數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)

1、 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐課程論文（2015-2016學(xué)年第二學(xué)期）班級(jí)： 電子134班 學(xué)號(hào)： 201305014437 姓名： 鄭維取 指導(dǎo)老師： 許 森 完成時(shí)間：2016年05月19日 簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：鄭維取 學(xué)號(hào)：201305014437 指導(dǎo)老師：許森浙江樹人大學(xué)信息科技學(xué)院電子134班摘 要 電壓表應(yīng)用十分廣泛，但大部分是模擬電壓表，而由于其特性，反應(yīng)速度慢，讀數(shù)麻煩并且誤差較大，所以為適應(yīng)不斷快速發(fā)展的高速信號(hào)領(lǐng)域，已經(jīng)廣泛使用數(shù)字電壓表。本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)主要講述了數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)過程，主要包括硬件設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)，硬件主要包括以AT89S51單片機(jī)為主要控制電路、數(shù)據(jù)采樣電路、

2、顯示電路等，是基于51單片機(jī)開發(fā)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的一種數(shù)字電壓表系統(tǒng)。該設(shè)計(jì)采用AT89S51單片機(jī)作為控制核心，驅(qū)動(dòng)控制四塊數(shù)碼管顯示被測(cè)電壓，以ADC0809為模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)采樣，實(shí)現(xiàn)被測(cè)電壓的數(shù)據(jù)采樣，使得該數(shù)字電壓表能夠測(cè)量03.3V之間的直流電壓值。 關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；AT89S51；ADC0809；顯示電路1.引言廣泛的自動(dòng)控制領(lǐng)域中，需要有類似微型計(jì)算機(jī)功能的支持，單常常有不能把計(jì)算機(jī)安裝在設(shè)備里面，因此，微型控制器的一個(gè)重要分支（單片機(jī)）應(yīng)運(yùn)而生。隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)以其穩(wěn)定可靠、體積小、功耗低、價(jià)格低廉的特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于多重需要計(jì)算機(jī)控制功能的現(xiàn)場(chǎng)控制領(lǐng)域和實(shí)時(shí)控單片機(jī)控

3、制系統(tǒng)。為了更好的學(xué)習(xí)和使用單片機(jī)，我們利用單片機(jī)制作了一數(shù)字電壓表。 2. 數(shù)字電壓表原理及框圖 2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理 硬件設(shè)計(jì)原理：電阻R11上的電壓經(jīng)過ADC0832芯片進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，由AT89S52芯片的P1口連接到驅(qū)動(dòng)電路，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路工作使數(shù)碼管顯示前面轉(zhuǎn)換過來的數(shù)字。在接通電源后，當(dāng)按下SW1后AT89S52不工作，使數(shù)碼管全部變暗，當(dāng)SW1一松開后AT89S52工作，數(shù)碼管又變亮。晶振電路中的兩個(gè)30pF的電容具有微調(diào)的作用.2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖2.2.1 硬件系統(tǒng)原理框圖2.2.2 系統(tǒng)原理圖 2.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 AT89S52具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，8k

4、60;Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。AT89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。AT89S5與AT89c52相比，前者的性能比后者高，所以本設(shè)計(jì)采用AT89S52芯片。 數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片：ADC0809是采樣分辨率為8位的、以逐次

5、逼近原理進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個(gè)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(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時(shí)間為100s。 ADC0832 為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256級(jí)，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在03.3V之間。芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為32S，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。由于ADC0832芯片的轉(zhuǎn)換時(shí)間短，并且性能比較高，所以采用ADC0832作為數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片.智能家居又稱智能住宅，它的最基本目的是為人們提供一個(gè)舒適、安全、高

6、效、方便、實(shí)用的生活環(huán)境。對(duì)智能家居產(chǎn)品來說，最重要的是應(yīng)立足于客戶的對(duì)家居環(huán)境的具體需求，以實(shí)用為核心，摒棄掉那些華而不實(shí)的功能。同時(shí)還要充分考慮到用戶體驗(yàn)，注重操作的便利化和直觀性，注重完美的圖形化控制界面。智能家居系統(tǒng)大部分時(shí)間都在運(yùn)行，必須高度重視系統(tǒng)的安全性、可靠性和容錯(cuò)能力，保證系統(tǒng)正常安全使用、質(zhì)量、性能良好，具備應(yīng)付各種復(fù)雜環(huán)境變化的能力。 3. 數(shù)字電壓表硬件電路設(shè)計(jì)3.1 實(shí)驗(yàn)所需元器件1. 80C51芯片             &#

7、160;1塊 2.   ADC0809芯片              1塊 3.   4位一體數(shù)碼             1個(gè) 4.   按鍵開關(guān)       

8、0;     3個(gè) 5.   2.2K電阻              1個(gè) 6.   4.7K電阻              1個(gè) 7.   10K電阻    

