51单片机数字电压表毕业论文

（基于（基于 5151 单片机的数字电压表设计）单片机的数字电压表设计） 摘要摘要 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“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。数 字电压表简称 DVM，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 换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。 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。A/D 转换主要由 芯片 ADC0804 来完成，它负责把采集到的模拟量转换为相应的数字量再传送到数据 处理模块。控制系统采用 AT 单片机，A/D 转换采用 ADC0804。 关键词关键词：单片机，A/D,AT89C52转换,ADC0804 - I - Abstract With Chip Processor is a kind of chip of integrated circuit, adopt to exceed large-scale technology have data handling ability( such as arithmetic manipulation, logic is operational , data deliver and suspend handling) tiny processor ( CPU ). Along with Chip Processor technology develop fast, various Chip Processor come in great numbers, Chip Processor technology has become a important sign of the national modern level of science and technology. Chip Processor can complete modern industrial control alone the intelligent control function that will beg, this is the feature of biggest Chip Processor. When Chip Processor control system can replace, using the control system that complex electron ic line or digital circuit forms can software control come to realize, and can realize intelligence to melt. Now, Chip Processor control category is omnipresent , for instance communicate product, electric home appliances, intelligent instrument appearance, course control and the control equipment for special purpose and so on, the application fieldof Chip Processor is more and more extensive. Graduate the program of design is ；the design ofdigital volmeter ；. Check on our condition for the aspects such as Chip Processor technology and programming ability mainly. Observe actual programming ability as well as the ability of independent analysis and design Chip Processor. This program solves the data handling and conversion of A/D mainly and shows the 3 modulars such as control. Control system adopts AT89C52 only flat machine, the conversion of A/D adopts ADC0804. Keywords : ChipProcessor, AT89C52, A/D changes, ADC0804. - II - 目录 1 1 数字电压表设计两种方案.3 1.1 由数字电路及芯片构建.3 1.2 由单片机系统及 A/D 转换芯片构建.3 2 2 单片机简介及本设计单片机的选择.5 2.1 常用单片机的特点比较及本设计单片机的选择.5 2.2 本设计使用的单片机的简介.5 2.3 单片机管脚说明.7 3 3 各种显示器件的介绍和选择各种显示器件的介绍和选择.9 3.1 常用显示器件简介.9 3.2LED 显示器件简介 .10 3.3 1602 使用说明 3.4 液晶显示部分与 89S52 的接口 .13 4 4 模数（A/D）转换芯片的选择 .15 4.1 常用的 A/D 芯片简介.16 4.2A/D 芯片的选择.17 5 5 总体设计.18 5.1 技术要求：.18 5.2 设计方案：.18 5.3 系统硬件电路的设计.18 6 6 硬件电路系统模块的设计.21 6.1 单片机系统.21 6.2A/D 转换芯片与单片机的连接.21 6.3 时钟电路.21 6.4 复位电路.21 - III - 6.5 显示电路设计.21 7 7 系统的调试.23 7.1 硬件调试.23 7.2 软件件调试.23 7.3 软硬联调.23 8 8 数据结果分析.25 8.1 系统调试和校准.21 8.2 测试数据.21 总结.26 致谢.23 参考文献.27 附件.30 - IV - 前言前言 数字电压表（Digital Voltmeter）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- 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。 