直流數(shù)字電壓表的設計與實現(xiàn)

1、 . . . 畢業(yè)設計（論文）題 目 直流數(shù)字電壓表的設計與實現(xiàn) 專 業(yè) 電子信息工程 班 級 電信0901 學 生 琳慧（20904102） 指導教師 湯曉方 高科學院 2013 年37 / 48摘 要在日常維修、教學和科研中，電壓表是不可缺少的。本課題目的就是以單片機為基礎設計出一種結構簡單、工作可靠、靈活性好的數(shù)字電壓表。本文首先介紹了數(shù)字電壓表的發(fā)展現(xiàn)狀與課題的目的和意義。然后，對基于單片機的數(shù)字電壓表的硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)的設計原理與具體實現(xiàn)方案作以詳細介紹，其中，在硬件部分，較為詳細的討論了硬件的選擇、設計原理、使用方法和功能，同時，對各部分接口電路作以介紹；在軟件部分，介紹了軟件所

2、使用的編程語言和編程思路。本文設計的數(shù)字電壓表，其硬件電路所用組件較少、成本低、調(diào)節(jié)簡單；軟件采用C語言編程，其靈活性高，可讀性強。該設計主要由三個模塊組成：A/D轉換模塊，數(shù)據(jù)處理模塊與顯示模塊。A/D轉換主要由芯片ADC0809來完成，它負責把采集到的模擬量轉換為相應的數(shù)字量在傳送到數(shù)據(jù)處理模塊。數(shù)據(jù)處理則由芯片AT89C51來完成，其負責把ADC0809傳送來的數(shù)字經(jīng)過一定的數(shù)據(jù)處理，產(chǎn)生相應的顯示碼送到顯示模塊進行顯示；此外,它還控制著ADC0809芯片工作。經(jīng)過理論研究、原理設計和整機調(diào)試，實驗結果表明，該方案可行。本次設計的電壓表所測量的直流電壓圍為04v，要求測量電壓的誤差不超過

3、0.1v。它以單片機AT89C51為核心，主要由轉換電路將輸入的模擬量轉換為數(shù)字量的A/D轉換器ADC0809，1602液晶顯示器構成。關鍵詞:單片機；電壓表；A/D轉換器；1602液晶顯示器ABSTRACTIn routine maintenance, teaching and research, voltage meter is indispensable. A direct current digital voltage meter has been designed, which is based on MCU, and has a simple structure, reliable

4、, flexible.Firstly，this paper introduced the development of the base on MCU digital voltage meter and the purpose and significance of topic. Then in details this paper described the design principle of hardware and software systems. And in details the hardware part present a discussion in hardware s

5、election, design principles, instructions and the function, further more, some of the interface circuit have been introduced. The software part introduced the programming language and programming ideas used in codes.The digital voltage meter designed here, have less components in the hardware part,

6、lower cost and easier testing; software used C programming language whichis high flexibility and strong readability. The circuit of the voltage meter is mainly consisted of three mould pieces: A/D converting mould piece, A/D converting is mainly completed by the ADC0809, it converts the collected an

7、alog data into the digital data and transmits the outcome to the manifestation controlling mould piece. Data processing is mainly completed by the AT89C51 chip, it processes the data produced by the ADC0809 chip and generates the right manifestation codes, also transmits the codes to the manifestati

8、on controlling mould piece. Also, the AT89C51 chip controls the ADC0809 chip to work. After theoretical research, principle design and debugging, theexperimentalresults suppose it is feasible of choosing this program.Thisdesign and manufacture of digital voltmeter,the measuring range DC voltage 0 4v

9、, measurement precision is 0.08v. It is based on 8951 MCU core, mainly by the conversion circuit to convert an alog input to digital volumeA / D converterADC0809,the 1602 liquid crystal display from.KEY WORDS: SCM; digital voltmeter;A/D converter; 1602 liquid crystal display目 錄摘要IABSTRACTII引言V第1章系統(tǒng)設

10、計方案的選擇111設計方案的選擇11.1.2基于分立組件的電壓表11.1.3基于單片機系統(tǒng)與A/D轉換芯片的電壓表11.1.4 方案的選擇2第2章總體設計22.1 硬件電路的設計22.1.1單片機簡介與本設計單片機的選擇22.1.1.1常用單片機的特點比較與本設計單片機的選擇32.1.1.2本設計使用的單片機的簡介32.2顯示器件的介紹和選擇62.2.1常用顯示器件簡介62.2.2 1602液晶的參數(shù)資料72.3模數(shù)（A/D）轉換芯片的選擇92.3.1 常用的A/D芯片簡介92.3.2模數(shù)（A/D）芯片ADC0809的資料102.3.3 ADC0809工作過程132.3.4 ADC0809與單

