端通常接地。第6章 总体设计6.1 技术要求1) 最高量程为:200V。 2) 分为三档量程:2V，20V，200V。可以通过调档开关实现各档位。最高精度为 0.01mv。3) 被测电压的电压值小于1V时，有自动换以MV为单位显示。4) 通过按键可以显示5秒的平均电压的电压值。6.2 设计方案 根据上述，我们选择单片机与A/D转换芯片结合的方法实现本设计。使用的基本元器件是:AT89C51单片机。TLC2543模数转换芯片，1602液晶显示器，开关，按键，电容，电阻，晶振，标准电源等等。 设计的基本框图如图4: 图4 设计的基本框图第7章 硬件电路系统模块的设计根据上述选择的各元器件，各电路模块的电路图如下描述。7.1 单片机系统 单片机最小系统包括晶振电路,复位电路,电源.其原理图如图5: 图5 晶振电路,复位电路,电源的原理图此模块中，单片机的晶振是12MHZ，C1和C2的电容是10UF，C3可选 1-10UF。R电阻为1K。7.2 输入电路 由于输入电路的电压比基准电压(2V)高很多，因此在输入电路必须加电压衰减器。衰减电路可由开关来选择不同的衰减率，从而切换档位。则完整输入电路如图6: 图6 完整的输入电路图通过计算，可知设计衰减器用的电阻R2，R3和R4分别为:9M，900K，100K 控制档位的开关是双开关的，目地是能够使单片机CPU自动识别档位，即可用相应的档位的数据转换的算法计算出正确的电压值。被测电压输入端，整理过的模拟电压输入端，开关与单片机的连接如图所示。 7.3 A/D 转换芯片与单片机的连接 此设计中选择的是A/D转换芯片的通道0，A/D芯片的数据输入口连接单片机的P1.3口，数据输出口连接单片机的P1.4口，芯片使能端连接单片机的 P1.5 口，脉冲端连接单片机的P1.6口。模块连接如图7所示。图7 A/D 转换芯片与单片机的连接图7.4 1602 液晶与单片机连接 此模块液晶的 RS，RW 和E端分别连接单片机的 P1.2，P1.1 和 P1.0 口；液晶的数据各端口连接单片机的 P0 口。具体如图8所示。 图8 1602液晶与单片机连接图7.5 键盘与单片机的连接如下 此键盘的一