基于AT89C52的交流数字电压表设计综述

1、引言21交流数字电压表的总体设计方案31.1、交流数字电压表总体设计方案的选择 31.2、系统的总方框图 42交流数字电压表的硬件电路设计 52.1过压保护电路的设计 52.2、交流电压衰减电路的设计 62.3、量程自动切换电路 72.3.1、双四路模拟开关CD4052的相关介绍72.3.2、量程自动切换电路的设计 82.4、检波滤波电路的设计 92.5、A/D转换电路的设计 112.5.1、模数转换器的主要技术指标 112.5.2、ADC0808的相关介绍122.5.3、A/D转换电路的设计 142.6、单片机最小系统电路 152.6.1、单片机的简介 152.6.2、单片机最小系统电路的设

2、计 182.7、显示电路的设计 202.7.1、LED数码管显示器的相关介绍 202.7.2、LED数码管显示器的显示方式 202.7.3、显示电路的设计 212.8、数字电压表电源的设计 223、系统软件的设计 233、总结25参考文献26谢辞27附录一 C51程序28附录二元器件清单31附录三总原理图32附录四PCB版图34引言在如今的数字化时代中，无论是科研界还是现实生活中，都必不可免地要对 电压进行准确且高精度的测量，因为数字电压表具有精度高、误差小、测速快、 读数直观、使用便捷等测量特点而受到人们的广泛亲睐。利用数字化测量技术， 数字电压表（简称DVM）是把连续的模拟电压信号转换成相

3、应的离散的数字量形 式并通过数码管加以显示的仪表。 而与此相对比，由于传统的指针式刻度电压表 测量功能单一、精度较低、误差较大、读数繁琐等测量上的劣势，而逐渐为人们 所淘汰。目前的数字电压表按照用途可分为交流数字电压表和直流数字电压表，可分别实现对交流电压和直流电压的测量。本设计是基于AT89C52的交流数字电压表，采用多路模拟开关 CD4052实现了高低档位的自动切换，利用 ADC0808将 连续的模拟电压信号转换成离散的 8为数字量，作为核心控制的 AT89C52单片 机将转换结果进行处理后再送到数码管显示电压值。本文主要介绍了电压表的设 计过程以及各硬件电路的工作原理，同时也对电路中所用

4、到的芯片进行了详细的 说明。1. 交流数字电压表的总体设计方案1.1、交流数字电压表总体设计方案的选择目前，各种各样大规模集成电路数字芯片产生了飞速的发展，造成对了对模 拟数据的采集方式不尽相同，从而使得处理和显示数据的方式各不相同。因此， 也带来数字电压表设计方案的多样性，下面主要介绍两种目前广泛使用的设计方 案。方案一：由A/D转换芯片和单片机系统组成这种设计方案集电压采集模块、模数转换模块、单片机系统、显示模块于一 体构成数字电压表，由于单片机的发展已经取得较大的突破， 如今利用单片机系 统软硬件结合组成的各种各样的应用电路不计其数。 此方案的原理是利用单片机 通过程序控制各种芯片的工作

5、，包括模数转换芯片 ADC0809多路模拟开关芯片 CD4052及LED数码管等，模数转换芯片将从其输入端进来的连续的模拟电压转 换成离散的数字信号，然后将这 8位的数字信号送入单片机的P1 口待单片机处 理和运算，单片机通过程序计算出所测电压值后再送到数码管进行显示。方案二：由数字电路及芯片构成此设计方案主要又数字电路和模拟电路两部分组成，数字电路部分以模数转换器为其核心器件，主要包括计数器、编码器、译码器、锁存器和显示器等组成 部分，模拟电路部分包括输入放大器和基准电压源等组成部分。由此设计的数字电压表虽然成本相对来说比较少而且能够满足一般的电压测量要求，但是由于都是采用硬件电路组成，设计

6、起来不是很灵活，很难对原电路进行相应的扩展。综合地对上述两种方案进行比较， 很容易发现第一种方案不仅集有方案二的 所有优点，而且还能在一定程度上对原有电路进行扩展，实现了设计的灵活性。 再根据本次设计的题目及要求，选择了用第一种方案来进行本次的设计，即用 A/D转换芯片和单片机系统来设计交流数字电压表。1.2、系统的总方框图根据本次设计的交流数字电压表所选的设计方案可知， 该设计主要包括两个 部分：硬件电路和软件程序的设计。需要用到的硬件电路模块主要有： 电压采集 电路、量程自动切换电路、检波滤波电路、 ADC0809莫数转换电路、AT89C52单 片机系统电路、4位LED显示电路。而软件程序

