简易数字电压表的设计大学本科毕业设计

1、郑州电力职业技术学院毕生业论文题目：简易数字电压表的设计系 另i专 业 电气自动化班 级学 号姓 名论文成绩指导教师答辩成绩主答辩教师综合成绩答辩委员会主任摘要单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模技术把具有数据处理 能力(如算术运算，逻辑运算、数据传送、中断处理)的微处理器(cpu) o 随着单片机技术的飞速发展，各种单片机蜂拥而至，单片机技术已成 为一个国家现代化科技水平的重要标志。单片机可单独地完成现代工业控制所要求的智能化控制功能，这 是单片机最大的特征。单片机控制系统能够取代以前利用复杂电子线 路或数字电路构成的控制系统，可以软件控制来实现，并能够实现智 能化。现在单片机控制范畴无所

2、不在，例如通信产品、家用电器、智 能仪器仪表、过程控制和专用控制装置等等，单片机的应用领域越来 越广泛。本毕业设计的课题是“数字电压表的设计”。主要考核我们对单 片机技术，编程能力等方而的情况。观察独立分析、设计单片机的能 力，以及实际编程技能。本课题主要解决a/d转换、数据处理及显示控制等三个模块。控 制系统采用at单片机，a/d转换采用adc0804o关键词：单片机，a/d, at89c52转换,adc0804目录前言41简易数字电压表设计两种方案71由数字电路及芯片构建71.2由单片机系统及a/d转换芯片构建72单片机简介及本设计单片机的选择92.1常用单片机的特点比较及本设计单片机的选

3、择92.2本设计使用的单片机的简介102.3单片机管脚说明113各种显示器件的介绍和选择143.1常用显示器件简介143.2 led显示器件简介144模数（a/d）转换芯片的选择164常用的a/d芯片简介164.2 a/d芯片的选择175总体设计195.1技术要求：195.2设计方案： 195.3系统硬件电路的设计206硬件电路系统模块的设计216单片机系统216.2 a/d转换芯片与单片机的连接226.3吋钟电路226.4复位电路236.5显示电路设计247系统的调试257.1硬件调试257.2软件件调试257.3软硬联调268数据结果分析278系统调试和校准278.2测试数据27总结28致

4、谢29参考文献30附件1元器件清单31附件2 c程序32刖吞简易数字电压表(digital voltmeter)出现在50年代初，60年代 末发起来的电压测量仪表，简称dvm,它采用的是数字化测量技术， 把连续的模拟量，也就是连续的电压值转变为不连续的数字量，加以 数字处理然后再通过显示器件显示。这种电子测量的仪表之所以出现, 一方面是由于电子计算机的应用逐渐推广到系统的自动控制信实验研 究的领域，提出了将各种被观察量或被控制量转换成数码的要求，即 为了实时控制及数据处理的需要；另一方面，也是电子计算机的发展,带动了脉冲数字电路技术的进步，为数字化仪表的出现提供了条件。 所以，数字化测理仪表的

5、产生与发展与电子计算机的发展是密切相关 的；同时，为革新电子测量中的烦锁和陈i口方式也催促了它的飞速发 展，如今，它又成为向智能化仪表发展的必要桥梁。如今，数字电压表已绝大部分已取代了传统的模拟指针式电压表。 因为传统的模拟指针式电压表功能单一，精度低，读数的吋候也非常 不方便，很容易出错。而采用单片机的数字电压表由于测量精度高， 速度快，读数吋也非常的方便，抗干扰能力强，可扩展性强等优点已 被广泛的应用于电子及电工的测量，工业自动化仪表，自动测试系统 等智能化测量领域。显示出强大的生命力。数字电压表最初是伺服步进电子管比较式，其优点是准确度比较 高，但是采样速度慢，重量达几十公斤，体积大。继

6、之出现了斜波式 电压表，它的速度方面稍有提高，但是准确度低，稳定性差，再后来 出现了比较式仪表改进逐次渐近式结构，它不仅保持了比较式准确度 高的优点，而且速度也有了很大的提高，但它有一缺点是抗干扰能力 差，很容易受到外界各种因素的影响。随后，在斜波式的基础上双引 伸出阶梯波式，它的唯一的进步是成本降低了，可是准确宽，速以及 抗干扰能力都未能提高。而现在，数字电压表的发展已经是非常的成 熟，就原理来讲，它从原来的一，二种已发展到多种，在功能上讲， 则从测单一参数发展到能测多种参数；从制作元件来看，发展到了集 成电路，准确度已经有了很大的提高，精度高达1nv；读数每秒几万 次，而相对以前，它的价格