5.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，电压、电流和频率是最基本的三个被测量。其中，电压量的 测量最为经常。而且随着电子技术的发展，更是经常需要测量高精度的电压，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. -2- 1 1 数字电压表设计两种方案数字电压表设计两种方案 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。 1.11.1 由数字电路及芯片构建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。A/D 转换器采用 ICL7107 型三位半显示的芯片，输入信号，流经取样电路 取样后送到 ICL7107 型三位半 A/D 转换器，只需要很少的简单外围元件，就可组成 数字电流表模块，直接驱动三位半LED 显示器显示，最后输入电流在显示部分显 示。ICL7107 做的 LED 数字表,最大的缺点就是数字乱跳不稳定,特别最后一位。 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。 1.21.2 由单片机系统及由单片机系统及 A/DA/D 转换芯片构建转换芯片构建 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 -3- 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。 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。 2 2 单片机简介及本设计单片机的选择单片机简介及本设计单片机的选择 2.12.1 常用单片机的特点比较及本设计单片机的选择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所 需要的大部分部件：CPU，内存，总线系统等。而目前常用的单片机的 8 位有 51 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。 2.22.2 本设计使用的单片机的简介本设计使用的单片机的简介 单片机采用 MCS-51 系列单片机。由 ATMEL 公司生产的 AT89S52 是一种低功耗、 高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。使用 Atmel 公司 -5- 高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。在单芯 片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在线系统可编程 Flash，使得 AT89S52 为众多嵌入式 控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案。AT89S52 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash，256 字节 RAM，32 位 I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个 16 位 定时器/计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。 空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉 电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个 中断或硬件复位为止。而且，它还具有一个看门狗（ WDT）定时/计数器，如果程序 没有正常工作，就会强制整个系统复位，还可以在程序陷入死循环的时候，让单片 机复位而不用整个系统断电，从而保护你的硬件电路。 AT89S52 有 40 个引脚，32 个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含 2 个外 中断口，2 个 16 位可编程定时计数器,2 个全双工串行通信口，片上 Flash 允许程序 存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。AT89S51 具有 PDIP、PQFP/TQFP 及 PLCC 等封 装形式，以适应不同产品的需求。本文用的 AT89S51 的封装形式是 PDIP 其将通 用的微处理器和 Flash 存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 Flash 存储器可有 效地降低开发成本。其芯片外观及引脚图如下： 图 2.1 -6- 2.32.3 单片机管脚说明单片机管脚说明 VCC：供电电压。 GND：接地。 P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门流。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。 P1 口：P1 口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。 