数字电压表-课程设计(共30页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上数字电压表的设计作 者 姓 名 XXX 专 业 电子信息工程 指导教师姓名 XXX 专业技术职务 XXX 目 录4.3.5系统硬件电路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209专心-专注-专业摘 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)。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

2、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“简易数字电压表的设计”。主要考核我们对单片机技术，编程能力等方面的情况。观察独立分析、设计单片机的能力，以及实际编程技能。本文利用了单片机在测量技术中的应用，采用AT89C51单片机实现模拟电压信号的检测与显示，构成数字式电压表。本课题中主要解决数模转换，数据处理和显示控制三个主要模块。其中的ADC0804用于模拟电压信号转换成单片机用于识别的数字信号，AT89C51主要用于信号的控

3、制和处理显示，74LS47用于译码和驱动显示。该电路设计简单实用，实现了数字电压表的智能化控制。关键词：单片机 AT89C51 ADC0804数模转换模块 74LS47译码驱动电路化控制ABSTRACTIs a single-chip integrated circuit chip, the use of ultra-large-scale technology with data processing capabilities (such as arithmetic operations, logic operations, data transfer, interrupt handling

4、) of the microprocessor (CPU). With the rapid development of single-chip technology, a variety of single-chip open the floodgates of a single-chip technology has become the country's modernization level of science and technology an important indicatorSingle-chip can be individually completed the

5、 requirements of modern industrial control intelligent control functions, which is the largest single-chip features. Single-chip control system to replace the use of complex electronic circuits or digital circuits consisting of control system software control can be achieved, and to achieve intellig

6、ent. SCM areas now ubiquitous, such as communication products, home appliances, smart instrumentation, process control and special control devices, etc., single-chip applications more and more widely. The subject of this graduation project is a "summary of the design of digital voltage meter.&q

7、uot; We mainly test single-chip technology, programming and other aspects of capacity. Observer independent analysis of the capacity of single-chip design, as well as the actual programming skills.In this paper, the measurement of single-chip technology, using AT89C51 single-chip analog voltage sign

8、al detection and shows that constitute digital voltage meter. The main solution to the issue of digital-to-analog conversion, data processing and display control of three main modules. ADC0804 which used to simulate the voltage signals into single-chip digital signal used to identify, AT89C51 used m

9、ainly for the control and signal processing and display, 74LS47 decoder and driver for the display. The circuit is designed to be simple and practical, to achieve the digital voltage meter intelligent control.Key words: microcontroller； AT89C51； ADC0804 ADC module；74LS47 decoding driving circuits；in

10、telligent control.第一章 绪论1.1单片机简介1单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件:CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、计时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。单片机也被称为微处理器（Microcontroller），是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统

11、更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大的提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单

12、片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。目前，高端的32位单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元，最高端的型号也只有10美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。 可以说，二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。不过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称PC机。它由主机、

13、键盘、显示器等组成。还有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机（亦称微控制器）。顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词“智能型”，如智能型洗衣机等。现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品，不是电路太复杂，就是功能太简单且

14、极易被仿制。究其原因，可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上。1.2单片机的应用领域2 目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。 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

15、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，传感器，各种分析仪）。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，

16、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。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。6.在各种大型电器中的模块化应用某些专用单片机设计用于实现特定功能，从而在各种电路中进行模块化应用，而不要求使用人员了解其内部结构。如音乐集成单片机，看似简单的功能，微缩在

17、纯电子芯片中（有别于磁带机的原理），就需要复杂的类似于计算机的原理。如：音乐信号以数字的形式存于存储器中（类似于ROM），由微控制器读出，转化为模拟音乐电信号（类似于声卡）。1.3单片机的发展趋势单片机从8位、16位到32位，数不胜数，应有尽有，有与主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供广阔的天地。 纵观单片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势，大致有：1.低功耗CMOS化MCS-51系列的8031推出时的功耗达630mW，而现在的单片机普遍都在100mW左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商基本都采用了CMOS(互补金属氧化物半

