直流数字电压表的设计与实现

1、 . . . 毕业设计（论文）题 目 直流数字电压表的设计与实现 专 业 电子信息工程 班 级 电信0901 学 生 琳慧（20904102） 指导教师 汤晓方 高科学院 2013 年37 / 48摘 要在日常维修、教学和科研中，电压表是不可缺少的。本课题目的就是以单片机为基础设计出一种结构简单、工作可靠、灵活性好的数字电压表。本文首先介绍了数字电压表的发展现状与课题的目的和意义。然后，对基于单片机的数字电压表的硬件系统、软件系统的设计原理与具体实现方案作以详细介绍，其中，在硬件部分，较为详细的讨论了硬件的选择、设计原理、使用方法和功能，同时，对各部分接口电路作以介绍；在软件部分，介绍了软件所

2、使用的编程语言和编程思路。本文设计的数字电压表，其硬件电路所用组件较少、成本低、调节简单；软件采用C语言编程，其灵活性高，可读性强。该设计主要由三个模块组成：A/D转换模块，数据处理模块与显示模块。A/D转换主要由芯片ADC0809来完成，它负责把采集到的模拟量转换为相应的数字量在传送到数据处理模块。数据处理则由芯片AT89C51来完成，其负责把ADC0809传送来的数字经过一定的数据处理，产生相应的显示码送到显示模块进行显示；此外,它还控制着ADC0809芯片工作。经过理论研究、原理设计和整机调试，实验结果表明，该方案可行。本次设计的电压表所测量的直流电压围为04v，要求测量电压的误差不超过

3、0.1v。它以单片机AT89C51为核心，主要由转换电路将输入的模拟量转换为数字量的A/D转换器ADC0809，1602液晶显示器构成。关键词:单片机；电压表；A/D转换器；1602液晶显示器ABSTRACTIn routine maintenance, teaching and research, voltage meter is indispensable. A direct current digital voltage meter has been designed, which is based on MCU, and has a simple structure, reliable

4、, flexible.Firstly，this paper introduced the development of the base on MCU digital voltage meter and the purpose and significance of topic. Then in details this paper described the design principle of hardware and software systems. And in details the hardware part present a discussion in hardware s

5、election, design principles, instructions and the function, further more, some of the interface circuit have been introduced. The software part introduced the programming language and programming ideas used in codes.The digital voltage meter designed here, have less components in the hardware part,

6、lower cost and easier testing; software used C programming language whichis high flexibility and strong readability. The circuit of the voltage meter is mainly consisted of three mould pieces: A/D converting mould piece, A/D converting is mainly completed by the ADC0809, it converts the collected an

7、alog data into the digital data and transmits the outcome to the manifestation controlling mould piece. Data processing is mainly completed by the AT89C51 chip, it processes the data produced by the ADC0809 chip and generates the right manifestation codes, also transmits the codes to the manifestati

8、on controlling mould piece. Also, the AT89C51 chip controls the ADC0809 chip to work. After theoretical research, principle design and debugging, theexperimentalresults suppose it is feasible of choosing this program.Thisdesign and manufacture of digital voltmeter,the measuring range DC voltage 0 4v

9、, measurement precision is 0.08v. It is based on 8951 MCU core, mainly by the conversion circuit to convert an alog input to digital volumeA / D converterADC0809,the 1602 liquid crystal display from.KEY WORDS: SCM; digital voltmeter;A/D converter; 1602 liquid crystal display目 录摘要IABSTRACTII引言V第1章系统设

10、计方案的选择111设计方案的选择11.1.2基于分立组件的电压表11.1.3基于单片机系统与A/D转换芯片的电压表11.1.4 方案的选择2第2章总体设计22.1 硬件电路的设计22.1.1单片机简介与本设计单片机的选择22.1.1.1常用单片机的特点比较与本设计单片机的选择32.1.1.2本设计使用的单片机的简介32.2显示器件的介绍和选择62.2.1常用显示器件简介62.2.2 1602液晶的参数资料72.3模数（A/D）转换芯片的选择92.3.1 常用的A/D芯片简介92.3.2模数（A/D）芯片ADC0809的资料102.3.3 ADC0809工作过程132.3.4 ADC0809与单

