数字电压表的设计

1、太原工业学院毕业设计(论文)1前言在电量的测量中，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。数字电压表( digital voltmeter)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， 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青睐，数字式电压 表就是基于这种需求而发展起来的.。本论文设计的简易数字电压表设计功能可以测量05v的8

2、路输入电压值，并在四位led数码管上显示。本设计从各个角度分析了由单片机组成的数字电压表的设 计过程及各部分电路的组成及其原理，并且分析了程序如何驱动单片机进而使系统运 行的方法。本设计主要分为两部分：硬件电路及程序设计，而硬件电路又大体可分为 单片机小系统电路、a/d转换电路、led显示电路、语音电路，各部分电路的设计及 原理将会在硬件电路设计部分详细介绍。课题的主要内容(项目概要)：设计简易数字电压表的技术指标如下：(1)能够测量05v之间的直流电压值。用led显示。(3)完成语音报信功能。1太原工业学院毕业设计（论文）2数字电压表简述以及设计意义数字电压表简称dvm(digital vo

3、1tmeter ),是当今应用极为广泛、高性能价格 比、广受测试工作者欢迎的最基本的电子测量仪表。dvm1采用数字化技术的电压表，以其高准确度、高可靠性、高分辨力、高性价比等优良特性倍受人们的青睐。数字电 压表作为数字化仪表的基础与核心，被广泛应用于电子和电工测量、工业自动化仪表、 自动测试系统等领域，显示出强大的生命力。与此同时，由数字电压表扩展而成的各 种通用及专用仪器仪表，也将电量及非电量测量技术提高到崭新水平。数字电压表是从电位差计的自动化过程中研制成功的。开始时四位显示，然后是 5位、6位，发展到现在的7位、8位甚至更多；从最初的一两种类型发展到原理不同 的几十种类型；从最早采用继电

4、器、电子管发展到全晶体管、集成电路、微处理器化； 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。在这发展 过程中，数字电压表的体积和更好越来越小，重量不断减轻，价格也逐步下降，可靠 性越来越高，量程范围也逐步扩大。目前国内外的产品多为3位半、4位半、5位半至8位半显示。便携式、手持式 dvm工业自动化仪表，长、热、力、电、光学测量表头以 3位半、4位半、5位半为 多。目前，由各种单片a/d转换器构成的数字电压表，已经广泛用于电子集电工测量， 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。我国研制数字式电压表是从1958年开始的。1960年研制成数字频率计

5、，1965年， 上海北京同时研制出5位数字电压表。在体会到数字电压表的重要后，紧接着就有很 多研制和生产数字电压表的单位，并陆续生产出6位、7位的数字电压表20世界80年代，我国科技人员依靠自己的力量，研制成多种类型，不同工作原理的数字电压表。 近年来，国内许多厂家积极引进、吸收国外先进技术，紧抓技术研发，现已能够大批 量生产多种高、精、尖的数字电压表以及相应的标准源、校验仪。科学技术现代化的今天，是电子技术和信息技术迅速发展的时代。数字电压表在 工程测量、计量检定、科学实验，机械电子，电能电力、邮电通信等诸多领域有着非 常广泛的应用，尤其是智能化数字仪表的普及和应用，在数字化、自动化、软件化

6、测 量中发挥着更重要的作用。3方案设计3.1 方案论证3.1.1 方案论证一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。这种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。3.1.2 方案论证二采用单片机与ad转换器设计一个数字电压表，测量 0-5v之间的直流电压值， 四位数码显示，使用的元器件数目有、 cpu真块，a/d转换器，语音芯片一个，导线 若干，能方便地进行4路其它a/d转换量的测量。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，示出强大

7、的生命力从以上两种方案，很容易看出，按系统功能实现要求，两者相比较方案二的设计及简单又实用，软件设计也比较简单同时也实现了功能的要求，故采用了方案二。3.1.3 总体设计框图经过多方面的考虑，方案由5个主要部分组成：a/d转换电路、单片机控制部分、 led显示、语音报值部分。系统的工作原理是：控制系统采用at89s52单片机,a/d转换采用ad0809利用ad0809进行电压测量和将模拟信号转为数字信号，单片机将接 受的信号进行处理后，将被测的电压值用四位的led显示，同时由单片机控制语音芯片,把所测得的电压值报读出来。系统框图如图3.1所示图3.1总体方案3.2 系统各个部分的方案设计3.2