18、导体工艺)。象80C51就采用了HMOS(即高密度金属氧化物半导体工艺)和CHMOS(互补高密度金属氧化物半导体工艺)。CMOS虽然功耗较低，但由于其物理特征决定其工作速度不够高，而CHMOS则具备了高速和低功耗的特点，这些特征，更适合于在要求低功耗象电池供电的应用场合。所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。2.微型单片化现在常规的单片机普遍都是将中央处理器(CPU)、随机存取数据存储(RAM)、只读程序存储器(ROM)、并行和串行通信接口，中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，增强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW(脉宽调制电路)、WDT(看门狗)、有些单片机将

19、LCD(液晶)驱动电路都集成在单一的芯片上，这样单片机包含的单元电路就更多，功能就越强大。甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做，制造出具有自己特色的单片机芯片。3.主流与多品种共存虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以80C51为核心的单片机占主流，兼容其结构和指令系统的有PHILIPS公司的产品，ATMEL公司的产品和中国台湾的Winbond系列单片机。所以C8051为核心的单片机占据了半壁江山。而Microchip公司的PIC精简指令集(RISC)也有着强劲的发展势头，中国台湾的HOLTEK公司近年的单片机产量与日俱增，与其低价质优的优势，占据一定的市场分额。此外还有MOTOROLA

20、公司的产品，日本几大公司的专用单片机。在一定的时期内，这种情形将得以延续，将不存在某个单片机一统天下的垄断局面，走的是依存互补，相辅相成、共同发展的道路。第二章 数字电压表2.1数字电压表的简介3数字电压表简称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。 一、数字电压表的特点1显示清晰直观，读数准确 传统的模拟式仪表必须借助于指针和刻度盘进行读数，在读数过程中不可避免的会引入人为的测量误差。数字电压表则采用先进的数显技术，使测量结果一目了然，只要仪表不发生跳读现象，测量结果就是唯一的。 新型数字电压表还增加了标志符显示功能，包括测

21、量项目、符号单位和特殊符号、为解决DVM不能反映被测电压的连续变化过程以及变化趋势这一难题，一种"数字/模拟条图"仪表业已问世。"模拟图条"（Anal of Bargraph）有双重含义：第一，被测量为模拟量；第二，利用条状图形来模拟被测量的大小及变化趋势。这类仪表将数字显示与高分辨率模拟条图显示集于一身，兼有DVM与模拟电压表之优点。智能数字电压表均带微处理器和标准接口，可配合计算机和打印机进行数据处理或自动打印，构成完整的测试系统。 2显示位数 显示位数通常为31/2位、32/3位、33/4/位、41/2位、43/4位、51/2位、61/2位、71/

22、2位、81/2位共9种。判定数字仪表的位数有两条原则：能显示09所有数字的位是整数位；分数位的数值是以最大显示值中最高位数字为分子，用满量程时最高数字作分母。例如，某数字仪表的最大显示值为1999，满量程计数值为2000，这表明该仪表有3个整数位，而分数位的分子为1，分母是2，故称之为31/2位，读作三位半。 3准确度高 准确度是测量结果中系统误差与随机误差的综合。4分辨率高 数字电压表在最低电压量程上末位1个字所代表的电压值，称为仪表的分辨力，它反映仪表灵敏度的高低。分辨力随显示位数的增加而提高。分辨率是指所能显示的最小数字（零除外）与最大数字的百分比。例如31/2位DVM的分辨率为1/19

23、990.05。需要指出，分辨力与准确度属于两个不同的观念。从测量角度看，分辨力是"虚"指标（与测量误差无关），准确度才是"实"指标（代表测量误差的大小）。5测量范围宽 多量程DVM一般可测量01000V直流电压，配上高压探头还可测上万伏的高压。6扩展能力强 在数字电压表的基础上，还可扩展成各种通用及专用数字仪表、数字多用表（DMM）和智能仪表，以满足不同的需要。7抗干扰能力强51/2位以下的DVM大多采用积分式A/D转换器，其串模抑制比、共模抑制比各别可达100dB、80120dB。高档DVM还采用数字滤波、浮地保护等先进技术，进一步提高了抗干扰能力，共

