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1、毕业设计论文1第 1 章 绪论1.选题背景及意义：电压表已经有 100 多年的发展历史，虽然不断改进与完善，仍然无法满足现代电子测量的需求，近二十年，微电子技术，计算机技术，集成技术，网络技术等高新技术得到了迅猛发展。这一背景和形势，不断地向仪器仪表提出了更高、更新、更多的要求，如要求速度更快、灵敏度更高、稳定性更好、样品量更少、遥感遥测更远距、使用更方便、成本更低廉、无污染等。同时也为仪器仪表科技与产业的发展提供了强大的推动力，并成了仪器仪表进一步发展的物质、知识和技术基础。数字电压表(Digital Voltmeter 简称 DVM)自 1952 年问世以来，显示出强大的生命力，现已成为在
2、电子测量领域中应用最广泛的一种仪器。数字电压表可以显示清晰、直观，读数准确，准确度高，分辨力强，测量范围广，扩展能力强，测量速度快，输入阻抗高，集成度高，微功耗和抗干扰能力强等优点，独占电压表产品的熬头。DVM 的高速发展，使它已成为实现测量自动化、提高工作效率不可缺少的仪表，数字化是当前计量仪器发展的主要方向之一，而高准度的 DC-DVC 的出现，又使 DVM 进入了精密标准测量领域。随着现代化技术的不断发展，数字电压表的功能和种类将越来越强，越来越多，其使用范围也会越来越广泛。采用智能化的数字仪器也将是必然的趋势，它们将不仅能提高测量准确度，而且能提高电测量技术的自动化程序，可以扩展成各种
3、通用数字仪表、专用数字仪表及各种非电量的数字化仪表(如：温度计、湿度计、酸度计、重量、厚度仪等)，几乎覆盖了电子电工测量、工业测量、自动化仪表等各个领域。从而提高计量检定人员的工作效。目前数字电压表的内部核心部件是 A/D 转换器，转换器的精度很大程度上影响着数字电压表的准确度，本设计 A/D 转换器采用 ADC0808 对输人模拟信号进行转换，控制核心 AT89C51 再对转换的结果进行运算和处理，最后驱动输出装置显示数字电压信号。毕业设计论文2第第 2 2 章章 总体设计方案总体设计方案2.12.1 系统设计系统设计主要分为两部分：硬件电路及软件程序。硬件电路包括：单片机及外围电 路，A/
4、D 转换电路，数码管显示电路，各部分电路的衔接。软件的程序可采用 C 语言或汇编，这里采用汇编语言，详细的设计思路在后面介绍。2.22.2 设计方案设计方案数字电压表的设计方案很多，但采用集成电路来设计较流行。其设计主要 是由模拟电路和数字电路两大部分组成，模拟部分包括 A/D 转换器，数字部分 包括振荡器，数码显示，复位电路。其中，A/D 转换器将输入的模拟量转换成 数字量，它是数字电压表的一个核心部件，对它的选择一般有两种选择方案：2.2.1 AD 的选择（1）采用双积分 A/D 转换器 MC14433，它有多路调制的 BCD 码输出端和超 量程输出端，采用动态扫描显示，便于实现自动控制。
5、但芯片只能完成 A/D 转 换功能，要实现显示功能还需配合其它驱动芯片等，使得整部分硬件电路板布 线复杂，加重了电路设计和实际焊接的工作。 （2）逐次逼近式 A/D 转换器。它的转换速度更快，而且精度更高，比如 ADC0808、ADC0809 等，它们通常具有 8 路模拟选通开关及地址译码、锁存电路 等，它们可以与单片机系统连接，将数字量送单片机进行分析和显示。这样电 路设计简单，电路板布线不复杂，便于焊接、调试。这里采用这种方案。选择 ADC0808 作为模数转换器件，AD 转换器采用一路模拟量输入，能够测量 05V 直流电压。2.2.2 显示部分显示部分可以采用各类数码管或用 LCD 显示
6、器显示。这里电压采用 4 位一体 的 LED 数码管显示，LED 数码的段码输入,由并行端口 P0 产生：位码输入，用 并行端口 P2 低四位产生。并且采用动态扫描的显示方式。2.2.3 控制器件AT89C51 功能性能:与 MCS-51 成品指令系统完全兼容；4KB 可编程闪速存储 器；寿命：1000 次写/擦循环；数据保留时间：10 年；全静态工作：0-24MHz； 三级程序存储器锁定；128*8B 内部 RAM；32 个可编程 I/O 口线；2 个 16 位定时 /计数器；5 个中断源；可编程串行 UART 通道；片内震荡器和掉电模式6。所 以选择 AT89C51 单片机为核心控制器件。
7、其他在硬件设计部分介绍。2.2.4 总体设计方案硬件电路设计由 6 个部分组成; A/D 转换电路，AT89C51 单片机系统，LED 显示系统、时钟电路、复位电路以及测量电压输入电路。硬件电路设计框图如 图 1 所示。 毕业设计论文3时钟电路 复位电路A/D 转换电路测量电压输入显示系统AT89C51 P1 P2 P2 P0 图 1 数字电压表系统硬件设计框图毕业设计论文4第 3 章硬件及详细设计3.1 A/D 转换模块3.1.1 逐次逼近型 A/D 转换器原理逐次逼近型 A/D 转换器是由一个比较器、A/D 转换器、存储器及控制电路 组成。它利用内部的寄存器从高位到低位一次开始逐位试探比较
8、。 转换过程如下： 开始时，寄存器各位清零，转换时，先将最高位置 1，把数据送入 A/D 转换 器转换，转换结果与输入的模拟量比较，如果转换的模拟量比输入的模拟量小， 则 1 保留，如果转换的模拟量比输入的模拟量大，则 1 不保留，然后从第二位 依次重复上述过程直至最低位，最后寄存器中的内容就是输入模拟量对应的二 进制数字量5。3.1.2 ADC0808 主要特性ADC0808 是 CMOS 单片型逐次逼近式 A/D 转换器，带有使能控制端，与微机 直接接口，片内带有锁存功能的 8 路模拟多路开关，可以对 8 路 0-5V 输入模拟 电压信号分时进行转换，由于 ADC0808 设计时考虑到若干
