基于stc89c52單片機(jī)的數(shù)字電壓表

　　設(shè)計(jì)報(bào)告

　　一、設(shè)計(jì)題目

　　二、設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求

　　三、設(shè)計(jì)目的意義

　　四、系統(tǒng)硬件電路圖

　　五、程序流程圖與源程序

　　六、系統(tǒng)功能分析與說明

　　七、設(shè)計(jì)體會(huì)

　　八、參考文獻(xiàn)

　　基于STC89C52的簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)

　　摘要：本課題是利用單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電壓表，能夠測(cè)量0－5V之間的直流電壓值，四位數(shù)碼管顯示，使用的元器件數(shù)目較少。外界電壓模擬量輸入到A/D轉(zhuǎn)換部分的輸入端，通過ADC0809轉(zhuǎn)換變?yōu)?a target="_blank">數(shù)字信號(hào)，輸送給單片機(jī)。然后由單片機(jī)給數(shù)碼管數(shù)字信號(hào)，控制其發(fā)光，從而顯示數(shù)字。此外，本文還討論了設(shè)計(jì)過程中的所用的軟件硬件環(huán)境，調(diào)試所出現(xiàn)的問題等。

　　關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)； STC89C52；數(shù)字電壓表； ADC0809，四位數(shù)碼管

　　一、設(shè)計(jì)題目

　　基于STC89C52的簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)。

　　二、設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求

　　用STC89C52單片機(jī)和ADC0809組成一個(gè)數(shù)字電壓表，要求能夠測(cè)量0～5V的直流電壓值，并用四位數(shù)碼管顯示，并要求所用元器件最少。

　　三、設(shè)計(jì)目的意義

　　1.通過親身的設(shè)計(jì)應(yīng)用電路，將所用的理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中，增強(qiáng)實(shí)踐動(dòng)手能力，進(jìn)而促進(jìn)理論知識(shí)的強(qiáng)化。

　　2.通過數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)系統(tǒng)掌握51單片機(jī)的應(yīng)用。掌握A/D轉(zhuǎn)換的原理及軟件編程及硬件設(shè)計(jì)的方法，掌握根據(jù)課題的要求，提出選擇設(shè)計(jì)方案，查找所需元器，設(shè)計(jì)并搭建硬件電路，編程寫入EPROM并進(jìn)行調(diào)試等。

　　四、系統(tǒng)硬件電路圖

　　4.1 系統(tǒng)原理框圖

　　選擇STC89C52作為單片機(jī)芯片，選用四位8段共陽極LED數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)電壓顯示，利用ADC0809作為數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片。將數(shù)據(jù)采集接口電路輸入電壓傳入ADC0809數(shù)模轉(zhuǎn)換元件，經(jīng)轉(zhuǎn)換后通過D0至D7與單片機(jī)P1口連接，把轉(zhuǎn)換完的模擬信號(hào)以數(shù)字信號(hào)的信號(hào)的形式傳給單片機(jī)，信號(hào)經(jīng)過單片機(jī)處理從LED數(shù)碼顯示管顯示。P2口接數(shù)碼管位選，P0接數(shù)碼管段選，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)顯示，如圖4.1所示。

　　
? ? ? ? 4.2 STC89C52的結(jié)構(gòu)

　　在本次課題設(shè)計(jì)中我們選擇了STC89C52芯片。STC89C52是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory ）的低電壓，高性能COMOS8的微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL搞密度非易失存儲(chǔ)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。

　　4.2.1 STC89C52內(nèi)部結(jié)構(gòu)概述

　　主要功能特性

　　兼容MCS51指令系統(tǒng)8K可反復(fù)擦寫Flash ROM

　　32個(gè)雙向I/O口256x8bit內(nèi)部RAM

　　3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷時(shí)鐘頻率0-24MHz

　　2個(gè)串行中斷可編程UART串行通道

　　2個(gè)外部中斷源共6個(gè)中斷源

　　2個(gè)讀寫中斷口線3級(jí)加密位

　　低功耗空閑和掉電模式軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能

　　

　　4.2.2 CPU結(jié)構(gòu)

　　CPU 是單片機(jī)的核心部件。它由運(yùn)算器和控制器等部件組成。

　　1. 運(yùn)算器

　　運(yùn)算器以完成二進(jìn)制的算術(shù)/邏輯運(yùn)算部件ALU為核心。它可以對(duì)半字節(jié)（4）、單字節(jié)等數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。例如，能完成加、減、乘、除、加1、減1、BCD碼十進(jìn)制調(diào)整、比較等算術(shù)運(yùn)算，完成與、或、異或、求反、循環(huán)等邏操作，操作結(jié)果的狀態(tài)信息送至狀態(tài)寄存器。

