基于AT89C51單片機(jī)的數(shù)字電壓表設(shè)計(畢業(yè)論文)

1、WORD1 / 222 20 01 13 3 屆屆本本科科畢畢業(yè)業(yè)設(shè)設(shè)計計基于基于 AT89C51AT89C51 單片機(jī)的數(shù)字電壓表設(shè)計單片機(jī)的數(shù)字電壓表設(shè)計學(xué)學(xué) 院院：物物理理與與電電子子工工程程學(xué)學(xué)院院 專專業(yè)業(yè)班班級級：電電子子信信息息0 09 9- -1 11 1 班班學(xué)學(xué)生生： X XX XX X指指導(dǎo)導(dǎo)教教師師：吳吳劍劍英英 老師老師 答答辯辯日日期期： 2 20 01 13 3 年年 5 5 月月 1 11 1 日日XXXXXXXXXX 大學(xué)教務(wù)處大學(xué)教務(wù)處 WORD1 / 22目目 錄錄0 引言 11 系統(tǒng)整體設(shè)計思路與方案 1 1.1 設(shè)計思路 1 1.2 設(shè)計方案 12 數(shù)

2、字電壓表的硬件設(shè)計 2 2.1 主控制模塊的設(shè)計 2 2.1.1 AT89C51 性能簡介 2 2.1.2 AT89C51 各引腳功能 2 2.1.3 AT89C51 的復(fù)位電路和時鐘電路 4 2.2 A/D 轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計 5 2.2.1 ADC0808 的主要特性 6 2.2.2 ADC0808 各引腳功能 6 2.3 顯示電路的設(shè)計 7 2.4 總體電路設(shè)計圖 9 3 數(shù)字電壓表的軟件設(shè)計 10 3.1 設(shè)計流程圖 10 3.2 各子程序簡介 11 4 仿真 11 4.1 軟件調(diào)試 11 4.2 誤差分析 11 5 結(jié)論 12 參考文獻(xiàn) 13附錄 14致 16WORD1 / 22基于基于

3、 AT89C5AT89C51 1 單片機(jī)單片機(jī)的數(shù)字電壓表設(shè)計的數(shù)字電壓表設(shè)計摘要：摘要：數(shù)字電壓表是常用的對電子電路進(jìn)行檢測的較精密儀器之一。本文的設(shè)計思想是一種基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表設(shè)計方式。該設(shè)計主要由三個模塊組成：A/D 轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理主控模塊和顯示模塊。A/D 轉(zhuǎn)換模塊主要由芯片ADC0808 來完成，它負(fù)責(zé)將采集到的模擬量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量傳送到數(shù)據(jù)處理模塊（單片機(jī)）。數(shù)據(jù)處理主控模塊由單片機(jī) AT89C51 來完成，它負(fù)責(zé)將ADC0808 傳送過來的數(shù)字量經(jīng)過一定的數(shù)據(jù)處理，產(chǎn)生相對應(yīng)的顯示碼傳送到顯示模塊進(jìn)行顯示。此外，它還控制芯片 ADC0808 的工作。經(jīng)過仿真軟件結(jié)果

4、表明本設(shè)計中的電壓表電路簡單，所用元件較少，成本低且測量精度高。此電壓表可以測量 05V 的模擬輸入電壓值，并通過一個四位一體的 7 段數(shù)碼管顯示出來。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：數(shù)字電壓表；單片機(jī)；A/D 轉(zhuǎn)換；AT89C51；ADC0808WORD2 / 22TheThe designdesign ofof digitaldigital voltagevoltage metermeter basedbased onon AT89C51AT89C51 singlesingle chipchip microcomputermicrocomputerAbstract:Abstract: digital vol

5、tage meter is one of the more commonly used detection precision instrument for electronic circuit. The design is a design method based on single chip digital voltage meter. The design consists of three modules: A/D module, data processing, the main control module and display module. The A/D conversi

6、on module is mainly completed by the ADC0808, which is responsible for converting the collected analog to digital quantity corresponding to a data processing module (MCU). Data processing by the MCU AT89C51 to complete the main control module, which is responsible for the digital ADC0808 transmissio