7、由C语言编程，并分别利用Keil 和Protues软件对其进行编译、链接、调试和仿真。系统的总方框图如下图 1.2 所示：电压采集电路图1.2,系统的总方框图2. 交流数字电压表的硬件电路设计2.1过压保护电路的设计本次所设计的交流数字电压的最高档位的量程被限定为750V （有效值），为了防止突发情况而使得被测电压超出了测量范围，再考虑到交流数字电压表的耐压性和测量时的安全 性，就必须加过压保护电路来解决这一问题，过压保护电路主要有压敏电阻器和火花放电器，本设计就是采用压敏电阻器过压保护。压敏电阻器是一种新型的过压保护器件，又叫做电压灵敏电阻器，是用氧化 锌为核心材料做成的金属-氧化物-半导体

8、陶瓷器件。压敏电阻处于工作状态时， 它的端电压变化，其电阻值也会随着相应的变化。压敏电阻的主要特性有：（1）工作电压范围宽（63000伏，分若干档）（2）耐冲击电流为100安培到20000安培（3）电阻温度系数小（4）拥有极小的漏电流，低于几至几十微安（5）拥有很宽的工作电压范围（63000V，有多种规格）压敏电阻的伏安特性如下图2.1所示。由图可知，压敏电阻器的伏安特性具 有对称性，在正、反向伏安特性中能起到稳压作用，元件本身没有极性，因为它 还可作为小电流（小于1mA）的双向限幅器或稳压管。伏安特性打I-V1mA7VV1mA1图2.1，压敏电阻的伏安特性根据本设计的电路需求，我用的过压保护

9、电路为850规格的压敏电阻器, 将压敏电阻器并联在电压进线的两端，当过压时，压敏电阻便会被击穿，使 前端空开，后端脱离过电压。其过压保护电路如下图1所示。GND图22，过压保护电路2.2、交流电压衰减电路的设计由于电压表内部的电气元件不允许其输入电压过大，而本次设计所设计的电压表测量范围为0750V的正玄交流电（其中0750V为其有效值），当有效值 取其最大值750V时，通过计算可得到该正玄信号对应的峰值约为1050V,由于该电压信号过大会导致电路无法按要求正常地工作，所以必须要通过电压衰减电路对其进行一定的电压衰减。通过简单的电阻分压公式的计算可知， 衰减比应为 1: 150，即对输入电压衰

10、减到原来电压的1/150，下图2.2为交流电压衰减电路 图，根据此图可得,电阻分压公式为：out=R2/（R2+R3out1，其中R2=1k,R3=149l。outR3A149Koutl IJR2AJ1K|GND2.2,衰减电路2.3、量程自动切换电路2.3.1、双四路模拟开关 CD4052的相关介绍CD4052是 一个差分双四路数字控制模拟开关，它的作用等同于一个双刀四掷开关，具有极小的截止漏电流和地导通阻抗的特性。引脚A和引脚B为其地址码输入端，引脚INH为禁止端（相当于CD4O52的选通信号端），当禁止端INH=0 时，根据输入地址码A、B的值来进行选择4对通道中的哪一对通道接通，当IN

11、H=1 时，4对通道都不接通。其真值表土下表 1所示：表1.1 CD4052通道选择的真值表BAINH接通的通道XX1均不接通000X0 、Y0010X1 、Y1100X2 、Y2110X3 、Y3双四路模拟开关CD4052的引脚图如下图1所示川凹匚QUT/Ih)刿叫Voo Zx Im x (h 3x A B|让 |5|l4 |门 121$10吟 2y v JV IV INH VEe Vjg7n/61jT OUT 从他 DM图2.3，双四路模拟开关 CD4052的引脚图CD4052的引脚功能说明如下表1所示：表1.2 CD4052的引脚功能说明引脚号符合功能3OUT/INY公共输出/输入端6I

12、NH禁止端7VEE模拟信号接地端8VSS数字信号接地端13OUT/INX公共输出/输入端16VDD电源正9 10A B地址端1 2 4 5IN/OUTY通道输入/输出端11 12 14 15IN/OUTX通道输入/输出端2.3.2、量程自动切换电路的设计本次设计的交流数字电压表具有 75档和750档，首先，把初始量程设置为 最高档750V,然后经单片机程序计算后控制 CD4052引脚INH、A和B（其中INH、 A、B分别连接在单片机的 P2.6、P2.5、P2.4上），筛选出最佳量程。CD4052中 控制开关的断开和闭合都需要经历一个短暂的过程， 单片机系统可以通过执行延 时程序来解决这一问