　　運(yùn)算器還包含有一個(gè)布爾處理器，用以處理位操作。它以進(jìn)位標(biāo)志位C為累加器，可執(zhí)行置位、復(fù)位、取反、位判斷轉(zhuǎn)移，可在進(jìn)位標(biāo)志位與其他可位尋址的位之間進(jìn)行位數(shù)據(jù)傳誦等操作，還可以完成進(jìn)位標(biāo)志位與其他可位尋址的位之間進(jìn)行邏輯與、或操作。

　　2.程序計(jì)數(shù)器PC

　　PC是一個(gè)16位的計(jì)數(shù)器，用于存放一條要執(zhí)行的指令地址，尋址范圍為64kB，PC有自動(dòng)加1功能，即完成了一條指令的執(zhí)行后，其內(nèi)容自動(dòng)加1。

　　3.指令寄存器

　　指令寄存器用于存放指令代碼。CPU執(zhí)行指令時(shí)，由程序存儲(chǔ)器中讀取的指令代碼送如指令寄存器，經(jīng)指令譯碼器譯碼后由定時(shí)有控制電路發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，完成指令功能。

　　4.2.3 存儲(chǔ)器和特殊功能寄存器

　　1. 存儲(chǔ)器（Memory）是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的記憶設(shè)備，用來存放程序和數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)中的全部信息，包括輸入的原始數(shù)據(jù)、計(jì)算機(jī)程序、中間運(yùn)行結(jié)果和最終運(yùn)行結(jié)果都保存在存儲(chǔ)器中。它根據(jù)控制器指定的位置存入和取出信息。

　　2.特殊功能寄存器

　　特殊功能寄存器（SFR）的地址范圍為80H～FFH。在MCS－51中，除程序計(jì)數(shù)器PC和四個(gè)工作寄存器區(qū)外，其余21個(gè)特殊功能寄存器都在這SFR塊中。其中5個(gè)是雙字節(jié)寄存器，它們共占用了26個(gè)字節(jié)。各特殊功能寄存器的符號(hào)和地址見附表2。其中帶＊號(hào)的可位尋址。特殊功能寄存器反映了8051的狀態(tài)，實(shí)際上是8051的狀態(tài)字及控制字寄存器。用于CPU PSW便是典型一例。這些特殊功能寄存器大體上分為兩類，一類與芯片的引腳有關(guān)，另一類作片內(nèi)功能的控制用。與芯片引腳有關(guān)的特殊功能寄存器是P0～P3，它們實(shí)際上是4個(gè)八位鎖存器（每個(gè)I/O口一個(gè)），每個(gè)鎖存器附加有相應(yīng)的輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器就構(gòu)成了一個(gè)并行口。MCS－51共有P0～P3四個(gè)這樣的并行口，可提供32根I/O線，每根線都是雙向的，并且大都有第二功能。其余用于芯片控制的寄存器中，累加器A、標(biāo)志寄存器PSW、數(shù)據(jù)指針DPTR等的功能前已提及。

　　4.2.4 P0-P3口結(jié)構(gòu)

　　P0口功能 ：P0口具有兩種功能：第一，P0口可以作為通用I/O接口使用，P0.7—P0.0用于傳送CPU的輸入/輸出數(shù)據(jù)。輸出數(shù)據(jù)時(shí)可以得到鎖存，不需外接專用鎖存器，輸入數(shù)據(jù)可以得到緩沖。第二，P0.7—P0.0在CPU訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)用于傳送片外存儲(chǔ)器de低8位地址，然后傳送CPU對(duì)片外存儲(chǔ)器的讀寫

　　P1口 功能 ：P1口的功能和P0口de第一功能相同，僅用于傳遞I/O輸入/輸出數(shù)據(jù)。

　　P2口的功能 ：P2口的第一功能和上述兩組引腳的第一功能相同，即它可以作為通用I/O使用。它的第二功能和P0口引腳的第二功能相配合，作為地址總線用于輸出片外存儲(chǔ)器的高8位地址。

　　P3口功能 ：P3口有兩個(gè)功能：第一功能與其余三個(gè)端口的第一功能相同；第二功能作控制用，每個(gè)引腳都不同。

　　表4.1 P3口第二功能

　　引腳名稱功能

　　P3.0RXD串行數(shù)據(jù)接收口

　　P3.1TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送口

　　P3.2INT0外中斷0輸入

　　P3.3INT1外中斷1輸入

　　P3.4T0計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)輸入

　　P3.5T1計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)輸入

　　P3.6WR外部RAM寫選通信號(hào)

　　P3.7RD外部RAM讀選通信號(hào)