8、.1 单片机控制部分系统的控制元件采用单片机。单片机的优越性主要在体现在以下几点：（1）集成度高。在结构上，它把中央处理器、存储器、定时器和各种输入输出接口电路集成在 超大规模集成电路芯片上，一块单片机就可看做一台计算机。（2）控制功能强。为了满足工业控制的要求，单片机的指令系统中均有及其丰富的转移指令、io 的逻辑操 作和位处理功能，其逻辑控制功能和运行速度均高于同档位的微机。（3）可靠性高。单片机把各功能部件集成到一块芯片上，内部采用总线结构，减少了个芯片之间的连 线，大大提高了单片机的可靠性和抗干扰能力。 且对于强磁场环境易于采用屏蔽技术。（4）拓展功能强，体积小，成本低。单片机的系统拓

9、展和系统配置比较典型，规范， 容易拓展成为各种规模的应用系统。它的运用比较灵活，成本低，实用性强。鉴于单 片机的这些无可比拟的优势，我们决定采用单片机作为系统的控制部件。考虑任务对 单片机功能的要求不高，加上成本的限制，就采用常用的、廉价的51系列单片机。3.2.2 a/d转换电路部分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a/d转换器 大致有三类：一是双积分 a/ d转换器，特点是精度高，抗干扰性好，价格便宜，但 转换速度慢；二是逐次逼近 a/d转换器特点是精度、速度、价格均适中；三是并行

10、a/d转换器，速度快，价格昂贵。本实验用的adc08091第二类，是八位azd转换器。每采集一次一般需100 ps, a/d转换结束后会自动产生eocb号。adc0809k片是典型的8位8通道逐次逼近式 a/d转换器，片内具有8路模拟开关，可对8路模拟输入量实现分时转换。这种方式 的设计电路成熟，与单片机接口简单，转换速率快且adc080邻有8路模拟开关。3.2.3 电压显示部分显示部分是为了把所测得的电压值显示出来，供人们记录参考，并根据需要作出相关的控制处理。显示的方式有多种， 数码管价格非常的便宜，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

11、量轻, 抗冲击性能好，寿命长，因此我们采用四位le躁码管显示。3.2.4 语音报信部分 语音报值的实现有很多种方式，其中，比较常见的有以下两种：（1）使用通用a/d器件对音频信号进行采样和转换， 然后保存到数据存储器地址 单元当中，放音时将不同地址单元的语音信息进行组合，通过d/a器件转换以后还原为模拟音频信号。这种方案思路清晰，但外扩接口比较复杂，如果使用高精度与高速 的转换器件，数据量很大，单片机处理比较困难；如果使用低精度低速的转换器件， 语音质量将大打折扣，故没有采用。（2）使用专用语音录放芯片实现，多数语音芯片内部都集成了优质语音录放电路，包扩有自动增益控制、麦克风前置扩大器、扬声器

12、驱动线路、振荡器与内存等的全方位整合系统功能。能够直接对声音信号进行录放。部分高级芯片还提供多项新功 能，包括内置专利的多信息管理系统，新信息提示（ valert）,双运作模式（独立&嵌 入式），以及可定制的信息操作指示音效，使声音信号的采集与使用更加方便。根据 语音芯片使用方便，容易入门的特点，我们采用了这种方式。根据录音时间的长短和 任务的性质，我们选用实产品一isd1720。isd1720能录放音20秒，音质好满足设计 需求，且价格低。5太原工业学院毕业设计(论文)4主要元件的选择以及介绍4.1 a/d转换芯片ad0809(1)主要特性8路8位"d转换器，即分辨率8位。

13、具有转换起停控制端。转换时间为100 ps单个+ 5v电源供电模拟输入电压范围0+5v,不需零点和满刻度校准。工作温度范围为-40+ 85摄氏度低功耗，约15mw引脚结构26272812345in0addain1addbin2addcin3alein4in52-1msbin62-2in72-32-4start2-5eoc2-6output enable2-7clock28lsbvccgndvref(+)wefh2524232221201918141017131261611图4.1 a/d转换芯片 ad080915#(3)引脚功能太原工业学院毕业设计（论文）adc0809k片有28条引脚，采用双