24、模抑制比可达180dB。2.2用于数字电压表内的AD转化器分类4A/D转换器是数字电压表、数字多用表及测量系统的"心脏"。目前国内外生产的A/D转换器已达数百种，大致可分为五大类：单片A/D转换器；单片DMM专用IC；多重显示仪表专用IC；专供数字仪表使用的特制IC（ASIC）；其他通用型A/D转换器，这种芯片仅能完成模/数转换，不能直接配数字仪表。1单片A/D转换器 所谓"单片A/D转换器"，是采用CMOS工艺将DVM的基本电路（含模拟电路和数字电路）集成在同一芯片上，配以LCD或LED数显器件后能显示A/D转换结果的集成电路。它们均属大规模集成电路，

25、能以最简单方式构成DVM。若对其外围电路进行扩展，增加各种功能转换器，还可构成DVM。2单片DMM专用IC 单片DMM专用IC是CMOS大规模集成电路和仪表技术的结晶，使用一片IC即可构成功能完善的自动量程数字多用表。特别是专配P的DVM集成电路的问世，为开发具有高性价比的智能仪表和测试系统创造了有利条件。3多重显示仪表专用集成电路 多重显示仪表包括二重、三重、四重显示仪表，是国际90年代流行产品。2.3数字仪表的发展趋势采用新技术、新工艺，由LSI和VLSI构成的新型数字仪表及高档智能仪器的大量问世，标志着电子仪器领域的一场革命，也开创了现代电子测量技术的先河。1广泛采用新技术，不断开发新产

26、品2模块化的发展方向 新一代数字仪表正朝着标准模块化的方向发展。预计在不久的将来，许多数字仪表将由标准化、通用化、系列化的模块所构成，给电路设计和安装调试、维修带来极大方便。表面安装技术（SMT）和表面安装元器件（SMD）将获得普遍应用。这项技术被誉为世界电子工艺技术的一项重要突破。所谓表面安装是将微型化的表面安装集成电路（SMIC）和表面安装元件，用粘贴工艺直接安装在印刷板上，再用波峰焊接机焊接，由此取代传统的打孔焊接工艺，使印刷板安装密度大为增加，可靠性得到明显提高。3多重显示仪表 为彻底解决数字仪表不便于观察连续变化量的技术难题，"数字/模拟条图"双显示仪表已成为国际

27、流行款式，它兼有数字仪表准确度高、模拟式仪表便于观察被测量的变化过程及变化趋势的两大优点。 模拟条图大致分成三类：液晶（LCD）条图，呈断续的条状，这种显示器的分辨力高、微功耗，体积小，低压驱动，适于电池供电的小型化仪表。等离子体（PDP）光柱显示器，其优点是自身发光，亮度高，显示清晰，观察距离远，分辨力较高，缺点是驱动电压高，耗电较大。LED光柱，它是由多只发光二极管排列而成。这种显示器的亮度高，成本低，但象素尺寸较大，功耗高，驱动电路复杂。4安全性 仪器仪表在设计和使用中的安全性，对于生产厂家和广大用户都是至关重要的问题。一方面厂家必须为仪表设计安全保护电路，并使之符合国际标准（例如美国U

28、L认证，欧洲GS认证，ISO9001国际标准质量认证）；另一方面用户必须安全操作，时刻注意仪表上的各种安全警告指示。仪表的保护电路在于最大限度的减小或防止因误操作而造成的危害。以DMM为例，常见的误操作是用电流档或电阻档去测量电压。5操作简单化。  第三章 主要硬件功能及介绍3.1完成AD转换的ADC080453.1.1 ADC0804主要规格性能所谓AD转换器就是模拟和数字转换器（ADC），是将输入的模拟信号转换成数字信号的器件。信号输入端可以是传感器或转换器的输入端，而ADC的数字信号也可能提供给微处理器，以便广泛应用。ADC0804的主要规格为：(1) 高阻抗状态输出