11、片機的接口142.3.5主要元器件介紹17第3章電路設計203.1 技術要求203.2 設計方案203.3 硬件電路系統(tǒng)模塊的設計203.3.1單片機系統(tǒng)213.3.2 A/D轉換芯片與單片機的連接213.3.3 1602液晶與單片機連接213.4 按鍵控制電路的設計213.5系統(tǒng)電路的設計233.6 系統(tǒng)軟件的設計243.6.1主程序的設計253.6.2 初始化程序253.6.3 A/D轉換子程序253.6.4 顯示子程序26第4章系統(tǒng)的調(diào)試274.1 軟件調(diào)試274.1.1 加入仿真輔助信號274.1.2 加載程序284.2 顯示結果與誤差分析284.2.1 顯示結果284.2.2 誤差分

12、析294.3 系統(tǒng)調(diào)試中遇到的問題與解決的方法30第5章結論31致32附件一：參考文獻：33附件二：電路總圖：34附件三：源程序：35引 言數(shù)字電壓表出現(xiàn)在50年代初，60年代末發(fā)起來的電壓測量儀表，簡稱DVM，它采用的是數(shù)字化測量技術，把連續(xù)的模擬量，也就是連續(xù)的電壓值轉變?yōu)椴贿B續(xù)的數(shù)字量，加以數(shù)字處理然后再通過顯示器件顯示。這種電子測量的儀表之所以出現(xiàn)，一方面是由于電子計算機的應用逐漸推廣到系統(tǒng)的自動控制信實驗研究的領域，提出了將各種被觀察量或被控制量轉換成數(shù)碼的要求，即為了實時控制與數(shù)據(jù)處理的需要；另一方面，也是電子計算機的發(fā)展，帶動了脈沖數(shù)字電路技術的進步，為數(shù)字化儀表的出現(xiàn)提供了條件

13、。所以，數(shù)字化測量儀表的產(chǎn)生與發(fā)展與電子計算機的發(fā)展是密切相關的；同時，為革新電子測量中的煩鎖和舊方式也催促了它的飛速發(fā)展，如今，它又成為向智能化儀表發(fā)展的必要橋梁。如今，數(shù)字電壓表已絕大部分已取代了傳統(tǒng)的模擬指針式電壓表。因為傳統(tǒng)的模擬指針式電壓表功能單一，精度低，讀數(shù)的時候也非常不方便，很容易出錯。而采用單片機的數(shù)字電壓表由于測量精度高，速度快，讀數(shù)時也非常的方便，抗干擾能力強，可擴展性強等優(yōu)點已被廣泛的應用于電子與電工的測量，工業(yè)自動化儀表，自動測試系統(tǒng)等智能化測量領域。顯示出強大的生命力。數(shù)字電壓表最初是伺服步進電子管比較式，其優(yōu)點是準確度比較高，但是采樣速度慢，重量達幾十公斤，體積大

14、。繼之出現(xiàn)了諧波式電壓表，它的速度方面稍有提高，但是準確度低，穩(wěn)定性差，再后來出現(xiàn)了比較式儀表改進逐次漸近式結構，它不僅保持了比較式準確度高的優(yōu)點，而且速度也有了很大的提高，但它有一缺點是抗干擾能力差，很容易受到外界各種因素的影響。隨后，在諧波式的基礎上雙引伸出階梯波式，它的唯一的進步是成本降低了，可是準確寬，速以與抗干擾能力都未能提高。而現(xiàn)在，數(shù)字電壓表的發(fā)展已經(jīng)是非常的成熟，就原理來講，它從原來的一，二種已發(fā)展到多種，在功能上講，則從測量一參數(shù)發(fā)展到能測多種參數(shù)；從制作組件來看，發(fā)展到了集成電路，準確度已經(jīng)有了很大的提高，精度高達1NV；讀數(shù)每秒幾萬次，而相對以前，它的價格也有了降低了很多

15、。目前實現(xiàn)電壓數(shù)字化測量的方法仍然模-數(shù)（A/D）轉換的方法。轉換的精度很大程度上影響著數(shù)字電壓表的準確度，因而，以后數(shù)字電壓表的發(fā)展就著眼在高精度和低成本這兩個方面。而數(shù)字電壓表種類繁多，型號新異，目前國際仍未有統(tǒng)一的分類方法。而常用的分類方法有如下幾種：按用途來分：有直流數(shù)字電壓表，交、直流數(shù)字電壓表，交直流萬用表等。按顯示位數(shù)來分：有4位，5位，6位，7位，8位等。按測量速度來分：有低準確度，中準確度，高準確度等。按測量速度來分：有低速，中速，高速，超高速等。但在日常生活中，數(shù)字電壓表一般是按照原理不同進行分類的，目前大致分為以下幾類：比較式，電壓時間變換式，積分式等。在電量的測量中，電

16、壓、電流和頻率是最基本的三個被測量。其中，電壓量的測量最為經(jīng)常。而且隨著電子技術的發(fā)展，更是經(jīng)常需要測量高精度的電壓，所以數(shù)字電壓表就成為一種必不可少的測量儀器。另外，由于數(shù)字式儀器具有讀數(shù)準確方便、精度高、誤差小、靈敏度高和分辨率高、測量速度快等特點而倍受用戶青睞，數(shù)字式電壓表就是基于這種需求而發(fā)展起來的，是一種必不可少的電子測量儀表。本文是以簡易數(shù)字直流電壓表的設計為研究容，本系統(tǒng)主要包括三大模塊：轉換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊與顯示模塊。其中，A/D轉換采用ADC0809對輸入的模擬信號進行轉換，控制核心AT89C51再對轉換的結果進行運算處理，最后驅(qū)動輸出裝置LED顯示數(shù)字電壓信號。第1章 系