7、也有了降低了很多。目前实现电压数字化测量的方法仍然模数（a/d）转换的方法。 而数字电压表种类繁多，型号新异，目前国际仍未有统一的分类方法。 而常用的分类方法有如下几种：1. 按用途来分：有直流数字电压表，交、直流数字电压表，交直 流万用表等。2. 按显示位数来分：有4位，5位，6位，7位，8位等。3. 按测量速度来分：有低准确度，中准确度，高准确度等。4. 按测量速度来分：有低速，中速，高速，超高速等。5. 但在日常生活中，数字电压表一般是按照原理不同进行分类的, 目前大致分为以下几类：比较式，电压一一吋间变换式，积分式等。在电量的测量中，电压、电流和频率是最基本的三个被测量。其 中，电压量

8、的测量最为经常。而且随着电子技术的发展，更是经常需 要测量高精度的电压，所以数字电压表就成为一种必不可少的测量仪 器。另外，由于数字式仪器具有读数准确方便、精度高、误差小、灵 敏度高和分辨率高、测量速度快等特点而倍受用户青睐，数字式电压 表就是基于这种需求而发展起来的.1数字电压表设计两种方案设计数字电压表有多种的设计方法，方案是多种多样的，由于大 规模集成电路数字芯片的高速发展，各种数字芯片品种多样，导致对 模拟数据的采集部分的不一致性，进而又使对数据的处理及显示的方 式的多样性。又由于在现实的工作牛活中，电压表的测量测程范围是 比较大的，所以必须要对输入电压作分压处理，而各个数据处理芯片

9、的处理电压范围不同，则各种方案的分段也不同。下面介绍两种数字 电压表的设计方案。1.1由数字电路及芯片构建这种设计方案是由模拟电路与数字电路两大部分组成，模拟部分 包括输入放大器、a/d转换器和基准电压源；数字部分包括计数器、 译码器、逻辑控制器、振荡器和显示器。其中，a/d转换器是它的核 心器件，它将输入的模拟量转换成数字量。模拟电路和数字电路是相 互联系的，由逻辑控制电路产生控制信号，按规定的时序将a/d转换 器屮个组模拟开关接通或断开，保证a/d转换正常进行。a/d转换结 果通过计数译码电路变换成段码，最后驱动显示器显示出相应的数值。 此方案设计其优点是，设计成本低，能够满足一般的电压测

10、量。但设 计不灵活，都是采用纯硬件电路。很难将其在原有的基础上进行扩展。1.2由单片机系统及a/d转换芯片构建这种方案是利用单片机系统与模数转换芯片、显示模块等的结合 构建数字电压表。由于单片机的发展己经成熟，利用单片机系统的软 破件结合，可以组装出许多的应用电路来。此方案的原理是模数（a/d） 转换芯片的基准电压端，被测量电压输入端分别输入基准电压和被测 电压。模数（a/d）转换芯片将被测量电压输入端所采集到的模拟电压 信号转换成相应的数字信号，然后通过对单片机系统进行软件编程， 使单片机系统能按规定的时序来采集这些数字信号，通过一定的算法计算出被测量电压的值。最后单片机系统将计算好了的被测

11、电压值按 一定的吋序送入显示电路模块加以显示。此方案不仅能够继承上一种方案的各种优点，还能改进上一种设 计方案设计不灵活，难与在原基础上进行功能扩展等不足。2单片机简介及本设计单片机的选择2.1常用单片机的特点比较及本设计单片机的选择综合上一章提到的两种设计方案的各方面优点及其在现在的所设 计电压表的实用性，我们选择第二种电压表设计方案，即由单片机系 统及数字芯片构建的方法来我们本次设计。在这一设计中，我们涉及到了一个关键系统模块一一单片机系统 模块，而fi前单片机的种类是很繁多的，主要有主流的8位单片机和 高性能的32位单片机，结合本设计各方面因素，8位单片机对于本设 计已经是绰绰有余了，但

12、将用哪一种类8的单片机呢。在这里，不得 不先简单的介绍一下几种常用的8单片机。单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统，具有一个 完整计算机所需要的大部分部件：cpu,内存，总线系统等。而冃前常 用的单片机的8位有51系列单片机，avr单片机，pic单片机。应用最广的8位单片机还是intel的51系列单片机。51系列单 片机的特点是：硬件结构合理，指令系统规范，加z生产历史悠久， 世界有许多芯片公司都买了 51的芯片核心专利技术，并在其基础上扩 充其性能，使得芯片的运行速度变得更快，性价比更高。avr单片机是atmcl公司推出较新的单片机，它的显著特点是： 高性能，低功能，高速度，指令单