29、(2) 分辨率：8 位(0255)(3) 存取时间：135 ms(4) 转换时间：100 ms(5) 总误差：-1+1LSB (6) 工作温度：ADC0804C为0度70度；ADC0804L为-40 度85 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) 输出为三态结构3.1.2 ADC0804引脚图及接口电路ADC0804引脚图如下：图3-1 ADC0804引脚图引脚功能及应用特性如下：1.CS 、RD 、WR （引脚1、2、3）：是数字控制输入端，满足标准TTL 逻辑电平。其中CS 和WR 用来控

30、制A/D 转换的启动信号。CS 、RD 用来读A/D 转换的结果，当它们同时为低电平时，输出数据锁存器DB0DB7 各端上出现8 位并行二进制数码。2.CLKI（引脚4）和CLKR（引脚19）：ADC08010805 片内有时钟电路，只要在外部“CLKI”和“CLKR”两端外接一对电阻电容即可产生A/D 转换所要求的时钟，其振荡频率为fCLK1/1.1RC。其典型应用参数为：R=10K，C=150PF，fCLK640KHZ，转换速度为100。若采用外部时钟，则外部fCLK 可从CLKI 端送入，此时不接R、C。允许的时钟频率范围为100KHZ1460KHZ。3.INTR （引脚5）： INTR

31、 是转换结束信号输出端，输出跳转为低电平表示本次转换已经完成，可作为微处理器的中断或查询信号。如果将CS 和WR 端与INTR 端相连，则ADC0804 就处于自动循环转换状态。CS 0 时，允许进行A/D 转换。WR 由低跳高时A/D 转换开始，8 位逐次比较需8×8=64 个时钟周期，再加上控制逻辑操作，一次转换需要6673 个时钟周期。4.在典型应用fCLK640KHZ 时，转换时间约为103114。当fCLK 超过640KHZ，转换精度下降，超过极限值1460KHZ 时便不能正常工作。V（）（引脚）和V（）（引脚7）：被转换的电压信号从V（）和V（）输入，允许此信号是差动的或

32、不共地的电压信号。如果输入电压V的变化范围从0V到Vmax，则芯片的V（）端接地，输入电压加到V（）引脚。由于该芯片允许差动输入，在共模输入电压允许的情况下，输入电压范围可以从非零伏开始，即Vmin 至Vmas。此时芯片的V（）端应该接入等于Vmin 的恒值电码坟上，而输入电压V仍然加到V（）引脚上。AGND（引脚8）和DGND（引脚10）：A/D 转换器一般都有这两个引脚。模拟地AGND 和数字地DGND 分别设置引入端，使数字电路的地电流不影响模拟信号回路，以防止寄生耦合造成的干扰。V2（引脚9）：参考电压V/2 可以由外部电路供给，从“V/2”端直接送入，V/2 端电压值应是输入电压范围

33、的二分之一。所以输入电压的范围可以通过调整V/2 引脚处的电压加以改变，转换器的零点无需调整。ADC0804 转换器的工作时序如图所示：图3-2 ADC0804工作时序图ADC0804电压输入与数字输出关系如表所示：  十六进制   二进制码 与满刻度的比率 相对电应值VREF=2.560伏 高四位字节 低四位字节 高四位字节电压 低四位字节电压 F 1111 15/16 15/256 4.800 0.300 E 1110 14/16 14/256 4.480 0.280 D 1101 13/16 13/256 4.160 0.260 C 1100 12/16 12/256

34、 3.840 0.240 B 1011 11/16 11/256 3.520 0.220 A 1010 10/16 10/256 3.200 0.200 9 1001 9/16 9/256 2.880 0.180 8 1000 8/16 8/256 2.560 0.160 7 0111 7/16 7/256 2.240 0.140 6 0110 6/16 6/256 1.920 0.120 5 0101 5/16 5/256 1.600 0.100 4 0100 4/16 4/256 1.280 0.080 3 0011 3/16 3/256 0.960 0.060 2 0010 2/16 2

