简易数字电压表论文

哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）题目简易数字电压表专业应用电子与通信技术系学号1059210201学生姓名石磊指导教师姓名王哲答辩日期2009年1月6日哈工大华德学院毕业设计（论文）评语姓名班号专业毕业设计（论文）题目工作起止日期年月日起年月日止指导教师对毕业设计（论文）进行情况，完成质量及评分意见_指导教师签字指导教师职称评阅人评阅意见_评阅教师签字评阅教师职称答辩委员会评语_根据毕业设计（论文）的材料和学生的答辩情况，答辩委员会作出如下评定学生毕业设计（论文）答辩成绩评定为对毕业设计（论文）的特殊评语_答辩委员会主任（签字）职称_答辩委员会副主任（签字）答辩委员会委员（签字）_年月日哈工大华德应用技术学院毕业设计（论文）任务书姓名石磊院（系）应用电子与通信技术系专业电子信息工程班号0592102任务起至日期2008年10月11日至2009年1月6日毕业设计（论文）题目简易数字电压表立题的目的和意义掌握AT89S52单片机和ADC0809八路A/D转换器的基本知识并做到理论知识与实际电路相合，熟悉汇编语言的运用及编程方法，熟悉模数转换芯片的工作原理。另外此设计还具有小巧轻便实用等诸多优点。技术要求与主要内容1测量范围052可以同时测量8路电压3四位数码管显示4误差范围005V进度安排110月1110月25日查阅资料、选择设计方案、开题210月26日11月22日硬件连接完成、软件完成初步、中检312月23日12月29日软硬件设计完成、结题验收、上交论文412月29日1月5日准备答辩51月6日答辩同组设计者及分工独立完成指导教师签字_年月日教研室主任意见教研室主任签字_年月日哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科毕业设计（论文）I摘要数字电压表（DIGITALVOLTMETER）简称DVM，利用A/D转换原理，将被测模拟量转换成数字量,并用数字方式显示测量结果的电子测量仪表。利用单片机技术结合A/D转换芯片ADC0809构建了一个简易数字电压表。设计主要采用STC89C52芯片和ADC0809芯片来完成一个简易的数字电压表，能够对输入的05V的模拟直流电压进行测量，并通过一个4位一体的7段LED数码管进行显示，测量误差约为002V。该电压表的测量电路主要由三个模块组成A/D转换模块、数据处理模块及显示控制模块。关键词简易数字电压表；STC89C52；ADC0809；四位数码显示哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科毕业设计（论文）IIABSTRACTARITHMETICFIGUREELECTRICVOLTAGEFORMDIGITALVOLTMETERBRIEFNAMEDVM,MAKEUSEOFTHEA/DCONVERSIONPRINCIPLE,WILLBEMEASUREDTHEAMOUNTOFEMULATIONCONVERSIONTHEARITHMETICFIGUREMEASURES,COUNTERACTINGTHEELECTRONICSTHATARITHMETICFIGUREMETHODMANIFESTATIONMEASURERESULTMEASURETHEAPPEARANCEMAKEUSEOFTHESINGLEAMACHINETECHNIQUECOMBINATIONA/THEDCONVERSIONANADC0809SETUPASIMPLEARITHMETICFIGUREELECTRICVOLTAGEFORMMAINADOPTIONINDESIGNAT89S51A0THE5VSOFSSOFEMULATIONSFORWITHTHESLICEOFADC0809TOCOMPLETINGASIMPLEARITHMETICFIGUREELECTRICVOLTAGEFORM,CANTOINPUTTINGDIRECTCURRENTELECTRICVOLTAGEPROCEEDSTHEDIAGRAPH,ANDPASS7LEDSFIGURESOFA4INTEGRALWHOLESTHETUBEPROCEEDTHEMANIFESTATION,MEASURINGERRORMARGINROUGHLY002VSTHEDIAGRAPHELECTRICCIRCUITOFTHEELECTRICVOLTAGESFORMISMAINTOBECONSTITUTEDBYTHREEMOLDSPIECEA/DCONVERSIONMOLDPIECE,DATAHANDLESMOLDPIECEANDMANIFESTATIONCONTROLMOLDPIECEKEYWORDSSIMPLEARITHMETICFIGUREELECTRICVOLTAGEFORMSTC89C52ADC0809FOURFIGURESESMANIFESTATION哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科毕业设计（论文）III目录摘要IABSTRACTII第1章绪论111课题背景112目的和意义113