14、列直插式封装，如图3.2所示。下面说明各引脚功 能。in0in7: 8路模拟量输入端。2-12-8: 8位数字量输出端。addaaddbaddc3位地址输入线，用与选通8路模拟输入中的一路。如表4.1所 示。表 4.1 adda addb add(m值表addcaddbadda输入通道000in0001in1010in2011in3100in4101in5110in6111in7ale地址锁存允许信号，输入，高电平有效。start a/d转换启动信号，输入，高电平有效。eoc a/d转换结束信号，输出，当a/d转换结束时，此端输出一个高电平(转 换 期间一直为低电平)。oe数据输出允许信号，输

15、入，高电平有效。当a/d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。clk时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于 640khzref(+)、ref(-):基准电压。vcc：电源，单一 + 5v。gnd 地。adc0809的工作过程是：首先输入 3位地址，并使ale=1,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。starth升沿将逐次逼近寄存 器复位。下降沿启动a/d转换，之后eoc俞出信号变低，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 0收入高电平 时，输出三

16、态门打开，转换结果的数字量 输出到数据总线上。4.2 控制单元-单片机单片机采用mcs-5保列单片机。由atmel司生产的at89s5整一种低功耗、高性 能cmos8微控制器，具有8k在系统可编程flash存储器。使用atmel公司高密度非 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at89s5为众多嵌入式控制应用系统提 供高灵活、有效的解决方案。at89s5现有以下标准功能：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

17、中断结构，全双工用行口，片内晶振及时钟电路。空闲模式下，cpuf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，ramj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。at89s52r40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。

18、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。具芯片引脚图如下：t2;pl 0 ct2ex/p1. 1 cpl 2 epl, 2 dpl4 amdsi/p1,5 cmiso/pl 6 csckzp1, 7 c rst cexd/p3. 0 ctxd/p3. 1 cint0/p3. 2 c im?p3r 3 tt0/p3.4 ct1/p3, 5 c 郎/f3.& crdzp3. 7 匚xtal2 txtal1 cfdip gnd c098765432109876543214333333 3 33 3222-222222 vcc p

19、0. 0 / ado po. 1/ad1 po, 2/ad2 1 po, 3/ad3 po. 4/ad4 j pq. 5/ad5 po, 6/ad6 po, 7/ad7 ea/vpp alezpkd& pesh p2, 7/a15 p2. 6/a14 p2. 5/a13 p2. 4/a12 p2, 3/a11 p2, 2/a10 p2. 1，a9 ：p2. 0/a8图4.2 at89s52弓唧图单片机管脚说明如下：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、1流。当p1 口的管脚 第一次写1时，被定义为高阻输入。p0tg够用于外部

20、程序数据存储器，它可以被定义 为数据/地址的第八位。在fiashs程时，p0 口作为原码输入口，当fiash!行校验时， p喻出原码，此时p的卜部必须被拉高。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 4ttu1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®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 ttu1电流，当p2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，

21、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®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、1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

22、故。p3口也可作为at89s52勺一些特殊功能口，如下表所示：表4.2 p3 口特殊功能p3口引脚第二功能p3.0rxd （串行口输入）p3.1txd （串行口输出）p3.2int0 （外部中断0输入）p3.3int1 （外部中断1输入）p3.4t0 （定时器0外部脉冲输入）p3.5t1 （定时器1外部脉冲输入）p3.6wr（外部数据存储器写脉冲输出）p3.7rd （外部数据存储器读脉冲输出）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rstp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

23、节。在flashy程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ales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永冲。如想禁止ale勺输出可在sfr8eh址上置00此时，ale只有在执行movx movc令是 alet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alet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/psent效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/psenb号将不出现。/ea/vpp:当/ea保

24、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 flas编程期间，此引脚也用于施加12vs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。4.3 语音芯片isd1720isd1720芯片是winbond推出的单片优质语音录放电路，该芯片提供多项新功能， 包括内置专利的多信息管理系统，新信息提示（valert ），双运作模式（独立&嵌入式）， 以及可定制的信息操作指示音效。isd1720

25、的独立按键工作模式录放电路非常简单， 而且功能强大。不仅有录、放功能，还有快进、擦除、音量控制、直通放音和复位等 功能。这些功能仅仅通过按键就可完成。spi模式通过单片机控制，实现语音芯片录 放的自动化和自由组合。本设计就要采用它的spi模式通过控制语音段的组合来完成 电压测量值的报值工作。isd1720芯片内部包含有自动增益控制、麦克风前置扩大器、 扬声器驱动线路、振荡器与内存等的全方位整合系统功能。因此其外围电路非常简单，只需按要求接上一些简单的器件就能满意的工作。功能特点 可录、放音十万次，存储内容可以断电保留一百年 按键模式和mcuh亍控制模式（spi协议） mic和anain两种录音