11、片机的接口142.3.5主要元器件介绍17第3章电路设计203.1 技术要求203.2 设计方案203.3 硬件电路系统模块的设计203.3.1单片机系统213.3.2 A/D转换芯片与单片机的连接213.3.3 1602液晶与单片机连接213.4 按键控制电路的设计213.5系统电路的设计233.6 系统软件的设计243.6.1主程序的设计253.6.2 初始化程序253.6.3 A/D转换子程序253.6.4 显示子程序26第4章系统的调试274.1 软件调试274.1.1 加入仿真辅助信号274.1.2 加载程序284.2 显示结果与误差分析284.2.1 显示结果284.2.2 误差分

12、析294.3 系统调试中遇到的问题与解决的方法30第5章结论31致32附件一：参考文献：33附件二：电路总图：34附件三：源程序：35引 言数字电压表出现在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，即为了实时控制与数据处理的需要；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

13、。所以，数字化测量仪表的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旧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，读数的时候也非常不方便，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，读数时也非常的方便，抗干扰能力强，可扩展性强等优点已被广泛的应用于电子与电工的测量，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

14、。继之出现了谐波式电压表，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，在谐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，速以与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，则从测量一参数发展到能测多种参数；从制作组件来看，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，它的价格也有了降低了很多

15、。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。转换的精度很大程度上影响着数字电压表的准确度，因而，以后数字电压表的发展就着眼在高精度和低成本这两个方面。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：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。按显示位数来分：有4位，5位，6位，7位，8位等。按测量速度来分：有低准确度，中准确度，高准确度等。按测量速度来分：有低速，中速，高速，超高速等。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，电压时间变换式，积分式等。在电量的测量中，电

16、压、电流和频率是最基本的三个被测量。其中，电压量的测量最为经常。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，是一种必不可少的电子测量仪表。本文是以简易数字直流电压表的设计为研究容，本系统主要包括三大模块：转换模块、数据处理模块与显示模块。其中，A/D转换采用ADC0809对输入的模拟信号进行转换，控制核心AT89C51再对转换的结果进行运算处理，最后驱动输出装置LED显示数字电压信号。第1章 系

17、统设计方案的选择11设计方案的选择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与显示的方式的多样性。又由于在现实的工作生活中，电压表的测量测程围是比较大的，所以必须要对输入电压作分压处理，而各个数据处理芯片的处理电压围不同，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。1.1.2基于分立组件的电压表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

18、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转换器中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。1.1.3基于单片机系统与A/D转换芯片的电压表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。由于单片机的发展已经成熟，利用单片机系统的软硬件结合，可以组装出许多的应用电路来。此方案的原理是

19、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电压值按一定的时序送入显示电路模块加以显示。1.1.4 方案的选择综上所述，根据以上两种设计方案各方面优点与其在所设计电压表中的实用性，我们选择第二种电压表设计方案，即由单片机系统与数字芯片构建的方法来我们本次设计。第二种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的不

20、灵活和难于在原基础上进行功能扩展等不足。第2章 总体设计2.1 硬件电路的设计设计思路：（1）根据设计要求，选择AT89C51单片机为核心控制器件。（2）A/D转换采用ADC0809实现。（3）电压显示采用1602液晶显示器。2.1.1单片机简介与本设计单片机的选择目前，单片机的种类很繁多，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，对于本设计8位单片机已经是绰绰有余了，但用哪一种类8的单片机呢？在这里，先简单的介绍一下几种常用的8位单片机。2.1.1.1常用单片机的特点比较与本设计单片机的选择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

21、部分部件：CPU，存，总线系统等。而目前常用的单片机的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，加之生产历史悠久，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atmel公司推出较新的单片机，它的显着特点是：高性能，低功能，高速度，指令单周期为主，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口使用没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

22、快的单片机之一，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，I/O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与本设计的满足需要，我们将选择51系列单片机。2.1.1.2本设计使用的单片机的简介本设计中选用是51系列的AT89C51，它是低电压、低功耗、高性能的CMOS8位单片机，片含4KB的可反复擦写的只读程序存储器和128B的随机存取数据存储器，32个I/O口线，片振荡器与时钟电路，并与MCS-51系列单片机兼容。在设计中，单片机起着连接硬件电路与程序运行与存储数据的任务，一方面，它将A/D转换器、显示器等通过I/O口地