系统功能114技术要求1第2章系统设计221系统的论证222系统基本方案2221各模块方案选择2222系统各模块的最终方案323本章小结4第3章硬件的设计531系统硬件概述532数据处理芯片STC89C525321STC89C52简介5322STC89C52的引脚6323STC89C52的复位电路和时钟电路833模数转换芯片ADC080910331ADC0809内部逻辑结构10332ADC0809的引脚11333ADC0809的工作原理11334STC89C52与ADC0809的连接1234四位一体LED数码管1335本章小结15第4章软件的设计1641系统软件概述1642系统程序设计16421主程序设计16422子程序设计1643本章小结19哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科毕业设计（论文）IV第5章电源电路2051稳压电源2052本章小结20第6章系统调试及性能分析2161电压测试结论2162性能分析2163系统调试中遇到的问题及解决的方法2264本章小结22结论23致谢24参考文献25附录1英文参考资料26附录2译文30附录3系统电路图33附录4汇编语言程序清单34附录5原件清单42哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科毕业设计（论文）1第1章绪论11课题背景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。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，数字电压表具有测量精度高等优点，在读数方便，在体积、重量、耗电、稳定性及可靠性等方面性能指标均明显优于指针式万用表。随着微电子技术和超大规模集成电路技术的迅速发展，单片微型计算机以其体积小、性价比高、功能强、可靠性高等独有的特点，并在各个领域（如工业控制、家电产品、汽车电子、通信、智能仪器仪表）得到了广泛的应用。各种常用的仪器仪表中数字电压表是最常见的仪器仪表之一。目前，由各种单片机和大规模的A/D转换集成构成的数字电压表，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，示出强大的生命力。12目的和意义制作一个可以测量八路05V范围内的电压的简易数字电压表。掌握STC89C52单片机和ADC0809八路A/D转换器的基本知识并做到理论知识与实际电路相合，熟悉汇编语言的运用及编程方法，熟悉模数转换芯片的工作原理。13系统功能使用单片机STC89C52和ADC0809设计一个数字电压表，能够测量05V之间的直流电压值，三位数码显示。在单片机的作用下，能监测八路的输入电压值，用8位串行A/D转换器，基准电压为5V；能用一位LED进行轮流显示或单路选择显示，显示精度在005V以内。14技术要求（1）测量范围05V；（2）可以同时测量8路电压；（3）4位LED显示；（4）误差范围005V。哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科毕业设计（论文）2第2章系统设计21系统的论证简易数字电压表可以测量05V的8路输入电压值，并在4位LED数码管上显示出来。采集8个通道的模拟量在数码管显示出来。模拟量值的测量范围是0255,第一个数码管用于显示哪一个通道，后三个数码管用于显示采集的模拟量的值，每秒钟显示切换一下通道。本设计还扩展了通道选择和电路复位两种功能。在电路显示电压值时，系统设计了轮流显示和选择显示电压值两种功能的转换按键。一个是轮流显示通道的切换按键，另一个是选择通道的切换按键。在刚上电时，系统默认为循环显示8个通道的电压值状态。电路还增设了复位电路，当显示某一路电压值时按下复位键，电路将从第一路开始重新显示电压值。22系统基本方案根据设计要求,简易数字电压表测量电路主要由A/D转换模块、数据处理模块及显示模块组成。其系统框图如21图21简易数字电压表框图221各模块方案选择2211数据处理模块哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科毕业设计（论文）3方案一采用FPGA作为系统的控制器。FPGA（现场可编程门阵列）可以实现各种复杂的逻辑功能，它把所有的器件都集中在一块芯片上，体积小，稳定性高。同时FPGA可用EDA软件仿真调式,易于进行功能扩展。但是由于本系统对数据处理的速度要求并不是很高，而FPGA的管脚也比较多，布线起来会比较复杂，成本也会偏高。方案二采用STC89C52单片机作为系统的控制器。51系列的单片机的使用简单，软件编程灵活。自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且功耗低、体积小、技术成熟和成本低。2212A/D转换模块方案一采用ADC574转换芯片。其电源是0到20V，选取这片芯片就不用考虑的电阻的分压。但是以选择信号的输入通道是32路，不是我们所须要的，并且电路结构复杂。使得整部分硬件电路板布线复杂，加重了电路设计和实际焊接的工作。