毕业设计——数字电压表的制作

1、.数字电压表的设计与制作摘要 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。在参阅大量数字电压表的基础上的数字直流电压表，所测量范围直流电压为0500V，测量精度为0.08v。它以单片机8951为核心，主要由转换电路将输入的模拟量转换为数字量的A/D转换器ADC0809，液晶显示器1602构成。关键词:单片机； 模数转换；按键开关；液晶显示；Design and manufacture of digital voltmeterAbstract： With the development of

2、electronic science and technology, electronic measurement become the e-worker must have the means, the measurement accuracy and functional requirements of increasingly high, while the voltage measurement is very strong, because the voltage measurement of the most common. In a large number of digital

3、 voltage meter read based on the digital DC voltage meter, the measuring range DC voltage 0 500V, measurement precision is 0.08v. It is based on 8951 MCU core, mainly by the conversion circuit to convert analog input to digital volume A / D converter ADC0809, LCD display 1602 form. Key words: SCM; a

4、nalog-digital conversion; button switch; liquid crystal display; 目 录引 言11系统设计方案的选择31.1基于分立元件的电压表31.2基于单片机系统及A/D转换芯片的电压表。31.3单片机简介及本设计单片机的选择31.3.1常用单片机的特点比较及本设计单片机的选择31.3.2本设计使用的单片机的简介41.4各种显示器件的介绍和选择61.4.1常用显示器件简介61.4.2 1602液晶的参数资料61.5 模数（A/D）转换芯片的选择81.5.1常用的A/D芯片简介81.5.2模数（A/D）芯片ADC0809的资料82总体设计162

5、.1技术要求 162.2设计方案 163硬件电路系统模块的设计173.1 单片机系统173.2输入电路183.3A/D转换芯片与单片机的连接183.41602液晶与单片机连接193.5按键控制电路设计。204系统软件的设计224.1 汇编语言和C语言的特点及选择224.2 主程序的设计235系统的调试245.1硬件调试245.2软件调试24总结25致 谢26参考文献27附录A：英语科技文献原文及其翻译稿28附录B：电路总图34附录C：实物图35附录D：元器件清单 36附录E：源程序37.引 言 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

6、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

7、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，

8、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：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。按显示位数来分：有4

9、位，5位，6位，7位，8位等。按测量速度来分：有低准确度，中准确度，高准确度等。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，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，是一种必不可少的电子测量仪表。1设

10、计方案的选择 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。1.1基于分立元件的电压表 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

11、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。1.2基于单片机系统及A/D转换芯片的电压表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

12、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。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。1.3单片机简介及本设计单片机的选择1.3.1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，

13、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

14、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

15、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。1.3.2本设计使用的单片机的简介本设计中选用是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4KB的可反复擦写的只读程序存储器和128B的随机存取数据存储器，32个I/O口线，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。下图1.1为AT89C51 单片机内部结构框图：图 1.1 A

16、T89C51单片机内部结构框图从内部结构图框图上可以看出AT89C51单片机包括一下资源：（1） 一个8位的CPU（2） 一个片内振荡器及时钟电路（3） 4KB的FLAShROM（4） 128的内部RAM（5） 可扩展64KB外部ROM和外部RAM的控制电路；（6） 2个16位的定时/计数器（7） 26个特殊功能寄存器（8） 4个8位的并行口（9） 一个全双工的串行口（10） 5个中断源，2个外部中断，3内部中断（11） 内部硬件看门狗电路（12） 一个SPI串行接口，用于芯片的在系统编程AT89C51单片机有四十个引脚，其引脚图同图2.3，引脚可分为四类：电源和地，时钟，控制和I/O口。管脚

17、说明： VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位双向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。 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，被内部上拉为高电平，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：

18、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

19、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。 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AL

20、E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址期间，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

21、振荡器的输出。振荡器特性: XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。1.4各种显示器件的介绍和选择1.4.1常用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，使用也非常的方便，显示效果非常的清楚。小电流

22、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。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。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

23、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16

24、02液晶的功能强，不过在价格方面却贵了好多。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。1.4.2 1602液晶的参数资料我们选择了1602液晶做为本设计的显示模块的显示器件。以下是1602液晶的各方面参数：表1. 1 接口信号说明编号符号引脚说明1VSS电源地2VDD电源正极3VL液晶显示偏压信号4RS数据/命令选择端5R/W读/写选择端6E使能信号8-14D0-D7Data I/O15BLA背光源正极16BLK背光源负极（1）基本操作时序：读状态：输入：RS=0，RW=1，E=1。输出：D0-D7为状态字写状态：输入：RS=0，RW=0，D0-D7