9、           3個(gè) 8.   導(dǎo)線                 若干 9.   電容            3個(gè) 10.  5V

10、電源                1塊3.2 主要芯片介紹a)  ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖如圖下b)圖中多路開關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這是一種經(jīng)濟(jì)的多路數(shù)據(jù)采集方法。地址鎖存與譯碼電路完成對(duì)A、B、C 3個(gè)地址位進(jìn)行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇，其轉(zhuǎn)換結(jié)果通過三態(tài)輸出鎖存器存放、輸出，因此可以直接與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連。 ADC0

11、809對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是05V，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。IN0IN7：8條模擬量輸入通道地址輸入和控制線：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IN0IN7上的一路模擬量輸入 ADC0809的工作過程是：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

12、。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng) AD轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到AD轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示AD轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng)OE輸入高電平時(shí)，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。  b) 80C51芯片 芯片的引腳描述  HMOS制造工藝的MCS-51單片機(jī)都采用40引腳的直插封裝（DIP方式），制造工藝為CHMOS的80C51/80C31芯片除采用DIP封裝方式外，還采用方型封裝工藝，引腳排列如圖。其中方型封裝的CHMOS芯片有44只引腳

13、，但其中4只引腳（標(biāo)有NC的引腳1、12、23、34）是不使用的。在以后的討論中，除有特殊說明以外，所述內(nèi)容皆適用于CHMOS芯片。  如圖所示，是MCS-51的邏輯符號(hào)圖。在單片機(jī)的40條引腳中有2條專用于主電源的引腳，2條外接晶體的引腳，4條控制或與其它電源復(fù)用的引腳，32條輸入/輸出（I/O）引腳。 3、控制或與其它電源復(fù)用引腳RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPP 。 RST/VPD（9腳）當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。推薦在此引腳與VSS引腳之間連接一個(gè)約8.2k的下拉電阻，與VCC

14、引腳之間連接一個(gè)約10F的電容，以保證可靠地復(fù)位。  VCC掉電期間，此引腳可接上備用電源，以保證內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。當(dāng)VCC主電源下掉到低于規(guī)定的電平，而VPD在其規(guī)定的電壓范圍（5±0.5V）內(nèi)，VPD就向內(nèi)部RAM提供備用電源。  ALE/PROG（30腳）：當(dāng)訪問外部存貯器時(shí)，ALE（允許地址鎖存）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。即使不訪問外部存儲(chǔ)器，ALE端仍以不變的頻率周期性地出現(xiàn)正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此，它可用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘，或用于定時(shí)目的。然而要注意的是，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。A

15、LE端可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）8個(gè)LS型的TTL輸入電路。  對(duì)于EPROM單片機(jī)（如8751），在EPROM編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖（PROG）。  PSEN（29腳）：此腳的輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。在從外部程序存儲(chǔ)器取指令（或常數(shù)）期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效。但在此期間，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。PSEN同樣可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出）8個(gè)LS型的TTL輸入。  EA/VPP（引腳）：當(dāng)EA端保持高電平時(shí)，訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，但在PC（程序計(jì)數(shù)器）值超過0FFFH（對(duì)851/

16、8751/80C51）或1FFFH（對(duì)8052）時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。當(dāng)EA保持低電平時(shí)，則只訪問外部程序存儲(chǔ)器，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。對(duì)于常用的80C51來說，無內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，所以EA腳必須常接地，這樣才能只選擇外部程序存儲(chǔ)器。  對(duì)于EPROM型的單片機(jī)（如8751），在EPROM編程期間，此引腳也用于施加21V的編程電源（VPP）。 4、輸入/輸出（I/O）引腳P0、P1、P2、P3（共32根）  P0口（39腳至32腳）：是雙向8位三態(tài)I/O口，在外接存儲(chǔ)器時(shí)，與地址總線的低8位及數(shù)據(jù)總線復(fù)用，能以吸收電流的方

17、式驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型的TTL負(fù)載。  P1口（1腳至8腳）：是準(zhǔn)雙向8位I/O口。由于這種接口輸出沒有高阻狀態(tài)，輸入也不能鎖存，故不是真正的雙向I/O口。P1口能驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)LS型的TTL負(fù)載。對(duì)8052、8032，P1.0引腳的第二功能為T2定時(shí)/計(jì)數(shù)器的外部輸入，P1.1引腳的第二功能為T2EX捕捉、重裝觸發(fā)，即T2的外部控制端。對(duì)EPROM編程和程序驗(yàn)證時(shí)，它接收低8位地址。  P2口（21腳至28腳）：是準(zhǔn)雙向8位I/O口。在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，它可以作為擴(kuò)展電路高8位地址總線送出高8位地址。在對(duì)EPROM編程和程序驗(yàn)證期間，它接收高8位

