基于单片机的数字电压表的设计.doc

发布时间：2022-06-09 发布人：admin 分类：说明书资料大小：0.38M 资料格式：doc 举报版权申诉

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内容摘要

第1章数字电压表简介

1.1数字电压表的介绍

1.2 数字电压表的基本结构及工作原理

1.3 数字电压表的发展趋势

第2章单片机的概述

2.1单片机简介

2.2单片机的特点

2.3 单片机的应用

第3章MCS-51单片机的结构

3.1MCS-51单片机的内部结构

3.1.1内部结构概述

3.1.2 CPU结构

3.1.3 存储器和特殊功能寄存器

3.2 P0-P3口结构

3.3 时钟电路和复位电路

3.3.1时钟电路

单片机的时序单位

3.3.2 单片机的复位状态

第4章硬件电路的设计及原理图

4.1A/D接口技术

ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次

ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多

4.2 LED 数码管显示器

4.2.1LED数码显示器结构

4.3 AT89S52芯片的简介

4.4 硬件系统的整体框图

4.5 总原理图

5.1 流程图

参考文献

附录

基于单片机的简易数字电压表的设计目录内容摘要 .................................................................... 2 第 1 章数字电压表简介 ..................................................... 4 1.1 数字电压表的介绍 ................................................... 4 1.2 数字电压表的基本结构及工作原理 .................................. 4 1.3 数字电压表的发展趋势 ..............................................3 第 2 章单片机的概述 ........................................................ 4 2.1 单片机简介 ..........................................................4 2.2 单片机的特点 ....................................................... 6 2.3 单片机的应用 ....................................................... 5 第 3 章MCS-51 单片机的结构 ................................................. 6 3.1 MCS-51 单片机的内部结构 ........................................... 6 3.1.1 内部结构概述 ................................................. 6 3.1.2 CPU 结构 ......................................................6 3.1.3 存储器和特殊功能寄存器 .................................... 7 3.2 P0-P3 口结构 ...................................................... 7 3.3 时钟电路和复位电路……………. ..................................... 9 3.3.1 时钟电路 .....................................................10 3.3.2 单片机的复位状态………………. ............................... 8 第 4 章硬件电路的设计及原理图 ............................................. 9 4.1A/D 接口技术 ....................................................... 11 4.2 LED 数码管显示器 ................................................. 13 4.2.1LED 数码显示器结构 .......................................... 13 4.2.2 LED 数码管的原理与接口 .................................. 13 AT89S52 芯片的简介 .............................................. 14 4.3 4.4 硬件系统的整体框图……….. ....................................... 15 4.5 总原理图 ......................................................... 16 第 5 章软件编程 ..........................................................18 后记………………………………………………………………………………………………20 参考文献 ................................................................... 20 附录…………… ............................................................. 21 1

内容摘要本报告介绍了基于 AT89S52 单片机为核心的、以 AD0809 数模转换芯片采样、以 1602 液晶屏显示的具有电压测量功能的具有一定精度的数字电压表。在实现基础功能要求之上扩展了串口通讯、时钟功能、高压报警、短路测试、电阻测量、交流电压峰峰值和周期测试等功能，使系统达到了良好的设计效果和要求。关键词：AT89S52 单片机，模数转换，液晶显示，扩展功能 ABSTRACT：The report describes the AT89S52 based on the microcontroller as the core, AD0809 digital-to-analog converter chip sampling, to 1602 LCD display with voltage measurement function with a certain precision of digital voltage meter. In achieving functional requirements based upon the expansion of serial communications, high-pressure alarm, short circuit, electrical resistivity measurement, AC voltage and the peak of cycle testing and other functions, allowing the system to achieve good results and the design requirements. Keywords : AT89S52 SCM，analog-to-digital，conversion functions LCD，expansion 2

设计目的自动化专业的专业实践课程。本课程的任务是使学生通过“简易数字电压表的设计”的设计过程，综合所学课程，掌握目前自动化仪表的一般设计要求，工程设计方法，开发及设计工具的使用方法，通过这一设计实践过程，锻炼学生的动手能力和分析，解决问题的能力；积累经验，培养按部就班，一丝不苟的工作个对所学知识的综合应用能力。设计任务及要求设计电压表并实现简单测量。具有以下基本功能： ⑴可以测量 0~5V 的 8 路输入电压值； ⑵可在四位 LED 数码管上轮流显示或单路选择显示； ⑶测量最小分辨率为 0.019V； ⑷.测量误差约为±0.02V； ⑸带有一定的扩展功能； 3

