1、目錄前言1第章方案選擇及總體設計21.1設計目的21.2作品要求21.3實驗器材31.4總體設計31.5模塊方案選擇與認證3第2章 硬件設計及電路圖42.1.AT89S52的主要性能42.2.ADC0832功能特點72.3. 顯示部分82.4電源電路82.5復位電路92.6時鐘電路：92.7系統原理圖9第三章 系統程序設計103.1軟件總體框架設計10第四章 實物制作12實物的制作：12第五章 調試說明135.1.軟件調試：135.2.硬件調試135.3.實物的調試13參考文獻14附件一15前言單片機是一種面向控制的大規模集成電路模塊，具有功能強、體積小、可靠性高、價格低廉等特點，在工業控制、

2、數據采集、智能儀表、機電一體化、家用電器等領域得到了廣泛的應用，極大的提高了這些領域的技術水平和自動化程度，在一定程度上限制了這類產品的普及和推廣。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常。而且隨著電子技術的發展，更是經常需要測量高精度的電壓，所以數字電壓表就成為一種必不可少的測量儀器。數字電壓表（Digital Voltmeter）簡稱DVM，它是采用數字化測量技術，把連續的模擬量（直流或交流輸入電壓）轉換成不連續、離散的數字形式并加以顯示的儀表。由于數字式儀器具有讀數準確方便、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青睞。第章方案選擇

3、及總體設計1.1設計目的 通過制作簡易數字電壓表，加深對所學專業知識的認識，提高對單片機的應用能力，提高收集文獻，資料的能力，從而達到綜合運用所學的知識進行電子產品設計，制作與調試。 1.2作品要求 基本功能： 1）電壓測量范圍0-5V 2)能用數碼管顯示電壓值 3）測量精度是0.1V1.3實驗器材 AT89S51芯片，AT89S52芯片，共陰極數碼管，晶振，排線電阻（10K），電阻（10K）,極性電容一個(10uF)，無極性電容兩個（30pF），05V電源，若干導線。1.4總體設計本設計從各個角度分析了由單片機組成的數字電壓表的設計過程及各部分電路的組成及其原理，并且分析了程序如何驅動單片機

4、進而使系統運行起來的原理及方法。框圖如下：量程控制電路A/D轉換器AD0832模擬電壓輸入89S52單片機電壓顯示器電源電路1.5模塊方案選擇與認證根據設計要求，系統可分為A/D轉換模塊，接口模塊，顯示模塊。 A/D轉換模塊： 方案一：采用ADC0804轉換芯片，是一個8位、單通道的A/D轉換器，因其價格低廉而在要求不高的場合得到廣泛應用。ADC0804主要特點是：模數轉換時間大約100us；方便的TTL或CMOS標準接口；可以滿足差分電壓輸入；具有參考電壓輸入端；內含時鐘發生器；單電源工作時輸入信號電壓范圍是0V5V；不需要調零。方案二：采用ADC0832轉換芯片，功耗低，性能價格比較高，適

5、宜在袖珍式的智能儀器儀表中使用。其主要特點是：8位分辨率，其最高分辨級可達 256級，可以適應一般的模擬量轉換要求。逐次逼近型，5V單電源供電，輸入模擬信號電壓范圍為05V，輸入輸出電平與TTL和CMOS兼容。在250KHZ時鐘頻率時，轉換時間為32 us，具有兩個可供選擇的模擬輸入通道。芯片具有雙數據輸出可作為數據校驗，減少數據誤差，轉換速度快且穩定性強。通過DI數據輸入端，可以容易地實現通道功能的選擇。由于模擬轉換電路的種類繁多，通過對精度，轉換速度和穩定性方面考慮，固選擇方案二采用ADC0832為本次設計的轉換芯片。接口模塊：方案一：采用AT89S51單片機作為系統的控制單元，通過A/D

6、轉換器將模擬量轉換為數據量送入單片機中，再由單片機送到顯示模塊。此方案各類功能易于實現，成本低，功耗低，顯示穩定。方案二：采用AT89S52擁有AT89S51的基本特點之外，此外AT89S52可通過軟件設置省電模式。空閑模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數器，串行口，外中斷系統可繼續工作，掉電模式凍結振蕩器而保存RAM的數據，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復位。在燒寫過程中由于AT89S51結果未能測試成功，經過幾次的燒寫，測試結果還是不如意；當我們燒寫AT89S52時，測試成功。同時，由于市場的條件限制，我們通過比較，選擇了方案二。第2章 硬件設計及電路圖2.1.AT89S52的主