13、周期为主，但性格方面比51单片机 要高。有专门的i/o方向寄存器。虽然有转强的驱动电压，但i/o 口 使用不比51单片机方便。pic单片机系列是美国微芯公司的产品，也是市面上增长最快的 单片机z-,属精简指令集单片机，其特点是：高速度，高性能，但 在性格方面比51单片机要高，也有专门的i/o方向寄存器，1/0 口使 用不比51单片机方便。综合以上各种单片机的基本性能及本设计的满足需要，我们将选 择51系列单片机。2.2本设计使用的单片机的简介单片机采用mcs-51系列单片机。由atmel公司生产的at89s52是 一种低功耗、高性能cm0s8位微控制器，具有8k在系统可编程flash 存储器。

14、使用atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80c51产品指令和引脚完全兼容。在单芯片上，拥有灵巧的8位cpu 和在线系统可编程flash,使得at89s52为众多嵌入式控制应用系统 提供高灵活、有效的解决方案。at89s52具有以下标准功能：8k字节 flash, 256字节ram, 32位i/o 口线，看门狗定时器，2个数据指 针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串 行口，片内晶振及时钟电路。空闲模式下，cpu停止工作，允许ram、 定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，ram内容被 保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或

15、硬件 复位为止。而且，它还具有一个看门狗(wdt)定时/计数器，如果程 序没有正常工作，就会强制整个系统复位，还可以在程序陷入死循环 的时候，让单片机复位而不用整个系统断电，从而保护你的硬件电路。at89s52有40个引脚，32个外部双向输入/输出(i/o)端口，同 时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工吊行通 信口，片上flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。 其将通用的微处理器和flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写 的flash存储器可有效地降低开发成本。其芯片外观及引脚图如下：t2/p1. 0 c t2ex/p1. 1 c pl. 2 c pl

16、. 3 c pl.4 c mosi/p1.5 c miso/p1.6 c sck/p1.7 c rst c rxd/p3. 0 c txd/p3i c iht0/p3. 2 c int1zp3. 3 c t0/p3.4 c t1/p3. 5 c tozp3.6 c rdzp3. 7 c xtal2 c xtal1 c pdip gnd c0123456789012 3 4 5 s 78 3111111111120987654321098765432143333333333222222222 vcc p0 0/ado po. 1/ad1 po. 2/ad2 po. 3zad3 p0.4zad4

17、po. 5zad5 po.6/ad6 po. 7zad7 ea/vpp ale/prog pesh p2. 7/a15 p2.6za143 p2. 5za13 p2 4/al 23 p2. 3/a11 p2. 2/a1o p2. 1/a9 p2. 0/a8图2. 12.3单片机管脚说明vcc：供电电压。gnd：接地。p0 口 ： p0 口为一个8位漏级开路双向1/0 口，每脚可吸收8ttl 门流。当p1 口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。p0能够用 于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在 fiash编程时，p0 口作为原码输入口，当fl ash进行校骑时，p0输出 原

18、码，此时p0外部必须被拉高。p1 口： p1 口是一个内部提供上拉电阻的8位双向i/o 口，p1 口 缓冲器能接收输出4ttl门电流。p1 口管脚写入1后，被内部上拉为 高，可用作输入，p1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在flash编程和校验时，p1 口作为第八位地址接 收。p2 口： p2 口为一个内部上拉电阻的8位双向i/o 口，p2 口缓冲 器可接收，输出4个ttl f j电流，当p2 口被写“1”吋，其管脚被内 部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入吋，p2 口的管脚被外 部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。p2 口当用于外部程 序存储器或1

19、6位地址外部数据存储器进行存取吋，p2 口输出地址的 高八位。在给出地址“1”吋，它利用内部上拉优势，当对外部八位地 址数据存储器进行读写吋，p2 口输岀其特殊功能寄存器的内容。p2 m 在flash编程和校验吋接收高八位地址信号和控制信号。p3 口： p3 口管脚是8个带内部上拉电阻的双向i/o 口，可接收输 出4个ttl f j电流。当p3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平, 并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，p3 口将输出电流 （ill）这是由于上拉的缘故。p3 口也可作为at89s52的一些特殊功能口，如下表所示：表2.1at89s52引脚功能表管脚备选功能p3.0 r

20、xd（串行输入口）p3.1 txd（串行输出口）p3.2 /into（外部中断0）p3.3 /inti（外部中断1）p3.4 to（记时器0外部输入）p3.5t1（记时器1外部输入）p3.6 /wr（外部数据存储器写选通）p3.7 /rd（外部数据存储器读选通）p3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。rst：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持rst脚两个机器周 期的高电平时间。ale/prog：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于 锁存地址的地位字节。在flash编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。 在平吋，ale端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器 频率的1/