26、模式 pwmf口 aud/auxe种放音输出方式 可处理多达255段以上信息 有丰富多样的工作状态提示 多种采样频率对应多种录放时间 音质好，电压范围宽，应用灵活 电特性 工作电压：dc2.4口5.5v,最高不能超过6v 静态电流：0.51 a 工作电流：20maisd1720的弓|脚图如下：_1_._ab_ %1 foi27int . royreset$26fwdwiso2b tk*sfc3 口 si5retg“playtt722 ftl*t d1 70 n“aa21v=>aaa ifl9#。 ”ml<*10glmic«111ft mscv 一1217 auq ； au

27、xsp13' s14155p*图4.3 isd1720引脚图各引脚的功能及用法介绍如下：vcc d1数字电路电源/led2led指示信号输出/reset3芯片复位miso4spi接口的串行输出。isd1700在sclk下降沿之前的半个周期将数据放置在miso端。数据在sclk的下降沿时移出mosi5spi接口的数据输入端口。主控制芯片在sclk上升沿之前的半个周期将数据放置在mosi端。数据在sclk上升沿被锁存在芯片内。此管脚在空闲时，应该被拉高sclk6spi接口的时钟。由主控制芯片产生，并且被用来同步芯片mosi和miso端各自的数据输入和输出。此管脚空闲时，必须拉高。/ss7为

28、低时，选择该芯片成为当前被控制设备并且开启spi接口。空闲时，需要拉高vssa8模拟地anain9芯片录音或直通时，辅助的模拟输入。需个交流耦合电容（典型值为0.1uf）, 并且输入佶号的幅值不能超出 1.0vpp°apc寄存器的d3可以决定anain佶号被立 刻录制到存储器中，与mic信号混合被录制到存储器中， 或者被缓存到喇叭端并经由直通线路从 aud/aux 输出。mic+10麦克风输入+mic-11麦克风输入-vssp212负极pwm喇叭驱动器地sp-13喇叭输出-vccp14pwm喇叭驱动器电源sp+15喇叭输出+vssp116正极pwm喇叭驱动器地aud/aux17辅助输

29、出，决定于 apc寄存器的d7,用来输出一个 aud或aux输出。aud是一个单端电流输出，而 auxout是一个单端电压输出。他们能够被用来驱动一个外部扬声器。出厂默认设置为aud。apc寄存器的d9可以使其掉电agc18自动增益控制/vol19音量控制rosc20振荡电阻rosc用一个电阻连接到地，决定芯片的采样频率vcca21模拟电路电源/ft22在独立按键模式下，当ft 一直为低，anain直通线路被激活。anain信号被立刻从anain经由音量控制线路发射到喇叭以及aud/aux 输出。不过，当在spi模式下，spi无视这个输入，而且直通线路被apc寄存器的d0所控制。该管脚有一个内

30、部上拉和防抖动设计，允许使用按键开关来控制开始和结束。/play23播放控制端，有电平触发和脉冲触发两种模式/rec24出白控制端，低电平后效/erase25擦除控制端，低电平有效/fwd26快进控制端，低电平有效rdy/int27一个开路输出。ready（独立模式）该管脚在录音，放音，擦除和指向操作时保持为低，保持为高时进入掉电状态interrupt（spi模式）在完成spi命令后，会产一个低信号的中断。一旦中断消除，该脚变回为高。vssd28数字地使用时，只要根据上表所列的功能要求接上外围电路即可175硬件电路设计5.1 a/d转换电路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

31、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。本次设计采用 8位逐次逼近式a/d转换器adc0809adc08091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 cmosi件。它是逐次逼近式 a/d转换器，可以和单片机直接接口。如下图是 ad与单片机接口电路:nrclockvcc woeght>start卒ale ceqcead0809vccuipin tcc pu pqjo p13 p01 p13 p03 p14 p03 p