7、要性能（1）與MCS-51單片機產品兼容 （2）8K字節在系統可編程Flash存儲器 （3）1000次擦寫周期 （4）全靜態工作：0Hz33MHz （5）32個可編程I/O口線 （6）3個16位定時器/計數器 （7）5個中斷源 （8）全雙工UART串行通道 （9）低功耗空閑和掉電模式 （10）掉電后中斷可喚醒 （11）靈活的ISP編程 （12）4.0-5.5V電壓工作范圍AT89S52芯片有40條引腳，雙列直插式封裝引腳如下圖所示：Vcc(40)：電源+5V Vss(20): 接地XTAL1（19）和XTAL2（18）：使用內部振蕩電路時，用來接石英晶體和電容；使用外部時鐘時，用來輸入時鐘脈沖

8、。P0口（3932）：是一組8位漏極開路行雙向I/O口，也既地址/數據總線復用口。可作為輸出口使用時，每位可吸收電流的方式驅動8個TTL邏輯電路，對端口寫“1”可作為高阻抗輸入輸入端用。在訪問外部數據存儲器時，這組口線分時轉換地址（低8位）和數據總線復用，在訪問期間激活內部上拉電阻。在Flash編程時，PO口接收指令字節，而在程序校驗時，輸出指令字節，校驗時，要求接上拉電阻。P1口（18）：是一個內部有上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸入緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸出口。作輸入口時，因為內部存在上拉電阻，某

9、個引腳被外部信號拉低時輸出一個電流（I）。Flash編程和程序校驗期間，P1口接收8位地址。P2口（2128）：是一個帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸入緩沖極可以驅動（輸入或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時和作為輸出口，作輸出口時，因為存在內部上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。在訪問外部存儲器或1位地址的外部數據存儲器（例如執行MOVXDPTR指令）時，P2口送出高8位地址數據。在訪問8位地址的外部數據存儲器（如執行MOVXRI指令）時，P2口線的內容（也既特殊功能寄存器（SFR）區中R2寄存器的內容），在整個訪

10、問期間不改變。Flash編程或校驗時，P2亦接收高地址和其他控制信號。 P3口（1017）：是一組帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸入緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時，它們被內部上拉電阻拉高并可作為輸出端口。作輸出端口時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流。P3口除可作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，如圖2-4所示：P3口還接收一些用于Flas 閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。ALE/（30）：地址鎖存信號輸出端。在訪問片外豐儲器時，若ALE為有效高電平，則P0口輸出地址低8位，可以用ALE信號作外部地址鎖存信號，也可

11、作系統中其它芯片的時鐘源。第二功能是對EPROM編程時的編程脈沖輸入端。RST/VPD（9）：復位信號輸入端。AT89S52接能電源后，在時鐘電路作用下，該腳上出現兩個機器周期以上的高電平，使內部復位。第二功能是VPD，即備用電源輸入端。當主電源Vcc發生故障，降低到低電平規定值時，VPD將為RAM提供備用電源，發保證存儲在RAM中的信號不丟失。AT89S52通常采用上電自動復位和開關手動復位，我們采用的就是這種方法。/Vpp(31):內部和外部程序存儲器選擇線。=0時訪問外部ROM 0000HFFFFH；=1時，地址0000H0FFFH空間訪問內部ROM，地址1000HFFFFH空間訪問外部

12、ROM。（29）：片外程序存儲器選通信號，低電平有效。2.2.ADC0832功能特點ADC0832是美國國家半導體公司生產的串行接口8位A/D轉換器,通過3線接口與單片機連接,功耗低，性價比高，適宜在袖珍的智能儀器儀表中使用。ADC0832為8位分辨率A/D轉換芯片，其最高分辨率可達256級，可以適應一般的模擬量轉換要求。芯片具有雙數據輸出可作為數據校驗，以減少誤差，轉換速度快且穩定性強。獨立的芯片使能輸入，使多器件連接和處理器控制變得更加方便。通過DI數據輸入端，可以輕易地實現通道功能的選擇。其主要特點如下：（1）8位分辨率，逐次逼近型，基準電壓為5V;（2）5V單電源供電；（3）輸入模擬信