13、题，然后在进行测量和判断。在该电路中，量程的自动切换 是通过双四路模拟开关CD4052的其中一组开关的执行和运算放大器来实现的， 当选择不同档位时分别点亮相应 LED数码管的小数点位，运算放大器单元把输入 的模拟电压信号统一控制在 0-5V,这样就使测量的精度得以提高。量程自动切换电路如下图1所示outld 4 RJDGND-|=3医14P2.6 _6IRID10KVCCAEX0XXIX2X3Y0YY1Y2Y3GNDVEEU216ivcczzhrC5lWpFG5Df JSCD4052USB LM324out】IKHvcc图2.4，量程自动切换电路下面为该电路具体参数的计算过程：(1) 当量程选

14、择为750V的档位时，选择模拟开关 CD4052的第一路通道导 通，此时没有对电压信号进行放大。即： out2=out1(2) 当量程选择为450V的档位时，选择模拟开关 CD4052的第二路通道导 通，此时对电压信号放大10倍。即：out2=(1+R1/R5)out1 其中 R仁9k,R5=1k2.4、检波滤波电路的设计在数字电压表中，线性的AC/DC变换主要两种变换方式，一种是平均值AC/DC变换，另一种是有效值 AC/DC变换。虽然交流的“真有效值” AC/DC 转换电路是一种非常好的AC-DC转换电路，但是由于真有效值转换芯片价格比 较昂贵，因此，考虑到实际情况，它很少用在一般的电压表

15、设计中，多应用在一 些咼档场合。本设计选择检波滤波电路来实现 AC/DC变换，将量程切换电路之后出来的交流电压变成变成稳定的直流电压，下图 2.5为检波滤波电路。该电路的原理为： 首先将经过量程自动切换电路出来的交流电压信号通过精密的检波电路，这样就能得到其对应的直流电压信号，然后用滤波电容将上面得到的直流电压信号中含 有的纹波信号滤除，这样就可以得到稳定的直流电压信号， 使纹波信号不会对测 量造成一定的影响，由此便得到了该交流信号的有效值。图2.5，检波滤波电路检波电路如下图2.6所示，该检波电路实际上就是一种精密全波整流电路，它的工作原理为：当输入电压信号out2为负值时，运算放大器的输出

16、电压U1为正，二极管D1截止、D2导通，这时该电路便相当于一个反向比例放大器，输 出电压 U2=-（ R8/R7）*out2,若取 R8=R7 贝U U2=- out2;当 out2 为正值时，U1 为负值，二极管D1导通、D2截止，此时运算放大器与二极管对 out2不起任何 作用，out2通过电子R2和R8直接送到U2,故U2=out2。图2.6,检波电路检波滤波电路的仿真图图下图2.7所示:密 Oscilloscope-XSC2图2.7、检波滤波电路的仿真图2.5、A/D转换电路的设计2.5.1、模数转换器的主要技术指标模数转换器的主要技术指标有转换精度、转换速度等。选择模数转换器时除 考

17、虑这两项技术指标外，还应注意满足其输入电压的范围、 输出数字的编码、工 作温度范围和电压稳定度等方面的要求。分辨率：模数转换器的分辨率是用输出二进制（或者十进制）数的位数表示，它说明 模数转换器对输入信号的分辨能力。从理论上讲，n位输出的模数转换器能区分2n个输入模拟电压信号的不同等级，能区分输入电压的最小值为满量程输入的 1/2 n0当输入端得电压值达到了其最大允许电压时，如果它输出更多的位数，贝U 它有更小的量化单位以及更高的分辨率。转换时间:转换时间是指模数转换器从控制其开始转换的信号到来开始，从输出端能够输出稳定的数字信号所经过的时间。模数转换器的转换时间与转换电路的类型有 关。不同类

18、型的转换器的转换速度相差甚远。 其中并行比较模数转换器的转换速 度最高，逐次比较型的模数转换器的转换速度次之， 间接模数转换器的转换速度 最慢。2.5.2、ADC0808的相关介绍本次设计我选用的模数转换器是 ADC0808它是AD公司采用CMO工艺生产 的一种8位逐次比较型模数转换器。除了精度有差别之外，ADC0808和ADC0809的功能及用法基本上都相同，它的典型转换时间为100us，分辨率为8位，总的不可调误差在正负（1/2）LSB和正负1LSB之间，单一 +5V电压供电时，此时输 入电压范围为05V,片内有8通道模拟开关，可接入8个模拟量输入，工作温 度范围为-40。C+85。C,其