25、为指令码，E为高脉冲。输出：无读数据：输入：RS=1，RW=1，E=1。输出：D0-D7为数据。写数据：输入：RS=1，RW=0，D0-D7为数据，E为高脉冲。输出：无表1. 2 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 表1.3 指令的说明。显示模式设置指令码功能00111000设置16*2显示，5*7点阵，8位数据口表1.4 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不显示关标B=1光标闪烁；B=0光标不显闪烁000001NSN=

26、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当写一个安条款，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。表1.5 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01.5 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。1.5.1常用的A/D芯片

27、简介常用的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。TLC2543

28、C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。综合上述几种A/D转换芯片的特点，在本设计中，我们设计的是简易数字电压表，因此在此，我们选择精度为8位的ADC0809芯片。1.5.2模数（A/D）芯片ADC0809的资料综合本设计的各方面考虑，我们选了ADC0809模数转换芯片。下面就介绍此芯片的各方面资料。1.5.2.1 ADC0809的内部结构及引脚如图所示。 结构和转换原理如图(3-15)所示为ADC0

29、809的内部结构框图。ADC0809由3部分组成：8路模拟量选通开关、8位A/D转换器和三态输出数据锁存器。 ADC0809允许8路模拟信号输入，由8路模拟开关选通其中一路信号，模拟开关受通道地址锁存和译码电路的控制。当地址锁存信号ALE有效时，3位地址C、B、A进入地图1.2 ADC0809的内部结构图1.3 ADC0809的引脚地址锁存器，经译码后使8路模拟开关选通某一路信号。 8位A/D转换器为逐次逼近式，由256R电阻分压器、树状模拟开关（这两部分组成一个D/A变换器）、电压比较器、逐次逼近寄存器、逻辑控制和定时电路组成。三态门输出锁存器用来保存A/D转换结果，当输出允许信号OE有效时

30、，打开三态门，输出A/D转换结果。因输出有三态门，便于与单片机总线连接。表1.6 ADC0809通道地址选择表 引脚功能由引脚图(3-15) b所示，ADC0809共有28个引脚，采用双列直插式封装。ADC0809 虽然有8路模拟通道可以同时输入8路模拟信号，但每个瞬间只能转换一路，各路之间的切换由软件变换通道地址来实现。其主要引脚功能如下所示。IN0IN7：8路模拟量输入端。D7D0：8位数字量输出端。A、B、C：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路。ALE：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

31、，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640KHZ。 REF（+）、REF（-）：基准电压。 Vcc：电源，单一5V。 GND：地。 1.5.2.2 ADC0809工作过程图1.4 ADC0809的时序图ADC0809的工作过程分为如下几步。第一步：首先确定A、B、C三位地址，决定选择哪一路模拟信号。第二步：使ALE端接收一正脉冲信号，使该路模拟信号经选择开关达到比较器的输入端。第三步：使START端接收一正

32、脉冲信号，START的上升沿将逐次逼近寄存器复位，下降沿启动A/D转换。第四步：EOC输出信号变低，指示转换正在进行。第五步：A/D转换结束，EOC变为高电平，指示AD转换结束。此时，数据已保存到8位锁存器中。第六步：OE信号变为高电平，则8位三态锁存缓冲器的三态门被打开，转换好的8位数字量数据被输出到数据线上。如上所述，EOC信号变为高电平表示A/D转换完成，EOC可作为中断申请信号，通知89C51取走数据。在查询传送方式中，EOC可以作为89C51查询外设（ADC）的状态信号。1.5.2.3 ADC0809与单片机的接口ADC0809与单片机的连接主要考虑三方面：与单片机的数据总线、地址总

33、线和控制总线的连接。数据总线。由于ADC0809的输出D7D0具有三态输出锁存缓冲器，因此ADC0809可以直接和单片机的数据总线P0.0P0.7相连。地址总线。地址总线的P0.0、P0.1和P0.2可以对应连接ADC0809的A、B、C三位地址信号输入线，用以控制8路模拟输入中哪一路被选中输入。控制总线。有启动转换信号START、输出允许信号OE、转换结束信号EOC以及ALE等信号线的连接。START要求是一个正脉冲信号，由单片机控制发出，输出允许信号OE也需要单片机提供一个正脉冲信号。在A/D转换结束时，ADC0809会发出转换结束信号EOC，通知89C51可以读取转换数据。A/D转换后得