P2 口：P2 口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。 P3 口：P3 口管脚是 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 AT89S52 的一些特殊功能口，如下表所示： 表2.1AT89S52 引脚功能表 管脚 P3.0 RXD 备选功能 （串行输入口） （串行输出口） P3.1 TXD -7- P3.2 /INT0 （外部中断 0） （外部中断 1） （记时器 0 外部输入） （记时器 1 外部输入） （外部数据存储器写选通） （外部数据存储器读选通） P3.3 /INT1 P3.4 T0 P3.5 T1 P3.6 /WR P3.7 /RD P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：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。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地 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。 /PSEN：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/PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN 信号将不出 现。 /EA/VPP：当/EA 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，/EA 将内部锁定为 RESET；当/EA 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）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 -8- 3 3 各种显示器件的介绍和选择各种显示器件的介绍和选择 3.13.1 常用显示器件简介常用显示器件简介 显示电路在单片机系统中往往必不可少，是最常用的输出设备，为人们提供良 好的人-机界面。常用的显示元件有简单的发光二极管、LED 数码管、LCD 显示器 等。LED 数码管具有体积小、亮度高、重量轻等优点，常在显示内容不是太复杂的情 况下使用；LCD 显示器功耗低、轻便防震，但亮度不够高，而且造价相对较高。本系 统的显示内容较简单，故采用 LED 数码管显示。但显示内容较多，为了减少对单片 机端口的占用和满足对数码管的驱动电流的要求，本系统采用了移位寄存器 74LS164 作为显示驱动芯片。 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，使用也非常的方便，显示效果非常的清楚。小电流 下可以驱动每光，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 点阵显示器件是由好多个发光二极管组成的。通过不同的组合可用来显示数 字 09，字符 AF 、H、L、P、R、U、Y 等符号及小数点“.”。 它可分为共阳极 和共阴极两种类型，本系统采用共阳极数码管， 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。 1602 液晶是工业字符型液晶，能够同时显示 16*2 即 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。 -9- 3.23.2 液晶显示部分液晶显示部分 显示接口用来显示系统的状态，命令或采集的电压数据。本系统显示部分用的 是 LCD 液晶模块，采用一个 161 的字符型液晶显示模块， 点阵图形式液晶由 M 行N 列个显示单元组成，假设 LCD 显示屏有 64 行，每 行有 128 列，每 8 列对应 1 个字节的 8 个位，即每行由 16 字节，共 168=128 个点组成，屏上 6416 个显示单元和显示 RAM 区 1024 个字节相对应，每一字节 的内容和屏上相应位置的亮暗对应。一个字符由 68 或 88 点阵组成，即要找到 和屏上某几个位置对应的显示 RAM 区的 8 个字节，并且要使每个字节的不同的位为 1，其它的为0，为1的点亮，为0的点暗，这样一来就组成某个字 符。但对于内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可让控制器工 作在文本方式，根据在 LCD 上开始显示的行列号及每行的列数找出显示 RAM 对应的 地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可 。为了减少对单片机端口的占用 和满足对数码管的驱动电流的要求，本系统采用了串并转换芯片 74LS164 作为驱动 芯片，对单片机串行口输出的数据进行串并转换，作为数码管的段码用以驱动数码 管显示数据；数码管的公共端则由 PNP 型三极管 8550 控制，位驱动码由 P0 口送 出，导通三极管，点亮相应的数码管显示。数码管显示采用动态扫描技术，以减少 硬件电路。 