　　4.2.5 時(shí)鐘電路和復(fù)位電路

　　1.時(shí)鐘電路

　　單片機(jī)的時(shí)鐘一般需要多相時(shí)鐘，所以時(shí)鐘電路由振蕩器和分頻器組成。

　　MCS-51內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的可控高增益反向放大器。兩個(gè)引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。在片外跨接一晶振和兩個(gè)匹配電容C1、C2如圖2.5所示。就構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。振蕩頻率根據(jù)實(shí)際要求的工作速度，從幾百千赫至24MHz可適當(dāng)選取某一頻率。匹配電容C1、C2要根據(jù)石英晶體振蕩器的要求選取。

　　當(dāng)晶振頻率為12MHz時(shí)，C1C2一般選30pF左右。圖2.5中PD是電源控制寄存器PCON.1的掉電方式位，正常工作方式PD=0。當(dāng)PD=1時(shí)單片機(jī)進(jìn)入掉電工作方式，是一種節(jié)能工作方式。上述電路是靠MCS-51單片機(jī)內(nèi)部電路產(chǎn)生振蕩的。也可以由外部振蕩器或時(shí)鐘直接驅(qū)動(dòng)MCS-51。

　　

　　

　　2.復(fù)位電路

　　復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。其功能主要是將程序計(jì)數(shù)器（PC）初始化為0000H，使單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序，并將特殊功能寄存器賦一些特定值。復(fù)位是使單片機(jī)退出低功耗工作方式而進(jìn)入正常狀態(tài)一種操作。復(fù)位是上電的第一個(gè)操作，然后程序從0000H開始執(zhí)行。在運(yùn)行中，外界干擾等因素可能會(huì)使單片機(jī)的程序陷入死循環(huán)狀態(tài)或“跑飛”。要使其進(jìn)入正常狀態(tài)，唯一辦法是將單片機(jī)復(fù)位，以重新啟動(dòng)。

　　復(fù)位后，程序計(jì)數(shù)器（PC）及各特殊功能寄存器（SFR）的值如表4.2所示。

　　表4.2 程序計(jì)數(shù)器及各特殊功能寄存器的復(fù)位值

　　寄存器復(fù)位狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài)

　　PC0000HTH100H

　　ACC00HP0～P3FFH

　　PSW00HIPxx000000B

　　SP07HIE0xx00000B

　　DPTR0000HTMOD00H

　　TCON00HSCON00H

　　TL000HSBUF不定

　　TH000HPCON0xxx0000B

　　TL100H

　　RST引腳是復(fù)位端，高電平有效。在該引腳輸入至少連續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，單片機(jī)復(fù)位。RST引腳內(nèi)部有一個(gè)斯密特ST觸發(fā)器（圖2.10）以對(duì)輸入信號(hào)整形，保證內(nèi)部復(fù)位電路的可靠，所以外部輸入信號(hào)不一定要求是數(shù)字波形。使用時(shí)，一般在此引腳與VSS引腳之間接一個(gè)8.2kΩ的下拉電阻，與VCC引腳之間接一個(gè)約10μF的電解電容，即可保證上電自動(dòng)復(fù)位。

　　
上電或手動(dòng)復(fù)位要求電源接通后，單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位，并且在單片機(jī)運(yùn)行期間，用開關(guān)操作也能使單片機(jī)復(fù)位。上電后，由于電容C3的充電和反相門的作用，使RST持續(xù)一段時(shí)間的高電平。當(dāng)單片機(jī)已在運(yùn)行當(dāng)中時(shí)，按下復(fù)位鍵K后松開，也能使RST為一段時(shí)間的高電平，從而實(shí)現(xiàn)上電或手動(dòng)復(fù)位的操作。

　　4.3器件的比較與選擇

　　4.3.1顯示器

　　本次設(shè)計(jì)中有顯示模塊，而常用的顯示器件比較多，有數(shù)碼管，LED點(diǎn)陣，1602液晶，12864液晶等。

　　1. 數(shù)碼管是最常用的一種顯示器件，它是由幾個(gè)發(fā)光二極管組成的8字段顯示器件，其特點(diǎn)是價(jià)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(dòng)每光，發(fā)光響應(yīng)時(shí)間極短，體積小，重量輕，抗沖擊性能好，壽命長(zhǎng)。但數(shù)碼管只能是顯示0——9的數(shù)據(jù)。不能夠顯示字符。這也是數(shù)碼管的不足之處。

　　2. LED點(diǎn)陣顯示器件是由好多個(gè)發(fā)光二極管組成的。具有高亮度，功耗低，視角大，壽命長(zhǎng)，耐濕，冷，熱等特點(diǎn)，LED點(diǎn)陣顯示器件可以顯示數(shù)字，英文字符，中文字符等。

　　3. 1602液晶是工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示16*2即32個(gè)字符。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼。使用時(shí)直接編寫軟件程序按一定的時(shí)序驅(qū)動(dòng)即可。它的特點(diǎn)是顯示字跡清楚，價(jià)格相對(duì)便宜。