21、6。因此它可用作对外部输岀的脉冲或用于定吋目的。然而 要注意的是：每当用作外部数据存储器吋，将跳过一个ale脉冲。如 想禁止ale的输出可在sfr8eh地址上置0。此吋，ale只有在执行 movx, movc指令是ale才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微 处理器在外部执行状态ale禁止，置位无效。/psen：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期 间，每个机器周期两次/psen有效。但在访问外部数据存储器吋，这 两次有效的/psen信号将不出现。/ea/vpp:当/ea保持低电平u寸，则在此期间外部程序存储器 (0000h-ffffh),不管是否有内部程序存储器。注意加密方式

22、1时, /ea将内部锁定为reset；当/ea端保持高电平吋，此间内部程序存储 器。在flash编程期间，此引脚也用于施加12v编程电源(vpp)。xtal1：反向振荡放大器的输入及内部吋钟工作电路的输入。xtal2：来自反向振荡器的输出。3各种显示器件的介绍和选择3.1常用显示器件简介本次设计屮有显示模块，而常用的显示器件比较多，有数码管， led点阵，1602液晶，12864液晶等。数码管是最常用的一种显示器件，它是由几个发光二极管组成的 8字段显示器件，其特点是价格非常的便宜，使用也非常的方便，显 示效果非常的清楚。小电流下可以驱动每光，发光响应时间极短，体 积小，重量轻，抗冲击性能好，

23、寿命长。但数码管只能是显示09 的数据。不能够显示字符。这也是数码管的不足z处。led点阵显示器件是由好多个发光二极管组成的。具有高亮度， 功耗低，视角大，寿命长，耐湿，冷，热等特点，led点阵显示器件 可以显示数字，英文字符，屮文字符等。1602液晶是工业字符型液晶，能够同时显示16*2即32个字符。 1602液晶模块内部的字符发生存储器己经存储了 160个不同的点阵字 符图形，这些字这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用 的符号、和口文假名等，每一个字符都有一个固定的代码。使用时直 接编写软件程序按一定的时序驱动即可。它的特点是显示字迹清楚， 价格相对便宜。12864液晶也是一种工

24、业字符型液晶，它不仅能够显示1602液晶 所可以显示的字符，数字等信息，而且还可以显示8*4个屮文汉字和 一些简单的图片，显示信息也非常的清楚。使用时也直接编写软件程 序按一定的时序驱动即可。不过它的价格比1602液晶贵了很多。3.2 led显示器件简介在本设计中采用的是4段led数码管来显示电压值。led具有耗 电低、亮度高、视角大、线路简单、耐震及寿命长等优点，它由4个 发光二极管组成，其中7个按字型排列，另一个发光二极管为圆 点形状，位于右下角，常用于显示小数点。把8个发光二极管连在一起，公共端接高电平，叫共阳极接法，相反，公共端接低电平的叫共 阴极接法，我们采用共阳极接法。当发光二极管

25、导通吋，相应的一段 笔画或点就发亮，从而形成不同的发光字符。其8段分别命名为dp g f e d c b ao例如，要显示“0”，贝ij dp g f e d c b a分别为： 1100 0000b；要显示 “a”，则 dpgfedcba 分别为：0001 0001b （共阳极）。若要显示多个数字，只要让若干个数码管的位码循 环为低电平就可以了。根据设计要求，显示电路需要至少4位led数码管来显示电压值, 我们再多加一位用来显示电压单位“v”，则有4位led循环显示。利 用单片机的t/0 口驱动led数码管的亮灭，设计中由p0 口驱动led的 段码显示，即显示字符，由p2 m选择led位码，

26、即选择点亮哪位led 来显示。另外，一般i/o接口芯片的驱动能力是很有限的，在led显示器 接口电路中，输出口所能提供的驱动电流一般是不够的尤其是设计中 需要用到多位led,此时就需要增加led驱动电路。常用的是ttl或 mos集成电路驱动器，在本设计中采用了 ad0804芯片驱动电路。4模数（a/d）转换芯片的选择a/d转换器是模拟量输入通道中的一个环节，单片机通过a/d转 换器把输入模拟量变成数字量再处理。随着大规模集成电路的发展，目前不同厂家已经牛产出了多种型 号的a/d转换器，以满足不同应用场合的需要。如果按照转换原理划 分，主要有3种类型，即双积分式a/d转换器、逐次逼近式a/d转换

27、 器和并行式a/d转换器。目前最常用的是双积分和逐次逼近式。双积分式a/d转换器具有抗干扰能力强、转换精度高、价格便宜 等优点，比如icl71xx系列等，它们通常带有自动较零、七段码输出 等功能。与双积分相比，逐次逼近式a/d转换的转换速度更快，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。4.1常用的a/d芯片简介常用的a/d芯片有ad0809, ad0832, tlc2543c等几种。下面 简单介绍一下这三种芯片。ad0809是8位逐次逼近型a/d转换器，它是由一个8路