7、n after data processing, generate the corresponding display code is sent to the display module for displaying. In addition, it also control chip ADC0808 work. The design of the voltage meter circuit is simple, less elements used, low cost and high measurement accuracy. The analog input voltage can b

8、e measured in 0 5V of the value of the voltage meter, and through 7 digital tubes a four integrated display. Keywords:Keywords: digital voltage meter；MCU； A/D；AT89C51；ADC0808WORD1 / 220 0 引言引言在電量的測量中，電壓、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(shù)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。數(shù)字電壓表（Digital Voltm

9、eter)簡稱 DAM,它是采用數(shù)字化測量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。傳統(tǒng)的指針式電壓表功能單一、精度低，不能滿足數(shù)字化時代的需求，采用單片機(jī)的數(shù)字電壓表，有精度高、抗干擾能力強(qiáng)、集成方便，還可與 PC 進(jìn)行實(shí)時通信等優(yōu)點(diǎn)1。 目前，由各種單片機(jī)和 A/D 轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)字電壓表，已被廣泛用于電子與電工測量、工業(yè)自動化儀表、自動測試系統(tǒng)等領(lǐng)域，顯示出了它極強(qiáng)的生命力。與此同時，由 DVM 擴(kuò)展而成的各種通用與專用數(shù)字儀表儀器，也把電量與非電量技術(shù)提高到嶄新水平2。新型數(shù)字電壓表以其高準(zhǔn)確度、高可靠性、高分辨率、高性價比等優(yōu)良特性備受人們的青睞。 本文是以簡

10、易數(shù)字直流電壓表的設(shè)計為研究容，本系統(tǒng)主要包括三大模塊：轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊與顯示模塊。其中，A/D 轉(zhuǎn)換采用 ADC0808 對輸入的模擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，控制核心 AT89C51 再對轉(zhuǎn)換的結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算處理，最后驅(qū)動輸出裝置 LED 顯示數(shù)字電壓信號3。1 1 系統(tǒng)整體設(shè)計思路與方案系統(tǒng)整體設(shè)計思路與方案1.11.1 設(shè)計思路設(shè)計思路1）根據(jù)設(shè)計要求，選擇 AT89C51 單片機(jī)為核心控制器件。2）A/D 轉(zhuǎn)換采用 ADC0808 實(shí)現(xiàn)，連接單片機(jī)的 P0 口和 P3 口的低四位引腳。3）電壓顯示采用 4 位一體的 LED 數(shù)碼管。4）LED 數(shù)碼管的段碼輸入由端口 P1 產(chǎn)生；位碼輸入用端

11、口 P2 高四位產(chǎn)生。1.21.2 設(shè)計方案設(shè)計方案本設(shè)計選擇 AT89C51 單片機(jī)作為核心控制器件。A/D 轉(zhuǎn)換采用 ADC0808 來實(shí)現(xiàn)。電壓顯示采用 4 位一體的 LED 數(shù)碼管，LED 數(shù)碼管的段碼輸人由端口 P1 輸出，位碼輸人由端口 P2 高四位輸出。 硬件電路設(shè)計由 6 個部分組成: A/D 轉(zhuǎn)換電路，AT89C51 單片機(jī)系統(tǒng)，LED顯示系統(tǒng)、時鐘電路、復(fù)位電路以與測量電壓輸入電路。硬件電路設(shè)計如圖 1-1 所示。WORD2 / 22時鐘電路 復(fù)位電路A/D 轉(zhuǎn)換測量電壓顯示系統(tǒng)AT89C51 P0 P3 P2 P1 P2 P1 圖 1-1 系統(tǒng)設(shè)計框圖2 2 數(shù)字電壓表的

12、硬件設(shè)計數(shù)字電壓表的硬件設(shè)計2.12.1 單片機(jī)主控制模塊的設(shè)計單片機(jī)主控制模塊的設(shè)計.1 AT89C51AT89C51 性能簡介性能簡介AT89C51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS8 位單片機(jī)，片含有 4KB的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器和 128 字節(jié)的隨機(jī)存儲器。該器件采用 ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS-51 指令集和輸出管腳相兼容，由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL 的AT89C51 是一種高效微控制器，它為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案4。WORD3 / 2