　　4. 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)字等信息，而且還可以顯示8*4個(gè)中文漢字和一些簡(jiǎn)單的圖片，顯示信息也非常的清楚。使用時(shí)也直接編寫軟件程序按一定的時(shí)序驅(qū)動(dòng)即可。不過它的價(jià)格比1602液晶貴了很多。

　　綜合上述，根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求和價(jià)格的考慮，選擇數(shù)碼管顯示器。

　　
單位數(shù)碼管如圖4.4所示，四位共陽極數(shù)碼管如圖4.5所示。

　　
?

　　4.3.2模數(shù)（A/D）芯片

　　A/D轉(zhuǎn)換器是模擬量輸入通道中的一個(gè)環(huán)節(jié)，單片機(jī)通過A/D轉(zhuǎn)換器把輸入模擬量變成數(shù)字量再處理。A/D轉(zhuǎn)換的常用方法有：①計(jì)數(shù)式A/D轉(zhuǎn)換，②逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換，③雙積分式A/D轉(zhuǎn)換，④ V/F變換型A/D轉(zhuǎn)換。在這些轉(zhuǎn)換方式中，記數(shù)式A/D轉(zhuǎn)換線路比較簡(jiǎn)單，但轉(zhuǎn)換速度較慢，所以現(xiàn)在很少應(yīng)用。雙積分式A/D轉(zhuǎn)換精度高，多用于數(shù)據(jù)采集及精度要求比較高的場(chǎng)合，如5G14433（31/2位），AD7555（41/2位或51/2位）等，但速度更慢。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，目前不同廠家已經(jīng)生產(chǎn)出了多種型號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換器，以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)合的需要。如果按照轉(zhuǎn)換原理劃分，主要有3種類型，即雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器和并行式A/D轉(zhuǎn)換器。目前最常用的是雙積分和逐次逼近式。

　?。?）A/D芯片的比較

　　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(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，比如ICL71XX系列等，它們通常帶有自動(dòng)較零、七段碼輸出等功能。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ADC0808、ADC0809等，它們通常具有8路模擬選通開關(guān)及地址譯碼、鎖存電路等，它們可以與單片機(jī)系統(tǒng)連接，將數(shù)字量送單片機(jī)進(jìn)行分析和顯示。

　　1. AD0809是8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，它是由一個(gè)8路的模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存譯碼器、一個(gè)A/D 轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8 路模擬量分時(shí)輸入，共用A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。些A/D轉(zhuǎn)換器是的特點(diǎn)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。

　　2. AD0832也是8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，可支持致命傷個(gè)單端輸入通道和一個(gè)差分輸入通道。它易于和微處理器接口或獨(dú)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。

　　3. TLC2543C是12位開關(guān)電容逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換，每個(gè)器件有三個(gè)控制輸入端，片選，輸入/輸出時(shí)鐘以及地址輸入端。它可以從主機(jī)高速傳輸轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。它有高速的轉(zhuǎn)換，通用的控制能力，具有簡(jiǎn)化比率轉(zhuǎn)換，刻度以及模擬電路與邏輯電路和電源噪聲隔離，耐高溫等特點(diǎn)。

　　綜合上述，逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換既照顧了轉(zhuǎn)換速度，有具有一定的精度，這里選用的是逐次逼近型的A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809。

　　

　　

　　

　?。?）ADC0809 的工作原理

　　1.IN0－IN7：8 條模擬量輸入通道

　　ADC0809 對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是0－5V，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。

　　地址輸入和控制線：4條。ALE 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ALE線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將A， B，C 三條地址線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A，B 和C 為地址輸入線，用于選通IN0－IN7 上的一路模擬量輸入。通道選擇表如表4.3所示。

　　

　　

　　2.數(shù)字量輸出及控制線：11 條

　　ST 為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。當(dāng)ST 上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開始進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST 應(yīng)保持低電平。EOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。當(dāng)EOC 為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換。OE為輸出允許信號(hào)，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE＝1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE＝0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7－D0 為數(shù)字量輸出線。

　　CLK為時(shí)鐘輸入信號(hào)線。因ADC0809的內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)必須由外界提供，通常使用頻率為500KHZ，

　　VREF（＋），VREF（－）為參考電壓輸入。

　　3. ADC0809 應(yīng)用說明

　　①ADC0809 內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與AT89S51 單片機(jī)直接相連。