28、的模拟 开关、一个地址锁存译码器、一个a/d转换器和一个三态输出锁存器 组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共 用a/d转换器进行转换。些a/d转换器是的特点是8位精度，属于 并行口，如果输入的模拟量变化大快，必须在输入z前增加采样电路。ad0832也是8位逐次逼近型a/d转换器，可支持致命伤个单端 输入通道和一个差分输入通道。它易于和微处理器接口或独立使用； 可满量程工作；可用地址逻辑多路器选通各输入通道。tlc2543c是12位开关电容逐次逼近a/d转换，每个器件有三个 控制输入端，片选，输入/输出时钟以及地址输入端。它可以从主机高 速传输转换数据。它有高速的转换，通

29、用的控制能力，具有简化比率 转换，刻度以及模拟电路与逻辑电路和电源噪声隔离，耐高温等特点。4.2 a/d芯片的选择原计划用adc0809 ,但由于器件没有供应上，所以用和 adc0804来代替，所以，本设计中采用逐次逼近式a/d转换器的 adc0804 芯片。adc0804主要技术指标如下：(1) 高阻抗状态输出(2) 分辨率：8位(0255)(3) 存取时间：135ms(4) 转换时间：100ms(5) 总误差：1+1lsb(6) 工作温度：adc0804c为0度70度；adc0804l为40度 到80度(7) 模拟输入电压范围：0v5v(8) 参考电压：2.5v(9) 工作电压：5v(10

30、) 输岀为三态结构adc0804引脚功能：接脚说明见4.2： adc0804为一只具有20引脚8位cmos连续 近似的a/d转换器，引脚功能说明：1. pin1 (cs )： chip select,与rd、wr接脚的输入电压高低一 起判断读取或写入与否，当其为低位准(low)时会activeo2. pin2 ( rd )： reado 当 cs、rd 皆为低位准(low)时， adc0804会将转换后的数字讯号经由db7db0输岀至其它处理单 元。3. pin3 (wr )：启动转换的控制讯号。当cs、wr皆为低位准 (low)时adc0804做清除的动作，系统重置。当wr由0-1且cs =

31、0时，adc0804会开始转换信号，此时intr设定为高位准(high)。4. pin4、pin 19 (clk in、clkr)：频率输入/输出。频率输入可 连接处理单元的讯号频率范围为100 khz至800 khzo而频率输岀频 率最大值无法大于640khz, 一般可选用外部或内部来提供频率。若在clkr及clk in加上电阻及电容，则可产生adc工作所需的吋 序，其频率约为：5. pin5 ( intr )：中断请求。转换期间为高位准(high),等到转换 完毕时intr会变为低位准(low)告知其它的处理单元已转换完成，可 读取数字数据。6. pin6、pin7 (vin(+)、vin

32、(-)：差动模拟讯号的输入端。输入 电压vin = vin(+) -vin(-),通常使用单端输入，而将vin()接地。7. pin8 (agnd)濮拟电压的接地端。8. pin9 (vref)图4.2 adc0804引脚电路图5总体设计5.1技术要求：基本功能：电压测量范围05v；能用数码管显示电压值；采集电 压的大小（保留小数点后3位）；整个电压釆集显示过程通过两个按键 控制启动和停止;系统具有复位功能。5.2设计方案：根据上述，我们选择单片机与a/d转换芯片结合的方法实现本设 计。使用的基本元器件是：at89c52单片机，ad0809模数转换芯片, led显示器，开关，按键，电容，电阻，

33、晶振，标准电源等等。设计的基本框图如下图5.1设计的基本框图5.3系统硬件电路的设计数字电压测量电路由a/d转换、数据处理及显示控制等组成。a/d转换由集成电路0809完成。0809具有8路拟输入端口，地址线 （23 25脚）可决定对哪一路模拟输入作a/d换。22脚为地址锁存 控制，当输入为高电平时，对地址信号进行锁存。6脚为测试控制， 当输入一个2us宽高电平脉冲时，就开始a/d转换。7脚为a/d转换 结束标志，当a/d转换结束时，7脚输出高电平。9脚为a/d转换数 据输出允许控制，当oe脚为高电平时，a/d转换数据从该端口输出。 10脚为0809的时钟输入端，利用单片机30脚的六分频晶振频