13、2 AT89C51 功能性能:與 MCS-51 成品指令系統(tǒng)完全兼容；4KB 可編程閃速存儲器；壽命：1000 次寫/擦循環(huán)；數(shù)據(jù)保留時間：10 年；全靜態(tài)工作：0-24MHz；三級程序存儲器鎖定；128*8B 部 RAM；32 個可編程 I/O 口線；2 個 16 位定時/計數(shù)器；5 個中斷源；可編程串行 UART 通道；片震蕩器和掉電模式5。.2 AT89C51AT89C51 各引腳功能各引腳功能 AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4KB 的 Flash 閃速存儲器，128B 部 RAM，32個 I/O 口線，兩個 16 位定時/計數(shù)器，一個 5 向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙

14、工串行通信口，片震蕩器與時鐘電路，同時，AT89C51 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口與中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作，掉電方式保存 RAM 中的容，但震蕩器停止工作并禁止其他所有工作直到下一個硬件復(fù)位。AT89C51 采用 PDIP 封裝形式，引腳配置如圖 2-1 所示6。圖 2-1 AT89C51 引腳圖AT89C51 芯片的各引腳功能為： P0 口：這組引腳共有 8 條，P0.0 為最低位。這 8 個引腳有兩種不同的功能，分別適用于不同的情況，第一種情況是 89C51 不帶外存儲器，P0 口可以為通用

15、I/O 口使用，P0.0-P0.7 用于傳送 CPU 的輸入/輸出數(shù)據(jù)，這時輸出數(shù)據(jù)可以得WORD4 / 22到鎖存，不需要外接專用鎖存器，輸入數(shù)據(jù)可以得到緩沖，增加了數(shù)據(jù)輸入的可靠性；第二種情況是 89C51 帶片外存儲器，P0.0-P0.7 在 CPU 訪問片外存儲器時先傳送片外存儲器的低 8 位地址，然后傳送 CPU 對片外存儲器的讀/寫數(shù)據(jù)。P0 口為開漏輸出，在作為通用 I/O 使用時，需要在外部用電阻上拉。 P1 口：這 8 個引腳和 P0 口的 8 個引腳類似，P1.7 為最高位，P1.0 為最低位，當(dāng) P1 口作為通用 I/O 口使用時，P1.0-P1.7 的功能和 P0 口的

16、第一功能一樣，也用于傳送用戶的輸入和輸出數(shù)據(jù)。 P2 口：這組引腳的第一功能與上述兩組引腳的第一功能一樣即它可以作為通用 I/O 口使用，它的第一功能和 P0 口引腳的第二功能相配合，用于輸出片外存儲器的高 8 位地址，共同選中片外存儲器單元，但不像 P0 口那樣傳送存儲器的讀/寫數(shù)據(jù)。 P3 口：這組引腳的第一功能和其余三個端口的第一功能一樣，第二功能為控制功能，每個引腳并不完全一樣，如下表 2-1 所示：表 2-1 P3 口各位的第二功能P3 口各位第二功能P3.0 RXT（串行口輸入）P3.1 TXD（串行口輸出）P3.2/INT0（外部中斷 0 輸入）P3.3/INT1(外部中斷 1

17、輸入)P3.4T0（定時器/計數(shù)器 0 的外部輸入）P3.5T1（定時器/計數(shù)器 1 的外部輸入）P3.6/WR（片外數(shù)據(jù)存儲器寫允許） P3.7/RD（片外數(shù)據(jù)存儲器讀允許） Vcc 為+5V 電源線，GND 接地。 ALE：地址鎖存允許線，配合 P0 口的第二功能使用，在訪問外部存儲器時，89C51 的 CPU 在 P0.0-P0.7 引腳線去傳送隨后而來的片外存儲器讀/寫數(shù)據(jù)。在不訪問片外存儲器時，89C51 自動在 ALE 線上輸出頻率為 1/6 震蕩器頻率的脈沖序列。該脈沖序列可以作為外部時鐘源或定時脈沖使用。 /EA:片外存儲器訪問選擇線，可以控制 89C51 使用片 ROM 或使