32、15 p0 .4 p115 poj p17 p0j6 rst p0.7 psjoixea p3 1/tsde p*皿工sh p3jzqpe17 p34/i1p2j(5 p3j/tp2j p另方北国4 p3.7jrdq3 7tal 初二 ktalp2.1 vss p2j0vcc图5.1 ad与单片机接口电路adc0809各脚功能：d7-d0: 8位数字量输出弓i脚。in0-in7: 8位模拟量输入引脚vcc: +5v工作电压。gnd:地。ref （+）:参考电压正端。ref （-）:参考电压负端。start: a/d转换启动信号输入端。ale:地址锁存允许信号输入端。.eoc:转换结束信号输出弓

33、i脚，开始转换时为低电平，当转换结束时为高电平。oe:输出允许控制端，用以打开三态数据输出锁存器。clk:时钟信号输入端（一般为 500khz）。a、b、c:地址输入线。从三态输出锁存器取走转换完的数据。adc080映有8路模拟输入端口，由于 adc080的部含有输出三态缓冲锁存器，所以可以直接将8位数字量输出端与单片机 p0 口相连。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。地址线（2325 脚）可决定对哪一路模拟输入作 a/d转换。22脚ale为地址锁存控制，当输入为高电平时，对地址信号进行锁存。6脚star功测试控制，当输入一个2us宽高电平时，就开始a/d转

34、换。7脚eoe 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，a/d转换数据从该端口输出。10脚为adc0809勺时钟输入端，利用单片机 30脚的六分频晶振频率再通过分频器二 分频得到1mhz寸钟。5.2 电压显示电路设计中采用的是8段led数码管来显示电压值。led具有耗电低、亮度高、视 角大、线路简单、耐震及寿命长等优点，它由 8个发光二极管组成，其中7个按8' 字型排列，另一个发光二极管为圆点形状，位于右下角，常用于显示小数点。把8个发光二极管连在一起，公共端接高电平，叫共阳极接法，相反，公共端接低电平的叫 共阴极接

35、法，我们采用共阳极接法。当发光二极管导通时，相应的一段笔画或点就发亮，从而形成不同的发光字符。其 8段分别命名为dp g f e d c b a 。例如，要显示“0”，贝 dp g f e d c b a 分另 u 为：1100 0000b;要显示 "a",贝 u dp g f e d c b a分别为：0001 0001b （共阳极）。若要显示多个数字，只要让若干个数码管的位码循环为低电平就可以了。图5.2 电压显示电路根据设计要求，显示电路需要至少 4位le躁码管来显示电压值，我们再多加一 位用来显示电压单位“ v',则有7位led循环显示。利用单片机的i/o

36、口驱动led数 码管的亮灭，设计中由p0 口驱动led的段码显示，即显示字符，由 p2 口选择led位 码，即选择点亮哪位led来显示5.3 语音模块电路因为要完成语音报值，所以语音芯片是本系统中的核心器件，这里我们选用了性 能优良的录放芯片isd172球实现这部分的设计。isd172m两种典型的工作模式：独 立按键模式和spi模式。根据任务要求，我们要采用它的spi模式。但为了方便调试和 理解芯片的工作方式，我们把两种工作模式的电路都做在一块电路板上。设计的电路 图如下图。太原工业学院毕业设计（论文）电路的工作原理为：具外围电路的各元件和它们的值都是根据芯片的使用要求来确定。其中左边的几个按

37、键用来控制独立工作模式的录放音等； ls1为麦克风，用 来收集声音信号送入芯片内部录音，p1为为外接控制单片机而留的几个接口，用来实 现spi工作模式。l1为电源指示灯，l2为工作状态提示灯；p2为0.5w勺喇叭，用来将 电压值读出来。下面分别说明两种这两种模式的功能和用法。图5.3语音报读电路(1)独立按键模式：在电路中s1接芯片的rec口， s2接play s3接erase s4接fwd s5接 vol s6接reset分别对应于1700芯片的录音、放音、擦除、快进、音量调节、复 位等操作。按下recs, l2点亮时录音，松开即停止录音，l2熄灭；按一下play键，即播放 当前段的声音，l