35、/256 0.640 0.040 1 0001 1/16 1/256 0.320 0.020 0 0000     0 0 图3-3 ADC0804电压输入与数字关系表AD转换器的设计接口电路图:图3-4 AD转换器的设计接口电路图图中，ADC0804 数据输出线与AT89C51 的数据总线直接相连，AT89C51 的RD 、WR 和INT1直接连到ADC0804，由于用P1.0 线来产生片选信号，故无需外加地址译码器。当AT89C51 向ADC0804 发WR (启动转换)、RD (读取结果)信号时，只要虚拟一个系统不占用的数据存储器地址即可。3.2系统控制核心AT89C

36、5163.2.1AT89C51简介AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版

37、本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。AT89C51内部功能图：图3-5 AT89C51内部功能图7AT89C51主要性能：1.与MCS-51 兼容 2.4K字节可编程闪烁存储器 3.寿命：1000写/擦循环4.数据保留时间：10年5.全静态工作：0Hz-24MHz6.三级程序存储器锁定7.128×8位内部RAM8.32可编程I/O线9.两个16位定时器/计数器10.5个中断源 11.可编程串行通道12.低功耗的闲置和掉电模式13.片内振荡器和时钟电路 3.2.2 AT89C51外部管脚分布及功能介绍AT89C51外部管脚分布图：图3-6 AT89C

38、51外部管脚图管脚功能介绍：VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。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FIASH进行校验时，P0输出原码，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

39、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门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，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16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，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时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时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门电流。当P3口写入“1

40、”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AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚 备选功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（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。AL

41、E/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。在平时，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1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， 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

42、外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，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1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，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时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。振荡器特性:XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内

43、部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。3.3译码驱动芯片74LS478 74LS47的功能：在数字系统中常要将测量或处理直接显示成十进制数字。因此，首先将以二进制码表示的结果送译码器译码，用它的输出去驱动显示器件。由于显示器件的工作方式不同，译码器的要求不同，译码器的电路也不同。在此电路中将倒计时的数据显示出来。74LS47的外部管脚图：图3-7 74LS47外部管脚图74LS47管脚介绍： A0  ： 二进制数码 A1   ： 二进制数码 A2 

44、  ： 二进制数码 A3    ：二进制数码 GND   ：接地信号 VCC  ：接电源 Abcdefg ：输出信号 LT  ：试灯信号输入。当该端加低电平，BI=1时，各段都亮。否则说明显示器有故障。正常运行时LT应处于高电平 BI/RBO ：灭零输入信号。用来熄灭不需要显示的0，对其他数字不起熄灭作用。高电平有效。 RBI  ：将RBO和RBI配合使用很容易实现多位数码显示的灭零控制。当本位的RBI=0输入数字为

45、零时，则RBO输出为零。将此信号送下一位的RBI端，使下一位的RBI=0,如下一位也为0则在RBO控制下，下一位也灭零。但如果上一位不为0其RBO不为0，则本位即使输入位0，也不会消除，而任显示0.即本位的灭零是以前位灭零的先决条件。第四章 直流电压表的系统设计4.1数字电压表系统设计框图直流数字电压表的电路组成图：图4-1 直流电压表设计框图数字电压表主要由模/数转换电路、单片机控制电路、显示电路等三部分组成。其中ADC0804等器件组成的转换电路，将输入的模拟量信号进行取样、转换、然后将转换的数字信号送进单片机。单片机控制电路主要实现对数据进行程序处理；显示电路主要用于将单片机的信号数据转

46、换后显示测量结果。9模拟信号产生模块：输入电源电路（变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路组成）和分压电路（9万欧姆和1万欧姆的电阻分压）。模数转换模块组成部分：ADC0804芯片程序处理的单片机控制模块：AT89C51芯片电压结果显示部分：74LS47译码驱动芯片，七段LED显示管4.2设计目标和功能实现情况基于51的数字直流电压表的设计总体目标：将电源电路提供给的连续的模拟直流电压通过数模转化模块转换成间断不连续的数字量，便于单片机对此电压输出的显示控制（单片机对于模拟输入的电压不能发挥控制作用）：最终能够在LED显示管中显示测量的电压（如：008.8V）功能的实现情况：系统功能：1）从将测