9、种模/数变换技术的长 处，所以该芯片非常适应于过程控制，微控制器输入通道的接口电路，智能仪 器和机床控制等领域5。 ADC0808 主要特性:8 路 8 位 A/D 转换器，即分辨率 8 位；具有锁存控制的 8 路模拟开关；易与各种微控制器接口；可锁存三态输出，输出与 TTL 兼容； 转换时间：128s；转换精度：0.2%；单个+5V 电源供电；模拟输入电压范围 0- +5V，无需外部零点和满度调整；低功耗，约 15mW6。3.13 ADC0808 的外部引脚特征 ADC0808 芯片有 28 条引脚，采用双列直插式封装，其引脚图如图 2 所示。图 2 ADC0808 引脚图 下面说明各个引脚
10、功能:毕业设计论文5IN0-IN7（8 条）：8 路模拟量输入线，用于输入和控制被转换的模拟电压。地址输入控制（4 条）： ALE:地址锁存允许输入线，高电平有效，当 ALE 为高电平时，为地址输入 线，用于选择 IN0-IN7 上那一条模拟电压送给比较器进行 A/D 转换。 ADDA,ADDB,ADDC:3 位地址输入线，用于选择 8 路模拟输入中的一路，其对 应关系如表 1 所示：表 1 ADC0808 通道选择表 地址码 C B A 对应的输入通 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 IN2 IN3 IN4 I
11、N5 IN6 IN7 START：START 为“启动脉冲”输入法，该线上正脉冲由 CPU 送来，宽度应 大于 100ns，上升沿清零 SAR,下降沿启动 ADC 工作。 EOC: EOC 为转换结束输出线，该线上高电平表示 A/D 转换已结束，数字量 已锁入三态输出锁存器。 D1-D8：数字量输出端，D1 为高位。 OE：OE 为输出允许端，高电平能使 D1-D8 引脚上输出转换后的数字量。 REF+、REF-:参考电压输入量，给电阻阶梯网络供给标准电压。 Vcc、GND: Vcc 为主电源输入端，GND 为接地端，一般 REF+与 Vcc 连接在 一起，REF-与 GND 连接在一起.CL
12、K:时钟输入端。3.2 单片机系统3.2.1 AT89C51 性能AT89C51 功能性能:与 MCS-51 成品指令系统完全兼容；4KB 可编程闪速存储 器；寿命：1000 次写/擦循环；数据保留时间：10 年；全静态工作：0-24MHz； 三级程序存储器锁定；128*8B 内部 RAM；32 个可编程 I/O 口线；2 个 16 位定时 /计数器；5 个中断源；可编程串行 UART 通道；片内震荡器和掉电模式6。 3.2.2 AT89C51 各引脚功能AT89C51 提供以下标准功能：4KB 的 Flash 闪速存储器，128B 内部 RAM，32毕业设计论文6个 I/O 口线，两个 16
13、 位定时/计数器，一个 5 向量两级中断结构，一个全双工 串行通信口，片内震荡器及时钟电路，同时，AT89C51 可降至 0Hz 静态逻辑操 作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止 CPU 的工作，但允许 RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作，掉电方式保存 RAM 中的 内容，但震荡器停止工作并禁止其他所有工作直到下一个硬件复位。AT89C51 采用 PDIP 封装形式，引脚配置如图 3 示7。图 3AT89C51 引脚图 AT89C51 芯片的各引脚功能为： P0 口：这组引脚共有 8 条，P0.0 为最低位。这 8 个引脚有两种不同的功能， 分别适用于不同的情况，
14、第一种情况是 89C51 不带外存储器，P0 口可以为通用 I/O 口使用，P0.0-P0.7 用于传送 CPU 的输入/输出数据，这时输出数据可以得 到锁存，不需要外接专用锁存器，输入数据可以得到缓冲，增加了数据输入的 可靠性；第二种情况是 89C51 带片外存储器，P0.0-P0.7 在 CPU 访问片外存储 器时先传送片外存储器的低 8 位地址，然后传送 CPU 对片外存储器的读/写数据。 P0 口为开漏输出，在作为通用 I/O 使用时，需要在外部用电阻上拉。 P1 口：这 8 个引脚和 P0 口的 8 个引脚类似，P1.7 为最高位，P1.0 为最低 位，当 P1 口作为通用 I/O
15、口使用时，P1.0-P1.7 的功能和 P0 口的第一功能相 同，也用于传送用户的输入和输出数据。 P2 口：这组引脚的第一功能与上述两组引脚的第一功能相同即它可以作为 通用 I/O 口使用，它的第一功能和 P0 口引脚的第二功能相配合，用于输出片外 存储器的高 8 位地址，共同选中片外存储器单元，但并不是像 P0 口那样传送存 储器的读/写数据。 P3 口：这组引脚的第一功能和其余三个端口的第一功能相同，第二功能为 控制功能，每个引脚并不完全相同，如下表 2 所示： 表 2 P3 口各位的第二功能 P3 口各位第二功能P3.0 RXT（串行口输入）P3.1 TXD（串行口输出）P3.2/INT0（外部中断 0 输