方案二采用ADC0809转换芯片，其中A/D转换器用于实现模拟量向数字量的转换，由于模拟转换电路的种类很多，选择A/D转换器从速度，精度和价格方面考虑，其内部是8路模拟选通开关，以及相应的通道抵制锁存用译码电路，转换时间是100S左右。单电源供电。2213显示模块方案一采用四个独立的数码管显示。四位独立的LED具有低能耗、低损耗、低压、寿命长、耐老化、防晒、防潮、防火、防高（低）温等优点，但在实际电路连接中连接导线多、布局大等特点。方案二采用四位一体的LED数码管作为显示器件。四位一体的LED数码管具有对外界环境要求低、易于维护，同时其精度比较高、操作简单、编程容易、资源占用较少等优点。2214电源模块方案一采用试验台电源供电。使用试验台提供电压方便直接，但电压易波动、电流过大。方案二采用W7805提供电源。输出电压稳定，不易产生波动。222系统各模块的最终方案结合系统自身要求和实际应用中的利益问题,我们最终选择了以下方案作为此次作品设计的最终方案1数据处理模块采用STC89C52单片机作为系统的控制器2显示模块采用四位一体的LED数码管作为系统的显示器件哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科毕业设计（论文）43A/D转换模块采用A/D转换芯片ADC0809作电压采集转换4电源模块采用W7805组成的稳压电源。23本章小结本章叙述了数字电压表概念及其功能并附图进行解释，通过对于各模块的方案选择，集中解释了数据处理模块A/D转换模块、显示模块及电源模块的作用及特性。并最终综合以上选择制定了所适应的采用模式的的最终方案并阐述原因。哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科毕业设计（论文）5第3章硬件的设计31系统硬件概述本设计采用STC89C52单片机芯片配合ADC0809模/数转换芯片构成一个简易的数字电压表。该电路采用STC89C52单片机作为控制核心,通过ADC0809芯片采样输入口IN0IN7输入8路05V的模拟量电压，经过模/数转换后，产生相应的数字量经过其输出通道D0D7传送给STC89C52芯片。ADC0809用来采集模拟输入量,在将采集到的模拟量转换成数字量送给单片机。STC89C52负责把接收到的数字量经过数据处理，产生正确的7段数码管的显示段码，并传送给数码管。数码管将接收到的段码信息依次显示出来。简易数字电路系统电路图见附录3。32数据处理芯片STC89C52321STC89C52简介STC89C52是美国ATMEL公司生产的低功耗、高性能CMOS8位单片机。图31和32分别为其实物图和内部总体结构图。STC89C52片内含有8K字节FLASH闪速存储器，256字节内部RAM，32个I/O口线，看门狗WDT，两个数据指针，三个16位定时/计数器,一个6向量2级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时,C52可降至0HZ的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的STC89C52是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。图31STC89C52实物图哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科毕业设计（论文）6图32STC89C52芯片内部总体结构图322STC89C52的引脚STC89C52芯片为40引脚双列直插式封装，其引脚排列如图33所示。1VCC电源电压；2GND接地；3P0口P0口是一组8位漏极开路双向I/O口，每位引脚可驱动8个TTL逻辑门路。对P0口的管脚写“1”时，被定义为高阻抗输入。在访问外部数据存储器或程序存储器时，它可以被定义为数据总线和地址总线的低八位。在FLASH编程时，P0口作为原码输入口；当FLASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须接上拉电阻。哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科毕业设计（论文）74P1口P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口的输出缓冲器可驱动4个TTL逻辑门电路。对P1口管脚写入“1”后，被内部上拉电阻拉高，可用作输入。P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部接有上拉电阻的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。P1口中的P10、P11、P15、P16、P17还具有第二功能，如表31所示。图33STC89C52引脚图表31P1口的第二功能端口引脚第二功能P10T2（外部计数输入）、时钟输出P11T2EXP15MOSI用于系统编程P16MISO用于系统编程P17SCK用于系统编程5P2口P2口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P2口的输出缓冲器可驱动4个TTL逻辑门电路。