17、統(tǒng)設計方案的選擇11設計方案的選擇設計數(shù)字電壓表有多種的設計方法，方案是多種多樣的，由于大規(guī)模集成電路數(shù)字芯片的高速發(fā)展，各種數(shù)字芯片品種多樣，導致對模擬數(shù)據(jù)的采集部分的不一致性，進而又使對數(shù)據(jù)的處理與顯示的方式的多樣性。又由于在現(xiàn)實的工作生活中，電壓表的測量測程圍是比較大的，所以必須要對輸入電壓作分壓處理，而各個數(shù)據(jù)處理芯片的處理電壓圍不同，則各種方案的分段也不同。下面介紹兩種數(shù)字電壓表的設計方案。1.1.2基于分立組件的電壓表這種設計方案是由模擬電路與數(shù)字電路兩大部分組成，模擬部分包括輸入放大器、A/D轉換器和基準電壓源；數(shù)字部分包括計數(shù)器、譯碼器、邏輯控制器、振蕩器和顯示器。其中，A/D

18、轉換器是它的核心器件，它將輸入的模擬量轉換成數(shù)字量。模擬電路和數(shù)字電路是相互聯(lián)系的，由邏輯控制電路產(chǎn)生控制信號，按規(guī)定的時序?qū)/D轉換器中個組模擬開關接通或斷開，保證A/D轉換正常進行。A/D轉換結果通過計數(shù)譯碼電路變換成段碼，最后驅(qū)動顯示器顯示出相應的數(shù)值。此方案設計其優(yōu)點是，設計成本低，能夠滿足一般的電壓測量。但設計不靈活，都是采用純硬件電路。很難將其在原有的基礎上進行擴展。1.1.3基于單片機系統(tǒng)與A/D轉換芯片的電壓表這種方案是利用單片機系統(tǒng)與模數(shù)轉換芯片、顯示模塊等的結合構建數(shù)字電壓表。由于單片機的發(fā)展已經(jīng)成熟，利用單片機系統(tǒng)的軟硬件結合，可以組裝出許多的應用電路來。此方案的原理是

19、模數(shù)（A/D）轉換芯片的基準電壓端，被測量電壓輸入端分別輸入基準電壓和被測電壓。模數(shù)（A/D）轉換芯片將被測量電壓輸入端所采集到的模擬電壓信號轉換成相應的數(shù)字信號，然后通過對單片機系統(tǒng)進行軟件編程，使單片機系統(tǒng)能按規(guī)定的時序來采集這些數(shù)字信號，通過一定的算法計算出被測量電壓的值。最后單片機系統(tǒng)將計算好了的被測電壓值按一定的時序送入顯示電路模塊加以顯示。1.1.4 方案的選擇綜上所述，根據(jù)以上兩種設計方案各方面優(yōu)點與其在所設計電壓表中的實用性，我們選擇第二種電壓表設計方案，即由單片機系統(tǒng)與數(shù)字芯片構建的方法來我們本次設計。第二種方案不僅能夠繼承上一種方案的各種優(yōu)點，還能改進上一種設計方案設計的不

20、靈活和難于在原基礎上進行功能擴展等不足。第2章 總體設計2.1 硬件電路的設計設計思路：（1）根據(jù)設計要求，選擇AT89C51單片機為核心控制器件。（2）A/D轉換采用ADC0809實現(xiàn)。（3）電壓顯示采用1602液晶顯示器。2.1.1單片機簡介與本設計單片機的選擇目前，單片機的種類很繁多，主要有主流的8位單片機和高性能的32位單片機。結合本設計各方面因素，對于本設計8位單片機已經(jīng)是綽綽有余了，但用哪一種類8的單片機呢？在這里，先簡單的介紹一下幾種常用的8位單片機。2.1.1.1常用單片機的特點比較與本設計單片機的選擇單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統(tǒng)，具有一個完整計算機所需要的大

21、部分部件：CPU，存，總線系統(tǒng)等。而目前常用的單片機的8位有51系列單片機，AVR單片機，PIC單片機。應用最廣的8位單片機還是intel的51系列單片機。51系列單片機的特點是：硬件結構合理，指令系統(tǒng)規(guī)，加之生產(chǎn)歷史悠久，世界有許多芯片公司都買了51的芯片核心專利技術，并在其基礎上擴充其性能，使得芯片的運行速度變得更快，性價比更高。AVR單片機是atmel公司推出較新的單片機，它的顯著特點是：高性能，低功能，高速度，指令單周期為主，但性格方面比51單片機要高。有專門的I/O方向寄存器。雖然有轉強的驅(qū)動電壓，但I/O口使用沒51單片機方便。PIC單片機系列是美國微芯公司的產(chǎn)品，也是市面上增長最