34、率再通 过14024二分频得到1mhz时钟。单片机的pl、p3.0p3.3端口作为 四位led数码管显示控制。p3.5端口用作单路显示/循环显示转换按 钮，p3.6端口用作单路显示时选择通道。p0端口作a/d转换数据读入 用，p2端口用作0809的a/d转换控制。6硬件电路系统模块的设计根据上述选择的各元器件，各电路模块的电路图如下描述。6.1单片机系统单片机最小系统包括晶振电路，复位电路，电源。其原理图如下:xtal1xtal2c-vccrst eaatp psen alevssp3(xrxd p3.ftxd p3.2 硕0 p3.3wt1 p34t0 pj.> xl p3.6wr p

35、3.7dvccpo.o/adop0.1/ad1p0.2/ad2p0.3/ad3p0.4/ad4po.5/ad5p0.6/ad6p0.7/ad7p1.o/t2p1.1/t2expl.2p1.3pl.4pl.5pl.6pl.7p2.0/a8p2.1 .a9p2.2/a1op2.3/a11p2.4/a12p2.5/a13p2.6/a14p2.7/a15o87-6t丁-32一图6.1复位电路此模块中，单片机的晶振是12mh乙c1和c2的电容是1ouf,c3可选1-loufo r1电阻为iko6.2 a/d转换芯片与单片机的连接此设计中选择的是a/d转换芯片的通道0, a/d芯片的数据输入 口连接单片机

36、的p1.3 口，数据输出口连接单片机的p1.4 口，芯片使能 端连接单片机的p1.5 口，脉冲端连接单片机的p1.6 口。模块连接如下 图所示。连接输入模块的a/d输入端模拟输入端>a/d1总空ainainainainainainainainainainainretret01.p1 4单.片机iop1.5单片机iop1.6单片机io悬空a/d图6. 2a/d转换芯片与单片机的连接6.3时钟电路就单片机内部每个部件要想协调一致地工作，必须在统一口令一 时钟信号的控制下工作。单片机工作所需要的时钟信号有两种产生 方式，即内部时钟方式和外部时钟方式。图6.3是内部时钟方式：单 片机内部有一个构

37、成振荡器的增益反相放大器，引脚xtal1和xtal2 分别是此放大器的输入端和输入端，这个放大器与作为反馈元件的片 外晶振一起构成自激振荡器。在该图中，电容c1和c2取30pf,品体的振荡频率取12mhz,晶体振荡频率高，则系统的时钟频率也高，单片机运行速度也就快。实际连接如图6. 3所示图6.3时钟部分电路图6.4复位电路用at89s51的复位电路如图6.4所示。当单片机一上电，立即复 位。电容c和电阻r1实现上电自动复位。复位也是使单片机退出低 功耗工作方式而进入正常状态的一种操作。图6.4上电及按键复位电路图6.5显示电路设计本电路的显示模块主要由一个4位一体的7段led数码管构成， 用

38、于显示测量到的电压值。它是一个共阳极的数码管，每一位数码管 的a,b,c,d,e,f,g和dp端都各自连接在一起，用于接收at89s51的p1 口 产生的显示段码。si, s2, s3, s4引脚端为其位选端，用于接收 at89s51的p2 口产生的位选码。本系统采用动态扫描方式。扫描方式 是用其接口电路把所有数码管的8个比划段ag和dp同名端连在一起, 而每一个数码管的公共极com各自独立地受i/o线控制。cup从字 段输出口送岀字型码时，所有数码管接收到相同的字型码，但究竞是 哪个数码管亮，则取决于com端。com端与单片机的i/o接口相连 接，由单片机输出位位选码到i/o接口，控制何时哪

39、一位数码管被点 亮。在轮流点亮数码管的位扫描过程中，每位数码管的点亮时间极为 短暂。但由于人的视觉暂留现象，给人的印象就是一组稳定显示的数 码。动态方式的优点是十分明显的，即耗电省，在动态扫描过程中， 任何时刻只有一个数码管是处于工作状态的。具体原理图如图图6.5 数码管动态显示电路7系统的调试完成了系统的硬件设计，制作和软件编程之后，要使系统能够按 设计意图正常运行，必须进行系件和软件调统调试。调试分了硬试。7.1硬件调试硬件调试的主要任务是排除硬件故障，其屮包括设计的错误和工 艺性故障等。1. 检查所设计的硬件电路板所有的器件和引脚是否正确，尤其是 电源的连接是否正确；检查各总线是否有短路

40、的故障。检查开关/按键 是否正常，是否连接正确，为了保护芯片，应先对各ic座电位进行检 查，确认无误后再插入芯片。2. 将40芯片的仿真插头插入单片机插座进行调试，检查各接口是 否满足设计的要求，有正常的程序测试硬件电路的好坏。7.2软件件调试软件调试的任务是利用开发工具进行在线仿真调试，发现和纠正 程序的错误，同时也能发现硬件的故障。软件调试是一个模块一个模 块进行的。首先单独调试各子程序是否能够按照预期的功能，接口电 路的控制是否正常。最后调试整个程序。尤其注意的是各模块间能否 正确的传递参数。1）检查led显示模块程序。观察在led上是否能够显示和应的字 符。2）检查按键模块程序。3）检