对P2口管脚写入“1”后，被内部上拉电阻拉高，可用作输入。P2口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部接有上拉电阻的缘故。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。在访问8位地址外部数据存储器时，P2口线上的内容，在整个访问期间不改变。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。6P3口P3口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P3口的输出缓冲器可驱动4个TTL逻辑门电路。对P3口管脚写入“1”后，被内部上拉电阻拉高，可用作输入。P3口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部接有上拉电阻的缘故。P3口除了一般I/O线的功能外，还具有更为重要的第二功能，如表32所示。P3口同时为FLASH编程和编程校验接收一些控制信号。哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科毕业设计（论文）8表32P3口的第二功能端口引脚第二功能P30RXD（串行输入口）P31TXD（串行输出口）P32INTO（外部中断0）P33INT1（外部中断1）P34T0（定时/计数器0外部输入）P35T1（定时/计数器1外部输入）P36WR（外部数据存储器写选通）P37RD（外部数据存储器读选通）7RST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。8ALE/RPOG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。9/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，这两次有效的信号将不出现。10/EA/VPP当保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000HFFFFH），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）。11XTAL1片内高增益反向放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。12XTAL2片内高增益反向放大器的输出端。323STC89C52的复位电路和时钟电路3231复位电路哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科毕业设计（论文）9STC89C52的复位电路如图34所示。当单片机一上电，立即复位；另外，如果在运行中，外界干扰等因素使单片机的程序陷入死循环状态或“跑飞”，就可以通过按键使其复位。复位也是使单片机退出低功耗工作方式而进入正常状态的一种操作。图34复位电路电容C和电阻R1实现上电自动复位。增加按键开关S和电阻R2又可实现按键复位功能。R2的作用是在S按下的时候，防止电容C放电电流过大烧坏开关S的触点。因保证R1/R210。一般取C10UF,R2100，R110K。3232时钟电路时钟电路用于产生STC89C52单片机工作时必须的时钟信号。时钟电路如图35所示。图35时钟电路单片机本身就是一个复杂的时序电路，为保证同步工作方式的实现，单片机应在唯一的时钟信号控制下，严格按时序指令进行操作。在执行指令时，CPU首先要到程序存储器中取出需要执行的指令操作码，然后译码，并有时序电路产生一系列控制信号去完成指令所规定的操作。单片机晶振的两个电容作用这两个电容叫晶振的负载电容，分别接在晶振的两个脚上和对地的电容一般在哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科毕业设计（论文）10几十PF。它会影响到晶振的谐振频率和输出幅度。33模数转换芯片ADC0809ADC0809是典型的8位8通道逐次逼近式A/D转换器，其实物如图36所示。它可以和微型计算机直接接口。ADC0809转换器的系列芯片是ADC0808，可以相互替换。图36ADC0809实物图331ADC0809内部逻辑结构ADC0809的内部逻辑结构如图37A所示。AADC0809的内部逻辑结构图BADC0809的引脚图图37ADC0809的内部逻辑结构及引脚图图中多路模拟开关可选通8路模拟通道，允许8路模拟量分时输入，并共用一个A/D转换器进行转换。地址锁存与译码电路完成对A、B、C三个地址位进行锁存与译码，如表33所示。表33ADC0809通道选择表CADDCBADDBAADDA选择的通道000IN0001IN1哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科毕业设计（论文）11010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7332ADC0809的引脚ADC0809为28引脚双列直插式封装，其引脚排列如图37（B）所示。