22、快的單片機之一，屬精簡指令集單片機，其特點是：高速度，高性能，但在性格方面比51單片機要高，也有專門的I/O方向寄存器，I/O口使用不比51單片機方便。綜合以上各種單片機的基本性能與本設計的滿足需要，我們將選擇51系列單片機。2.1.1.2本設計使用的單片機的簡介本設計中選用是51系列的AT89C51，它是低電壓、低功耗、高性能的CMOS8位單片機，片含4KB的可反復擦寫的只讀程序存儲器和128B的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器，32個I/O口線，片振蕩器與時鐘電路，并與MCS-51系列單片機兼容。在設計中，單片機起著連接硬件電路與程序運行與存儲數(shù)據(jù)的任務，一方面，它將A/D轉換器、顯示器等通過I/O口地

23、址線和數(shù)據(jù)線連接起來；另一方面，它將用戶下載的程序通過控制總線控制數(shù)據(jù)的輸入輸出，從而實現(xiàn)冊電壓的功能。下圖2.1為AT89C51 單片機部結構框圖：圖2.1 AT89C51單片機部結構框圖從部結構圖框圖上可以看出AT89C51單片機包括一下資源：（1） 一個8位的CPU；（2） 一個片振蕩器與時鐘電路；（3） 4KB的FlashROM；（4） 128的部RAM；（5） 可擴展64KB外部ROM和外部RAM的控制電路；（6） 2個16位的定時/計數(shù)器；（7） 26個特殊功能寄存器；（8） 4個8位的并行口；（9） 一個全雙工的串行口；（10） 5個中斷源，2個外部中斷，3部中斷；（11） 部硬

24、件看門狗電路；（12） 一個SPI串行接口，用于芯片的在系統(tǒng)編程。AT89C51單片機有四十個引腳，引腳可分為四類：電源，地，時鐘，控制和I/O口。管腳說明：  Vcc:供電電壓。GND：接地。     P0口：P0口為一個8位雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。     P1口：P1口是一個部提供上拉電阻

25、的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被部上拉為高電平，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器

26、進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。    P3口：P3口管腳是8個帶部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。    RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖

27、。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。    PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取址期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。   

28、0;/EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。    XTAL1：反向振蕩放大器的輸入與部時鐘工作電路的輸入。    XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。振蕩器特性:     XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片振蕩器。石晶振蕩和瓷振蕩均可采用。如

29、采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應不接。有余輸入至部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。2.2顯示器件的介紹和選擇本次設計中有顯示模塊，而常用的顯示器件比較多，有數(shù)碼管，LED點陣，1602液晶，12864液晶等。2.2.1常用顯示器件簡介數(shù)碼管是最常用的一種顯示器件，它是由幾個發(fā)光二極管組成的8字段顯示器件，其特點是價格非常的便宜，使用也非常的方便，顯示效果非常的清楚。小電流下可以驅(qū)動每光，發(fā)光響應時間極短，體積小，重量輕，抗沖擊性能好，壽命長。但數(shù)碼管只能是顯示09的數(shù)據(jù)。不能夠顯示字符。這也是數(shù)碼管的不足之處。LED點

30、陣顯示器件是由好多個發(fā)光二極管組成的。具有高亮度，功耗低，視角大，壽命長，耐濕，冷，熱等特點，LED點陣顯示器件可以顯示數(shù)字，英文字符，中文字符等。但用LED點陣顯示的軟件程序設計比較麻煩。1602液晶是工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示16*2即32個字符。1602液晶模塊部的字符發(fā)生存儲器已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼。使用時直接編寫軟件程序按一定的時序驅(qū)動即可。它的特點是顯示字跡清楚，價格相對便宜。12864液晶也是一種工業(yè)字符型液晶，它不僅能夠顯示1602液晶所可以顯示的字符，數(shù)字等

31、信息，而且還可以顯示8*4個中文漢字和一些簡單的圖片，顯示信息也非常的清楚。使用時也直接編寫軟件程序按一定的時序驅(qū)動即可。不過它的價格比1602液晶貴了很多。在本設計中，我們只需要顯示最后電壓的數(shù)字值和電壓的單位，綜合上面各種顯示器件的特點：數(shù)碼管只能顯示數(shù)字，不能顯示單位字符，不符合本設計的要求。而點陣顯示器件驅(qū)動顯示軟件程序編寫麻煩，占用的引腳相對也較多。也不是理解的顯示器件。所以在本設計中，我們考慮用液晶顯示器件，雖然12864液晶比1602液晶的功能強，不過在價格方面卻貴了好多。而1602液晶也足夠滿足本設計的需要。因此，在本設計實驗我們選擇1602液晶顯示器件。2.2.2 1602液

