1、-. z2021年期末課程設計基于單片機的數字電壓表系 別： 計算機與信息科學系 專 業： 08網絡工程 指導教師： 新民 組 長： 威 3 組 員： 葉 琳 4 欽 8 連淑群 0 朝云 2 基于單片機的數字電壓表摘要： 在電路設計中我們時常會用到電壓表，過去大局部電壓表還是模擬的，雖然精度較高但模擬電壓表采用用指針式，里面是磁電或電磁式構造，所以響應較慢。為適應許多高速信號領域目前已廣泛使用數字電壓表。本設計是基于Atmel51單片機開發平臺和自動控制原理的根底上實現的一種數字電壓表系統。該系統采用Atmel89C51單片機作為控制核心，以ADC0808為數據采樣系統，實現被測電壓的數據采

2、樣；使用系列比擬器檢測輸入電壓的圍，并通過繼電器陣列實現了輸入量程的自動轉換；使用共陰極數碼管顯示被測電壓。關鍵詞：單片機、電壓檢測、模數轉換、Abstract:In circuit design, we often use voltage meter，Over the past most of the voltage meter or a simulation，Although high precision analog voltage used in the table, but with the pointer, which is a magnetic or electromagneti

3、c structure，so the slow responseTo meet the many areas of high-speed signal has been widely used digital voltmeterThe design is based on Atmel51 microcontroller development platform and automatic control based on the principle of a digital voltage meter systemThe system uses Atmel89C51 microcontroll

4、er as the control core, ADC0808 for the sampled data system, data sampling to achieve the measured voltage；Series pared with the range of detected voltage, and relay array to achieve through the automatic conversion of the input range; using mon cathode LED display the measured voltageKey words: Sin

5、gle Chip Micyoco、Voltage detection、Analog Digital Conversion目 錄HYPERLINK l _Toc74463799摘要1 TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc74463760第一章 3HYPERLINK l _Toc74463771第二章 4HYPERLINK l _Toc74463773HYPERLINK l _Toc74463777第三章 6HYPERLINK l _Toc744637783.1.6HYPERLINK l _Toc744637793.2 7HYPERLINK l _Toc74463780

6、3.3 8HYPERLINK l _Toc744637943.49HYPERLINK l _Toc74463782第四章 10HYPERLINK l _Toc744637834.1 PAGEREF _Toc74463783 h 。0HYPERLINK l _Toc744637854.2 0HYPERLINK l _Toc7446379011HYPERLINK l _Toc74463791HYPERLINK l _Toc74463798HYPERLINK l _Toc74463799附 錄引 言電子電壓表主要用于測量各種高、低頻信號電壓，它是電子測量中使用最廣泛的儀器之一。根據測量結果的顯示方式

7、及測量原理不同，電壓測量儀器可分為兩大類：模擬式電壓表(AVM和數字式電壓表DVM。模擬式電壓表是指針式的，多用磁電式電流表作為指示器，并在表盤上刻以電壓刻度。數字式電壓表首先將模擬量經模數A/D轉換器變成數字量，然后用電子計數器計數，并以十進制數字顯示被測電壓值。眾所周知，模擬電壓表精度較高，曾經有很廣闊的市場，現在依然有不少工程師依然在使用模擬電壓表。確實模擬電壓表在顯示測量值方面精度校準，然而卻也存在問題。模擬電壓表采用用指針式，里面是磁電或電磁式構造，所以其響應速度較慢。然而在高速開展的當今社會，高速信號處理的需求越來越多，由于模擬電壓表響應速度較慢已經不適用與高速信號領域，取而代之的

8、將是數字電壓表。但數字電壓表由于存在采樣誤差，精度不是很高。不過目前可以通過技術手段來縮小誤差。使其精度到達與模擬電壓表一樣準確甚至更高。可見將來數字電壓表必將取代模擬電壓表。現在有越來越多的數字測量儀器的出現但原理皆與數字電壓表殊途同歸，因此研究數字電壓表有著很大現實意義。開發平臺Keil：開發工具Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發系統，與匯編相比，C語言在功能上、構造性、可讀性、可維護性上有明顯的優勢，因而易學易用。Keil C51生成的目標代碼效率非常之高，多數語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發大型軟件時更能表達高級語言的優

9、勢。Keil軟件是目前最流行開發MCS-51系列單片機的軟件，這從近年來各仿真機廠商紛紛宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在的完整開發方案，通過一個集成開發環境uVision將這些局部組合在一起。運行Keil軟件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空閑的硬盤空間、WIN98、NT、WIN2000、WIN*P等操作系統。掌握這一軟件的使用對于使用51系列單片機的愛好者來說是十分必要的，如果你使用C語言編程，則Keil幾乎就是你的不二之選目前在國你只能買到該軟件、而你買的仿真機也很可能只支持該軟