1IN0IN78路模拟量输入通道。2A、B、C模拟通道地址线。这3根地址线用于对8路模拟通道的选择，其译码关系如表33所示。其中，A为低地址，C为高地址，引脚图中为ADDA，ADDB和ADDC。3ALE地址锁存允许信号。对应ALE上跳沿，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。4START转换启动信号。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。5D7D0数据输出线。为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。D0为最低位，D7为最高。6OE输出允许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE0，输出数据线呈高阻；OE1，输出转换得到的数据。7CLK时钟信号。ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信号引脚。通常使用频率为500KHZ的时钟信号。8EOC转换结束信号。EOC0,正在进行转换；EOC1,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。9VCC5V电源，GND地。10VREF参考电压。参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。其典型值为5VVREF5V,VREF0V。333ADC0809的工作原理哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科毕业设计（论文）12首先输入3位地址，并使ALE1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。图38ADC0809信号的时序配合（注意ALE信号常与START信号连在一起，这样连接可以在信号的前沿写入地址信号，在其后沿启动A/D转换，图38为ADC0809信号的时序配合图）。334STC89C52与ADC0809的连接STC89C52与ADC0809的连接电路如图39所示。STC89C52与ADC0809的连接必须注意处理好3个问题1在START端送一个100NS宽的启动正脉冲；2获取EOC端上的状态信息，因为它是A/D转换的结束标志；3给“三态输出锁存器”分配一个端口地址，也就是给OE端送一个地址译码器的输出信号。哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科毕业设计（论文）13图39STC89C52与ADC0809的连接电路34四位一体LED数码管显示模块主要由一个4位一体的供阳7段LED数码管SM410564构成，用于显示测量到的电压值。它是一个共阳极的数码管，每一位数码管的原理图如图310A所示。每一位数码管的A,B,C,D,E,F,G和DP端都各自连接在一起，用于接收STC89C52的P1口产生的显示段码。1，2，3，4引脚端为其位选端，用于接收STC89C52的P3口产生的位选码。图310B和图311分别为其引脚图和实物图。（A）数码管原理图B数码管引脚图图310四位一体数码管ABCDEFGDPCOME1D2DP3C4G546B73829F10A11112哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科毕业设计（论文）14图311SM410564数码管实物图使用LED显示时，为了显示数字和符号，要为LED显示器提供代码，因为这些代码是通过各段的亮与灭来为显示不同字型的，因此称之为段码。7段发光二极管，再加上一个小数点位，共计8段，因此提供给LED显示器的段码正好一个字节。各段与字节中各位的对应关系如表34所示表34各引脚与各段相对应关系代码为D7D6D5D4D3D2D1D0显示段DPGFEDCBALED显示器有静态显示和动态显示两种显示方式，本文采用的是动态显示方式。7段LED的段码如表35所示。表357段LED段码显示字符共阴极段码显示字符共阴极段码03FHC39H106HD5EH25BHE79H34FHF71H466HP73H56DHU3EH67DHT31H707HY6EH87FHH76H96FHL38HA77FH“灭”00HB7CH哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科毕业设计（论文）15在STC89C52的P3口与数码管的4个公共端之间接有4个PNP型三极管，其型号为9012，利用9012作为驱动三极管使用，在三极管的基极接入4个47K的限流电阻。三极管工作在开关状态，其集电极接数码管的4个公共端，发射极接电源电压。当单片机给数码管提供控制信号使三极管工作在饱和状态即相当于开关闭合状态，数码管公共端接入高电平开始显示单片机P1口提供的段码值。