41、查a/d转换模块程序。可以在硬件电路的输入端输入已知的 儿个电压，分别观察led上是否显示相应的电压值。4）检查数据的转换模块程序。7.3软硬联调该系统存在软件和硬件的紧密联系。软硬件都调试通过后，整个 系统连接仍会存在很多麻烦。首先检查a/d部分，然后是fpga/单 片机，最后是数码管，依次排除障碍。总调试。当相应的各模块环节都正确后，可程序下载到单片机。 接上电源运行。再检查所有功能，观察是否能预期的一样。如果一样, 说明设计成功完成数据结果分析8.1系统调试和校准设计完成z后，我们要对数据进行调试。调试过程可以利用对部 分给定电压的测量结果分析来完成。首先要校对零点：将a/d转换器 的模

42、拟输入端口接地，即让电压为0v,此时可以调整r2的值，直至 显示电压为0v时为止。校准零点z后，就可以进行测试了。8.2测试数据调试完后，对电路进行精确、准确进行调试，为了保证精确度， 要多测儿个点，除了零点和满度值外，再选两个中间值进行比较，测 试结果如下表所示：表8.1测试数据输入值(v)测量值(v)00000010.97621.89532.90143. 85754.886以上数据符合要求，测试成功。总结由于木设计使用的是高效的51系列单片机作为核心的测量系统， 以及高精度，高速度，高抗干扰的a/d转换器。使得木育流电压表具 体精度高，灵敏度强，性能可靠，电路简单，成木低的特点。因为平 时

43、所需要测量的被测电压的电压值不是一个定值，多多少少都有一些 微小的变化。因此木设计为之增加了可测5秒内平均电压的电压值。 大大的提高了测量的准确性。使肓流电压表有着较高的智能水平。此设计是单片机应用系统的开发性实验。通过此设计可知在单片 机系统开发过程应注意以下事项。1）硬件的选择。选择适合设计目地的元器件是一个重要的方设计 环节。不能以元器件是否是最高性能作为选择元器件的标准。往往高 性能器件的价格也是较高的。应根据项目设计的需要选择元器件，能 够满足设计需要作为标准选择元器件。2）因为单片机系统设计是硬件和软件相结合的设计，所以系统和 硬件和软件必须紧密配合，协调一致。应不断调整硬软件设计

44、，以提 高系统工作效率。单片机的应用如今己经是在工业，电子等方面展示出了它的优越 性，利用单片机在设计电路逐渐成了趋势，它与外围电路再加上软件 程序就可以构建任意的产品，使得木设计成为现实。随着单片机的日 益发展，它必将在未来显示出更大的活力，为电子设计更多精彩。对 于数字电压表而言，功能将会越来越强大。致谢通过这一阶段的努力，我的毕业论文数字电压表终于完成了, 这意味着大学生活即将结朿。在大学阶段，我在学习上和思想上都受 益非浅，这除了自身的努力外，与各位老师、同学和朋友的关心、支 持和鼓励是分不开的。在木论文的写作过程中，我的导师康海静老师倾注了大量的心血, 从选题到开题报告，从写作提纲，

45、到一遍又一遍地指出每稿中的具体 问题，严格把关，循循善诱，在此我表示衷心感谢。同时我还要感谢 在我学习期间给我极大关心和支持的各位老师以及关心我的同学和朋 友。写作毕业论文是一次再系统学习的过程，毕业论文的完成，同样 也意味着新的学习生活的开始。我将铭记我曾是一名成都理工大学工 程技术学院学子，在今后的工作中把“穷究于理 成就于工”的优良传 统发扬光大。参考文献1 陈洪中。数字电压表。水利电力出版社，19892 周立功.单片机实验与实践.北京：北京航空航天大学出版社3 吴国经单片机应用技术北京：中国电力出版社，2003.4 阎石数字电子技术基础北京：高等教育出版社，20065 谭浩强.c程序设

46、计.北京:清华大学出版社,2005年. 侯振鹏嵌入式c语言程序设计北京：人民邮电出版社，2006.7李光飞李良儿单片机c程序设计北京：北京航空航天大学出版 社，2005王港元.电工电子实践指导江西:江西科学技术出版社,2005年附件1元器件清单part typedesignatorfootprintikrk2axial0.3ikrk1axial0.34dpy2-ku14dpy-dip125.1kr4axial0.35.1kr3axial0.35.1kr6axial0.35.1kr5axial0.310kr2axial0.31okr7axial0.31okr1axial0.31okw1sip31

