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毕 业 论 文题 目： 数字电压表的设计 作 者： 学 号： 系 ： 专 业： 班 级： 1 指导者： 讲 师 评阅者： 年 月毕业设计（论文）中文摘要数字电压表的设计摘要 我的毕业设计选择了数字电压表的设计作为课题，是希望通过对这个课题的分析和研究，使我能够对数字电压表的原理作进一步的学习和了解。在电气测量中，电压是一个很重要的参数。如何准确的测量模拟信号的电压值，是我们一直需要研究的问题。现在数字电压表的生产有很多，有基于单片机的数字电压表的设计，有基于CPLD的数字电压表的设计。越来越多的设计只是为了能够使电压表的设计更趋于智能化，简易化，精确化。数字电压表主要元件是单片机，它是一种集成电路芯片，随着计算机在社会领域的渗透，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月异更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心来使用。但是仅单片机方面的知识是远远不够的，它还需要与模拟电路等联系起来。数字电压表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，还可以与PC进行实习通信。目前，由各种单片A/D转换器构成的数字电压表，已被广泛用于电子及电工测量、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。与此同时，由DVM扩展而成的各种通用及专用数字仪器仪表，也把电量及非电量测量技术提高到崭新水平。数字电压表的设计和开发,已经有多种类型和款式,传统的数字电压表各有特点,它们适合在现场做手工测量,要完成远程测量并要对测量数据做进一步处理,传统数字电压表是无法完成的。然而基于PC通信的数字电压表,既可以完成测量数据的传递,又可借助PC,做测量数据的处理,所以这种类型的数字电压表无论在功能和实际上,都具有传统数字电压表无法比拟的特点,这使得它的开发和应用具有良好的前景。关键词 数字电压表 单片机 A/D转换器 LED显示器第1页，共17页目 录1 引言 12 数字电压表的硬件组成及其功能介绍 22.1 AT89c51单片机的组成及其功能介绍 2-62.2 ADC0809转换器 72.3 LED结构与显示方式件82.4 设计的基本框图 93 软件设计 103.1 主电路图 10 3.2 主程序 103.3 A/D转换测量子程序图 114 时钟电路的设计 125复位电路的设计 12 6指令集 13结论14 致谢 14参考文献 15第3页，共17页1 、 引言21世纪是信息技术蓬勃发展的世纪，那么信息技术发展的具体现是什么？单片机技术的应用应该是其中的一个方面。生产中使用的智能仪表、分布式控制系统总线、智能家电和智能办公室设备等都可以见到单片机的身影。日常生活中常用的电子产品如MP3、手机、数码照相机、智能洗衣机、高科技电视机、智能冰箱等都是以单片机控制为核心的。数字电压表也是其中一个应用。随着现代控制理论应用于现代航空工业取得的辉煌成果，随机控制，自适应控制和大系统控制等理论逐步成熟起来。计算机控制系统的应用得到了空前的发展，特别是单片机控制系统，作为嵌入式系统的一个主流发展方向，在功能，可靠性，实时性，控制算法等方面都得到了快速发展。作为单片机家族的一员，51系列机直到现在仍不失为单片机的主流机型。目前，国内同类机型较多，价格也不高。20多年来的应用证明，单片机性能稳定，可靠。单片机控制系统较好地实现了以软件取代模拟或数字电路硬件，提高了系统的性能，改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。许多国内，外厂家用于工业控制计算机系统的各类插板或功能块也多采用51系列芯片。 目前市场上主要使用的是传统的步进电动机，其工作效率低，控制精度不高，为了解决此类问题，利用单片机来处理海量数据计算。另一方面，随着全球制造中心向中国的转移，用于机械、电子、环保等产业的高端精密加工技术和设备在我国具有更广阔的市场。2 、数字电压表的硬件组成及其介绍单片机选用89S51或89C51，A/D转换器选用ADC0809，4位LED数码管2.1 AT89C51单片机的组成及其功能概述该系列单片机是采用高性能的静态89C51设计。由先进CMOS工艺制造并带有非易失性Flash程序存储器。全部支持12时钟和6时钟操作。