数码管与驱动三极管9012的连接图如图312。图312数码管与驱动三极管9012的连接35本章小结本章通过对于简易数字电压表的硬件包括数据处理芯片STC89C52和模数转换ADC0809、数码管的描述，具体说明了数据处理芯片和模数转换芯片的概念、功能及内部引脚结构图，并通过图表描绘了其工作条件、原理和在本数字电压表中的应用情况，并就它们的连接进行了说明。本章还展示了LED的实物图和与驱动方式，就前期硬件进行了深刻的阐述。并对电路的具体电路通过原理图、连接图进行了分析，如单片机的最小电路（复位电路和时钟电路）。哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科毕业设计（论文）16第4章软件的设计41系统软件概述本系统的软件设计采用了汇编语言编程，程序在WINDOWS2000环境下采用WAVEE2000在线可编程技术编写。总程序见附录442系统程序设计421主程序设计初始化中主要对STC89C52，ADC0809的管脚和数码管的位选及所用到的内存单元70H,78H,79H,7AH进行初始化设置。准备工作做好后便启动ADC0809对IN0IN7脚输入进的8个05V模拟电压信号进行数据采集并转换成相对应的0255十进制数字量。在数据处理子程序中，运用标度变换知识，编写算法将0255十进制数字量转换成000500V的数据，输出到显示子程序进行显示。整个主程序就是在A/D转换，数据处理及显示程序循环执行。整个程序流程框图如图41所示。图41主4程序流程图422子程序设计4221A/D转换子程序启动ADC0809对模拟量输入信号进行转换，通过判断EOC（P31引脚）来确定转换是否完成，若EOC为0，则继续等待；若EOC为1，则把OE置位，将转换完成的数据存储到70H中。程序流程图如图42所示。哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科毕业设计（论文）17图42A/D转换程序流程图4222数据处理子程序数据处理子程序主要根据标度变换公式41，把0255十进制数转换为000500V。0000NNNNAAAAMXMX41XA模拟测量值；0A模拟输入最小值；MA模拟输入最大值；XN模数转换后的值；0N模数转换后的最小值；MN模数转换后的最大值。在本设计中，根据要求知0A0V,MA5V,0N0,MN255，则公式11可化简为开始初始化启动A/D转换A/D转换结束（P371）否是P25置位，允许输出将转换得到的数据存储结束哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科毕业设计（论文）185125550000XXMXMXNNNNNNAAAA42程序流程图如图43所示4223显示子程序显示子程序采用动态扫描法实现三位数码管的数值显示。测量所得的A/D转换数据放在70H内存单元中，测量数据在显示时需转换成10进制BCD码放在78H7AH单元中。寄存器R1用作显示数据地址指针。程序流程图如图44所示。图43数据处理子程序流程图哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科毕业设计（论文）19图44显示子程序流程图43本章小结本章在结束了硬件对于简易数字电压表的影响后，转而叙述软件对该电压表的应用问题。本章通过各种的程序流程图，对应用到的程序进行说明，包括主程序设计，子程序（A/D转换子程序、数据处理子程序、显示子程序）设计。开始初始化R18H,P1置高，P2置低R1A查表取得相应断码输出显示置位P17点亮小数点R1R11R1A查表取得相应断码输出显示结束R1R11R1A查表取得相应断码输出显示哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科毕业设计（论文）20第五章电源电路51稳压电源由于本系统对电源要求为输出5V电压,因此采用由三端稳压器构成的稳压电源，将9V电压稳压之后就得到系统所需要的电源要求输出电压为5V。串联型直流稳压电路的输出电压与基准电压成正比，因此，基准电压的稳定性将直接影响稳压电路输出电压的稳定性。在W7800系列三端集成稳压器中，采用一种能带间隙式基准源，这种基准源具有低噪声、低温漂的特点，在单片式集成稳压器中被广泛应用。本系统选用的是W7805。78XX系列集成稳压器的应用电路如51图所示，这是一个输出5V直流电压的稳压电源电路。IC采用集成稳压器7805，C4、C5分别为输入端和输出端滤波电容，RL为负载电阻，VD为电源指示灯。图51电源电路在W7800系列三端集成稳压器中，已将保护电路集成在芯片内部，它们是限流保护电路、过热保护电路、电压保护电路。52本章小结本章通过对于简易数字电压表的电源选择及选择原因进行了阐述，并说明了W7805的工作条件、功能及其优势。C41100UF/50C5104VIN1GND2VOUT3D4W7805C647UF/16C7104R241KVD1LED9V5V哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科毕业设计（论文）21第六章系统调试及性能分析61电压测试结论“标准”数字电压表与简易数字电压表对比如表61所示。