32、晶的參數(shù)資料我們選擇了1602液晶做為本設計的顯示模塊的顯示器件。以下是1602液晶的各方面參數(shù)：編號符號引腳說明1VSS電源地2VDD電源正極3VL液晶顯示偏壓信號4RS數(shù)據(jù)/命令選擇端5R/W讀/寫選擇端6E使能信號8-14D0-D7Data I/O15BLA背光源正極16BLK背光源負極表2. 1 接口信號說明（1）基本操作時序：讀狀態(tài)：輸入：RS=0，RW=1，E=1。輸出：D0-D7為狀態(tài)字寫狀態(tài)：輸入：RS=0，RW=0，D0-D7為指令碼，E為高脈沖。輸出：無讀數(shù)據(jù)：輸入：RS=1，RW=1，E=1。輸出：D0-D7為數(shù)據(jù)。寫數(shù)據(jù)：輸入：RS=1，RW=0，D0-D7為數(shù)據(jù)，E為

33、高脈沖。輸出：無STA7STA6STA5STA4STA3STA2STA1STA0STA0-6當前數(shù)據(jù)地址指針的數(shù)值STA7讀寫操作使能1：禁止 0：允許表2. 2 狀態(tài)字說明指令碼功能00111000設置16*2顯示，5*7點陣，8位數(shù)據(jù)口表2.3 顯示開/關與光標設置指令碼功能00001DCBD=1開顯示；D=0關顯示C=1顯示光標；C=0不顯示關標B=1光標閃爍；B=0光標不顯閃爍000001NSN=1當讀寫一個字條款后地址指針加一，且光標加一。N=0當讀或?qū)懸粋€字符后地址指針減一，且光標減一。S=1當寫一個安條款，整屏顯示左移（N=1）或右移（N=0），以得到光標不移動而屏幕移動的效果。

34、S=0當寫一個字符，整屏顯示不移動。表2.4 指令的說明 指令碼功能00111000設置16*2顯示，5*7點陣，8位數(shù)據(jù)口表2.5 顯示開/關與光標設置指令碼功能00001DCBD=1開顯示；D=0關顯示C=1顯示光標；C=0不顯示關標B=1光標閃爍；B=0光標不顯閃爍000001NSN=1當讀寫一個字條款后地址指針加一，且光標加一。N=0當讀或?qū)懸粋€字符后地址指針減一，且光標減一。S=1當寫一個安條款，整屏顯示左移（N=1）或右移（N=0），以得到光標不移動而屏幕移動的效果。S=0當寫一個字符，整屏顯示不移動。表2.6顯示模式設置指令碼功能80H+地址碼（0-27H，40H-67H）設置數(shù)

35、據(jù)地址指針01H顯示清屏：1，數(shù)據(jù)指針清0 2，所有顯示清002H顯示回車：數(shù)據(jù)指針清0表2.7 數(shù)據(jù)控制2.3模數(shù)（A/D）轉換芯片的選擇在本設計中，模數(shù)（A/D）轉換模塊是一個重要的模塊，它關系到最后數(shù)電壓表電壓值的精確度。所以，A/D芯片的選擇是設計過程中一個很重要的環(huán)節(jié)。2.3.1 常用的A/D芯片簡介常用的A/D芯片有AD0809，AD0832，TLC2543C等幾種。下面簡單介紹一下這三種芯片。AD0809是8位逐次逼近型A/D轉換器，它是由一個8路的模擬開關、一個地址鎖存譯碼器、一個A/D 轉換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關可選通8個模擬通道，允許8 路模擬量分時輸入，共享

36、A/D 轉換器進行轉換。些A/D轉換器是的特點是8位精度，屬于并行口，如果輸入的模擬量變化大快，必須在輸入之前增加采樣電路。AD0832也是8位逐次逼近型A/D轉換器，可支持致命傷個單端輸入通道和一個差分輸入通道。它易于和微處理器接口或獨立使用；可滿量程工作；可用地址邏輯多路器選通各輸入通道。TLC2543C是12位開關電容逐次逼近A/D轉換，每個器件有三個控制輸入端，片選，輸入/輸出時鐘以與地址輸入端。它可以從主機高速傳輸轉換數(shù)據(jù)。它有高速的轉換，通用的控制能力，具有簡化比率轉換，刻度以與模擬電路與邏輯電路和電源噪聲隔離，耐高溫等特點。綜合上述幾種A/D轉換芯片的特點，在本設計中，我們設計的

37、是簡易數(shù)字電壓表，因此在此，我們選擇精度為8位的ADC0809芯片。2.3.2模數(shù)（A/D）芯片ADC0809的資料綜合本設計的各方面考慮，我們選了ADC0809模數(shù)轉換芯片。下面就介紹此芯片的各方面資料。（1）結構和轉換原理如圖(1.2)所示為ADC0809的部結構框圖。ADC0809由3部分組成：8路模擬量選通開關、8位A/D轉換器和三態(tài)輸出數(shù)據(jù)鎖存器。 ADC0809允許8路模擬信號輸入，由8路模擬開關選通其中一路信號，模擬開關受信道地址鎖存和譯碼電路的控制。當?shù)刂锋i存信號ALE有效時，3位地址C、B、A進入地址鎖存器，經(jīng)譯碼后使8路模擬開關選通某一路信號。 8位A/D轉換器為逐次逼近式