　?、诔跏蓟瘯r(shí)，使ST 和OE信號(hào)全為低電平。

　?、鬯鸵D(zhuǎn)換的哪一通道的地址到A，B，C 端口上。

　?、茉赟T 端給出一個(gè)至少有100ns 寬的正脈沖信號(hào)。

　?、菔欠褶D(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)EOC 信號(hào)來判斷。

　?、蕻?dāng)EOC變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，這時(shí)給OE 為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了。

　　AD0809的啟動(dòng)方式為脈沖啟動(dòng)方式，啟動(dòng)信號(hào)START啟動(dòng)后開始轉(zhuǎn)換，EOC 信號(hào)在

　　START 的下降沿10us后才變?yōu)闊o效的低電平。這要求查詢程序待EOC無效后再開始查詢，

　　轉(zhuǎn)換完成后，EOC 輸出高電平，再由OE 變?yōu)楦唠娖絹磔敵鲛D(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。我們?cè)谠O(shè)計(jì)程序時(shí)

　　可以利用EOC 信號(hào)來通知單片機(jī)（查詢法或中斷法）讀入已轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，也可以在啟動(dòng)

　　AD0809 后經(jīng)適當(dāng)?shù)难訒r(shí)再讀入已轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)。AT89S51的輸出頻為晶振頻的1/6（2MHZ），AT89S1 與SUN7474連接經(jīng)與7474的ST腳提供AD0809 的工作時(shí)鐘。AD0809 的工作頻范圍為10KHZ-1280KHZ，當(dāng)頻率范圍為500KHZ 時(shí)，其轉(zhuǎn)換速度為128us。

　　4.4.2 系統(tǒng)原理圖

　　

　　4.4.3 系統(tǒng)PCB圖

　　

　　五、程序流程圖與源程序

　　5.1 程序流程圖

?　　
? ? ? ??
? ? ? ? ?

　　5.4 C語言程序清單

　　#include《reg51.h》

　　typedef unsigned char uchar;

　　typedef unsigned int uint;

　　code unsigned char SEGMENT［10］={0xC0，0xF9，0xA4，0xB0，0x99，0x92，0x82，0xF8，0x80，0x90};

　　code unsigned char SELECT［4］={0xFD，0xF7，0xDF，0x7F};

　　uint X1;

　　sbit P2_1=P2^1;

　　sbit P2_3=P2^3;

　　sbit P2_5=P2^5;

　　sbit P2_7=P2^7;

　　sbit START=P2^2;

　　sbit OE=P2^6;

　　sbit EOC=P2^4;

　　sbit spk=P2^0;

　　void delay（uint i）

　　{

　　uint j;

　　for（j=0;j《=i;j++）;

　　}

　　void Delayms（uint i）

　　{

　　uchar j，k;

　　for（j=0;j《=i;j++）

　　for（k=0;k《=114;k++）;

　　}

　　void timer（void）

　　{

　　TMOD=0x01;

　　TH0=0xdc;

　　TL0=0x00;

　　EA=1;

　　ET0=1;

　　TR0=1;

　　}

　　uchar Scankey（void）

　　{

　　uchar key;

　　if（（P3&0x0f）==0x0f） return（0xff）;

　　Delayms（10）;

　　if（（P3&0x0f）==0x0f） return（0xff）;

　　key=P3&0x0f;

　　while（（P3&0x0f）！=0x0f）;

　　return（key）;

　　}

　　void display（unsigned int wen）

　　{

　　static unsigned char num=0;

　　P2_1=1;

　　P2_3=1;

　　P2_5=1;

　　P2_7=1;

　　P0=0xff;

　　switch（num）

　　{

　　case 0:P0=SEGMENT［wen%10］;break;

　　case 1:P0=SEGMENT［wen/10%10］;break;

　　case 2:P0=SEGMENT［wen/100%10］;break;

　　case 3:P0=SEGMENT［wen/1000］&0x7f;break;

　　}

　　P2=SELECT［num］;

　　num++;

　　num%=4;

　　}

　　void ADC0809（）

　　{

　　uchar temp=2;

　　START=0;

　　delay（5）;

　　START=1;

　　delay（5）;

　　START=0;

　　delay（5）;

　　while（！EOC）;

　　OE=1;

　　P1=0xff;

　　temp=P1;

　　X1=（unsigned int）temp*19.53;

　　OE=0;

　　if（X1==0）

　　{

　　spk=0;

　　}

　　else

　　spk=1;

　　}

　　void timer_0（void） interrupt 1

　　{

　　static unsigned int num=0;

　　TH0=0xdc;

　　TL0=0x00;

　　num++;

　　if（num==50）

　　{

　　num=0;

　　ADC0809（）;

　　}

　　}

　　void main（）

　　{

　　timer（）;

　　while（1）

　　{

　　display（X1）;

　　delay（500）;