23、址线和数据线连接起来；另一方面，它将用户下载的程序通过控制总线控制数据的输入输出，从而实现册电压的功能。下图2.1为AT89C51 单片机部结构框图：图2.1 AT89C51单片机部结构框图从部结构图框图上可以看出AT89C51单片机包括一下资源：（1） 一个8位的CPU；（2） 一个片振荡器与时钟电路；（3） 4KB的FlashROM；（4） 128的部RAM；（5） 可扩展64KB外部ROM和外部RAM的控制电路；（6） 2个16位的定时/计数器；（7） 26个特殊功能寄存器；（8） 4个8位的并行口；（9） 一个全双工的串行口；（10） 5个中断源，2个外部中断，3部中断；（11） 部硬

24、件看门狗电路；（12） 一个SPI串行接口，用于芯片的在系统编程。AT89C51单片机有四十个引脚，引脚可分为四类：电源，地，时钟，控制和I/O口。管脚说明：  Vcc:供电电压。GND：接地。     P0口：P0口为一个8位双向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口是一个部提供上拉电阻

25、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，被部上拉为高电平，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，它利用部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器

26、进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的容。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”后，它们被部上拉为高电平，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。    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

27、。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址期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。   

28、0;/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间部程序存储器。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与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振荡器。石晶振荡和瓷振荡均可采用。如

29、采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至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。2.2显示器件的介绍和选择本次设计中有显示模块，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。2.2.1常用显示器件简介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，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之处。LED点

30、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，中文字符等。但用LED点阵显示的软件程序设计比较麻烦。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液晶模块部的字符发生存储器已经存储了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、和日文假名等，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

31、信息，而且还可以显示8*4个中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。在本设计中，我们只需要显示最后电压的数字值和电压的单位，综合上面各种显示器件的特点：数码管只能显示数字，不能显示单位字符，不符合本设计的要求。而点阵显示器件驱动显示软件程序编写麻烦，占用的引脚相对也较多。也不是理解的显示器件。所以在本设计中，我们考虑用液晶显示器件，虽然12864液晶比1602液晶的功能强，不过在价格方面却贵了好多。而1602液晶也足够满足本设计的需要。因此，在本设计实验我们选择1602液晶显示器件。2.2.2 1602液

32、晶的参数资料我们选择了1602液晶做为本设计的显示模块的显示器件。以下是1602液晶的各方面参数：编号符号引脚说明1VSS电源地2VDD电源正极3VL液晶显示偏压信号4RS数据/命令选择端5R/W读/写选择端6E使能信号8-14D0-D7Data I/O15BLA背光源正极16BLK背光源负极表2. 1 接口信号说明（1）基本操作时序：读状态：输入：RS=0，RW=1，E=1。输出：D0-D7为状态字写状态：输入：RS=0，RW=0，D0-D7为指令码，E为高脉冲。输出：无读数据：输入：RS=1，RW=1，E=1。输出：D0-D7为数据。写数据：输入：RS=1，RW=0，D0-D7为数据，E为

33、高脉冲。输出：无STA7STA6STA5STA4STA3STA2STA1STA0STA0-6当前数据地址指针的数值STA7读写操作使能1：禁止 0：允许表2. 2 状态字说明指令码功能00111000设置16*2显示，5*7点阵，8位数据口表2.3 显示开/关与光标设置指令码功能00001DCBD=1开显示；D=0关显示C=1显示光标；C=0不显示关标B=1光标闪烁；B=0光标不显闪烁000001NSN=1当读写一个字条款后地址指针加一，且光标加一。N=0当读或写一个字符后地址指针减一，且光标减一。S=1当写一个安条款，整屏显示左移（N=1）或右移（N=0），以得到光标不移动而屏幕移动的效果。