38、，由256R電阻分壓器、樹狀模擬開關（這兩部分組成一個D/A變換器）、電壓比較器、逐次逼近寄存器、邏輯控制和定時電路組成。三態(tài)門輸出鎖存器用來保存A/D轉換結果，當輸出允許信號OE有效時，打開三態(tài)門，輸出A/D轉換結果。因輸出有三態(tài)門，便于與單片機總線連接。表2.8 ADC0809信道地址選擇表圖2.2 ADC0809的部結構圖2.3ADC0809的引腳（2）引腳功能由引腳圖(2.3) 所示，ADC0809共有28個引腳，采用雙列直插式封裝。ADC0809 雖然有8路模擬通道可以同時輸入8路模擬信號，但每個瞬間只能轉換一路，各路之間的切換由軟件變換信道地址來實現(xiàn)。其主要引腳功能如下所示。IN0

39、IN7：8路模擬量輸入端。D7D0：8位數(shù)字量輸出端。A、B、C：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。START： A/D轉換啟動信號，輸入，高電平有效。EOC： A/D轉換結束信號，輸出，當A/D轉換結束時，此端輸出一個高電平（轉換期間一直為低電平）。OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當A/D轉換結束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。CLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640KHZ。REF（+）、REF（-）：基準電壓。Vcc：電源，單一5V。GND：地。2.3.3 ADC0809工作過程圖2.4 AD

40、C0809的時序圖ADC0809的工作過程分為如下幾步：第一步：首先確定A、B、C三位地址，決定選擇哪一路模擬信號。第二步：使ALE端接收一正脈沖信號，使該路模擬信號經(jīng)選擇開關達到比較器的輸入端。第三步：使START端接收一正脈沖信號，START的上升沿將逐次逼近寄存器復位，下降沿啟動A/D轉換。第四步：EOC輸出信號變低，指示轉換正在進行。第五步：A/D轉換結束，EOC變?yōu)楦唠娖剑甘続D轉換結束。此時，數(shù)據(jù)已保存到8位鎖存器中。第六步：OE信號變?yōu)楦唠娖?，則8位三態(tài)鎖存緩沖器的三態(tài)門被打開，轉換好的8位數(shù)字量數(shù)據(jù)被輸出到數(shù)據(jù)線上。如上所述，EOC信號變?yōu)楦唠娖奖硎続/D轉換完成，EOC可作

41、為中斷申請信號，通知89C51取走數(shù)據(jù)。在查詢傳送方式中，EOC可以作為89C51查詢外設（ADC）的狀態(tài)信號。2.3.4 ADC0809與單片機的接口ADC0809與單片機的連接主要考慮三方面：與單片機的數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線的連接。a數(shù)據(jù)總線。由于ADC0809的輸出D7D0具有三態(tài)輸出鎖存緩沖器，ADC0809可以直接和單片機的數(shù)據(jù)總線P0.0P0.7相連。b地址總線。地址總線的P0.0、P0.1和P0.2可以對應連接ADC0809的A、 B、C三位地址信號輸入線，用以控制8路模擬輸入中哪一路被選中輸入。c控制總線。有啟動轉換信號START、輸出允許信號OE、轉換結束信號EOC以與

42、ALE等信號線的連接。START要一個正脈沖信號，由單片機控制發(fā)出，輸出允許信號OE也需要單片機提供一個正脈沖信號。在A/D轉換結束時，ADC0809會發(fā)出轉換結束信號EOC，通知89C51可以讀取轉換數(shù)據(jù)。A/D轉換后得到的是數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)應傳送給89C51單片機進行處理。數(shù)據(jù)傳送的關鍵問題是如何確認A/D轉換完成，因為只有確認數(shù)據(jù)轉換完成后，才能進行傳送。為此可采用下述兩種方式:對于一種A/D轉換器來說，轉換時間作為一個主要技術指標是已知的和固定的。例如，若ADC0809轉換時間為128s，相當于6MHz的89C51單片機的64個機器周期?？蓳?jù)此設計一個延時子程序，A/D轉換啟動后即調(diào)用這

43、個延時子程序，延遲時間一到，轉換肯定完成了，接著就可以進行數(shù)據(jù)傳送。a.查詢傳送方式由于ADC0809片無時鐘，利用AT89C51提供的地址鎖存信號ALE經(jīng)過分頻后可保證ADC0809可靠的工作。由于ADC0809的輸出D7D0具有三態(tài)輸出鎖存緩沖器，因此ADC0809可以直接和單片機的數(shù)據(jù)總線相連。由于此種方式下ALE和START連接在一起，因此0809在鎖存信道地址的同時也啟動轉換。在讀取轉換結果時，用單片機的讀信號和片選信號引腳經(jīng)或非門后產(chǎn)生的正脈沖信號作為OE信號，用以打開三態(tài)輸出鎖存器。b.中斷傳送方式采用中斷方式可大大節(jié)省單片機的時間。當轉換結束時，EOC向單片機發(fā)出中斷請求信號，