19、内部结构框图如下图2.7所示：IN1IN2IN3IN4IN5N6IN7IN8ADDAADDBADDCALEVref(+)GNDVCCV ref(-)图2.7，ADC0808内部结构第一部分包括8路模拟选择开关(INOIN7)和对应的通道地址锁存与译码 电路，可以进行分时采集8路模拟信号，3个地址信号A、B和C决定哪一路模 拟信号被选中并送到内部 A/D转换器中进行转换。C、B和A为000111分别选 择 IN0IN7。第二部分为一逐次逼近式数模转换器，它是由电压比较器、定时与控制电路、 三态输出锁存器、逐次逼近式 D/A转换器构成。ADC0808勺引脚图如下图2.8所示。1N3 128IN2I

20、N4 227TMIN5 3261N0IN6 425ADDAIN7 24ADDHSTART623ADDCEOC722一ALED3 一821D7OE 920D6CLOCK1019D5VCC11181)4VREF+1217D0GM)1316VREF-D1 1415D2图2.8, ADC0808的引脚图上图中各外部引脚作用如下：INOIN7: 8路模拟信号输入端。D7D0 8位数字信号输出端。CLORK:时钟信号输入端，最高允许值为 1.2MHz,当CLORI为640kHz时，转 换时间为100us。ALE :地址码锁存输入端，当输入地址码稳定后，ALE的上升沿将地址信号锁存于地址锁存器内。Vref(

21、+)、Vref(-):分别为参考电压的正、负输入端，用于为 D/A转换器的提供 其基准参考电压。一般情况下 V ref(+)接+5V咼精度参考电源，Vref(-)接模拟地。START:启动信号输入端。该信号的上升沿到来时片内寄存器被复位，在其下 降沿开始A/D转换。EOC :转换结束信号输入端。当A/D转换结束时EOC立即变成高电平，同时所 得的8位转换结果被送入三态输出缓冲器进行锁存，EOC端的输出信号能用来向CPU申请中断。OE :输出允许控制输入端。当 OE=1时，三态输出缓冲器的数据送到数据总 线。VCC电压输入线，接+5V的电源。GND地线。ADDA、ADDBADDC地址码输入端，用

22、来输入地址信号的，当地址码不同时， 则不同通道的模拟量输入信号将会被选中进行转换，选择情况如下表1所示。表2.1 ADC0808的通道的选择情况ADDCADDBADDA选择的通道000通道IN0001通道IN1010通道IN2011通道IN3100通道IN4101通道IN5110通道IN6111通道IN72.5.3、A/D转换电路的设计作为模拟量输入通道中的一个重要环节，A/D转换器是可以实现把模拟信号转换成相应的数字量的器件或装置，是一种计算机与模拟系统之间的接口。因此， 它的应用范围也越来越广泛，尤其是在在数据采集和控制系统中更为显著。为了 使A/D转换器能够应用于不同的场合，如今已经生产

23、出了各种各样型号的A/D转换器，跟照它们的工作原理的差别，A/D转换器大概可以分成四种类型，即：逐次逼近式模数转换器、双积分式模数转换器、计数比较式模数转换器以及并行 式模数转换器，但是逐次逼近式和双积分式是就目前来说应用的最多的两种模数 转换器。逐次逼近式和双积分式主要区别是逐次逼近式模数转换器拥有更快的转换 速度，而且它的转换精度也能达到很高， 考虑要本次设计的精度要求，所以我选 择了 ADC0808它是典型的逐次逼近式模数转换器。它将连续的05V模拟直流电压信号转换成8位的数字量后由AT89C52单片机的P1 口接收，经单片机处理 后再对双四路模拟开关 CD4052进行相应的操作后选择出

24、最佳的量程，再将经量 程选择后的模拟电压信号进行模数转换，单片机把此次的转换结果进行相应的计 算后送到显示电路显示电压值。 A/D转换电路如下图2.9所示：GND-1GND-1112313CLK STARTo 1 T 3 4 5 6 . INTN取ININTNmINADDA ADD B ADDCALEGNDc c E 017* 34567CC0C0FDDDDDDDDV EVREF+VREF-vccIff7 P3-1P3.02I 17P1.014 Pbl15 PL28 Pl.318 Pl.419 Pl .520 PL621 PL7VCCGND图2.9 , A/D转换电路2.6、单片机最小系统电路