3.3 16023.3 1602 使用说明使用说明 图 2.4.1.1 1601 引脚图 1602 液晶模块引脚说明 引脚符号功能说明 -10- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 GND Vcc VL RS R/W E DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7 接地 5V 驱动 LCD，一般将此脚接地 寄存器选择 0：指令寄存器（WRITE）Busy flag,位址计 数器（READ） 1：数据寄存器（WRITE,READ） READ/WRITE 选择 1：READ 0：WTITE 读写使能（下降沿使能） 低 4 位三态、双向数据总线 高 4 位三态、双向数据总线 另外 DB7 也是一个 Busy flag 表 2.4.1.1LCD1601 液晶模块的引脚 寄存器选择，如表所示： 表 2.4.1.2 寄存器选择控制线操作 RS 0 0 1 1 R/W 0 1 0 1 操作说明 写入指令寄存器（清除屏幕等） 读 Busy flag(DB7),以及读取位址计数器（DB0DB6)值 写入数据寄存器（显示各字型等） 从数据寄存器读取数据 Busy flag(DB7):在此位未被清除为“0”时，LCD 将无法再处理其他指令要求。 -11- (1)显示地址：内部地址计数器的计数地址：SB7=0(DB0DB6)第一行 00、01、 02 等，第二行 40、41、42 等，可配合检测 DB7=1 (RS=0,R/W=1)读取目前 显示字的地址，判断是否需要换行。 表 2.4.1.3LCD1601 161 显示字的地址 12345678910111213141516 00010203040506074041424344454647 (2)外部地址：DB7=1,亦即 80H内部计数地址，可以用此方式将字显示在某一位 置。 LCD 各地址列举如下表： 表 2.4.1.4LCD1601 161 显示字的外部地址 161 16 字 1 行 1601 1 80 表 2.4.1.5 LCD1601 的指令组 指令 说明 清除显示幕 光标回到原点 进入模式设定 显示幕 ON/OFF 移位 功能设定 字发生器地址设 定 设置显示地址 忙碌标志位 BF 显示数据 RS 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 R/W 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -12- D7 0 0 0 0 0 0 0 0 1 D6 0 0 0 0 0 0 1 1 设置码 D5 0 0 0 0 0 1 D4 0 0 0 0 1 DL D3 0 0 0 1 S/C N AGC ADD BF 写入数据 D2 0 0 1 D R/L F D1 0 1 I/D C * * D0 * * S B * * 2 81 3 82 4 83 5 84 6 85 7 86 8 87 9 C0 10 C1 11 C2 12 C3 13 C4 14 C5 15 C6 16 C7 读取数据11读取数据 I/D I/D=1表示加 1， I/D=0 表示减 1 S S=1表示显示幕 ON S=0 表示 OFF D D=1表示显示屏幕 ON D=0 表示显示屏幕 OFF C C=1表示光标 ON C=0 表示光标 OFF B B=1表示闪烁 ON B=0 表示显示闪烁 OFF S/C S/C=1 表示显示屏幕移位 S/C=0 光标移位 R/L R/L=1 表示右移 R/L=0表示左移 DL DL=1 表示 8 位 DL=0表示 4 位 F F=1 表示 510 点矩阵 F=0 表示 57 点矩阵 N N=1 表示 2 行显示行 N=0 表示 1 行显示行 BF BF=1:内部正在动作 BF=0:可接收指令或数据码 3.43.4 液晶显示部分与液晶显示部分与 89S5289S52 的接口的接口 如图所示：用 89S52 的 P2 口作为数据线，用 P0.1、P0.2、P0.3 分别作为 LCD 的 E、R/W、RS。其中 E 是下降沿触发的片选信号，R/W 是读写信号，RS 是寄存器选 择信号本模块设计要点如下：显示模块初始化：首先清屏，再设置接口数据位为8 位，显示行数为 1 行，字型为 57 点阵，然后设置为整体显示，取消光标和字体闪 烁,最后设置为正向增量方式且不移位。向 LCD 的显示缓冲区中送字符，程序中采用 2 个字符数组，一个显示字符，另一个显示电压数据，要显示的字符或数据被送到相 应的数组中，完成后再统一显示.首先取一个要显示的字符或数据送到 LCD 的显示缓 冲区，程序延时 2.5ms,判断是否够显示的个数，不够则地址加一取下一个要显示的 字符或数据。 -13- 2.4.2.1 液晶与 89S52 的接口 另外，一般 I/O 接口芯片的驱动能力是很有限的，在 LED 显示器接口电路中， 输出口所能提供的驱动电流一般是不够的尤其是设计中需要用到多位 LED，此时就需 要增加 LED 驱动电路。常用的是 TTL 或 MOS 集成电路驱动器，在本设计中采用了 AD0804 芯片驱动电路。 -14- 4 模数（模数（A/DA/D）转换芯片的选择）转换芯片的选择 A/D 转换器是模拟量输入通道中的一个环节，单片机通过 A/D 转换器把输入模拟量 变成数字量再处理。模数转换(ADC)亦称模拟一数字转换，与数/模(D/A)转换相反， 是将连续的模拟量（如象元的灰阶、电压、电流等）通过取样转换成离散的数字 量。例如，对图象扫描后，形成象元列阵，把每个象元的亮度（灰阶）转换成相应 的数字表示，即经模/数转换后，构成数字图象。通常有电子式的模/数转换和机电式 模/数转换二种。在遥感中常用于图象的传输，存贮以及将图象形式转换成数字形式 的处理。例如：图像的数字化等 随着大规模集成电路的发展，目前不同厂家已经生产出了多种型号的 A/D 转换 器，以满足不同应用场合的需要。如果按照转换原理划分，主要有 3 种类型，即双 积分式 A/D 转换器、逐次逼近式 A/D 转换器和并行式 A/D 转换器。目前最常用的是 双积分和逐次逼近式。 双积分式 A/D 转换器具有抗干扰能力强、转换精度高、价格便宜等优点，比如 ICL71XX 系列等，它们通常带有自动较零、七段码输出等功能。与双积分相比，逐 次逼近式 A/D 转换的转换速度更快，而且精度更高，比如ADC0808、ADC0809 等，它们通常具有 8 路模拟选通开关及地址译码、锁存电路等，它们可以与单片机 系统连接，将数字量送单片机进行分析和显示。总之要比较 A/D 转换器位数. A/D 转 换器的转换速率. 