44、由中斷服務子程序讀取A/D轉換結果并存儲到RAM中，然后啟動ADC0809的下一次轉換。三種典型連接電路大體上說，ADC0809在整個51單片機系統(tǒng)中是作為外部RAM的一個單元定位的。但具體到某一個連接方式，ADC0809在整個51單片機系統(tǒng)中的定位又有一些差別。a.第一種典型連接這是一種數(shù)據(jù)線對數(shù)據(jù)線、地址線對地址線的標準連接方式，但是由于51單片機沒有現(xiàn)成的低8位地址總線，所以采用這種標準連接方式需要用74LS373或類似芯片產(chǎn)生低8位地址總線。早期的51系列單片機的應用品種很多是沒有置程序存儲器的8031芯片，本身就需要外掛74LS373等芯片產(chǎn)生低8位地址總線來外接EPROM等程序存儲

45、器,連接ADC0809時不需要專門外掛74LS373。因此早期的51系列單片機,如8031,采用這種連接ADC0809還是比較可行的。編程概要： MOV DPTR，#7FF8H；DPTR指向0809通道0 MOVX DPTR，A;鎖定通道0并啟動轉換MOVX A,DPTR;讀取轉換結果b.第二種典型連接通常芯片的地址線只能進不能出自不必說，ADC0809的數(shù)據(jù)線有一特點：只能出不能進。就是說，就像往SBUF寫入時寫到發(fā)送緩沖寄存器，從SBUF讀出時實際是讀取接收緩沖寄存器的數(shù)據(jù)一樣，往ADC0809寫入時，把數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)寫到地址寄存器，從ADC0809讀出時實際是讀取轉換結果數(shù)據(jù)。因此可以

46、在把51單片機的8位數(shù)據(jù)線接到ADC0809的8位數(shù)據(jù)線的同時，又把其中的3位直接接到ADC0809的3根地址線以確定信道號。通常把51單片機的8位數(shù)據(jù)線中的低3位D2,D1,D0直接接到ADC0809的3根地址線A2,A1,A0以確定通道號。在這種連接方式中，ADC0809的轉換結果寄存器在概念上定位為單片機外部RAM單元的只讀寄存器，而通道號寄存器在概念上定位為單片機同一個外部RAM單元的只寫寄存器。同一個外部RAM單元的只讀寄存器與只寫寄存器使用同一個地址，就像51系列單片機的串行發(fā)送緩沖器與串行接受緩沖器使用同一個地址99H一樣，不會發(fā)生混亂。 這種連接方式有一個特點，那就是單片機要把

47、最低3位二進制數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線寫入ADC0809的地址鎖存器，然后作為信道地址使用。編程概要：MOV A,#0F8H；ADC0809信道0地址送到AMOV DPTR,#7FFFH；DPTR指向ADC0809MOVX DPTR,A；鎖定通道0并啟動轉換MOVX A,DPTR； 要求在程序第一條指令中把決定是否能選中整個ADC0809芯片的數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)指針。在本電路中，只要送到DPTR的最高位數(shù)據(jù)為0，就能選中ADC0809，而信道地址由累加器A的最低3位數(shù)字決定。除了最高位以外，DPTR的其余15位數(shù)據(jù)對于ADC沒有任何意義。除了較低3位以外，累加器A的其余5位數(shù)據(jù)對于ADC也沒有任何意義。這

48、是本程序的一大特點。c.第三種典型連接在很多應用場合，AT89C51部的硬件資源，例如4KB閃存，128B部RAM，一個串行口和4個8位并行口等，已經(jīng)夠用。就是說，在很多應用場合，不需要外擴RAM或I/O口。當51單片機沒有外擴RAM和I/O口時，ADC0809就可以在概念上作為一個特殊的唯一的外擴RAM單元。因為它是唯一的，就沒有地址編號，也就不需要任何地址線或者地址譯碼線。只要單片機往外部RAM寫入，就是寫到ADC0809的地址寄存器中。只要單片機從外部RAN讀取數(shù)據(jù)，就是讀取ADC0809的轉換結果。編程概要：MOV A，#0F8H；ADC0809信道0地址送到AMOVX R0，A；鎖定

49、通道0并啟動轉換 MOVX A，R0 ；讀取轉換結果其中間寄存器R0中的數(shù)據(jù)無論在啟動ADC0809還是在讀取轉換結果時都沒有任何意義，因此事先不必考慮往R0中送入什么數(shù)據(jù)。這是本程序的一大特點。三種連接方式的綜合比較：第一種和第二種連接方式允許多片ADC0809與單片機連接，第三種連接方式只能連接一片。通常1片8通道ADC0809就能滿足控制工程需要。因此在單片機沒有外擴RAM和I/O接口時，第三種連接方式時一種優(yōu)選方案。需要2片或更多ADC0809時，第二種連接方式時一種優(yōu)選方案。第一種連接方式需要一片74LS373做地址鎖存器。如果單片機系統(tǒng)已經(jīng)有一片73LS373地址鎖存器，那么第一種