10、件，即使不使用C語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環境、強大的軟件仿真調試工具也會令你事半功倍。Proteus ISIS：仿真工具Proteus ISIS是英國Labcenter公司開發的電路分析與實物仿真軟件。它運行于Windows操作系統上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點是：實現了單片機仿真和SPICE電路仿真相結合。具有模擬電路仿真、數字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統的仿真、RS232動態仿真、I2C調試器、SPI調試器、鍵盤和LCD系統仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發生器等。支持主流單片機系統的仿真。目前支持的單片

11、機類型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片。提供軟件調試功能。在硬件仿真系統中具有全速、單步、設置斷點等調試功能，同時可以觀察各個變量、存放器等的當前狀態，因此在該軟件仿真系統中，也必須具有這些功能；同時支持第三方的軟件編譯和調試環境，如Keil C51 uVision2等軟件。具有強大的原理圖繪制功能。總之，該軟件是一款集單片機和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強大。設計思想和原理圖3.1 數字電壓表的介紹數字電壓表簡稱DMM(Digtial Multimeter)。它是采用數字化測量技

12、術，把連續的模擬量轉換成不連續的、離散的數字形式并加以顯示的儀表。傳統的指針式電壓表功能單精度低，不能滿足數字化時代的需求，采用單片的數字電壓表，精度高、抗干擾能力強，可擴展尾強、集成方便，目前，由各種單片機芯片構成的數字電壓表，已被廣泛用于電子及電工測量、工業自動化儀表、自動測試系統等智能化測量領域，顯示出強大的生命力。數字電壓表具有以下幾點特點：1顯示清晰直觀，計數準確2顯示位數4分辨力高5測試功能強6測量圍寬7測量速率快8輸入阻抗高9集成度高，微功耗10保護功能完善，抗干擾能力強3.2 數字電壓表的硬件介紹及總體框架圖 電流A/D電壓信號AT89C51模塊復位電路晶陣電路4位LED顯示驅

13、動電路功能鍵總體設計框架圖框圖功能說明：A/D轉換器：將輸入的模擬信號轉換成數字信號。基準電源： 提供精細電壓，供A/D轉換器作參考電壓。譯碼器： 將二-十進制BCD碼轉換成七段信號。驅動器： 驅動顯示器的a、b、c、d、e、f、g七個發光段，驅動發光數碼管LED進展顯示。顯示器： 將譯碼輸出的七段信號進展數字顯示，讀出A/D轉換結果。3.3 選用芯片介紹用單片機AT89C51與ADC0808設計一個數字萬用表，配合分流電阻、分壓電阻、基準電阻可以測量交、直流電壓值，四位數碼顯示，實現直流電壓測量，其量程圍是0V5V。芯片功能簡介3.3-1 AT89C51介紹 AT89C51芯片圖AT89C5

14、1是一個低電壓，高性能CMOS8位單片機帶有4K字節的可反復擦寫的程序存儲器PENROM。和128字節的存取數據存儲器RAM，這種器件采用ATMEL公司的高密度、不容易喪失存儲技術生產，并且能夠與MCS-51系列的單片機兼容。片含有8位中央處理器和閃爍存儲單元，有較強的功能的AT89C51單片機能夠被應用到控制領域中。功能特性：AT89C51提供以下的功能標準：4K字節閃爍存儲器，128字節隨機存取數據存儲器，32個I/O口，2個16位定時/計數器，1個5向量兩級中斷構造，1個串行通信口，片震蕩器和時鐘電路。另外，AT89C51還可以進展0HZ的靜態邏輯操作，并支持兩種軟件的節電模式。閑散方式

15、停頓中央處理器的工作，能夠允許隨機存取數據存儲器、定時/計數器、串行通信口及中斷系統繼續工作。掉電方式保存隨機存取數據存儲器中的容，但震蕩器停頓工作并制止其它所有部件的工作直到下一個復位。3.3-2、ADC0808介紹ADC0808是帶有8位A/D轉換器、8路多路開關以及微處理機兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉換器，可以和單片機直接接口。ADC0808的部邏輯構造 ADC0808的部邏輯構造上圖可知，ADC0808由一個8路模擬開關、一個地址鎖存與譯碼器、一個A/D轉換器和一個三態輸出鎖存器組成。多路開關可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用A/D轉換器進展轉換。

16、三態輸出鎖器用于鎖存A/D轉換完的數字量，當OE端為高電平時，才可以從三態輸出鎖存器取走轉換完的數據。外部引腳構造 ADC0808引腳構造圖功能介紹：IN0IN7：8條模擬量輸入通道 ADC0808對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓圍是05V，假設信號太小，必須進展放大；輸入的模擬量在轉換過程中應該保持不變，如假設模擬量變化太快，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ALE線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線的地址信號進展鎖存，經譯碼后被選中的通道的模擬量進轉換器進展轉換。A，B和C為地址輸入線，用于選通IN0IN7上