第 1 章数字电压表简介 1.1 数字电压表的介绍数字电压表（Digital Voltmeter）简称 DVM，它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量（直流输入电压）转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。 1.2 数字电压表的基本结构及工作原理数字电压表是诸多数字化仪表的核心与基础,电压表的数字化是将连续的模拟量如直流电压转换成不连续的离散的数字形式并加以显示,这有别于传统的以指针加刻度盘进行读数的方法, 避免了读数的视差和视觉疲劳。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,数字式电压表是由高阻抗电压表头与分压电路组成的。 1.各部分的功能 13 位 A/D 转换器：将输入的模拟信号转换成数字信号。 2 基准电源：提供精密电压，供 A/D 转换器作参考电压。译码器：将二-十进制（BCD）码转换成七段信号。驱动器：驱动显示器的 a、b、c、d、e、f、g 七个发光段，驱动发光数码管（LED）进行显示。显示器：将译码输出的七段信号进行数字显示，读出 A/D 转换结果。 2．电路工作数字电压表通过位选信号 1DS ～ 4DS 进行动态扫描显示，由于 MC1433 电路的 A/D 转换结果是采用 BCD 码多路调制方法输出，只要配上一块译码器，就可以将转换结果以数字方式实现四位数字的 LED 发光数码管动态扫描显示。 1DS ～ 4DS 输出多路调制选通脉冲信号，DS 选通脉冲为高电平，则表示对应的数位被选通，此时该位数据在 0Q ～ 3Q 端输出。每个 DS 选通脉冲高电平宽度为 18 个时钟脉冲周期，两个相邻选通脉冲之间间隔 2 个时钟脉冲周期。DS 和 EOC 的时序关系是在 EOC 脉冲结束后，紧接着是 1DS 输出正脉冲。以下依次为 2DS 、 3DS 和 4DS 。其中 1DS 对应最高位（ MSD ）， 4DS 则对应最低位（ LSD ）。在对应 2DS 、 3DS 和 4DS 选通期间， 0Q ～ 3Q 输出 BCD 全位数据，即以 8421 码方式输出对应的数字 0～9。在 1DS 选通期间， 0Q ～ 3Q 输出千位的半位数 0 或 1 及过量程、欠量程和极性标志信号。 1.3 数字电压表的发展趋势 4

传统的指针式电压表功能单一、精度低，不能满足数字化时代的需求，采用单片机的数字电压表，由精度高、抗干扰能力强，可扩展性强、集成方便，还可与 PC 进行实时通信。目前，由各种单片 A/D 转换器构成的数字电压表，已被广泛用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域，示出强大的生命力。与此同时，由 DVM 扩展而成的各种通用及专用数字仪器仪表，也把电量及非电量测量技术提高到崭新水平。数字电压表是诸多数字化仪表的核心与基础,电压表的数字化是将连续的模拟量如直流电压转换成不连续的离散的数字形式并加以显示,这有别于传统的以指针加刻度盘进行读数的方法, 避免了读数的视差和视觉疲劳。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,本文 A/D 转换器采用 ADC0809 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。数字式电压表是由高阻抗电压表头与分压电路组成的。数字式电压表头的等效输入电阻通常在 200M 欧以上，满量程时所流经的电流通常在 1 皮安左右。以上述表头制成的数字式电压表，满量程时所流经的电流与量程有关，通常在 1 皮安至 100 微安之间。数字电压表(数字面板表)是当前电子、电工、仪器、仪表和测量领域大量使用的一种基本测量工具有关数字电压表的书籍和应用已经非常普及了。数字电压表的设计和开发,已经有多种类型和款式。传统的数字电压表各有特点,它们适合在现场做手工测量,要完成远程测量并要对测量数据做进一步处理, 传统数字电压表是无法完成的。然而基于 PC 通信的数字电压表,既可以完成测量数据的传递,又可借助 PC,做测量数据的处理。所以这种类型的数字电压表无论在功能和实际上,都具有传统数字电压表无法比拟的特点,这使得它的开发和应用具有良好的前景。 5