34、S=0当写一个字符，整屏显示不移动。表2.4 指令的说明 指令码功能00111000设置16*2显示，5*7点阵，8位数据口表2.5 显示开/关与光标设置指令码功能00001DCBD=1开显示；D=0关显示C=1显示光标；C=0不显示关标B=1光标闪烁；B=0光标不显闪烁000001NSN=1当读写一个字条款后地址指针加一，且光标加一。N=0当读或写一个字符后地址指针减一，且光标减一。S=1当写一个安条款，整屏显示左移（N=1）或右移（N=0），以得到光标不移动而屏幕移动的效果。S=0当写一个字符，整屏显示不移动。表2.6显示模式设置指令码功能80H+地址码（0-27H，40H-67H）设置数

35、据地址指针01H显示清屏：1，数据指针清0 2，所有显示清002H显示回车：数据指针清0表2.7 数据控制2.3模数（A/D）转换芯片的选择在本设计中，模数（A/D）转换模块是一个重要的模块，它关系到最后数电压表电压值的精确度。所以，A/D芯片的选择是设计过程中一个很重要的环节。2.3.1 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，共享

36、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，必须在输入之前增加采样电路。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/输出时钟以与地址输入端。它可以从主机高速传输转换数据。它有高速的转换，通用的控制能力，具有简化比率转换，刻度以与模拟电路与逻辑电路和电源噪声隔离，耐高温等特点。综合上述几种A/D转换芯片的特点，在本设计中，我们设计的

37、是简易数字电压表，因此在此，我们选择精度为8位的ADC0809芯片。2.3.2模数（A/D）芯片ADC0809的资料综合本设计的各方面考虑，我们选了ADC0809模数转换芯片。下面就介绍此芯片的各方面资料。（1）结构和转换原理如图(1.2)所示为ADC0809的部结构框图。ADC0809由3部分组成：8路模拟量选通开关、8位A/D转换器和三态输出数据锁存器。 ADC0809允许8路模拟信号输入，由8路模拟开关选通其中一路信号，模拟开关受信道地址锁存和译码电路的控制。当地址锁存信号ALE有效时，3位地址C、B、A进入地址锁存器，经译码后使8路模拟开关选通某一路信号。 8位A/D转换器为逐次逼近式

38、，由256R电阻分压器、树状模拟开关（这两部分组成一个D/A变换器）、电压比较器、逐次逼近寄存器、逻辑控制和定时电路组成。三态门输出锁存器用来保存A/D转换结果，当输出允许信号OE有效时，打开三态门，输出A/D转换结果。因输出有三态门，便于与单片机总线连接。表2.8 ADC0809信道地址选择表图2.2 ADC0809的部结构图2.3ADC0809的引脚（2）引脚功能由引脚图(2.3) 所示，ADC0809共有28个引脚，采用双列直插式封装。ADC0809 虽然有8路模拟通道可以同时输入8路模拟信号，但每个瞬间只能转换一路，各路之间的切换由软件变换信道地址来实现。其主要引脚功能如下所示。IN0

39、IN7：8路模拟量输入端。D7D0：8位数字量输出端。A、B、C：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路。ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。START： A/D转换启动信号，输入，高电平有效。EOC： A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。REF（+）、REF（-）：基准电压。Vcc：电源，单一5V。GND：地。2.3.3 ADC0809工作过程图2.4 AD

40、C0809的时序图ADC0809的工作过程分为如下几步：第一步：首先确定A、B、C三位地址，决定选择哪一路模拟信号。第二步：使ALE端接收一正脉冲信号，使该路模拟信号经选择开关达到比较器的输入端。第三步：使START端接收一正脉冲信号，START的上升沿将逐次逼近寄存器复位，下降沿启动A/D转换。第四步：EOC输出信号变低，指示转换正在进行。第五步：A/D转换结束，EOC变为高电平，指示AD转换结束。此时，数据已保存到8位锁存器中。第六步：OE信号变为高电平，则8位三态锁存缓冲器的三态门被打开，转换好的8位数字量数据被输出到数据线上。如上所述，EOC信号变为高电平表示A/D转换完成，EOC可作