从表中的数据可以看出简易数字电压表与“标准”数字电压表测得的绝对误差均在002V以内，这与采用8位A/D转换器所能达到的理论误差精度一致，在一般的应用场合可完全满足要求。表61“标准”数字电压表与简易数字电压表对比测试表序号标准电压值V显示电压值V误差V100000002015015000311010014252510015323321001641141100275502002经测试的结果分析可知测量05V的电压，其精度很高，基本上达到了作品要求的功能，但电压值越大误差越大。由于所用的仪器精确度方面存在一定的误差，所以难免会产生相应的误差率。根据实现测试，本电压表系统基本实现了题目要求，具体实现的功能如下（1）电压能够测试范围05V，测量精度基本达到002V；（2）能用数码管显示电压值；（3）8路电压分路显示；（4）系统具备复位功能；（5）系统可以进行通道选择。62性能分析（1）由于单片机为8位处理器，当输入电压为500V时，输出数据值为255FFH，因此单片机最大的数值分辨率为00196V（5/255）。这就决定了该电压表的最大分辨率（精度）只能达到00196V。测试时电压数值的变换一般以002的电压幅度变化，如要获得更高的精度要求，应采用12位、13位的A/D转换器。（2）简易数字电压表测得的值基本上均比标准值偏大001002V。这可哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科毕业设计（论文）22以通过校正0809的基准电压来解决，因为该电压表设计时直接用7805的供电电源作为基准电压，电压可能有偏差。另外可以用软件编程来校正测量值。（3）ADC0809的直流输入阻抗为1M，能满足一般的电压测试需要。另外，经测试ADC0809可直接在2MHZ的频率下工作。63系统调试中遇到的问题及解决的方法（1）整机电路焊接完毕后，电路无法正常调试。对硬件电路进行检查，发现有虚焊现象，加固焊点，电路硬件电路正常工作。（2）利用滑动电位器进行调节输入电压时，发现第二路和第一路电压调节时数值不变。经测量输入电压时导线焊接位置错误，改接后电压可调。（3）电源指示灯一开始发现接上电源，指示灯不亮，经过仪器测量发现正负极接反，后重新焊接，问题解决。（4）由于源程序的多处错误，使得仿真无法通过，后经过单步调试，把存在的错误一一排除，通过了软件仿真。（5）在烧录芯片的过程中，由于选择烧录文件的错误及芯片自身问题（因多次烧录，无法再次烧录）使得烧录失败，后经过老师指导并更换了单片机芯片，解决了问题。（6）接通电源发现数码管不亮，经查找是晶振电路没有起振，更换晶振，数码管显示数值。64本章小结本章通过对于简易数字电压表的实际应用所得到的数据，进行论述，得出其具体实现的功能列表，并就其在使用中出现的问题进行了研究并予以解决、记录。哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科毕业设计（论文）23结论本次毕业设计顺利的完成,各项指标都已实现。通过本次毕业设计，我对单片机这门课程有了更进一步的了解。无论是在其硬件连接方面还是在软件编程方面，都取得了新的收获。本次实验采用了STC89S52单片机芯片，通过查找资料也对C51系列的单片机功能有了更深刻的理解。另外，在对单片机编程方面，我又掌握了一些新的编程思想，使得程序更为简练、易懂，而且更为严谨，程序执行的稳定性得到了提高。在设计中我还用到了模/数转换芯片ADC0809，以前在学单片机这门课程时只是对其理论知识有了初步的了解。通过本次设计，我对它的工作原理彻底理解了，对其启动设置、转换结束判断以及输出控制等都基本掌握。电路连接方面，我对其与单片机的连接也有了更为直观的认识，通过实验的摸索以及必要的理论知识，我准确的实现了它于单片机的互连。本课题的实现有以下两部分1硬件电路主要由单片机、时钟振荡电路、复位电路、驱动电路、显示电路、电源电路等八部分组成。每部分都独立成为一个体系，各功能模块外围电路采用分立元件。每部分都是个独立的体系，这样调试很简单。2软件电路是利用单片机汇编语言编程来实现的。程序简单易懂，执行速度快，有着高级语言不可替代的用途。每部分都是个独立的体系，这样调试很简单。软件电路主要是定时/计数器和数码管显示，软件易于调试，而且稳定好。哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科毕业设计（论文）24致谢通过两个月的不断努力,终于完成了此次毕业设计在此,最先感谢我的导师王哲老师,在我的毕业设计全过程中，王哲老师对电路实践中出现的问题给予耐心的解答，完成作品之后又在百忙之中抽出时间仔细阅读我的毕业论文，给出修改意见。无论在什么时间向王老师求助，她从不推辞，认真解答。王老师爱岗敬业，治学严谨，思维严密是我学习的榜样。在论文的写作过程中，也得到了许多同学的宝贵建议，在此一并致以诚挚的谢意。感谢所有关心、支持、帮助过我的良师益友。