13、號電壓范圍為05V；（4）輸入和輸出電平與TTL和CMOS兼容；（5）在250Khz的時鐘頻率時，轉換時間為32us；（6）具有2個可供選擇的模擬輸入通道；（7）功耗低（15mw）；（8）支持SPI方式。 1外部引腳及其說明 ADC0832有DIP和SOIC；兩種封裝，DIP封裝的ADC0832引腳排列如下圖所示：各引腳說明：（1） CS：片選端，低電平有效；（2） CH0、CH1：兩路模擬信號輸入端；（3） DI：兩路模擬信號輸入選擇控制端；（4） DO：模擬轉換結果串行輸出端；（5） CLK：串行時鐘輸入端；（6） VCC/Vref：電源端和基準電壓輸入端；（7） GND：電源地；2單片機

14、對ADC0832的控制原理 一般情況下，ADC0832與單片機的接口應為4條數據線，分別是CS、CLK、DI、DO。當ADC0832未工作時，其CS端應為高電平，此時芯片被禁用，CLK和DI、DO的電平可任意。當要進行A/D轉換時，需先將CS置低，并且保持低電平直到轉換完全結束。此時芯片開始轉換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端CLK提供脈沖，DI在第一個時鐘脈沖到來之前為高電平，表示啟動位。在第二、第三個時鐘脈沖到來之前，DI端輸入2位數據用于選擇通道功能，其功能表項見下表。輸入形式配置位選擇通道CH0CH1CH0CH1差分輸入00+01+單端輸入10+11+到第三個時鐘脈沖到來之后，DI端

15、就失去作用，此后DO端則開始利用，數據輸出DO進行轉換數據的讀取。從第4個時鐘脈沖開始由DO端輸出轉換數據的最高位D7，隨后每一個脈沖DO端輸出下一位數據。直到第11個脈沖發出最低位數據DO，一個字節的數據輸出完成。也正是從此位開始輸出下一個反向字節的數據，既從第11個時鐘脈沖輸出DO，隨后輸出的8位數據，到第19個脈沖時數據輸出完成，也標志著一次A/D轉換的結束。最后將CS置高電平禁用芯片，將轉換好的數據進行處理就可以了。2.3. 顯示部分 顯示部分使用型號為“LG5641BH 0.56”LED數碼管，該型號數碼管為4位一體數碼管,共12個引腳，其中8個為段選，4個為位選。如下圖所示：共陽極

16、 4位數碼管 LG5641BH 0.56 四聯共陽 紅 從左到右 從上倒下像這個圖片，對于共陽極的LG5641BH來說，是怎么讀的呢？圖上的六條指針從左至右怎么讀呢？正面看的話，上面6腳，下面6腳，共12腳上面從左到右是1,a,f,2,3,b下面從左到右是e,d,dp,c,g,4其中1,2,3,4是4個數碼管的位選2.4電源電路在電路部分，電源采用5V直流電源VDD供電，為AT89S51單片機、芯片DS1302及晶振供電。由在接電源的時候一定要注意正負極，如果接反了的話，容易將穩壓管燒壞。 圖24電源電路2.5復位電路單片機的復位方式主要有上電自動復位和按鈕手動復位。為了保證單片機系統有效復位

17、，要求RST端腳維持高電平大于10MS以上。電阻和電容的值隨時鐘頻率的不同而變化。圖25復位電路2.6時鐘電路：時鐘電路是外部時鐘和內部時鐘組成。內部是由單片機本身及外部12MHZ的晶振和兩個電容構成工作主頻時鐘電路，這樣外電源斷開時鐘也不會停止。圖6時鐘電路2.7系統原理圖單片機AT89S51是本系統的核心部分，根據以上各功能模塊得到應用電路總原理圖。原理圖如2.9所示：圖2.7系統原理圖第三章 系統程序設計3.1軟件總體框架設計系統軟件的總體框架，主程序采用死循環結構，在其中調用了三個子程序，為AD轉換子程序，數據處理子程序，動態顯示子程序， 在系統上電開始測量前，要用萬用表的電壓檔對被測

18、電壓進行估測，然后以此選擇適當的量程，防止過大電壓燒壞A/D轉換器。選擇好量程之后就可以對系統上電測量了。系統上電即初始化，首先，單片機片選A/D轉換器，然后發出信號啟動A/D轉換。此時單片機內部定時/計數器也開始工作，不斷掃描A/D轉換結束端口有無結束信號。若有，即啟動信號采集，對A/D轉換器的數據輸出口送來的數值進行存儲，數據處理完之后，利用查表法將電壓數值送顯示器顯示出來。流程如圖3.1.1所示，數據處理子程序流程圖如圖3.1.2所示轉換值×2高8位放R7，低8位放R6調用數位分離子程序圖3.1_2 時序圖返回開始系統初始化啟動A/D轉換采集A/D轉換值顯示電壓數值END圖3.