50、連接方式也不失為一種可以考慮的連接方式。2.3.5主要元器件介紹模數(shù)轉換芯片ADC0809：ADC0809是典型的8位8通道逐次逼近式A/D轉換器，其實物如圖2.5所示。它可以和微型計算機直接接口。圖2.5ADC0809實物圖a. ADC0809部邏輯結構：圖2.6 ADC0809的部邏輯結構與引腳圖  ADC0809的部邏輯結構如圖2.6示。圖中多路模擬開關可選通8路模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，并共享一個A/D轉換器進行轉換。地址鎖存與譯碼電路完成對A、B、C三個地址位進行鎖存與譯碼，如表2.9所示。表2.9 ADC0809通道選擇表C(ADDC)B(ADDB)A(

51、ADDA)選擇的通道000IN0001IN10100IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7b. ADC0809的引腳ADC0809芯片為28引腳雙列直插式封裝，其引腳排列如圖2.9所示。(1)IN0IN7：8路模擬量輸入通道。(2)A、B、C：模擬信道地址線。這3根地址線用于對8路模擬通道的選擇，其譯碼關系如表1-1所示。其中，A為低地址，C為高地址，引腳圖中為ADDA，ADDB和ADDC。(3)ALE：地址鎖存允許信號。對應ALE上跳沿，A、B、C地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。(4)START：轉換啟動信號。START上升沿時，復位ADC0809；START下降沿時啟

52、動芯片，開始進行A/D轉換；在A/D轉換期間，START應保持低電平。本信號有時簡寫為ST。(5)D7D0：數(shù)據(jù)輸出線。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機的數(shù)據(jù)線直接相連。D0為最低位，D7為最高。(6)OE：輸出允許信號。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機輸出轉換得到的數(shù)據(jù)。OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻；OE=1，輸出轉換得到的數(shù)據(jù)。(7)CLK：時鐘信號。ADC0809的部沒有時鐘電路，所需時鐘信號由外界提供，因此有時鐘信號引腳。通常使用頻率為500KHz的時鐘信號。(8)EOC：轉換結束信號。EOC=0,正在進行轉換；EOC=1,轉換結束。使用中該狀態(tài)信號即可作為查詢的狀態(tài)標志，又可作為中斷請求

53、信號使用。(9)Vcc： +5V電源，GND：地。(10)Vref：參考電壓。參考電壓用來與輸入的模擬信號進行比較，作為逐次逼近的基準。其典型值為+5V(Vref(+)=+5V, Vref(-)=0V)。c. ADC0809的工作原理：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復位。下降沿啟動 A/D轉換，之后EOC輸出信號變低，指示轉換正在進行。直到A/D轉換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A/D轉換結束，結果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當OE輸入高電平時，輸出三態(tài)門打開，轉換結果的數(shù)字量輸出

54、到數(shù)據(jù)總線上。（注意：ALE信號常與START信號連在一起，這樣連接可以在信號的前沿寫入地址信號，在其后沿啟動A/D轉換，圖2.7為ADC0809信號的時序配合圖）。圖2.7 ADC0809信號的時序配合第3章 電路設計3.1 技術要求（1）以51系列單片機為核心器件，組成一個簡單的直流數(shù)字電壓表。（2）最高量程為：4v。（3）電壓顯示用1602液晶顯示器顯示，至少能夠顯示兩位小數(shù)。（4）盡量使用較少的元器件。3.2 設計方案根據(jù)上述，我們選擇單片機與A/D轉換芯片結合的方法實現(xiàn)本設計。使用的基本元器件是：AT89C51單片機，ADC0809模數(shù)轉換芯片，1602液晶顯示器，開關，按鍵，電容，

55、電阻，晶振，標準電源等等。設計的基本框圖如下：單片機系統(tǒng)模塊1602液晶顯示模塊A/D轉換模塊輸入電路模塊按鍵模塊圖3.1 設計的基本框圖3.3 硬件電路系統(tǒng)模塊的設計系統(tǒng)電路圖的繪制和仿真我用的是Proteus軟件。3.3.1單片機系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)包括晶振電路，復位電路，電源。其原理圖如下：圖3.2復位電路此模塊中，單片機的晶振是12MHZ，C1和C2的電容是22pf，C3可選10UF。R1電阻為1K。3.3.2 A/D轉換芯片與單片機的連接此設計中選擇的是A/D轉換芯片的信道1、信道2、信道3，數(shù)據(jù)輸出口連接單片機的P0口，脈沖端連接單片機的ale口。模塊連接如下圖3.3所示。3.3.3 1602液晶與單片機連接此模塊液晶的RS和E端分別連接單片機的P3.0和P3.1口；液晶的數(shù)據(jù)各端口連接單片機的P1口。具體如下圖3.4所示。3.4 按鍵控制電路的設計三個通道鍵盤的三端分別與單片機的P3.4、P3.5、P3.6口連接，另一端接地。原理圖如圖3.5所示。鍵盤的功能：可根據(jù)所測的電壓圍，通過按鍵來切換通道。圖3.3 A/D轉換芯片