　　}

　　}

　　六、系統(tǒng)功能分析與說明

　　6.1 數(shù)字電壓表的概述

　　數(shù)字電壓表（Digital Voltmeter）簡(jiǎn)稱DVM，它是采用數(shù)字化測(cè)量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量（直流輸入電壓）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(shí)代的需求，采用單片機(jī)的數(shù)字電壓表，由精度高、抗干擾能力強(qiáng)，可擴(kuò)展性強(qiáng)、集成方便，還可與PC進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。目前，由各種單片A/D 轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)字電壓表，已被廣泛用于電子及電工測(cè)量、工業(yè)自動(dòng)化儀表、自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)等智能化測(cè)量領(lǐng)域，示出強(qiáng)大的生命力。與此同時(shí)，由DVM擴(kuò)展而成的各種通用及專用數(shù)字儀器儀表，也把電量及非電量測(cè)量技術(shù)提高到嶄新水平。本章重點(diǎn)介紹單片A/D 轉(zhuǎn)換器以及由它們構(gòu)成的基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表的工作原理。

　　6.2 數(shù)字電壓表的介紹

　　模擬電壓表具有電路簡(jiǎn)單、成本低、測(cè)量方便等特點(diǎn)，但測(cè)量精度較差，特別是受表頭精度的限制，即使采用0.5級(jí)的高靈敏度表頭，讀測(cè)時(shí)的分辨力也只能達(dá)到半格。再者，模擬式電壓表的輸入阻抗不高，測(cè)高內(nèi)阻源時(shí)精度明顯下降。數(shù)字電壓表作為數(shù)字技術(shù)的成功應(yīng)用，發(fā)展相當(dāng)快。數(shù)字電壓表（Digital VoIt Me-ter，DVM），以其功能齊全、精度高、靈敏度高、顯示直觀等突出優(yōu)點(diǎn)深受用戶歡迎。特別是以A／D轉(zhuǎn)換器為代表的集成電路為支柱，使DVM向著多功能化、小型化、智能化方向發(fā)展。DVM應(yīng)用單片機(jī)控制，組成智能儀表；與計(jì)算機(jī)接口，組成自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。目前，DVM多組成多功能式的，因此又稱數(shù)字多用表（Digital Multi Meter，DMM）。

　　DVM是將模擬電壓變換為數(shù)字顯示的測(cè)量?jī)x器，這就要求將模擬量變成數(shù)字量。這實(shí)質(zhì)上是個(gè)量化過程，即將連續(xù)的無窮多個(gè)模擬量用有限個(gè)數(shù)字表示的過程，完成這種變換的核心部件是A／D轉(zhuǎn)換器，最后用電子計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)顯示，困此，DVM的基本組成是A／D轉(zhuǎn)換器和電子計(jì)數(shù)器。

　　DVM最基本功能是測(cè)直流電壓，考慮到儀器的多功能化，可將其他物理量，如電阻、電容、交流電壓、電流等，都變成直流電壓，因此，還應(yīng)有一個(gè)測(cè)量功能選擇變換器，它包含在輸入電路中。DVM對(duì)直流電壓直接測(cè)量時(shí)的測(cè)量精度最高，其他物理量在變換成直流電壓時(shí)，受功能選擇變換器精度的限制，測(cè)量精度有所下降。

　　6.3 數(shù)字電壓表工作原理

　　數(shù)字電壓表的系統(tǒng)工作原理：首先，被測(cè)電壓信號(hào)進(jìn)入A／D轉(zhuǎn)換器，單片機(jī)中控制信號(hào)線發(fā)出控制信號(hào)，啟動(dòng)A／D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，其采樣得到的數(shù)字信號(hào)數(shù)據(jù)在相應(yīng)的碼制轉(zhuǎn)換模塊中轉(zhuǎn)換為顯示代碼。最后發(fā)出顯示控制與驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)外部的數(shù)碼管顯示相應(yīng)的數(shù)據(jù)。圖2.1所示為DVM的基本組成框圖，需指出的是，圖中將DVM分成模擬和數(shù)字兩大部分，從框圖上看，A／D轉(zhuǎn)換器包含在模擬部分，這樣劃分并不嚴(yán)格，因?yàn)锳／D轉(zhuǎn)換器本身具有數(shù)字電路的性質(zhì)，特別是大規(guī)模集成化A／D轉(zhuǎn)換器是模擬與數(shù)字兩系統(tǒng)相互結(jié)合的，就連邏輯控制也集成在其中。