25、261、单片机的简介在微处理器问世后不久，便出现了以一个大规模集成电路为主组成的微型计算机一一单片微型计算机（简称单片机）。由于单片机面向控制性应用领域，嵌 入到各种产品中，以提高产品的智能化，所以单片机又成嵌入式微控制器。 在单 片机内部含有计算机的基本功能部件：CPU存储器、各种接口电路。给单片机配上适当的外围设备和软件，便构成单片机的应用系统。单片机的发展历程：一、20世纪70年代为单片机的初级阶段这个阶段以In tel公司的MCS-48系列单片机为典型代表。因受工艺和集成 度的限制，单片机中的CPU功能地、存贮器容量小、10接口的种类和数量少。只能用在简单场合。二、20世纪80年代为单

26、片机的成熟阶段这个阶段单片机的典型代表是Intel的MCS-96以及MCS-51系列。诞生了有 着更高性能的8位和16位单片机。提高了 CPU勺功能、扩大了存贮器的容量、 增加了 10接口的种类和数量，单片机内包含了异步串行口、 A/D、多功能定时器 等特殊IO电路。单片机应用也得到了推广。三、20世纪90年代至今为单片机高速发展阶段世界上著名半导体厂商不断推出各种新型的8位、16位和32位单片机，单片机的性能不断完善，品种大量增加，在功能、功耗、体积、价格等方面能满足 各种复杂的或简单的应用场合需求，单片机应用深入到各行业和消费类的电子厂 品中。单片机AT89C52的相关介绍：在本次设计中我

27、采用的是51系列单片机AT89C52它含有8k的闪烁程序存 贮器、3个16位的可编程定时器、4个8位的双向输入/输出口、1个全双工串行 通信口，共包括6个中断源（其中有2个外部中断源、3个定时器的中断请求源 和一个串行口中断请求源），它的随机存取数据存贮器扩大到了256k，是一个8位单片机，具有低电压、高性能等特点。AT89C52总体结构框图如下图2.10所示：图2.10,AT89C52总体结构框图AT89C52芯片为40引脚双列直插式封装，其引脚排列如下图 2.11所示:PDIPm pijoc1vy40 VCCcn?x)Pi.iC230 Po o CADO)P1.2E339 p0 1 (AD

28、1)P1.3C437 PQ 5 (A昭53 P0 3 (AD3JPl 5Ce35 P 曲(AD4)P匚734 P0 5 (ADS)P1.7Ce33J Po e AD6)ASTC922 PO T (AD7)(RXQ)paoC1031JEMPP（n（o）匚11303 ALE/PfiOGP3 2 r122G(iNTiiPaac1328 P2.7EA15)(70) P3 *C14273P2 C (AH)nn pa l15a P2.5 A13J 匚IB25JP2 4 (Al 2)17241 P23 (A11)XTAL2CIB23 P22 (AW)XTAtiC10缶 P2.1 刚GNO匚20211P2 0

29、CA&)图2.11,AT89C52引脚图AT89C52单片机共有40个引脚，上图中作用引脚的作用说明如下：XTAL1 （ 19脚）和XTAL2（ 18脚）：振荡器的输入输出引脚，通常把 12MHz 晶振接在其引脚端。RST（9脚）：复位信号输入引脚，输入高电平使其复位，低电平退出复位。VCC（40脚）和GND（20脚）：VCC作为供电引脚，一般接接+5V电源，GND 则一般接地。ALE :运行方式时，该引脚为外部存贮器输出低 8位地址锁存信号。PSEN外部程序存贮器的读选通信号，当AT89C52的CPU由外部程序存贮器取指 令（或数据）时，在CPU的每个机器周期，PSEN输出两个负脉冲作为读选

30、通信 号。此时，如果CPU是对外部数据存储器进行访问，则将跳过两次 PSENB号。 EA/Vpp :当为运行方式时，EA为程序存贮器的选择信号，EA接高电平时CPU 可以从外部或者内部取指令；EA接低电平时CPU只能从外部存贮器中取指令。 当为FLASH编程方式时，该引脚为编程电源的输入端 Vpp（ +12V或者+5V）。 P0 口：作为单片机的三态双向输入/输出口，它既可以用来作由单片机扩展的数 据/地址总线口，还可以把它当作是基本的输入/输出口来供外部的输入/输出设备 使用。当把它用作基本的输入/输出口时，一般需要在其外部接10欧姆的上拉电 阻。P1 口： P1 口的P1.0和P1.1是多