18、地址。P2可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)LS型的TTL負(fù)載。  P3口（10腳至17腳）：是準(zhǔn)雙向8位I/O口，在MCS-51中，這8個(gè)引腳還用于專門功能，是復(fù)用雙功能口。P3能驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)LS型的TTL負(fù)載。  作為第一功能使用時(shí)，就作為普通I/O口用，功能和操作方法與P1口相同。 作為第二功能使用時(shí)，各引腳的定義如表所示。 值得強(qiáng)調(diào)的是，P3口的每一條引腳均可獨(dú)立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。 如表3.3 設(shè)計(jì)方案3.3.1 硬件設(shè)計(jì)上圖為硬件的總體框圖，可分為四個(gè)模塊。模數(shù)轉(zhuǎn)換使用ADC0809芯片

19、，它將輸入的模擬電壓量轉(zhuǎn)換為一個(gè)8位的二進(jìn)制數(shù)字，然后進(jìn)入到單片機(jī)AT80S51控制單元，經(jīng)過驅(qū)動(dòng)處理模塊用數(shù)碼管顯示出直流電壓值。另外注意ADC0809芯片輸入電壓不可大于5V。3.3.2 軟件設(shè)計(jì)單片機(jī)中所發(fā)程序的流程圖如下圖軟件設(shè)計(jì)仿真所用程序：附錄A4. 模擬仿真結(jié)果5. 結(jié)論與心得體會(huì)通過本次實(shí)驗(yàn)，了解了AD0809的作用以及其的接口作用，用Proteus進(jìn)行仿真，了解了Proteus軟件的基本使用方法，用keil轉(zhuǎn)換偉福識(shí)別語言，使該軟件能夠識(shí)別C語言，也加深了對(duì)單片機(jī)模擬仿真軟件的認(rèn)識(shí)和理解；也在實(shí)際操作連接外電路的過程中，遇到了許多問題，意識(shí)到自己知識(shí)的匱乏，自己的動(dòng)手能力也亟

20、待提高，無疑這對(duì)以后的學(xué)習(xí)是種無形的激勵(lì)。同時(shí)在尋求解決問題，查找資料，向老師請(qǐng)教的同時(shí)，提高了自己做設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力，也學(xué)會(huì)了如何利用圖書資源和自身知識(shí)去轉(zhuǎn)換為實(shí)際應(yīng)用，為以后的學(xué)習(xí)提高奠定了基礎(chǔ)，總之這次實(shí)驗(yàn)我受益匪淺。參考文獻(xiàn) 1 童詩白主編.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）M.北京：高教出版社. 2 閻石主編.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版/第五版）M. 北京：高教出版社. 3 金唯香、謝玉梅主編.電子測(cè)試技術(shù)M.長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)出版社. 4 實(shí)用電子電路手冊(cè)編寫組.實(shí)用電子電路手冊(cè)（數(shù)字電路分冊(cè)）M.北京：高教

21、出版社. 5 姚福安.電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)踐M.濟(jì)南：山東科學(xué)技術(shù)出版社. 6 將卓勤，鄧玉元主編.Multisim2001及其在電子設(shè)計(jì)中的應(yīng)用M.附錄A#include <reg52.h> #define uint unsigned int #define uchar unsigned char  uchar code LEDData1=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07

22、,0x7f,0x6f; uchar code LEDData2=0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef;/0.9.共陽  sbit OE  = P10; sbit EOC = P11; sbit ST  = P12; sbit CLK = P13;  sbit wei1 =

23、60;P2  0;/數(shù)碼管顯示用 sbit wei2 = P2  1; sbit wei3 = P2  2; sbit wei4 = P2  3;  float x; uchar a = 0, b = 0, c = 0,d=0,t = 0; 

24、;開   始 初 始 化（8255，中斷） uchar temp=0; void Delay(uint ms)    uchar i;  while(ms-)      for(i=0;i<120;i+);    void Display(void)/數(shù)碼管顯示   

25、60;      wei4 = 0;/第4個(gè)數(shù)碼管顯示 P0 =  LEDData1d;  Delay(4); wei4 = 1;                   wei3 = 0;/第3個(gè)數(shù)碼管顯示 P0

26、 =  LEDData1c;  Delay(4); wei3 = 1;  wei2 = 0;/第2個(gè)數(shù)碼管顯示 P0 =  LEDData1b; Delay(4); wei2 = 1;  wei1 = 0 /第1個(gè)數(shù)碼管顯示 P0 =  LEDData2a;  Delay(4); 

27、; wei1 = 1;   void AD0809()         ST = 0;   ST =1;   ST = 0;   while(EOC = 0);   OE = 1;     temp=P3;   Delay(10);    x = temp/51.0&