　　6.4 數(shù)字電壓表發(fā)展及未來

　　回顧一下DVM的發(fā)展過程，大致可以分為以下三個(gè)階段。

　　1.數(shù)字化階段

　　20世紀(jì)50年代到60年代中期，DVM的特點(diǎn)是運(yùn)用各種原理實(shí)現(xiàn)模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換，即將模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，從而實(shí)現(xiàn)測(cè)量?jī)x表的數(shù)字化。1952年，第一臺(tái)問世的數(shù)字電壓表是采用電子管的伺服比較式；1956年出現(xiàn)諧波式V/T（電壓/時(shí)間變換型）；1961年出現(xiàn)全晶體管化的逐次逼近比較式；1963年出現(xiàn)電壓/頻率（V/F）變換型（單積分式）；1966年出現(xiàn)雙積分式（雙斜式）等。這一時(shí)期的顯示位數(shù)是3.5-5.5位

　　2.高精度階段

　　由于精密電測(cè)量的需要，DVM開始向高準(zhǔn)確、高位數(shù)方向發(fā)展，出現(xiàn)了所謂復(fù)合型原理的儀表。如1971年日本研制的TR-6567（三次采樣積分式）；1973年英國(guó)研制的SM-215（兩次采樣電感分壓比較型）；1972年日本研制的TR-6501型DVM已達(dá)到了8位數(shù)。與此同時(shí)對(duì)積分方案進(jìn)行了改進(jìn)和提高，出現(xiàn)了如Dana公司的6900型（7位）、Solartron公司生產(chǎn)的7075型（8位），其準(zhǔn)確度可達(dá)到百萬分之幾。

　　3.智能化階段

　　由于電子技術(shù)、大規(guī)模集成電路（LSI）及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，是人們不久就研制出微處理器（P）數(shù)字電壓表，實(shí)現(xiàn)了DVM數(shù)據(jù)處理自動(dòng)化和可編程序，因?yàn)閹в写鎯?chǔ)器并使用軟件支持，所以可以進(jìn)行信息處理，可通過標(biāo)準(zhǔn)接口組成自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)（ATS）例如，F(xiàn)luke公司的8506型、Solartron公司的7065型和7081型、Datron公司的1071和1281型，以及Fluke公司的最新產(chǎn)品8508A型等。它們除了完成原有DVM的各種功能外，還能夠自校、自檢，保證了自動(dòng)測(cè)量的高準(zhǔn)確度，實(shí)現(xiàn)了儀器、儀表的智能化。當(dāng)前，智能式儀表發(fā)展十分迅速，而微處理式DVM在智能儀表中占的比重最大。智能化的DVM為實(shí)現(xiàn)各種物理量的動(dòng)態(tài)測(cè)量提供了可能。

　　6.5 軟硬件調(diào)試

　　軟件調(diào)試的任務(wù)是利用開發(fā)工具進(jìn)行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)和糾正程序的錯(cuò)誤，同時(shí)也能發(fā)現(xiàn)硬件的故障。軟件調(diào)試是一個(gè)模塊接一個(gè)模塊進(jìn)行的。首先單獨(dú)調(diào)試各子程序是否能夠按照預(yù)期的功能，接口電路的控制是否正常。最后調(diào)試整個(gè)程序。尤其注意的是各模塊間能否正確的傳遞參數(shù)。

　　1. 檢查數(shù)碼管顯示模塊程序。觀察數(shù)碼管上是否能夠顯示相應(yīng)的字符。

　　2. 檢查A/D轉(zhuǎn)換模塊程序。可以在硬件電路的輸入端輸入已知的幾個(gè)電壓，分別觀察數(shù)碼管上是否顯示相應(yīng)的電壓值。

　　3. 檢查數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換模塊程序。

　　程序可分為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)，這三部分先獨(dú)立測(cè)試，然后整體調(diào)試。

　?、贁?shù)據(jù)采集系統(tǒng)：因?yàn)锳DC0809本身并沒有內(nèi)部時(shí)鐘，需要外部時(shí)鐘來提供工作的時(shí)鐘頻率。如果利用單片機(jī)ALE端腳提供的頻率為6MHZ，而ADC0809工作的頻率在10KHZ-1MHZ。因此，需要增加含觸發(fā)器功能的器件，從面增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度。后來，經(jīng)過小組不斷的討論與思考，最終用軟件編程來提供ADC0809工作的時(shí)鐘頻率，從而解決了這個(gè)問題。

　?、陲@示系統(tǒng)的調(diào)試：要顯示的數(shù)據(jù)存放在71H、72H、73H、74H單元中，先在30H~39H分單元中存放0~9的數(shù)，運(yùn)行顯示程序，進(jìn)行查表指令，察看顯示的結(jié)果是否與存放值一樣。在測(cè)試的過程中發(fā)現(xiàn)小數(shù)點(diǎn)沒有顯示，通過下面幾條指令，把小數(shù)點(diǎn)顯示出來。