P89C51X2和P89C52X2/54X2/58X2分别包含128字节和256字节RAM、32条I/O 口线、3个16位定时/计数器、6输入4优先级嵌套中断结构、1个串行I/O口（可用于多机通信、I/O扩展或全双工UART）以及片内振荡器和时钟电路。此外，由于器件采用了静态设计，可提供很宽的操作频率范围（频率可降至0）。可实现两个由软件选择的节电模式空闲模式和掉电模式。空闲模式冻结CPU， 但RAM、定时器、串口和中断系统仍然工作。掉电模式保存RAM的内容，但是冻结振荡器，导致所有其它的片内功能停止工作。由于设计是静态的，时钟可停止而不会丢失用户数据。运行可从时钟停止处恢复。(1) 特性:1 、 AT89C51 核心处理单元:4k 字节FLASH AT89C51X28k 字节FLASH AT89C52X216k 字节FLASH AT89C54X232k 字节FLASH AT89C58X2128 字节RAM AT89C51X2256 字节RAM 89C52X2/54X2/58X2布尔处理器全静态操作2 、 12时钟操作可选6 个时钟通过软件或并行编程器存储器寻址范围:64K 字节ROM 和64K 字节RAM3 、 电源控制模式:时钟可停止和恢复空闲模式掉电模式4 、 两个工作频率范围:6 时钟模式时为0 到20MHz12 时钟模式时为0 到33MHz5 、 LQFP, PLCC 或DIP 封装6 、 扩展温度范围7 、 双数据指针8 、 3个加密位9 、 4个中断优先级10 、 6个中断源11 、 4个8 位I/O 口12 、 全双工增强型UART:帧数据错误检测自动地址识别13 、 3个16位定时/计数器T0 、T1标准89C51和增加的T2捕获和比较14 、 可编程时钟输出15 、 异步端口复位16 、 低EMI (禁止ALE 以及6 时钟模式)17 、 掉电模式可通过外部中断唤醒(2) AT89C51的引脚功能说明图1-1 单片机的引脚图P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在FLASH编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1口：P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流I。P2口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流I。在访问外部存储器或16位地址的外部数据存储器时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器时，P2口线上的内容（也即特殊功能寄存器（SFR）区中的R2寄存器的内容），在整个访问期间不变。FLASH编程或校验时，P2亦接收高位地址和其他控制信号。 P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时，他们被内部上拉电阻拉高并作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流I。P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能， P3.0端口的第二功能端口引脚第二功能P3.0RXD(串行输入口)P3.1TXD(串行输出口)P3.2(外中断0)P3.3（外中断1）P3.4T0(定时/计数器0外部输入)P3.5T1（定时/计数器1外部输入）P3.6（外部数据存储器写选通）P3.7（外部数据存储器选读通）P3口还接收一些用于FLASH闪速存储器编程和程序校验的控制信号。RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个周期以上高电平将使单片机复位。ALE/：当外部程序存储器或数据存储器时，ALE(地址锁存允许)输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲()。：程序存储允许（）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C51由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，这两次有效的信号不出现。EA/VPP：外部访问允许。欲CPU仅访问外部程序存储器（地址0000H-FFFFH）,EA端必须保持低电平（接地）。XTAL1：荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端(3) 单片机的内部结构框图图1-2 单片机AT89C51的内部方框图2.2 ADC0809转换器（1）特性它是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。