31、功能的准双向口，它的第一功能都是准双向口， P1.0的第二功能是时钟输入线或者是脉冲输出线，P1.1的第二功能是触发输入线或者是加减控制输入线。而 P1 口的其他位置有第一功能，即只能作为输入线 或者是输出线使用。P2 口： AT89C52的P2 口和P1 口一样也具有两种功能，它的第一功能是直接地 连接输入/输出设备用来当作基本的输入/输出口，它的第二功能是输出高 8位的 地址，用来作为系统扩展的地址总线口。P3： P3 口也是一个多功能口，第一功能和 P1 口一样都为准双向口，用作基本的 输入/输出线。另外，它的第二功能是特殊输入/输出线，其定义如下表2.5所示。表2.5 P3 口的第二功

32、能定义口引脚第二功能口引脚第二功能P3.4T0（定时器T0外部计数脉冲输入线）P3.0RXD（串行输入线）P3.5T1（定时器T1外部计数脉冲输入线）P3.1TXD（串行输出线）P3.6WR（外部数据存贮器写脉冲输出线）P3.2INT0（外部中断0输入线）P3.7RD（外部数据存贮器读脉冲输出线）P3.3INT1（外部中断1输入线）2.6.2、单片机最小系统电路的设计单片机最小系统电路包括时钟电路和复位电路。时钟电路是单片机的心脏， 它控制着单片机的工作节奏，通过利用时钟信号可以使得单片机内部的每一个元 器件协调一致地工作，也可以通过提高时钟电路的频率来提高单片机的运行速 度，允许最高的频率是

33、随着单片机型号的不同而变化的，最高频率为60MHz本次设计我是采用内部时钟方式来产生单片机所需要的时钟信号，内部时钟方式的电路图如图2.12所示：89C52等CMO型单片机内部有一个可控的反向放 大器，引脚XTAL2 XTAL1为反向放大器的输出端和输入端，在XTAL2 XTAL1上外接晶振和电容便组成了振荡器。图中，电容 C6 C7的典型值为30pF,振荡 器频率主要取决于晶振的频率，但是必须不比期间所允许的最咼频率。振荡器的工作受PCON.1控制，复位后PCIN.仁1振荡器工作，可由软件设置 PCON.1=0 这样振荡器不会再振荡，从而使整个单片机不再继续运行，这样便能为整个系统省电GND

34、-|30pFXTAL1C6I1Y112MHnXTAL2C730pF图2.12，时钟电路复位电路在单片机应用系统中是不可或缺的，通过复位电路可以对单片机进行初始化，也可以重新启动正处为死机状态下的单片机。89C52等CM031系列单片机的复位引脚RST是史密特触发输入脚，内部有一个阻值为80K300K拉低 电阻，它的基本工作原理是当振荡器起振以后，在单片机的RST引脚上施加2个机械周期以上的高电平，单片机便进入复位状态，此时单片机的引脚PSENALE军输出高电平，当RST引脚由高电平返回到低电平后，单片机便退出复位状 态开始从0000H单元执行程序。单片机的复位方式主要有上电自动复位和人工开关复

35、位。本设计中我采用的是上电自动复位电路，其电路图如图 2.13所示：在RST端接一个电容至+5V的 电压，在加电瞬间，电容通过内部电阻充电，在 RST端出现充电正脉冲，只要该 正脉冲宽度足够宽，便可以使得单片机实现有效的复位。Vg:Cl:luFRST图2.13,复位电路2.7、显示电路的设计2.7.1、LED数码管显示器的相关介绍单片机应用系统中通常使用的显示器包括 LED（Light Emitting Diode）,即 发光二极管显示器以及 LCD（Liquid Crystal Display ），即液晶显示器；近年 也有配置CRT显示器。前者价格便宜，配置灵活，与单片机接口方便；尽管后者

36、的功能更为强大，能够显示图形，但其接口电路更为繁琐，而且还能带来更高的 成本。单片机中通常使用7段LED构成字型“ 8”，外加一个小数点发光二极管，用 来显示数字、符号及小数点。这种显示器有类型，分别是共阳极和共阴极，共阳 极显示器是把发光二极管的阳极端相连在一起， 共阴极显示器则是把阴极端相连 在一起。8个发光二极管构成一位LED显示器，字型“ 8”的各个笔划ag是由 其中的7个发光二极管组成，dp发光二极管则构成一个小数点。当在某段发光 二极管上施加一定的正向电压时， 该段笔划即亮；不加电压则暗。为了保护各段 LED不被损坏，须外加限流电阻。2.7.2、LED数码管显示器的显示方式LED数