38、2闪烁，当前段播放完毕自动停止，l熄灭。(2) spi模式ss、sclk mos i miso接到另一块电路板的单片机接口。当 ss (第7脚)为低 时，isd1720成为受控制芯片，并开启spi模式。scl劭spi接口的时钟。由主控制 芯片产生，并且被用来同步芯片mosi和miso端各自的数据/&入和输出。miso为芯片 用行输出口。 isd1700在sclk下降沿之前的半个周期将数据放置在 miso端。数据 在sclk的下降沿时移出。mosi为数据串行输入端口。主控制芯片在 sclk上升沿之 前的半个周期将数据放置在mosi端。数据在sclk上升沿被锁存在芯片内。5.4单片机控制电

39、路单片机是整个整个系统的控制单元，它的性能和正常工作与否会严重影响到整个 系统的好坏。要使单片机工作在最好的状态，需要合理的分配它的各个io 口和正确的使用它的中断系统。本设计使用的外围器件比较多，因此 io 口比较紧张，在充分 考虑之后选择如下的分配方式，如电路图中所示vccinp1d vcc ii.i poo p12 p0.1 713 poa pl4 p03 p1j p04 pie poj 117 poe est p07p3 l/tsee p3p3 3/hje17p3 4/tf2j6p3 5bp” p3 6/w4 p3.7/kp2i xtali25 xtalp2.l vss p2d akp

40、s52vice33图5.4单片机控制电路6软件设计51单片机同时支持汇编语言和 c语言的编程，这两种语言在正确书写的情况下， 经过编译器编译都能生成单片机的可执行文件。c语言是一种结构化的程序设计语言, 它的特点就是可以使你尽量少地对硬件进行操作，具有很强的功能性、结构性和可移 植性，常常被优选作为单片机系统的编程语言。汇编语言直接跟硬件打交道执行代码 效率高，在要对硬件操作时编程简单，容易理解。但是汇编语言虽也可以处理数据， 但跟c语言一比就差远了。在这次软件设计中，要进行较大数据的处理，权衡之下就 选用c语言进行软件设计。为了使工作流程清楚明了，避免出错，增加软件的可读 性，采用主函数、子

41、函数分别设计，主函数调用子函数，子函数可互相调用的软件设 计方法。6.1 主函数的设计：图6.1主函数程序设计流程图在刚上电时，系统默认为循环显示 8个通道的电压值状态。当进行一次测量后， 将显示每一通道的a/d转换值，每个通道的数据显示时间为1s左右。主程序在调用显示程序和测试子程序之间循环，主程序流程上图所示6.2 a/d转换子程序设计数据处理和显数转换测量子程序用来控制对0809八路模拟输入电压的a/d转换,并将对应的数值移入70hh77h内存单元，其流程图如下。初始化ad启动ad转换转换完?图6.2 ad子程序流程图6.3 数据显示子程序设计并相应的算出它的显示子程序的任务是把 a/d

42、转换后的八路电压数据进行处理, 字型码，送四位led显示。程序的流程图设计如下：图6.3 数据处理和显示流程图6.4 语音报值子程序设计语音报值子程序的任务是在显示某路电压的同时，把电压值读出来。这可以通 过对isd1720芯片编程来实现，程序的流程图如下：图6.4语音报值子程序流程图7系统的调试7.1 ad转换部分的调试这一部分是整个系统的重要部分，因为它是设计的目的所在。所以需要认真仔细 的调试。虽。这里我们调试第一路电压（in0）。为此设计了如下程序，程序的功能是 将选择的信号电压转换成数字量，经过数据处理之后将测量值显示在数码管上。程序 代码较长，放附录中。程序编译无误，接着用prot

43、ues仿真。刚开始时发现，无论输入电压为任何值， 其仿真结果都为ad芯片模拟输入为最大值是的测量值，检查程序，觉得程序流程清 楚，原理可行。稍微修改程序也改变不了上述测量结果。检查电路连接后发现，ad芯片的vee脚是接地的。而芯片使用要求是要接 5v的。修改后就可以测出电压了。 这说明了 vee脚接地是不行的。改正后的仿真结果为：被测电压为5v时，显示4.99v, 当被测电压为2v是，显示1.99v,当被测电压为0v时，显示电压为0.00v,仿真结 果还准确。7.2 语音报值部分的调试由于此部分电路综合了按键（独立）模式和 spi模式这两种工作模式，我们可以 用按键模式来检查电路是否能正常过，