19、1_1 軟件總體框架第四章 實物制作實物的制作：1、打印菲林紙是整個電路板制作過程中至關重要的一步，打印時確保打印出的電路圖清晰。 2、 鋼鋸據條一片，木工細砂紙一張。用鋼鋸據條裁減覆銅板到合適大小，注意在裁減時留點余量，不要小了，畢竟據條也是有厚度的用木工砂紙打磨使邊界光滑平整。3、在實驗室做好數字電壓表電路的印刷電路板，最后檢查印刷電路板有無斷線，是否和PCB一致。把打印好的轉印紙有字的一面平鋪到覆銅板上。先加熱塑機到120度，將包裝好的銅板通過熱塑機，重復壓兩次，以防電路板斷線，等板子冷了之后將紙撕掉，就可以看見完整的電路圖了。如果發現有斷線地方就用信號筆在斷線的地方補畫一下，等板干了再

20、腐蝕。 4、腐蝕。三氯化鐵或鹽酸雙氧水，這里用三氯化鐵。用三氯化鐵溶液進行腐蝕，用開水來融化三氯化鐵，在反應中用開水來維持溫度，我用化學上說的水浴，也就是在容器下放一個水盆來盛開水，在反應中不斷的要它加快它的腐蝕速度。要時刻注意腐蝕的進度，特別是在線寬小的時候，腐蝕剛完成就要馬上拿開并沖洗干凈，用布擦干。5、鉆孔。鉆孔。首先選擇好合適的鉆頭，以鉆普通接插件孔為例，選擇0.95mm的鉆頭，安裝好鉆頭后，將電路板平放在鉆床平臺上，打開鉆床電源，將鉆頭壓桿慢慢往下壓，同時調整電路板位置，使鉆孔中心點對準鉆頭，按住電路板不動，壓下鉆頭壓桿，這樣就打好一個孔。提起鉆頭壓桿，移動電路板，調整電路板其它鉆孔

21、中心位置，以便鉆其它孔，注意此時鉆孔為同型號。對于其它型號的孔，更換對應規格的鉆頭后，按上述同樣的方法鉆孔。7、除去后就是焊接了。在焊接之前，最好在面包板上按照原理圖檢查連接元件，看功能是否實現，如果功能實現了，就按照安裝圖焊接元件。在制作電路板的時候，我們先將小的元件焊上去，按跳線電阻電容晶振發光二極管的順序焊接，接著再把芯片底座按鍵排插，等大點的元件焊上去，最后才將LED的排插焊上去，在焊晶振的時候我們特別注意了，我們使它緊靠電路板，是為了讓它的工作頻率更穩定，提高它的抗干擾能力。焊接過程中要快，避免燒壞元件，焊盤要光亮，大小適當。焊好之后檢查有沒有虛焊漏焊或者短路的地方。至此電路板制作完

22、畢。第五章 調試說明5.1.軟件調試：啟動ADK51軟件，輸入程序，并保存為××.ASM文件。建立項目：執行“文件/新建項目”在彈出的加入模塊窗口中選擇程序的文件名，點擊“打開”保存項目。雙擊項目窗口中模塊下的××.ASM文件，打開項文件。編譯程序：點擊“項目/全部編譯”，如出現錯誤，則修改程序，再重復以上步驟，直到編譯成功。將編譯好的程序燒寫到芯片中:打開SU*軟件，首先點擊菜單欄的器件，選擇AT89S51,其次點擊菜單欄編輯運行，依次添加擦除（erase）、再次檢查擦除（blackerase）、編譯、運行，發現在燒制過程中，擦除等正確，但結果顯示是失

23、敗，經幾次燒制最終AT89S51燒壞了，于是立即采用另一個方案，將芯片換成AT89S52，按照上面燒制過程將程序燒寫到AT89S52中，(注意在器件中要選擇AT89S52)。接上電源，剛開始的時候除了不能顯示其他的功能都能實現，經過多次修改軟件最終基本能正常顯示。5.2.硬件調試（1）正確接入+5V直流電源，若亮則表明AT89S52以及輸出部分電路都能夠正常工作。供電之后，數碼管出現一閃一閃的。檢查電路沒有壞。看程序，也沒有錯誤，運行編譯都正常，將電路板接觸加固，以防虛焊，稍作改正之后仍不行，數碼管狀態沒有改變。再次檢查電路板、元器件及程序，。輸入信號，測試正確，可以顯示正確結果。調試完畢。樣