47、试端输入的051V电压，经电阻R1、R2分压（设计中R1和R2的电阻设计分别是9万欧姆和1万欧姆，使得输入的模拟电压处于实际电压的十分之一），所以ADC0804输入电压Uin大约只有测试端输入电压（051V）的十分之一（原则上满足ADC0804数模转换芯片的工作电压），经过AT89C51程序处理，最后将测量结果显示在数码管D4、D3、D2、D1上。 2）本电路中ADC0804的输入电压Uin是可变电阻器的模拟待测电压，电压最高赋值没有超出ADC0804的工作极限电压。3）若ADC0804芯片输出最大转换值为0FFH（255），即最大显示电压为51V。4）若测试端输入电压为8V，由于R1和R2的

48、分压作用，实际输入数模转换模块的电压为实际输入电压的十分之一，则ADC0804的实际采样输入电压只有0.8V。 1.输入的模拟电压值经A/D转换后为28H。 2.14H经十进制调整为0040，则令寄存器（R4）=00，（R5）=40。 3.再将此0040×2=0080，再使（R4）=00；（R5）=80。 4.经译码器译码后在数码管上显示0 0 8 0。5)数点设在D2上，并将其分别显示为：0 0 8. 0D4 D3 D2 D14.3系统硬件电路设计4.3.1电源电路10由于电路中涉及到的集成电路有74LS47、ADC0804、AT89C51，根据它们的技术参数要求，正常工作时均为5

49、V供电(R1和R2分压电路将ADC转换模块的输入模拟电压控制在5V以内)，且电路工作静态电流较小，因此对电源的要求并不高。本电路采用LM7805集成稳压电路，它的输出电压为5V，输出电流可达1.5A。电路由变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路组成。4.3.2模/数转换电路数字电压表电路首先要对待测电压信号进行采样，而采样的电压信号是模拟信号，而单片机的控制只能是数字信号，因此要将采样的模拟电压信号转换成数字信号，本电路选用了模/数转换集成电路，而众多的模/数转换集成电路中ADC0804的性能要求最符合本设计中的要求，所以设计模/数转换电路选用了ADC0804作为转换芯片，其引脚图如图3所示。A

50、DC0804是用CMOS集成工艺制成的逐次比较型摸数转换芯片。分辨率8位，转换时间100s，输入电压范围为05V，增加某些外部电路后，输入模拟电压可为 5V。该芯片内有输出数据锁存器，当与计算机连接时，转换电路的输出可以直接连接在CPU数据总线。该芯片为单一+5V供电，时钟脉冲CLK由CPU提供或自身产生。利用CPU时钟脉冲时，将CPU的CLK分频接至ADC0804芯片的CLKIN端（管脚4）。模/数转换电路如图所示：图4-2 模数转换电路图电路对待测模拟电压信号进行采样，输入电压Uin(+)（051V）经过电阻R1、R2分压，由ADC0804（6脚）输入，作为ADC0804的输入转换电压，电

51、阻R1、R2的作用是使ADC0804输入电压在其允许工作电压范围内；ADC0804的时钟控制CLKIN、CLKR与电阻R3、电容器C1相连，构成时钟振荡电路，其振荡频率为1/（1.1RC）；Vin(-)、AGND接地,作为ADC0804模/数转换时的参考点；电阻R4、R5和稳压二极管D1组成分压电路，连接至ADC0804的VREF端，作为其辅助参考电压；CS 为ADC0804芯片片选信号，低电平有效，此电路中只使用一片ADC0804，ADC0804始终处于工作状态，所以片选端应接地。AD转换模块将连续不间断的模拟量通过取样，量化转为单片机易于控制的数字信号；也可成为数字电压表电路系统的数据采集