44、再用软件来调试其单片机控制（spi）模式。首先，把电路接上+5v电源，电源指示灯亮说明电路回路连接正常。按下录音键 后，工作指示灯亮，说明可以录音；于是对着麦克风说“所测电压为"后松开录音键 工作指示灯熄灭，这说明录音电路正常。按下放音键，工作指示灯闪烁，同时从喇叭 放出声音”所测电压为"，放音停止后工作指示灯熄灭，说明放音电路也正常。接着 又检查擦除键，快进键，音量调节键等，发现都能工作，这说明语音电路设计成功。然后我们调试其spi模式，这主要靠软件来完成。程序设计的思路是先通过单片机录音，分段录下 “路的电压是"、“伏”、“零”、“一”、“二”、“三”、“四”

45、、“五”、 “六”、“七”、“八”、“九”，并记下录音段的地址，目的是为了在放音时能通过声音段的组合，让语音段念出这样一句话：某路的电压是多少伏。录完音后，根据所测得 的电压值算出录音段的地址，然后按顺序组合好后，送入isd1720芯片，让语音芯片处理后，报出相应的电压值。因程序代码过长，因此不写在这里，只在附录中写有。语音芯片，没有仿真。结论此次简易数字电压表的设计由于使用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。如果再加上量程选择开关，则可以测量范围更宽的直流电压， 经过优化的程序，可使其有很高

46、的智能化水平。单片机的应用如今已经在工业、电子等方方面面展示出了它的优越性，利用单片 机在设计电路逐渐成了趋势，它与外围的简单电路再加上优化程序就可以构建任意的 产品，使得本设计成为现实。随着单片机的日益发展，它必将在未来显示出更大的活 力，为电子设计增加更多精彩。参考文献1张剑平著，智能化检测系统及仪器，北京国防工业出版社，2005.82张毅坤、陈善久、裘雪红等编著，单片微型计算机原理及应用，西安电子科技大学出版社，1998.83杨拴科主编，模拟电子技术基础，北京高等教育出版社，20034张克农主编，数字电子技术基础，北京高等教育出版社，2003.45王为青主编，51单片机应用开发案例精选。

47、2007.86刘霞.电子设计与实践m.北京：电子工业出版社.2009. .84-165.7林凌、李刚编著.实用电子技术1000问.北京：电子工业出版社.2008.9.8纪宗南编著.单片机外围器件实用手册.北京：北京航空航天大学出版社.2005.6.9谭浩强编著.c语言程序设计(第三版).北京：清华大学出版社.2005.7.10 y. zhang, w. hu and y. rong et al. graph-based set-up planning and tolerance decomposition for computer-aided fixture design. internati

48、onal journal of production research j,2001, 39(14):3109-3126.11 borko h , bernier c l . indexing concepts and methods .new york:academic12 intel : mcs51 family of single chip mirocomputers user ' s manual,1990, 3.9.14 leoj.scanlon:"assembly language programming with the ibm pc at " bra

49、dycommunica yion company.,inc.,198615 donna.n.tabler: ibm pc assembly language " john wiley&ns.inc.,1985致谢该设计是我的毕业设计作品在这个过程中我遇到了很多问题，除了自己查找资料外吴赛燕老师给还我提供了许多资料，并对实践中出现的问题给予耐心的解答，完稿 之后细阅读，给出修改意见。在她精心的指导下促进了我对专业知识的学习掌握，我 的毕业设计也得以顺利的进行。在此对他表示感谢。另外我也要衷心的感谢我所有老 师，因为这四年来我所学的一切离不开他们的教导。附录一：测量与显示电路原理

50、图d0in0d1in1d2in 2d3in 3d4in4d5in 5d6in 6d7in7clockvccv+oegndstartvaleceocbaeoc-jj二h g f ed4c3b2a16 v18 v29 v31 2 v4xtalp2.1vss p2.0c10c1 130ufc910 0p f10uf10 0p fophon e23con2c65uf-jag c an n in30ufp layfw dv ol reset ftsssclkmo slmic+ mic_miso v ccd v ssdv ccav ssav ccpv ssp 1v ssp 2sp +c12 10ufc3sp- int/rd yc5ro se au d/au xtitlesizenumberrevisio ndate:file:2 1-jun-2 01 1毕业论文电路图sheetofsh uzid ianb iao.ddb drawn by附录二：数字电压表仿真图简易数字电压表设计xtftliixtal2rststs m鼠j 1 3 1 $ $ 母 t口pql1m1pu3rd3 pdliadi pimds 叩巡昨 pdltad7p 之 fl