34、到的是数据，这些数据应传送给89C51单片机进行处理。数据传送的关键问题是如何确认A/D转换完成，因为只有确认数据转换完成后，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转换器来说，转换时间作为一个主要技术指标是已知的和固定的。例如，若ADC0809转换时间为128s，相当于6MHz的89C51单片机的64个机器周期。可据此设计一个延时子程序，A/D转换启动后即调用这个延时子程序，延迟时间一到，转换肯定完成了，接着就可以进行数据传送。2. 查询传送方式由于ADC0809片内无时钟，利用AT89C51提供的地址锁存信号ALE经过分频后可保证ADC0809可靠的工作。由于

35、ADC0809的输出D7D0具有三态输出锁存缓冲器，因此ADC0809可以直接和单片机的数据总线相连。由于此种方式下ALE和START连接在一起，因此0809在锁存通道地址的同时也启动转换。在读取转换结果时，用单片机的读信号和片选信号引脚经或非门后产生的正脉冲信号作为OE信号，用以打开三态输出锁存器。3. 中断传送方式采用中断方式可大大节省单片机的时间。当转换结束时，EOC向单片机发出中断请求信号，由中断服务子程序读取A/D转换结果并存储到RAM中，然后启动ADC0809的下一次转换。三种典型连接电路 大体上说，ADC0809在整个51单片机系统中是作为外部RAM的一个单元定位的。但具体到某一

36、个连接方式，ADC0809在整个51单片机系统中的定位又有一些差别。1. 第一种典型连接这是一种数据线对数据线、地址线对地址线的标准连接方式，如图(3-17)。但是由于51单片机没有现成的低8位地址总线，所以采用这种标准连接方式需要用74LS373或类似芯片产生低8位地址总线。早期的MCS51系列单片机的应用品种很多是没有内置程序存储器的8031芯片，本身就需要外挂74LS373等芯片产生低8位地址总线来外接EPROM等程序存储器,连接ADC0809时不需要专门外挂74LS373。因此早期的MCS51系列单片机,如8031,采用这种连接ADC0809还是比较可行的。图(3-17)中P2.7/A

37、15线作为整个ADC0809芯片的片选线。当P2.7/A15=0时，或非门敞开，允许写信号通过，将单片机负的写脉冲转换为ADC0809所需要的正脉冲，以选中ADC0809某一通道并启动转换。这是一种不完全地址译码方式。如果增加地址译码器，将P2.7/A15线改为高位地址译码器的输出线，就可以形成完全译码。在图(3-17)连接方式中，ADC0809的转换结果寄存器在概念上定位为单片机的一个只读寄存器，与通道号无关，因此读取转换结果时不必关心DPTR图1.5 ADC0809与51单片机的第一种连接方式中的通道号如何。编程概要： MOV DPTR，#7FF8H；DPTR指向0809通道0 MOVX

38、DPTR，A;锁定通道0并启动转换MOVX A,DPTR;读取转换结果2. 第二种典型连接通常芯片的地址线只能进不能出自不必说，ADC0809的数据线有一特点：只能出不能进。就是说，就像往SBUF写入时写到发送缓冲寄存器，从SBUF图1.6 ADC0809与51单片机的第二种连接方式读出时实际是读取接收缓冲寄存器的数据一样，往ADC0809写入时，把数据总线上的数据写到地址寄存器，从ADC0809读出时实际是读取转换结果数据。因此可以在把51单片机的8位数据线接到ADC0809的8位数据线的同时，又把其中的3位直接接到ADC0809的3根地址线以确定通道号。通常把51单片机的8位数据线中的低3

39、位D2,D1,D0直接接到ADC0809的3根地址线A2,A1,A0以确定通道号，如图（3-18），采用这种连接方式明显可以省去一片74LS373。在这种连接方式中，ADC0809的转换结果寄存器在概念上定位为单片机外部RAM单元的只读寄存器，而通道号寄存器在概念上定位为单片机同一个外部RAM单元的只写寄存器。同一个外部RAM单元的只读寄存器与只写寄存器使用同一个地址，就像51系列单片机的串行发送缓冲器与串行接受缓冲器使用同一个地址99H一样，不会发生混乱。 这种连接方式有一个特点，那就是单片机要把最低3位二进制数据通过数据总线写入ADC0809的地址锁存器，然后作为通道地址使用。编程概要：M

40、OV A,#0F8H；ADC0809通道0地址送到AMOV DPTR,#7FFFH；DPTR指向ADC0809MOVX DPTR,A；锁定通道0并启动转换MOVX A,DPTR； 要求在程序第一条指令中把决定是否能选中整个ADC0809芯片的数据传送到数据指针。在本电路中，只要送到DPTR的最高位数据为0，就能选中ADC0809，而通道地址由累加器A的最低3位数字决定。除了最高位以外，DPTR的其余15位数据对于ADC没有任何意义。除了较低3位以外，累加器A的其余5位数据对于ADC也没有任何意义。这是本程序的一大特点。3. 第三种典型连接在很多应用场合，AT89S51内部的硬件资源，例如4KB