52、模块。4.3.3单片机控制电路单片机控制系统具有控制能力强、体积小、速度快、成本低的特点，随着单片机应用技术的发展，目前企业较多的采用了微机控制技术。由单片机实现仪表的测量，不仅控制简单、精度高，还便于实现数据交换和智能化控制。由于数字电压表的程序较简单，数据存储量小，对单片机控制系统的要求并不是很高，本文采用了AT89C51作为控制芯片。9 利用AT89C51单片机的P0口与ADC0804的8位数据（DB0-DB7）直接相接，因为P0口通常作为数据总线使用，所以用P0口作为ADC0804的数据输入接口。在访问外部存储器时，P2口作为8位地址总线，将P2.0与ADC0804芯片INTR控制端5

53、脚相连用来控制模/数转换是否结束，再通过单片机软件程序对数字信号程序进行数据处理。单片机AT89C51的P1口是准双向I/O口，带负载能力强可以驱动4个LSTTL门，将P1口输出的地址码作为四位数码管的显示地址控制线进行分时选通，作用是将采样转换电路输入的电压通过程序调整，输出显示代码传送给译码电路，再由译码显示电路直接驱动数码管显示测量结果。10单片机控制电路如图所示： 图4-3 单片机控制电路图单片机的控制电路是整个直流数字电压表的控制核心，通过对AT89C51芯片用汇编语言予以控制，通过模数转化后的模拟电压值会被转化成一系列的数字进制的代码，单片机通过程序控制来对整个系统予以控制。4.3

54、.4显示电路根据技术要求须将测量结果显示出来，考虑到显示电路如不用译码电路则电路会较复杂，为简化电路便于安装、调试，可采用译码驱动显示电路。本电路选用74LS47作为译码驱动芯片，74LS47是将锁存、译码、驱动三种功能集于一身的“三合一”器件。AT89C51的P1口低4位直接与译码电路的BCD码输入端连接，输出的BCD码信号，通过译码器译码输出七段显示码，直接与数码管的ag笔端相连。AT89C51的P1口高4位输出的地址码经三极管接数码管的公共端，作为四位数码管显示的地址控制线进行分时选通，采用的动态扫描显示方式。数码显示电路的作用是显示测量输入电压。 使用普通LED数码管时，工作电流一般选

55、择在10mA/段左右，这样既保证亮度适中，又不会损坏器件，故使用时必须在数码管的每段中串接一适当阻值的限流电阻。图4-4 显示电路图由译码驱动芯片和七段LED显示管组成的显示电路完成了数字电压表整个系统设计的结果显示部分功能，其中在两芯片之间加入一定值的电阻，为防止经过的电路电流过大，对显示结果的LED显示管带来损害。在74LS47和显示管中还可以加入4个三极管阵列，确保显示的地址正确。4.3.5系统硬件电路 结合以上各部分单元电路的功能分析，对照系统技术要求进行全面分析 ，得出系统硬件电路图。 待测电压输入信号Uin经电阻（R1、R2）分压，使其输入的电压在ADC0804芯片承受的最大工作电

56、压（5.1V）范围内，经过模/数转换电路实现A/D转换，通过单片机控制电路进行程序数据处理，然后通过七段译码/驱动显示电路实现数码管动态扫描显示输入电压。整个电路系统的硬件设计电路如图所示：图4-5 数字电压表的硬件设计总图整个数字电压表的硬件电路系统主要是由上述的图3，图4，图5所显示的数据采集模块（DA转换模块），单片机控制模块，显示模块组成的；从而完成了模拟电压的数字显示。4.4 系统软件设计4.4.1系统程序设计流程图根据设计要求结合硬件电路，在输入模拟信号时采用电阻分压，最终的采样输入电压只有实际输入电压的十分之一，所以在编写程序中要编写一段数据调整程序，其中还应注意硬件显示电路采用了动态扫描显示，在动态扫描显示方式中，动态扫描的频率有一定的要求，频率太低，数码管LED将会出现闪烁现象，通常在数码管点亮时间间隔一般均取5ms左右为宜，这就要求在编写程序时，使其点亮并保持一定的时间，所以在程序编写时还要考虑到显示子程序。 总结以上所分析，程序流程图如图所示：图4-6 系统软件设计流程图图