37、码管显示器有静态显示和动态显示两种方式。静态显示就是当显示器 显示某个字符时，相应的段（发光二极管）恒定地导通或者截止，直到显示另一 个字符为止。当其处于静态显示方式时，各位的共阴极接地；若为共阳极，则借 +5V电源。每位的段选线（adp）分别与一个8位锁存器的输出口相连，显示 器中的各位相互独立，而且各位的显示字符一经确定，相应随锁存器的输出将维 持不变，因此，静态显示器的亮度较高。这种显示方式编程容易，管理也很简单， 但占用I/O线资源较多。动态显示常用在要显示多位 LED这样可以使得电路更 为简化，有效地使成本降到最低，用一个8位I/O 口来控制并联在一起的所有位 的段选线，。为了达到各

38、位的分时选用的目的，可以使用相应的输入/输出线来控 制共阴（或者共阳）极公共端。本次设计我选用的是4位共阳极LED动态显示接口电路，由于4位LED所以 段选线皆由一个8位I/O 口控制，因此，在每一瞬间，6位LED会显示相同的字 符。要想每一位显示不同的字符，就必须采用扫描方法轮流点亮各位 LED即在每一瞬间只使某一位显示字符。在此瞬间，段选控制I/O 口输出相应字符段选码, 而位选则控制I/O 口在该显示位送入选通电平（因为所选的LED为共阴极的所有 送入高电平），以保证该位显示相应字符，如此轮流，使每一位分时显示该位应 显示的字符。2.7.3、显示电路的设计显示电路如下图2.14所示，采用

39、动态扫描方式在 4位共阳极LED数码管显 示电压值，8位并行数据经单片机的P0 口输出，通过P2 口的P2.0、P2.1、P2.2、 P2.3控制相应位数码管的点亮，并行数据经驱动芯片送数码管字型口显示。动 态显示常用在要显示多位LED这样可以使得电路更为简化，有效地使成本降到 最低，用一个8位I/O 口来控制并联在一起的所有位的段选线，。为了达到各位 的分时选用的目的，可以使用相应的输入/输出线来控制共阴（或者共阳）极公 共端。在设计该显示电路时需注意的是，单片机的I/O接口的驱动能力不是很强，输出口所提供的驱动电流很难满足要求，而且本设计用到了多位的数码管进行显 示，如果不采用增加数码管驱

40、动能力的芯片，就会导致数码管显示的电压值很暗， 甚至可能影响读书，所以很有必要为数码管设计相应的驱动电路。驱动电路的设 计方式有多种多样，其中，MO别TTL集成电路驱动器最为常见，用74LS244芯 片作为驱动电路就是其中的一种，本设计也是采用这种方式的驱动电路。VCCdn3聲ip心母SN4LS244DW图2.14，显示电路2.8、数字电压表电源的设计由于本次所设计的交流数字电压表需要用到 +5V的直流电压源，所以需要设 计一个经整流、滤波、稳压后把220V的交流电源转化成+5V直流电压源的电路。 本设计采用单相桥式整流电路对交流电进行整流，因为经整流后直流电压源电压波动还很大，所以要用电容进

41、行滤波，然而滤波后得到的直流电压还不稳定， 最 后还得用一个三端稳压器进行稳压，这样便能得到一个稳定的直流电压源。三端 稳压器是属于集成电路中的一种器件，由于要设计的电压为+5V，所以选择三端稳压器7805进行稳压，在其后面再接一个电容，起到了滤波和阻尼的作用，电源电路下图2.15所示。图2.15，电源电路3、系统软件的设计该系统的程序流程图如下图2.16所示：图2.16，系统程序流程图流程图导读：主程序开始后，先对单片机系统进行必要的初始化，把本设计的最大量程 档位750V作为初始化量程，然后通过程序给模数转换芯片ADC0808发送启动转换信号，使模数转换芯片开始对输入的电压信号进行第一次模