24、機所用的基本電源為5V，經測量，其電壓值，符合要求。根據硬件電氣原理圖和裝配圖檢查了樣機線路正確。元器件的型號、規格和安裝符合要求。在不插入AT89S52芯片的情況下，對樣機各插件上的引腳的電壓進行了測量，大部分正常，少數由于虛焊所致，斷電、重焊、再測，達到要求。（2）實踐：對照電路原理圖和裝配圖將制作出來的實物做全面的檢查（例如：芯片和元器件的放置、線路的連接、焊接的情況等等），確認無誤后把+5V直流電源正確接入電路，用導線將一個1.2V的電壓接入電路，在數碼管上可以正確顯示為1.2V，但有些閃爍。5.3.實物的調試做好板后燒程序進AT89S51單片機中。又換了一個1.5V的電池，數碼管可以

25、正確顯示，精度為0.1，原先出現的數碼管閃爍現象仍舊出現，經過多次測試發現問題依舊，我們組員一致判定這是由器件受到干擾所致，這種干擾可以是相鄰器件的干擾、或是接入電路線過長干擾、若用手去接觸ADC0932的CH0通道引腳也會造成干擾。如果操作錯誤或過多，復位電路就不再起作用，這時數碼管不再顯示任何數據，即使有信號接入也不會顯示數值，此時可通過拔掉電源線使電路進行強制復位，復位后恢復正常，沒有介入信號時數碼管顯示00.00，接入信號正常顯示。參考文獻1. 梅麗風.單片機原理幾接口技術.北京: 清華大學出版社 主編王艷秋，2004.22. 梅麗鳳. 單片機原理及接口技術.北京:清華大學出版社, 2

26、004 3. 張迎新.單片微型記數機原理，應用接口技術.北京:國防工業出版社，19934. 李興富.單片機原理及應用技術.華南理工大學出版社，20015.何立民.單片機應用系統設計.北京:北京航空航天大學出版社，20046.江思明. PROTEL電路設計教程.北京:清華大學出版社,20037.李剛民.單片機原理及實用技術M.北京:高等教育出版社,2005附件一17源程序：org 0 CLK BIT P3.4 DO BIT P3.5 DI BIT P3.6 CS BIT P3.7 wanwei equ 30h qianwei equ 31h baiwei equ 32h shiwei equ 3

27、3h gewei equ 34h MOV SP,#60HMAIN: LCALL ADC LCALL PROCESS LCALL DISPLAY SJMP MAIN;*;功能:進行一次AD轉換;入口參數:無;占用資源:A,R7;返回值:A(轉換值);*ADC: CLR CS MOV A,#03H;啟動位1,端口設置為10; MOV R7,#03H;3次循環LOOP1: CLR CLK RRC A MOV DI,C NOP SETB CLK DJNZ R7,LOOP1 CLR CLK NOP SETB CLK MOV R7,#8;讀取8位數據LOOP2: SETB CLK NOP CLR CLK

28、MOV C,DO ;高位先移入 RLC A DJNZ R7,LOOP2 SETB CS ;關閉芯片 RET;*;功能:數據處理;入口參數:A;占用資源:B,HEX_TO_BCD;返回值:5個單元(同HEX_TO_BCD);*PROCESS: MOV B,#2 ; 轉換值*2,即(0.02*100) MUL AB MOV R7,B MOV R6,A LCALL HEX_TO_BCD;數位分離 RET;*;功能:數碼管動態顯示;入口參數:5個單元;占用資源:A,DPTR,P1,P2,DELAY2MS;返回值:無;*DISPLAY: MOV DPTR,#TAB ; 數碼管顯示 MOV A,gewei

29、 ;顯示百分位 MOVC A,A+DPTR ;查段碼表 MOV P1,A ;送段碼 MOV P2,#0FEH ;送位碼 LCALL DELAY2MS MOV P2,#0FFH ;除殘影 MOV A,shiwei ;顯示十分位 MOVC A,A+DPTR MOV P1,A MOV P2,#0FDH LCALL DELAY2MS MOV P2,#0FFH MOV A,baiwei ;顯示個位 MOVC A,A+DPTR ORL A,#80H ;小數點 MOV P1,A MOV P2,#0FBH LCALL DELAY2MS MOV P2,#0FFH MOV A,qianwei ;顯示十位 MOVC A,A+DPTR MOV P1,A MOV P2,#0F7H LCALL DELAY2MS MOV P2,#0FFH RET;*;功能:16位數位分離;入口參數:二進制數高8位放R7,低8位放R6;占用資源:R1R7,5個RAM單元,F0;返回值:5個RAM單元;*HEX_TO_BCD: MOV R5,#2