17、的一路模擬量輸入。ADC0808應用說明：1ADC0808部帶有輸出鎖存器，可以與AT89C51單片機直接相連。 2初始化時，使ST和OE信號全為低電平。 3送要轉換的哪一通道的地址到A，B，C端口上。 4在ST端給出一個至少有100ns寬的正脈沖信號。 5是否轉換完畢，我們根據EOC信號來判斷。 6當EOC變為高電平時，這時給OE為高電平，轉換的數據就輸出給單片機3.3-374LS74介紹(74LS74引腳介紹)在輸入信號為單端的情況下，D觸發器用起來最為方便，其狀態方程為Qn+1Dn，其輸出狀態的更新發生在CP脈沖的上升沿，故又稱為上升沿觸發的邊沿觸發器，觸發器的狀態只取決于時鐘到來前D端

18、的狀態，D觸發器的應用很廣，可用作數字信號的存放，移位存放，分頻和波形發生等。3.4 單片機系統介紹3.4-1單片機最小系統 (U1)單片機最小系統包括復位電路，電源電路。3.4-2 A/D轉換電路系統 (U2)利用ADC0808作為AD數據采樣器件, ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式AD轉換器它由8路模擬開關、地址鎖存與譯碼器、比擬器、8位開關樹型DA轉換器、逐次逼近。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。此地址經譯碼選通8路模擬輸入之一到比擬器。START上升沿將逐次逼近存放器復位。下降沿啟動 AD轉換，之后EOC輸出信號變低，指示轉

19、換正在進展。直到AD轉換完成，EOC變為高電平，指示AD轉換完畢，結果數據已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當OE輸入高電平 時，輸出三態門翻開，轉換結果的數字量輸出到數據總線上74LS74觸發器系統 (U3)在輸入信號為單端的情況下，D觸發器用起來最為方便，其狀態方程為Qn+1Dn，其輸出狀態的更新發生在CP脈沖的上升沿，故又稱為上升沿觸發的邊沿觸發器，觸發器的狀態只取決于時鐘到來前D端的狀態，D觸發器的應用很廣，可用作數字信號的存放，移位存放，分頻和波形發生等。3.4-4 LCD數碼顯示系統用二進制數碼表示，為了能直觀地讀出信號大小的數值，需經過數碼變換(譯碼)后由數碼管或液晶屏顯示出

20、來。系統流程圖軟件局部采用模塊化程序設計的方法，由單片機控制主程序、A/D轉換子程序、電壓檢測及觸發器系統、液晶顯示組成。系統軟件設計是在ISIS 7 Professional編譯環境下進展的，由于匯編語言程序性能好，所以提高了編程的效率。 第四章 軟件仿真及測試數據4.1 仿真測試翻開ISIS 7 Professional編譯環境下將寫好的程序參加到仿真軟件中點擊運行，觀察數碼管顯示數值與圖中輸入電壓進展比擬，并調節電壓值。觀察結果測量誤差有多大。由于仿真軟件缺少相應器材，故而未能進展徹底仿真。總體電路圖：測試結果： 附 錄主程序：CHEQU 30H DPTEQU 31H DPBUFEQU

21、33H GDATAEQU 32H STBIT P3.0 OEBIT P3.1 EOCBIT P3.2 ORG 00H LJMP START ORG 0BH LJMP T0* ORG 30H START:MOV CH,*0BCH MOV P3,CH /通道3MOV DPT,*00H MOV R1,*DPT MOV R7,*5 MOV A,*10 MOV R0,*DPBUF LOP:MOV R0,A INC R0 DJNZ R7,LOP MOV R0,*00H INC R0 MOV R0,*00H INC R0 MOV R0,*00H MOV TMOD,*01H MOV TH0,*(65536-4

22、000)/256 MOV TL0,*(65536-4000) MOD 256 SETB TR0 SETB ET0 SETB EA WT:CLR ST SETB ST CLR ST WAIT:JNB EOC,WAIT SETB OE MOV GDATA,P0 CLR OE mov dptr,*tab ;將AD轉換結果轉換成BCD碼 mov a,GDATA movc a,a+dptrmov b,*2div abmov r1,bmov b,*10div ab mov 38H,a mov 39H,b cjne r1,*01,kk1 mov 3AH,*05back: SJMP WT kk1: mov 3

23、AH,*00 ajmp back /MOV A,GDATA /MOV B,*100 /DIV AB /MOV 33H,A /MOV A,B /MOV B,*10 /DIV AB /MOV 34H,A /MOV 35H,B /SJMP WT T0*:NOP MOV TH0,*(65536-350)/256 MOV TL0,*(65536-350) MOD 256 MOV A,*0FFHMOV P2,A /清屏 MOV A,DPT CJNE A,*5,NE*MOV DPTR,*DPCD MOV A,DPT ADD A,*DPBUF MOV R0,A MOV A,R0 MOVC A,A+DPTR ORL A,*080HMOV P1,A SJMP NE*1NE*: MOV DPTR,*DPCD MOV A,DPT ADD A,*DPBUF MOV R0,A MOV A,R0 MOVC A,A+DPTR MOV P1,A NE*1: MOV DPTR,*DPBT MOV A,DPT MOVC A,A+DPTR MOV P2,A INC DPT MOV A,DPT CJN