47、ouclrbj/.212my1xtal30pfc3cap30pfc2cap15opfc4cap470r8axial0.39012q2to92b9012qlto92b9012q4to92b9012q3to92badc0804u3n020dat89s52u2sot129-1con2j2sip2leddb1ledsw-pbsj1res-butsw-pbsj2res-but附件2 c程序# include"reg51.h"#define data_point posbit eoc=p2a0;sbitadda=p2al;sbit addb=p2a2; sbitaddc=p2a3;sb

48、it oe=p2a5;sbit start二p2人6;sbit clk=p2a7;unsigned char disp3= 0,0,0;unsigned char t0count=0;void display()unsigned char i,j,k=0x80;for(i=0;i<3;i+)pl=0;p3=dispi;pl=k;k»= 1;for(j=200;j>0;j-)；pl=0;unsigned char adc0808()unsigned char d;addc=0;addb=0;adda=o;tr1=1;start=1;start=o;while(eoc=0);

49、oe=1;d=data_point;oe=0;return d;void covert (unsigned char x)charcodedispcode| = 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f; disp|0=dispcode| x/501;disp|2|=disp|0 +0x80;x=(x%50)*2;disp| 1 |=dispcode|x/10|;disp|0|=dispcode| x%10|;void main ()tmod=ox21;th0=(65536-10000)/256;tl0=(65536-10000)%25

50、6;th 1=256-2;et0=l;et1=1;ea=1;tr0=l;oe=0;start=0;eoc=1;while (1)display ();void timeoo interrupt 1th0=(65536-10000)/256;tl0=(65536-10000)%256;tocount+； if(t0count=100)t0count=0;covert(adc0808();void time 1() interrupt 3clk 二clk;毕业论文研究方法汇总调查法调查法是科学研究中最常用的方法之一。它是有目的、有计划、有系 统地搜集有关研究对象现实状况或历史状况的材料的方法。调查

51、方法 是科学研究中常用的基本研究方法，它综合运用历史法、观察法等方 法以及谈话、问卷、个案研究、测验等科学方式，对教育现彖进行有 计划的、周密的和系统的了解，并对调查搜集到的大量资料进行分析、 综合、比较、归纳，从而为人们提供规律性的知识。调查法中最常用的是问卷调查法，它是以书面提出问题的方式搜集资 料的一种研究方法，即调查者就调查项目编制成表式，分发或邮寄给 有关人员，请示填写答案，然后回收整理、统计和研究。观察法观察法是指研究者根据一定的研究目的、研究提纲或观察表，用自己 的感官和辅助工具去直接观察被研究对象，从而获得资料的一种方法。 科学的观察具有目的性和计划性、系统性和可重复性。在科学

52、实验和 调查研究中，观察法具有如下几个方面的作用：扩大人们的感性认 识。启发人们的思维。导致新的发现。实验法实验法是通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果联 系的一种科研方法。其主要特点是：第一、主动变革性。观察与调查 都是在不干预研究对象的前提下去认识研究对象，发现其中的问题。 而实验却要求主动操纵实验条件，人为地改变对象的存在方式、变化 过程，使它服从于科学认识的需要。第二、控制性。科学实验要求根 据研究的需要，借助各种方法技术，减少或消除各种可能影响科学的 无关因素的干扰，在简化、纯化的状态下认识研究对象。第三，因果 性。实验以发现、确认事物之间的因果联系的有效工具和必要途径

53、。文献研究法文献研究法是根据一定的研究目的或课题，通过调查文献来获得资料, 从而全面地、正确地了解掌握所要研究问题的一种方法。文献研究法 被子广泛用于各种学科研究中。其作用有：能了解有关问题的历史 和现状，帮助确定研究课题。能形成关于研究对象的一般印象，有 助于观察和访问。能得到现实资料的比较资料。有助于了解事物 的全貌。实证研究法实证研究法是科学实践研究的一种特殊形式。其依据现有的科学理论 和实践的需要，提出设计，利用科学仪器和设备，在自然条件下，通 过有目的有步骤地操纵，根据观察、记录、测定与此相伴随的现象的 变化来确定条件与现象之间的因果关系的活动。主要目的在于说明各 种自变量与某一个因变量的关系。定量分析法在科学研究中，通过定量分析法可以使人们对研究对象的认识进一步 精确化，以便更加科学地揭示规律，把握本质，理清关系，预测事物 的发展趋势。定性分析法定性分析法就是对研究对象进行“质”的方面的分析。具体地说是运 用归纳和演绎、