41、为中断申请信号，通知89C51取走数据。在查询传送方式中，EOC可以作为89C51查询外设（ADC）的状态信号。2.3.4 ADC0809与单片机的接口ADC0809与单片机的连接主要考虑三方面：与单片机的数据总线、地址总线和控制总线的连接。a数据总线。由于ADC0809的输出D7D0具有三态输出锁存缓冲器，ADC0809可以直接和单片机的数据总线P0.0P0.7相连。b地址总线。地址总线的P0.0、P0.1和P0.2可以对应连接ADC0809的A、 B、C三位地址信号输入线，用以控制8路模拟输入中哪一路被选中输入。c控制总线。有启动转换信号START、输出允许信号OE、转换结束信号EOC以与

42、ALE等信号线的连接。START要一个正脉冲信号，由单片机控制发出，输出允许信号OE也需要单片机提供一个正脉冲信号。在A/D转换结束时，ADC0809会发出转换结束信号EOC，通知89C51可以读取转换数据。A/D转换后得到的是数据，这些数据应传送给89C51单片机进行处理。数据传送的关键问题是如何确认A/D转换完成，因为只有确认数据转换完成后，才能进行传送。为此可采用下述两种方式:对于一种A/D转换器来说，转换时间作为一个主要技术指标是已知的和固定的。例如，若ADC0809转换时间为128s，相当于6MHz的89C51单片机的64个机器周期。可据此设计一个延时子程序，A/D转换启动后即调用这

43、个延时子程序，延迟时间一到，转换肯定完成了，接着就可以进行数据传送。a.查询传送方式由于ADC0809片无时钟，利用AT89C51提供的地址锁存信号ALE经过分频后可保证ADC0809可靠的工作。由于ADC0809的输出D7D0具有三态输出锁存缓冲器，因此ADC0809可以直接和单片机的数据总线相连。由于此种方式下ALE和START连接在一起，因此0809在锁存信道地址的同时也启动转换。在读取转换结果时，用单片机的读信号和片选信号引脚经或非门后产生的正脉冲信号作为OE信号，用以打开三态输出锁存器。b.中断传送方式采用中断方式可大大节省单片机的时间。当转换结束时，EOC向单片机发出中断请求信号，

44、由中断服务子程序读取A/D转换结果并存储到RAM中，然后启动ADC0809的下一次转换。三种典型连接电路大体上说，ADC0809在整个51单片机系统中是作为外部RAM的一个单元定位的。但具体到某一个连接方式，ADC0809在整个51单片机系统中的定位又有一些差别。a.第一种典型连接这是一种数据线对数据线、地址线对地址线的标准连接方式，但是由于51单片机没有现成的低8位地址总线，所以采用这种标准连接方式需要用74LS373或类似芯片产生低8位地址总线。早期的51系列单片机的应用品种很多是没有置程序存储器的8031芯片，本身就需要外挂74LS373等芯片产生低8位地址总线来外接EPROM等程序存储

45、器,连接ADC0809时不需要专门外挂74LS373。因此早期的51系列单片机,如8031,采用这种连接ADC0809还是比较可行的。编程概要： MOV DPTR，#7FF8H；DPTR指向0809通道0 MOVX DPTR，A;锁定通道0并启动转换MOVX A,DPTR;读取转换结果b.第二种典型连接通常芯片的地址线只能进不能出自不必说，ADC0809的数据线有一特点：只能出不能进。就是说，就像往SBUF写入时写到发送缓冲寄存器，从SBUF读出时实际是读取接收缓冲寄存器的数据一样，往ADC0809写入时，把数据总线上的数据写到地址寄存器，从ADC0809读出时实际是读取转换结果数据。因此可以

46、在把51单片机的8位数据线接到ADC0809的8位数据线的同时，又把其中的3位直接接到ADC0809的3根地址线以确定信道号。通常把51单片机的8位数据线中的低3位D2,D1,D0直接接到ADC0809的3根地址线A2,A1,A0以确定通道号。在这种连接方式中，ADC0809的转换结果寄存器在概念上定位为单片机外部RAM单元的只读寄存器，而通道号寄存器在概念上定位为单片机同一个外部RAM单元的只写寄存器。同一个外部RAM单元的只读寄存器与只写寄存器使用同一个地址，就像51系列单片机的串行发送缓冲器与串行接受缓冲器使用同一个地址99H一样，不会发生混乱。 这种连接方式有一个特点，那就是单片机要把