42、数转换，再通过相应的语句判断转换是否结束，若转换未结束则继续等待，若转换结束，则把转换 结果送入单片机，经单片机处理后选择相应量程。当计算后的电压值大于0.5V 时，仍然用750V的量程档位；当电压值小于等于0.5V时，贝U改用75V的量程档 位。通过上面把合适的量程选出来后，通过双四路模拟开关相应通道的开端重新 输入电压信号，再次对其进行模数转换，单片机通过计算转换后的结果后送显示 器显示电压值。4、总结本次我毕业设计的题目是基于单片机 AT89C52的交流数字电压表，利用单 片机来进行数据的处理、计算和控制。经过此次的设计，使我意识到不要仅仅局 限于理论知识的学习，而且还要把所学专业知识的

43、应到实践中去，把理论和实践 结合起来，才能真正地提高自己的动手能力和专业水平。 本次毕业设计使我受益 匪浅，不仅使我独立自主解决实际问题的能力得以进一步提高，我总是会想方设法的解决设计期间所遇到的各种各样的实际问题。而且，还在一定程度上提高了我查阅相关资料、原理图的绘制等专业方面的能力，这位我以后的学习和工作奠 定了良好的基础。鉴于本人还没有足够的实践经验，而且自己所掌握的知识水平有限，所以 整体设计可能会存在一定的缺陷和不足，但是整个电路的设计思路还是有一定的 道理，而且各个硬件电路的设计也能实现相应的功能。总而言之，这次毕业设计让我受益匪浅，也让我体会到了在做任何科研时 都要投入百分之百的

44、精力，不能出现任何的疏忽，否则将会前功尽弃，这为我以 后的学习提供了极大的帮助。参考文献1 张友德，赵志英单片微型原理、应用与实验M.上海：复旦大学出版社，2006.102 赵建领.51系列单片机开发宝典M.北京：电子工业出版社，2007.43 姜志海，赵艳雷.单片机的C语言程序设计与应用M.北京：电子工业出版社，2011.74 康华光，陈大钦.电子技术基础.模拟部分M.北京：高等教育出版社，2006.1康华光，陈大钦.电子技术基础.数字部分M.北京：高等教育出版社，2006.1包婉贞.单片机在智能数字电压表中的应用J.河海大学学报，2002，9:74-767 刘小燕，基于AT89C52的某数

45、字电压表的设计J.微计算机信息，2008(25):199-2008 贾培军.一种量程自动切换数字电压表的设计J.山西电子技术，2007,6:10-139 孙军,李国忠.基于89C51单片机的数字电压表设计J.制造业自动化,2007(02):89-9010 王伟,刘晓平.高精度数字电压表方案设计J.仪表技术,2007,(4):36-39.11 吴昌东，吴学杰.基于单片机的新型数字电压表设计J.微计算机信息，2008(08):133-13412 宋悦孝，王俊杰.基于单片机的数字电压表设计J.潍坊学院学报,2011(04):18-20.13 李川香.高精度双积分A/D转换器与单片机接口的新方法J.自

46、动化仪表, 2002,(01):12-1414 贾培军，董军堂.一种量程自动切换数字电压表的设计J.山西电子技术,2007,(06):10-1215 曹彦平，马庆勇.基于51单片机的数字电压表N.电子报,2008-04-20(014).16 Krause, P. H. The PROTEUS ProjectJ.Technological Forecasting and Social Change, 2002(5):479-48417 Tyler, B.Digital. voltmetersJ.Students Quarterly Journal,1964 (138):103.18 Bakke

47、n, Christopher. ProteusJ. Paris Review, 2000(157):38.19 J. Frank. Instrumentation for Process Measurement and ControlM.BEIJING: ScieneePublishi ng House.2000, 60-79.谢辞几个月的毕业设计马上就要结束了，通过这段时间的精心研究和制作，终于完成了我的毕业论文：基于 AT89C52的交流数字电压表，这也意味着大学的四年生活即将结束。大学 的学习期间，无论是在学习上还是思想上，都取得了显著的进步，不仅掌握了各门学科的基 础知识，更为重要的是保持着积极向上、独立自主、勤奋刻苦的心态，这除了出于自己的努力外，还和老师、朋友、家人的帮助、支持和鼓励密切相关的。本次毕业设计其实是一次系统的巩固以前所学知识的过程，不仅使我更加准确地掌握了原有知识，而且还把所学知识运用实践中，起到了理论联系实际的作用。在此，非常感谢我 的指导老师李老师在毕业设计阶段给我的悉心指导，从最初的选题，到后来收集资料撰写开题报告，再到最后毕业论文的撰写和修改，都得到了老师无私的帮助。此外，老师高度的责任心、严谨