第 2 章单片机的概述计算机已被广泛应用于社会生活的各个领域。在自动控制领域，计算机是监测。控制的核心。生产过程以及大型设备的监测、控制一般使用带标准键盘、显示和外部存储设备的计算机系统，但小型仪器仪表、家用电器等设备的自动控制对体积、价值和功能有所要求，均不可能使用常规的计算机系统，于是出现了单片微型计算机，简称单片机。 2.1 单片机简介单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模集成电路技术将具有数据处理能力的中央处理器，随机存取存储器、输入/输出电路，可能还包括定时/计数器、串行通信口、显示驱动电路、脉冲调制电路、模数转换器等电路集成到一片芯片上，构成一个既小而又完善的计算机系统。有以上分析可以看出，单片机除了具备微处理器的功能外，还可以单独地完成现代工业控制所要求的智能化控制功能，这也是单片机最大的特点。 2.2 单片机的特点单片机的一块半导体芯片集成了一太微型计算机的基本部件，在硬件结构、指令功能方面均有独特之处，主要特点如下：（1）单片机内集成了存储器。（2）单片机存储结构将 ROM 和 RAM 严格分工。（3）为了满足工业控制的需要，单片机有很强的位处理功能，在其他逻辑控制功能方面也都优于一般的 8 位微处理器。（4） 8 位处理器的引脚功能一般都是固定的。（5）单片机类型多，并且便于扩展功能。（6）单片机把微型计算机的各个部分集成在一块芯片上，大大缩短了系统内信号的传送距离，从而提高了系统的可靠性及运行速度。由于单片机具有体积小、速度快、功耗低、性能可靠、使用方便、价格低廉等特点，因此在工业控制、智能仪器仪表、数据采集和处理、通信系统、家用电器等领域得到了日益广泛的应用。 2.3 单片机的应用单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴： 1. 在智能仪器仪表上的应用单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。 6

2. 在工业控制中的应用用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。 3. 在家用电器中的应用可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。 4. 在计算机网络和通信领域中的应用现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。 5.单片机在医用设备领域中的应用单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途 7

第 3 章 MCS-51 单片机的结构 3.1 MCS-51 单片机的内部结构 3.1.1 内部结构概述典型的 MCS-51 单片机芯片集成了以下几个基本组成部分。 1 一个 8 位的 CPU 2 3 4 128B 或 256B 单元内数据存储器（RAM） 4KB 或 8KB 片内程序存储器（ROM 或 EPROM） 4 个 8 位并行 I/O 接口 P0~P3。 5 两个定时/计数器。 6 5 个中断源的中断管理控制系统。 7 一个全双工串行 I/O 口 UART（通用异步接收、发送器） 8 一个片内振荡器和时钟产生电路。 3.1.2 CPU 结构 CPU 是单片机的核心部件。它由运算器和控制器等部件组成。 1. 运算器运算器以完成二进制的算术/逻辑运算部件 ALU 为核心。它可以对半字节（4）、单字节等数据进行操作。例如，能完成加、减、乘、除、加 1、减 1、BCD 码十进制调整、比较等算术运算，完成与、或、异或、求反、循环等逻操作，操作结果的状态信息送至状态寄存器。运算器还包含有一个布尔处理器，用以处理位操作。它以进位标志位 C 为累加器，可执行置位、复位、取反、位判断转移，可在进位标志位与其他可位寻址的位之间进行位数据传诵等操作，还可以完成进位标志位与其他可位寻址的位之间进行逻辑与、或操作。 2.程序计数器 PC PC 是一个 16 位的计数器，用于存放一条要执行的指令地址，寻址范围为 64kB， PC 有自动加 1 功能，即完成了一条指令的执行后，其内容自动加 1。 3.指令寄存器指令寄存器用于存放指令代码。CPU 执行指令时，由程序存储器中读取的指令代码送如指令寄存器，经指令译码器译码后由定时有控制电路发出相应的控制信号，完成指令功能。 3.1.3 存储器和特殊功能寄存器 1. 存储器（Memory）是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。计算机中的全部信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。它根据控制器指定的位置存入和取出信息。 8

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