18、用片外 ROM,WORD5 / 22若/EA=1，則允許使用片 ROM, 若/EA=0，則只使用片外 ROM。 /PSEN：片外 ROM 的選通線，在訪問片外 ROM 時，89C51 自動在/PSEN 線上產(chǎn)生一個負(fù)脈沖，作為片外 ROM 芯片的讀選通信號。 RST：復(fù)位線，可以使 89C51 處于復(fù)位(即初始化)工作狀態(tài)。通常 89C51 復(fù)位有自動上電復(fù)位和人工按鍵復(fù)位兩種。 XTAL1 和 XTAL2：片震蕩電路輸入線，這兩個端子用來外接石英晶體和微調(diào)電容，即用來連接 89C51 片 OSC(震蕩器)的定時反饋回路。.3 AT89C51AT89C51 的復(fù)位電路和時鐘電路

19、的復(fù)位電路和時鐘電路 單片機(jī)中 CPU 每執(zhí)行一條指令，都必須在統(tǒng)一的時鐘脈沖的控制下嚴(yán)格按時間節(jié)拍進(jìn)行，而這個時鐘脈沖是單片機(jī)控制中的時序電路發(fā)出的。CPU 執(zhí)行一條指令的各個微操作所對應(yīng)時間順序稱為單片機(jī)的時序。MCS-51 單片機(jī)芯片部有一個高增益反相放大器，用于構(gòu)成震蕩器，XTAL1 為該放大器的輸入端，XTAL2 為該放大器輸出端，但形成時鐘電路還需附加其他電路7。 單片機(jī) AT89C51 的時鐘電路如圖 2-2 所示，主要由電容 C1- C3、電阻 R1、晶振 X1 等組成。AT 89C51 的 18 腳(XTAL2)和 19 腳(XTAL1)接時鐘電路，其中19 腳是 AT89C

20、51 部振蕩器倒相放大器的輸入端，用于接外部晶振和微調(diào)電容的一端；18 腳是 AT89C51 部振蕩器倒相放大器輸出端，用于接外部晶振和微調(diào)電容的另一端。 圖 2-2 AT89C51 的時鐘電路圖單片機(jī)在啟動運(yùn)行時都需要復(fù)位，使 CPU 和系統(tǒng)中的其他部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。MCS-51 單片機(jī)有一個復(fù)位引腳 RST,采用施密特觸發(fā)輸入。當(dāng)震蕩器起振后，只要該引腳上出現(xiàn) 2 個機(jī)器周期以上的高電平即可確保時器件復(fù)位。復(fù)位完成后，如果 RST 端繼續(xù)保持高電平，MCS-51就一直處于復(fù)位狀態(tài)，只要 RST 恢復(fù)低電平后，單片機(jī)才能進(jìn)入其他工作狀態(tài)。單片機(jī)的復(fù)位方式有上

21、電自動復(fù)位和手動復(fù)位兩種，圖 2-2 是 51 系列單片機(jī)統(tǒng)WORD6 / 22常用的上電復(fù)位和手動復(fù)位組合電路。圖 2-3 AT89C51 的復(fù)位電路2.22.2 A/DA/D 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計轉(zhuǎn)換電路設(shè)計 現(xiàn)實(shí)世界的物理量都是模擬量，能把模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量的器件稱為模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D 轉(zhuǎn)換器） ，A/D 轉(zhuǎn)換器是單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的關(guān)鍵接口電路，按照各種 A/D 芯片的轉(zhuǎn)化原理可分為逐次逼近型，雙重積分型等等。雙積分式A/D 轉(zhuǎn)換器具有抗干擾能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)換精度高、價格便宜等優(yōu)點(diǎn)。與雙積分相比，逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換速度更快，而且精度更高，比如 ADC0809、ADC0808等，它們通常