它对输入量模拟要求：信号单极性，电压范围是0-5V，若信号不好，必须进行放大，输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。在计算机系统中。特别是在实时控制系统中，常常需要把外界连续变化的物理量，变换为数字量送入计算机或单片机内进行加工处理；反之，也需要将计算机或单片机处理的结果转换为模拟量，对被控对象进行控制，若输入的是非电的模拟信号，还需通过传感器转变为模拟量的过程，实现这种转换的器件称为模/数（A/D转换器）和数/模（D/A）转换器。（2）ADC0809的引脚图及其说明2.3 LED结构与显示方式1） LED显示器结构与原理LED显示块是由发光二极管显示字段的显示器件，也可称为数码管。在单片机应用系统中通常使用的是7段LED。这种显示块有共阴极和共阳极，如图图1-3所示。共阴极LED显示块的发光二极管共地，如图4-5所示。当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮。2） LED显示器与显示方式在单片机应用系统中，经常要使用LED显示块构成6位LED显示器。6位显示器有6根位选线和48根段选线。根据显示方式不同。位选线和段选线的连接方法不同。段选线控制要显示什么样的字符，而位选键要控制在哪一位上显示这个字符.LED显示器有静态显示和动态显示两种显示方式。LED静态显示方式。所谓静态显示就是当显示器显示某一字符时，相应段的图1-3 数码管结构图发光二极管恒定的导通或截止，并且显示器的各位可同时显示，静态显示时较小的驱动电流就能得到较高的显示亮度。LED显示器工作在静态显示方式下，共阴或共阳极连接在一起接地或+5V；每位的段选线（a-dp）分别与一个8位的并行口相连。6位静态显示要求有48根I/O总线，占I/O总线资源最多。2.4 设计的基本框图A/D转换器与单片机的连接3 、 软件系统 本系统主要是由A/D 转换电路、参考电压电路、复位电路、时钟电路等部分电路组成。软件的设计包括了对主程序、模数转换程序和显示程序的设计。 31 主框架图 3.2 程序图（a）主程序(b)A/D转换测量程序 4 、 时钟电路的设计：单片机内部每个部件要想协调一致的工作，必须在统一5 、 复位电路的设计6 、 指令集1602通过D0D7的8位数据端传输数据和指令。 显示模式设置： (初始化) 0011 0000 0x38 设置162显示，57点阵，8位数据接口； 显示开关及光标设置： (初始化) 0000 1DCB D显示(1有效)、C光标显示(1有效)、B光标闪烁(1有效) 0000 01NS N=1(读或写一个字符后地址指针加1 &光标加1)， N=0(读或写一个字符后地址指针减1 &光标减1)， S=1 且 N=1 (当写一个字符后，整屏显示左移) s=0 当写一个字符后，整屏显示不移动 数据指针设置： 数据首地址为80H，所以数据地址为80H+地址码(0-27H，40-67H) 其他设置： 01H(显示清屏，数据指针=0，所有显示=0)；02H(显示回车，数据指针=0)。 通常推荐的初始化过程： 延时15ms 写指令38H 延时5ms 写指令38H 延时5ms 写指令38H 延时5ms （以上都不检测忙信号） （以下都要检测忙信号） 写指令38H 写指令08H 关闭显示 写指令01H 显示清屏 写指令06H 光标移动设置 写指令0cH 显示开及光标设置 完毕 LED_0 EQU 30H;LED_1 EQU 31H;LED_2 EQU 32H;LED_3 EQU 33H;ADC EQU 35H;ST BIT P3.2;OE BIT P3.0;EOC BIT P3.1;ORG 00H;START: MOV LED_0,#00H; MOV LED_1,#00H; MOV LED_2,#00H; MOV LED_3,#00H; MOV DPTR,#TABLE; SETB P3.4; SETB P3.5; CLR P3.6;WAIT: CLR ST; SETB ST; CLR ST; JNB EOC,$; SETB OE; MOV ADC,P1; CLR OE; MOV A,ADC; MOV B,#51; DIV AB; MOV LED_3,A; MOV A,B; MOV B,#5; DIV AB; MOV LED_2,A; MOV LED_1,B; LCALL DISP; SJMP WAIT;DISP: MOV A,#3