41、闪存，128B内部RAM，一个串行口和4个8位并行口等，已经够用。就是说，在很多应用场合，不需要外扩RAM或I/O口。图1.7 ADC0809与51单片机的第三种连接方式当51单片机没有外扩RAM和I/O口时，ADC0809就可以在概念上作为一个特殊的唯一的外扩RAM单元。因为它是唯一的，就没有地址编号，也就不需要任何地址线或者地址译码线。只要单片机往外部RAM写入，就是写到ADC0809的地址寄存器中。只要单片机从外部RAN读取数据，就是读取ADC0809的转换结果。基于这种外部RAM的唯一单元概念设计的AT89S51与ADC0809的连接电路如图图（3-19）。相应的启动程序和读数程序都非

42、常简单。 编程概要：MOV A，#0F8H；ADC0809通道0地址送到A MOVX R0，A；锁定通道0并启动转换 MOVX A，R0 ；读取转换结果其中间寄存器R0中的数据无论在启动ADC0809还是在读取转换结果时都没有任何意义，因此事先不必考虑往R0中送入什么数据。这是本程序的一大特点。4. 三种连接方式的综合比较第一种和第二种连接方式允许多片ADC0809与单片机连接，第三种连接方式只能连接一片。通常1片8通道ADC0809就能满足控制工程需要。因此在单片机没有外扩RAM和I/O接口时，第三种连接方式时一种优选方案。需要2片或更多ADC0809时，第二种连接方式时一种优选方案。第一种

43、连接方式需要一片74LS373做地址锁存器。如果单片机系统已经有一片73LS373地址锁存器，那么第一种连接方式也不失为一种可以考虑的连接方式。2总体设计2.1技术要求：(1)最高量程为：500V。(2)分为三档量程：020V，0200V，0500V。可以通过调档开关实现各档位。精度为0.08 v。2.2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，ADC0809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。设计的基本框图如下：单片机系统模块1602液晶显示模块A/D转换模块输入电路模块按键模块

44、 图2.1 设计的基本框图3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。3.1 单片机系统单片机最小系统包括晶振电路，复位电路，电源。其原理图如下： 图3.1 复位电路此模块中，单片机的晶振是12MHZ，C1和C2的电容是22pf，C3可选10UF。R1电阻为1K。3.2输入电路由于输入电路的电压比基准电压（5V）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通道，从而切换档位。则完整输入电路如下：图3.2 衰减电路通过计算，根据不同量程的通道，设定不同的衰减电阻如上图所示，并用手动开关的方式来切换相应档位，用其相应数据转换的算法计算出所测正

45、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下图所示。3.3 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1、通道2、 通道3，数据输出口连接单片机的P0口，脉冲端连接单片机的ale口。模块连接如下图所示。 图3.3 A/D转换芯片与单片机的连接3.4 1602液晶与单片机连接此模块液晶的RS和E端分别连接单片机的P3.0和P3.1口；液晶的数据各端口连接单片机的P1口。具体如下图所示。图3.4 1602液晶与单片机连接3.5按键控制电路设计。三个通道键盘的三端分别与单片机的P3.4、P3.5、P3.6口连接，另一端接地。原理图如下所示。图3.5

46、 按键控制电路键盘的功能：可根据所测的电压范围，通过按键来切换通道。3.6系统电路的设计图3.6 总电路图4系统软件的设计4.1 汇编语言和C语言的特点及选择本设计是硬件电路和软件编程相结合的设计方案，选择合适的编程语言是一个重要的环节。在单片机的应用系统程序设计时，常用的是汇编语言和C语言。汇编语言的特点是占用内存单元少，执行效率高。执行速度快。但它依赖于计算机硬件，程序可读性和可移植性比较差。而C语言虽然执行效率没有汇编语言高，但语言简洁，使用方便，灵活，运算丰富，表达化类型多样化，数据结构类型丰富，具有结构化的控制语句，程序设计自由度大，有很好的可重用性，可移植性等特点。由于现在单片机的

47、发展已经达到了很高的水平，内部的各种资源相当的丰富，CPU的处理速度非常的快。用C语言来控制单片机无疑是一个理想的选择。所以在本设计中采用C语言编写软件程序。4.2 主程序的设计主程序的总体流程如下图：选择档位启动AD开外部中断数据标定液晶显示开始判断中断NY图4.1 主程序的总体流程5系统的调试完成了系统的硬件设计，制作和软件编程之后，要使系统能够按设计意图正常运行，必须进行系统调试。调试分了硬件和软件调试。5.1硬件调试 硬件调试的主要任务是排除硬件故障，其中包括设计的错误和工艺性故障等。1） 检查所设计的硬件电路板所有的器件和引脚是否正确，尤其是电源的连接是否正确；检查各总线是否有短路的