22、具有 8 路模擬選通開關(guān)與地址譯碼、鎖存電路等，它們可以與單片機(jī)系統(tǒng)連接，將數(shù)字量送到單片機(jī)進(jìn)行分析和顯示。一個 n 位的逐次逼近型A/D 轉(zhuǎn)換器只需要比較 n 次，轉(zhuǎn)換時間只取決于位數(shù)和時鐘周期，逐次逼近型A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度快，因而在實(shí)際中廣泛使用8。.1 ADC0808ADC0808 的主要特性的主要特性 ADC0808 是 CMOS 單片型逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，帶有使能控制端，與微機(jī)直接接口，片帶有鎖存功能的 8 路模擬多路開關(guān)，可以對 8 路 0-5V 輸入模擬電壓信號分時進(jìn)行轉(zhuǎn)換，由于 ADC0808 設(shè)計時考慮到若干種模/數(shù)變換技術(shù)的長處，所以該芯片適應(yīng)于

23、過程控制，微控制器輸入通道的接口電路，智能儀器和機(jī)床控制等領(lǐng)域。 ADC0808 是分辨率為 8 位的、以逐次逼近原理進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其部有一個 8 通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通 8 路模擬輸入信號中的一個進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。ADC0808 是 ADC0809 的簡化版本，功能基本一樣。一般硬件仿真時采用 ADC0808 進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，實(shí)際使用時采用ADC0809 進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換9。.2 ADC0808ADC0808 各引腳功能各引腳功能WORD7 / 22圖 2-4 ADC0808 引腳圖 ADC0808 芯片有 28 條引腳，采用雙

24、列直插式封裝，其引腳圖如圖 2-4 所示。下面說明各個引腳功能: IN0-IN7（8 條）：8 路模擬量輸入線，用于輸入和控制被轉(zhuǎn)換的模擬電壓。 ALE:地址鎖存允許輸入線，高電平有效，當(dāng) ALE 為高電平時，為地址輸入線，用于選擇 IN0-IN7 上那一條模擬電壓送給比較器進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 ADDA,ADDB,ADDC:3 位地址輸入線，用于選擇 8 路模擬輸入中的一路，其對應(yīng)關(guān)系如表 2-2 所示： 表 2-2 ADC0808 通道選擇表地址碼 C B A 對應(yīng)的輸入通道 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 IN0 IN1 I

25、N2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 WORD8 / 22 START：START 為“啟動脈沖”輸入法，該線上正脈沖由 CPU 送來，寬度應(yīng)大于 100ns，上升沿清零 SAR,下降沿啟動 ADC 工作。 EOC: EOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出線，該線上高電平表示 A/D 轉(zhuǎn)換已結(jié)束，數(shù)字量已鎖入三態(tài)輸出鎖存器。 D1-D8：數(shù)字量輸出端，D1 為高位。 OE：OE 為輸出允許端，高電平能使 D1-D8 引腳上輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。 REF+、REF-:參考電壓輸入量，給電阻階梯網(wǎng)絡(luò)供給標(biāo)準(zhǔn)電壓。 Vcc、GND: Vcc 為主電源輸入端，GND 為接地端，一般 REF+與 Vcc 連接在一

26、起，REF-與 GND 連接在一起. CLK:時鐘輸入端。2.32.3 顯示電路的設(shè)計顯示電路的設(shè)計 LED 是發(fā)光二極管顯示器的縮寫。LED 由于結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、與單片機(jī)接口方便等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。LED 顯示器是由若干個發(fā)光二極管組成顯示字段的顯示器件。在單片機(jī)中使用最多的是七段數(shù)碼顯示器。 在應(yīng)用系統(tǒng)中，設(shè)計要求不同，使用的 LED 顯示器的位數(shù)也不同，因此就生產(chǎn)了位數(shù)，尺寸，型號不同的 LED 顯示器供選擇，在本設(shè)計中，選擇 4 位一體的數(shù)碼型 LED 顯示器，簡稱“4-LED” 。本系統(tǒng)中前一位顯示電壓的整數(shù)位，即個位，后兩位顯示電壓的小數(shù)位。4-LED 顯示器引腳如圖 2-5