采样/保持器. A/D 转换器量程. 满刻度误差. 线性度 -15- 4.14.1 常用的常用的 A/DA/D 芯片简介芯片简介 A/D 转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。数据传送的关键问题是 如何确认 A/D 转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行传送。为此可采用下述 三种方式。 （1）定时传送方式 对于一种 A/D 转换其来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。例 如 ADC0809 转换时间为 128s，相当于 6MHz 的 MCS-51 单片机共 64 个机器周 期。可据此设计一个延时子程序， A/D 转换启动后即调用此子程序，延迟时间一 到，转换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。 （2）查询方式 A/D 转换芯片由表明转换完成的状态信号，例如 ADC0809 的 EOC 端。因此可 以用查询方式，测试 EOC 的状态，即可却只转换是否完成，并接着进行数据传送。 常用的 A/D 芯片有 AD0809，AD0832，TLC2543C 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。 TLC2543C 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，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。 -16- 4.2 A/D4.2 A/D 芯片的选择芯片的选择 ADC0809ADC0809 引脚结构功能说明图：引脚结构功能说明图： 15、2628，IN0IN7：8 路模拟量输入端。 1415、8、1721，D0D7：8 位数字量输出端。 2325，ADDA、ADDB、ADDC：3 位地址输入线，用于选通8 路模拟输入中的一路 22，ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效，对应ALE 上跳沿， A、B、C 地址状 态送入地址锁存器中。 6，START：AD 转换启动信号，输入高电平有效，START 上升沿时，复位ADC0809 ； START 下降沿时启动芯片，开始进行A/D 转换；在 A/D 转换期间， START 应 保持 低电平。本信号有时简写为ST. 7，EOC：AD 转换结束信号，输出，当AD 转换结束时，此端输出一个高电平（转换 期间一直为低电平）。 9，OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当AD 转换结束时，此端输入一个高 电平，才能打开输出三态门，输出数字量，用于控制三态输出锁存器向单片机输 出转换得到的数据。 OE=0，输出数据线呈高阻； OE=1，输出转换得到的数据。 10，CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ ，EOC=0,正在进行转换； EOC=1,转换结束。使用中该状态信号即可作为查询的状态标志，又可作为中断 请求信号使用。 12、16，REF（+）、REF（-）：基准电压。 11，Vcc：电源，单一 5V。 13，GND：地。 -17- 5 5 总体设计总体设计 5.15.1 技术要求：技术要求： 基本功能：电压测量范围 05V；能用数码管显示电压值；采集电压的大小 (保 留小数点后 3 位)；整个电压采集显示过程通过两个按键控制启动和停止;系统具有复 位功能。 5.25.2 设计方案：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： AT89C52 单片机，AD0809 模数转换芯片， LED 显示器，开关，按 键，电容，电阻，晶振，标准电源等等。 设计的基本框图如下 单片机系统模块单片机系统模块 16021602 液晶显示模块液晶显示模块 A/DA/D 转换模块转换模块 输入电路模块输入电路模块 按键模块按键模块 图 5.1设计的基本框图 5.35.3 系统硬件电路的设计系统硬件电路的设计 数字电压测量电路由 A/D 转换、数据处理及显示控制等组成。A/D 转换由集成 电路 0809 完成。0809 具有 8 路拟输入端口，地址线（23- 25 脚）可决定对哪一路 模拟输入作 A/D 换。22 脚为地址锁存控制，当输入为高电平时，对地址信号进行锁 -18- 存。6 脚为测试控制，当输入一个 2uS 宽高电平脉冲时，就开始 A/D 转换。7 脚为 A/D 转换结束标志，当 A/D 转换结束时，7 脚输出高电平。9 脚为 A/D 转换数据输 出允许控制，当 OE 脚为高电平时，A/D 转换数据从该端口输出。10 脚为 0809 的时 钟输入端，利用单片机 30 脚的六分频晶振频率再通过 14024 二分频得到 1MHz 时 钟。单片机的 P1、P3.0P3.3 端口作为四位 LED 数码管显示控制。P3.5 端口用作单 路显示/循环显示转换按钮，P3.6 端口用作单路显示时选择通道。P0 端口作 A/D 转 换数据读入用，P2 端口用作 0809 的 A/D 转换控制。 -19- 6 6 硬件电路系统模块的设计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。 6.16.1 单片机系统单片机系统 单片机最小系统包括晶振电路，复位电路，电源。其原理图如上：此模块中，单片 机的晶振是 12MHZ，C1 和 C2 的电容是 22UF，C3 可选 10UF。R1 电阻为 1K。 6.2 A/D6.2 A/D 转换芯片与单片机的连接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，