48、故障。检查开关/按键是否正常，是否连接正确，为了保护芯片，应先对各插座电位进行检查，确认无误后再插入芯片。2） 将40芯片的仿真插头插入单片机插座进行调试，检查各接口是否满足设计的要求，有正常的程序测试硬件电路的好坏。5.2软件调试软件调试的任务是利用开发工具进行在线仿真调试，发现和纠正程序的错误，同时也能发现硬件的故障。软件调试是一个模块一个模块进行的。首先单独调试各子程序是否能够按照预期的功能，接口电路的控制是否正常。最后调试整个程序。尤其注意的是各模块间能否正确的传递参数。1） 检查液晶显示模块程序。在主程序中调用display()和dislay_zifu()函数，观察在1602液晶上是

49、否能够显示相应的字符。如果不能，则在相关的子程序中设计断点，反复调试直到能够显示。2） 检查按键模块程序。本设计的按键模块程序是用状态机的方法，可以在key_state1状态下加一个任务，如显示一个字符在液晶上。观察是否正确显示。3） 检查A/D转换模块程序。可以在硬件电路的输入端输入已知的几个电压，分别观察液晶上是否显示相应的电压值。4） 检查数据的转换模块程序。可以按硬件电路的按键开关，输入相应的电压，观察液晶显示的电压值是否一致。如果一致。则数据转换的算法正确的。5） 总调试。当相应的各模块环节都正确后，可程序下载到单片机。接上电源运行。再检查所有功能，观察是否能预期的一样。如果一样，说

50、明设计成功完成。结束语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。使得本直流数字电压表具体精度高，灵敏度强，性能可靠，电路简单，设计成本低，能够满足一般的电压测量。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。但是本产品相对模拟电压表来说读数时非常的方便，抗干扰能力强，可扩展性强等优点。 致 谢借此论文结束之际，我首先要感谢我的导师在大学四年里对我的栽培。本论文是在老师的悉心指导下才完成的。陈老师学识渊博，为人和善。他不仅在学术上给了我指导，在生活上也给了我无尽的关怀。这一切都将使我终身难忘。我要感谢我系

51、的各位老师，在设计过程中，我系的老师们给了我很多种肯定的建议，使我的论文得以顺利的完成。也要感谢各位老师在四年来对我学习和生活上的关心和帮助。我要感谢所有的师弟师妹们，在这个团结奋斗、积极向上、充满爱心的集体中，我获得了不断进取的动力。最后 ，我要感谢我的家人，是他们在背后默默无闻的奉献，才使我有充足的时间和充裕的精力顺利完成我的学业。参考文献1李建忠编著单片机原理及应用M. 西安：西安电子科技大学出版社，2002:113-126.2朱勇，陈其乐，刘浩等单片机原理与应用技术M 北京：清华大学出版社2006:122-138 3宋浩，田丰单片机原理及应用M 北京：清华大学出版社2006:180-1

52、97，278-2854边春远，王志强MCS-51单片机应用开发实用子程序M北京：人民邮电出版社2005:283-2875何立民单片机应用技术选编（9）M 北京：北京航空航天大学出版社2004:335-3426郭强等. 液晶显示应用技术M. 电子工业出版社. 2000 7 阎石.数字电子技术基础M.北京：高等教育出版社，2006 8 李光飞 李良儿.单片机C程序设计M.北京：北京航空航天大学出版社，20059 何立民.单片机应用文集M.北京：北京航空航天大学出版社,1991.10 Wang Debiao, MCS-51 Monolithic integrated circuit Principl

53、e And Connection Technology M.the electronics industry publishing house in August, 2003 1st edition 1st time printed.11 Ding Yuanjie, Monolithic Microcomputer Principle And ApplicationM. mechanical industry publishing house in January, 2005 2nd edition 10th printing.12 Nie resolute, the monolithic i

54、ntegrated circuit timer interruption interval error analysis and compensates J. Micro computer information, 2002,18(4):3738.13 Lou Ranmiao Li Guangfei, 51 Series Monolithic integrated circuit Design ExampleM.Beijing University of Aeronautics and Astronautics Publishing house in March, 2003 1st edition. 附录A：英语科技文献原文及其翻译稿引用的外文文献：AT89S52 Chip explainsFeatures:Compatible with MCS-51TM Pr