　　MOVC A，@A+DPTR

　　CJNE R2，#0FEH，NOT_ONE ;不是左邊第一個(gè)數(shù)碼管，則轉(zhuǎn)移

　　ORL A，#80H ;左邊第一個(gè)數(shù)碼管顯示小數(shù)點(diǎn)

　　NOT_ONE： MOV P0，A ;數(shù)碼管段選

　　另外，發(fā)現(xiàn)四位數(shù)碼管顯示的亮度不一樣，有時(shí)還存在閃爍的情況，后來經(jīng)過調(diào)整各位數(shù)碼管顯示的間隔，調(diào)用延時(shí)函數(shù)解決了亮度不一的問題。

　　③整體測(cè)試：把三部分進(jìn)行程序聯(lián)調(diào)，編譯程序，看是否存在錯(cuò)誤。經(jīng)過多次的嘗試與查找相資料，最后做出并完善了整體的方案。

　　4.系統(tǒng)進(jìn)一步改進(jìn)方案

　　進(jìn)一步提高測(cè)量精度，把精確到小數(shù)點(diǎn)后一位改為精確到小數(shù)點(diǎn)后三位。

　　6.5系統(tǒng)功能分析

　　本課題是利用單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電壓表，能夠測(cè)量0－5V之間的直流電壓值，四位數(shù)碼顯示，使用的元器件數(shù)目較少。外界電壓模擬量輸入到A/D轉(zhuǎn)換部分的輸入端，通過A/D轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，輸送給單片機(jī)。然后由單片機(jī)給數(shù)碼管數(shù)字信號(hào)，控制其發(fā)光，從而顯示數(shù)字。

　　七、設(shè)計(jì)體會(huì)

　　經(jīng)過近二周的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，終于完成了我的數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)，基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

　　對(duì)于此次課程設(shè)計(jì)，有許多的感觸與體會(huì)，遇到的難題多，學(xué)習(xí)到的知識(shí)也就更多。

　　第一，硬件電路遇到了ADC0809無內(nèi)部時(shí)鐘，需外接外部時(shí)鐘，如何解決這個(gè)問題，我們小組進(jìn)行了多次討論，最終確定了在程序中提供時(shí)鐘信號(hào)，大大降低了硬件電路的復(fù)雜度。

　　第二，則是解決程序設(shè)計(jì)的問題，而程序設(shè)計(jì)是一個(gè)很靈活的東西，它反映了你解決問題的邏輯思維和創(chuàng)新能力，它才是一個(gè)設(shè)計(jì)的靈魂所在。因此在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中大部分時(shí)間是用在程序上面的。其中，我遇到了很多的問題，雖然以前還做過這樣的設(shè)計(jì)，但是以前的都是用C語言進(jìn)行編程。而此次運(yùn)用匯編語言編程，著實(shí)讓我當(dāng)頭一棒，因?yàn)槌?a target="_blank">微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過相關(guān)編程，匯編語言的編程能力還停留在理論階段。在此次編程中，首先，我是先用C語言編程，進(jìn)行調(diào)試后，成功的達(dá)到了課程設(shè)計(jì)的要求。其次，查找匯編語言的相關(guān)資料，經(jīng)過不懈的努力與調(diào)試，終于將匯編語言版的成功編程出來。

　　第三，在一個(gè)課題中，要設(shè)計(jì)一個(gè)成功的電路，必須要有耐心，要有堅(jiān)持的毅力。在整個(gè)電路的設(shè)計(jì)過程中，重要的是各個(gè)單元電路的連接及電路的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)上，如在多種方案的選擇中，我們仔細(xì)比較分析其原理以及可行的原因。這就要求我們對(duì)硬件系統(tǒng)中各組件部分有充分透徹的理解和研究，并能對(duì)之靈活應(yīng)用。完成這次設(shè)計(jì)后，我在書本理論知識(shí)的基礎(chǔ)上又有了更深層次的理解。

　　第四，在本次設(shè)計(jì)的過程中，我還學(xué)會(huì)了高效率的查閱資料、運(yùn)用工具書、利用網(wǎng)絡(luò)查找資料。我發(fā)現(xiàn)，在我們所使用的書籍上有一些知識(shí)在實(shí)際應(yīng)用中其實(shí)并不是十分理想，各種參數(shù)都需要自己去調(diào)整，這就要求我們應(yīng)更加注重實(shí)踐環(huán)節(jié)。

　　最后，還要在此感謝課程設(shè)計(jì)的指導(dǎo)老師們和我的組員們，他們?cè)谡麄€(gè)過程中都給予了我充分的幫助與支持。

　　八、參考文獻(xiàn)

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