27、 所示，是一個共陰極接法的 4 位 LED 數(shù)碼顯示管，其中 a，b，c，e，f，g 為 4 位 LED 各段的公共輸出端，1、2、3、4 分別是每一位位數(shù)選端，DP 是小數(shù)點(diǎn)引出端，4 位一體 LED 數(shù)碼顯示管的部結(jié)構(gòu)是由 4 個單獨(dú)的 LED 組成，每個 LED 的段輸出引腳在部都并聯(lián)后，引出到器件的外部。WORD9 / 22圖 2-5 4 位 LED 引腳本設(shè)計中 LED 和單片機(jī)的連接如圖 2-6，圖中可以看出，本設(shè)計用單片機(jī)的 P1.0P1.7 作為 LED 顯示的片選端口，P2 端口的高四位作為 LED 的位選信號。圖 2-6 顯示電路連接圖2.42.4 總體電路設(shè)計總體電路設(shè)計

28、經(jīng)過以上的設(shè)計過程，可設(shè)計出基于單片機(jī)的簡易數(shù)字電壓表硬件電路原理圖如圖 2-7 所示。WORD10 / 22圖 2-7 設(shè)計電路總圖 此電路的工作原理是：+5V 模擬電壓信號通過變阻器 VR1 分壓后由 ADC0808的 IN0 通道進(jìn)入（由于使用的 IN0 通道，所以 ADDA,ADDB,ADDC 均接低電平） ，經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換后，產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)字量經(jīng)過其輸出通道 D0-D7 傳送給 AT89C51 芯片的 P0 口，AT89C51 負(fù)責(zé)把接收到的數(shù)字量經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，產(chǎn)生正確的 7 段數(shù)碼管的顯示段碼傳送給四位 LED，同時它還通過其四位 I/O 口P2.4、P2.5、P2.6、P2.7 產(chǎn)

29、生位選信號控制數(shù)碼管的亮滅。此外，AT89C51 還控制 ADC0808 的工作。其中，單片機(jī) AT89C51 從外部中斷 P3.3 連接到 D 觸發(fā)器從而控制 ADC0808 的 CLOCK,P3.0 發(fā)正脈沖啟動 A/D 轉(zhuǎn)換，P3.2 檢測 A/D 轉(zhuǎn)換是否完成，轉(zhuǎn)換完成后，P3.1 置高從 P1 口讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果送給 LED 顯示出來9。 簡易數(shù)字直流電壓表的硬件電路已經(jīng)設(shè)計完成，就可以選取相應(yīng)的芯片和元器件，利用 Proteus 軟件繪制出硬件的原理，并仔細(xì)地檢查修改，直至形成完善的硬件原理圖。3 3 數(shù)字電壓表的軟件設(shè)計數(shù)字電壓表的軟件設(shè)計3.13.1 設(shè)計流程圖設(shè)計流程圖主程序主要

30、完成信號存儲、信號處理、A/ D 轉(zhuǎn)換以與調(diào)用顯示等。WORD11 / 22主程序流程圖：程序首先從 ORG0000H 開始，然后無條件件跳轉(zhuǎn)至主程序的首地址開始，初始化后，先調(diào)用模數(shù)轉(zhuǎn)換程序進(jìn)行輸入信號的數(shù)字化，然后調(diào)用顯示子程序?qū)⑻幚砗蟮臄?shù)字輸出，一次數(shù)據(jù)結(jié)束后，循環(huán)執(zhí)行調(diào)用的兩個子程序。 A/D 轉(zhuǎn)換子程序流程圖：首先進(jìn)行開始模數(shù)轉(zhuǎn)化，執(zhí)行后，如果檢測到轉(zhuǎn)化沒有完成則繼續(xù)轉(zhuǎn)化，如果轉(zhuǎn)化完成，執(zhí)行下一條指令，將取得模數(shù)轉(zhuǎn)化結(jié)果并轉(zhuǎn)換為工程量，然后顯示轉(zhuǎn)換結(jié)果，此為一次模數(shù)轉(zhuǎn)換，如此循環(huán)可轉(zhuǎn)換下一組數(shù)據(jù)，全部轉(zhuǎn)換完畢后，結(jié)束。圖 3-1 程序設(shè)計流程圖3.23.2 各子程序簡介各子程序簡介所