论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开题到论文的顺利完成，有多少老师，同学，朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意。同时在此我也感谢电子系的各个领导和老师对我此次毕业设计中提供的帮助。使我在大学中学到了各种宝贵的知识在此,衷心地谢谢你们。哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科毕业设计（论文）25参考文献1李光飞,楼然苗,胡佳文,谢象佐单片机课程设计实例指导北京航空航天大学出版社20041152杨振江A/D、D/A转换器接口技术与实用电路西安电子科技大学出版社200573983魏立峰王宝兴单片机原理及应用技术北京大学出版社2006165169。4王松武、于鑫、武思军电子创新设计与实践国防工业出版社200721455胡乾斌单片机原理与应用第二版华中科技大学出版社20062024。6赵伟军PROTEL99SE教程人民邮电出版社200411957李广弟、朱月秀单片机基础北京航空航天大学出版社20076567。8王飞雪,郭桂蓉基于二阶采样免混频全数字化正交解调电子学报19991181219电子制作年刊2004年合订本电子制作杂志社10DIGITALVOLTMETERMKIII,THE“EASYTOUSE“DIGITALVOLTMETERWITHA“DOITALL“LEDREADOUT2005153011KEILSOFTWARECOMPANYCX51COMPILERUSERSGUIDE2001344612INTELMCS51FAMILYOFSINGLECHIPMICROCOMPUTERSUSERSMANUAL199013714413HTTP/SIEECUMTEDUCN/模拟电子技术帮学网。14HTTP/WWWEEFOCUSCOM/HTML/0706/18917SSHTML/张学数字电压表哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科毕业设计（论文）26附录1英文参考资料SINGLECHIPISANINTEGRATEDCIRCUITCHIP,USINGULTRALARGESCALEDATAPROCESSINGTECHNOLOGYWITHTHEABILITYSUCHASARITHMETICOPERATIONS,LOGICOPERATIONS,DATATRANSFER,INTERRUPTHANDLINGOFTHEMICROPROCESSORCPU,RANDOMACCESSDATAMEMORYRAM,READONLYPROGRAMMEMORYROM,INPUTOUTPUTCIRCUITI/OPORT,MAYFROMTIMETOTIME,INCLUDINGCOUNTERS,DISPLAYDRIVERCIRCUITLEDDRIVERCIRCUIT,PWMCIRCUITPWM,ANALOGCONVERTERANDMULTICHANNELA/DCONVERTER,SUCHASINTEGRATEDCIRCUITCHIPSINTOASINGLEBLOCK,THESMALLESTBUTPERFECTINGACOMPUTERSYSTEMTHESECIRCUITSCANBEACCURATELYCONTROLLEDBYTHESOFTWARE,QUICKLYANDEFFICIENTLYCOMPLETETHEPROCEDUREPROVIDEDFORTHEDESIGNERSINADVANCETHENEWDIGITALVOLTMETERISTHETYPEOFMEASURINGVOLTAGEDIRECTCURRENT,MEASURINGRANGEIS05VWHOLECIRCUIT,INCLUDINGDATAACQUISITIONCIRCUITOFTHESMALLESTSINGLECHIPDESIGN,WITHSINGLECHIPPCINTERFACECIRCUIT,SINGLECHIPCLOCKCIRCUIT,RESETCIRCUIT,ANDSOONDVMBYTHEA/DCONVERSION,DATAPROCESSINGANDDISPLAYCONTROL,MEASURING0255VINPUTVOLTAGERANGEOFVALUEBYATOTALOF4LED7YANGDYNAMICSCANSHOWEDTHATTHELARGESTRESOLUTIONOF01V,ERROR005VDIGITALVOLTAGEMETERTOTHECOREOFTHESINGLECHIPSTC89C52ANDADC0809A/DCONVERSIONCHIPADC0809CHIPWITHALATCHFUNCTIONOFTHE8WAYANALOGSIGNALSWITCHINPUT,8OFTHEINPUTANALOGSIGNALCONVERSIONTIME,WITHMULTIPLESWITCHESANDLATCHESTHEADDRESSDECODINGCIRCUITRY,8BITA/DCONVERTERANDTHETRISTATELATCHOUTPUT,ANDSOONSI