31、謂初始化，是對將要用到的 MCS_51 系列單片機(jī)部部件或擴(kuò)展芯片進(jìn)行 初始WORD12 / 22工作狀態(tài)設(shè)定，初始化子程序的主要工作是設(shè)置定時器的工作模式，初值預(yù)置，開中斷和打開定時器等9。 A/D 轉(zhuǎn)換子程序用來控制對輸入的模塊電壓信號的采集測量，并將對應(yīng)的數(shù)值存入相應(yīng)的存單元。顯示子程序采用動態(tài)掃描實(shí)現(xiàn)四位數(shù)碼管的數(shù)值顯示，在采用動態(tài)掃描顯示方式時，要使得 LED 顯示的比較均勻，又有足夠的亮度，需要設(shè)置適當(dāng)?shù)膾呙桀l率，當(dāng)掃描頻率在 70HZ 左右時，能夠產(chǎn)生比較好的顯示效果，一般可以采用間隔 10ms 對 LED 進(jìn)行動態(tài)掃描一次，每一位 LED 的顯示時間為 1ms10。 在本設(shè)計中

32、，為了簡化硬件設(shè)計，主要采用軟件定時的方式，即用定時器0 溢出中斷功能實(shí)現(xiàn) 11s 定時，通過軟件延時程序來實(shí)現(xiàn) 5ms 的延時。4 4 軟件調(diào)試軟件調(diào)試4.14.1 軟件調(diào)試軟件調(diào)試 軟件調(diào)試的主要任務(wù)是排查錯誤，錯誤主要包括邏輯和功能錯誤，這些錯誤有些是顯性的，而有些是隱形的，可以通過仿真開發(fā)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)逐步改正。Proteus 軟件可以對基于微控制器的設(shè)計連同所有的周圍電子器件一起仿真。Proteus 支持的微處理芯片包括 8051 系列、AVR 系列、PIC 系列、HC11 系列與Z80 等等。Proteus 可以完成單片機(jī)系統(tǒng)原理圖電路繪制、PCB 設(shè)計，更為顯著的特點(diǎn)是可以與 u Vi

33、sions3 IDE 工具軟件結(jié)合進(jìn)行編程仿真調(diào)試11。 本系統(tǒng)的調(diào)試主要以軟件為主，其中，系統(tǒng)電路圖的繪制和仿真我采用的是 Proteus 軟件，程序方面，采用的是 C 語言，用 Keil 軟件將程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)。4.24.2 誤差分析誤差分析 由于單片機(jī) AT89C51 為 8 位處理器，當(dāng)輸入電壓為 5.00V 時，ADC0808輸出數(shù)據(jù)值為 255（FFH） ，因此單片機(jī)最高的數(shù)值分辨率為 0.0196V(5/255)。這就決定了電壓表的最高分辨率只能到 0.0196V，從下表可看到，測試電壓一般以 0.01V 的幅度變化11。本文的數(shù)字電壓表可以測量 0-5V 的電壓值，最大分辯率為

34、0.01V。通過仿真測量結(jié)果可得到簡易數(shù)字電壓表與“標(biāo)準(zhǔn)”數(shù)字電壓表對比測試表。本次設(shè)計的電壓表誤差分析采用多次測量求絕對差值的方法，并把各組數(shù)據(jù)列成表格，這樣能更加清晰地看出誤差的波動圍與大小，如下表 4-1 所示：表 4-1 誤差分析WORD13 / 22標(biāo)準(zhǔn)電壓（V）00.511.522.533.544.5測量電壓（V）0.000.500.991.501.992.482.993.483.994.48絕對誤差（V）000.0100.010.020.010.020.010.02從上表可以看出，簡易數(shù)字電壓表測得的值基本上比標(biāo)準(zhǔn)電壓值偏小 0-0.02V，這可以通過校正 ADC0808 的基準(zhǔn)

35、電壓來解決。因?yàn)樵撾妷罕碓O(shè)計時直接用 5V 的供電電源作為電壓，所以電壓可能有偏差。當(dāng)要測量大于 5V 的電壓時，可在輸入口使用分壓電阻，而程序中只要將計算程序的除數(shù)進(jìn)行調(diào)整就可以了。5 5 結(jié)論結(jié)論 經(jīng)過近段時間的努力，基于 AT89C51 單片機(jī)的數(shù)字電壓表設(shè)計基本完成。但設(shè)計中仍然存在許多不足之處。這次設(shè)計是我第一次設(shè)計電路，并用 Proteus 實(shí)現(xiàn)了仿真。在這過程中，我對電路設(shè)計，單片機(jī)的使用等都有了新的認(rèn)識。通過這次設(shè)計學(xué)會了 Proteus 和 Keil 軟件的使用方法，掌握了從系統(tǒng)的需要、方案的設(shè)計、功能模塊的劃分、原理圖電路圖的仿真的設(shè)計流程，積累了不少經(jīng)驗(yàn)。 基于單片機(jī)的數(shù)

36、字電壓表使用性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、外接元件少。在實(shí)際應(yīng)用工作應(yīng)能好，測量電壓準(zhǔn)確，精度高。系統(tǒng)功能、指標(biāo)達(dá)到了論文的預(yù)期要求，本文設(shè)計主要實(shí)現(xiàn)了簡易數(shù)字電壓表測量一路電壓的功能，詳細(xì)說明了從原理圖的設(shè)計、電路圖的仿真再到軟件的調(diào)試。 通過本次設(shè)計，我對單片機(jī)這門課有了進(jìn)一步的了解。無論是在硬件連接方面還是在軟件編程方面。本次設(shè)計采用了 AT89C51 單片機(jī)芯片，設(shè)計中還用到了模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 ADC0808，以前在學(xué)單片機(jī)課程時只是對其理論知識有了初步的理解。通過這次設(shè)計，對它的工作原理有了更深的理解。在調(diào)試過程中遇WORD14 / 22到很多問題，硬件上的理論知識學(xué)得不夠扎實(shí)，對電路的仿真

37、方面也不夠熟練。 總之這次電路的設(shè)計和仿真，基本上達(dá)到了設(shè)計的功能要求。在以后的實(shí)踐工作中，我將繼續(xù)努力學(xué)習(xí)電路設(shè)計方面的理論知識，并理論聯(lián)系實(shí)際，爭取在電路設(shè)計方面能有所提升。參考文獻(xiàn)：參考文獻(xiàn)：1胡健.單片機(jī)原理與接口技術(shù).:機(jī)械工業(yè),2004 年 10 月2王毓銀.數(shù)字電路邏輯設(shè)計.高等教育,2005 年 12 月3宋鳳娟，軍，國忠.基于 89C51 單片機(jī)數(shù)字電壓表設(shè)計J .工業(yè)控制計算機(jī)，2007/044維成、加國.單片機(jī)原理與應(yīng)用與 C51 程序設(shè)計實(shí)例.電子工業(yè),2006 年 3 月5廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ).航空航天大學(xué),2007 年 5 月6志海,黃玉清等著.單片機(jī)原理與應(yīng)用M.:電

38、子工業(yè).2005 年 7 月 7立峰.單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù).大學(xué),2005 年8周潤景.Protues 在 MCS-51&ARM7 系統(tǒng)應(yīng)用百例.第一版.:電子工業(yè) 2006 年9邊春遠(yuǎn)等著.MCS-51 單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)實(shí)用子程序M.:人民郵電.2005/910苗紅霞.單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字電壓表的軟硬件設(shè)計J .河海大學(xué)分校學(xué)報，2002， （03）.11于殿泓、王新年.單片機(jī)原理與程序設(shè)計實(shí)驗(yàn)教程.電子科技大學(xué),2007/5WORD15 / 22致致 經(jīng)過近段時間的不懈努力，本次畢業(yè)設(shè)計即將接近尾聲，由于是初次嘗試設(shè)計電路，由于知識與經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免遇到很多困難，如果沒有指導(dǎo)老師的督促指導(dǎo)以與同學(xué)們的幫助，很難順利的完成此次畢業(yè)設(shè)計。從開始選題到論文的順利完成，都離不開老師、同學(xué)、朋友給以的幫助，在這里請接受我的意! 首先，感在本次畢業(yè)設(shè)計過程中，從選題、構(gòu)思