47、最低3位二进制数据通过数据总线写入ADC0809的地址锁存器，然后作为信道地址使用。编程概要：MOV A,#0F8H；ADC0809信道0地址送到AMOV DPTR,#7FFFH；DPTR指向ADC0809MOVX DPTR,A；锁定通道0并启动转换MOVX A,DPTR； 要求在程序第一条指令中把决定是否能选中整个ADC0809芯片的数据传送到数据指针。在本电路中，只要送到DPTR的最高位数据为0，就能选中ADC0809，而信道地址由累加器A的最低3位数字决定。除了最高位以外，DPTR的其余15位数据对于ADC没有任何意义。除了较低3位以外，累加器A的其余5位数据对于ADC也没有任何意义。这

48、是本程序的一大特点。c.第三种典型连接在很多应用场合，AT89C51部的硬件资源，例如4KB闪存，128B部RAM，一个串行口和4个8位并行口等，已经够用。就是说，在很多应用场合，不需要外扩RAM或I/O口。当51单片机没有外扩RAM和I/O口时，ADC0809就可以在概念上作为一个特殊的唯一的外扩RAM单元。因为它是唯一的，就没有地址编号，也就不需要任何地址线或者地址译码线。只要单片机往外部RAM写入，就是写到ADC0809的地址寄存器中。只要单片机从外部RAN读取数据，就是读取ADC0809的转换结果。编程概要：MOV A，#0F8H；ADC0809信道0地址送到AMOVX R0，A；锁定

49、通道0并启动转换 MOVX A，R0 ；读取转换结果其中间寄存器R0中的数据无论在启动ADC0809还是在读取转换结果时都没有任何意义，因此事先不必考虑往R0中送入什么数据。这是本程序的一大特点。三种连接方式的综合比较：第一种和第二种连接方式允许多片ADC0809与单片机连接，第三种连接方式只能连接一片。通常1片8通道ADC0809就能满足控制工程需要。因此在单片机没有外扩RAM和I/O接口时，第三种连接方式时一种优选方案。需要2片或更多ADC0809时，第二种连接方式时一种优选方案。第一种连接方式需要一片74LS373做地址锁存器。如果单片机系统已经有一片73LS373地址锁存器，那么第一种

50、连接方式也不失为一种可以考虑的连接方式。2.3.5主要元器件介绍模数转换芯片ADC0809：ADC0809是典型的8位8通道逐次逼近式A/D转换器，其实物如图2.5所示。它可以和微型计算机直接接口。图2.5ADC0809实物图a. ADC0809部逻辑结构：图2.6 ADC0809的部逻辑结构与引脚图  ADC0809的部逻辑结构如图2.6示。图中多路模拟开关可选通8路模拟通道，允许8路模拟量分时输入，并共享一个A/D转换器进行转换。地址锁存与译码电路完成对A、B、C三个地址位进行锁存与译码，如表2.9所示。表2.9 ADC0809通道选择表C(ADDC)B(ADDB)A(

51、ADDA)选择的通道000IN0001IN10100IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7b. ADC0809的引脚ADC0809芯片为28引脚双列直插式封装，其引脚排列如图2.9所示。(1)IN0IN7：8路模拟量输入通道。(2)A、B、C：模拟信道地址线。这3根地址线用于对8路模拟通道的选择，其译码关系如表1-1所示。其中，A为低地址，C为高地址，引脚图中为ADDA，ADDB和ADDC。(3)ALE：地址锁存允许信号。对应ALE上跳沿，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。(4)START：转换启动信号。START上升沿时，复位ADC0809；START下降沿时启

52、动芯片，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持低电平。本信号有时简写为ST。(5)D7D0：数据输出线。为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。D0为最低位，D7为最高。(6)OE：输出允许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0，输出数据线呈高阻；OE=1，输出转换得到的数据。(7)CLK：时钟信号。ADC0809的部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信号引脚。通常使用频率为500KHz的时钟信号。(8)EOC：转换结束信号。EOC=0,正在进行转换；EOC=1,转换结束。使用中该状态信号即可作为查询的状态标志，又可作为中断请求

53、信号使用。(9)Vcc： +5V电源，GND：地。(10)Vref：参考电压。参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。其典型值为+5V(Vref(+)=+5V, Vref(-)=0V)。c. ADC0809的工作原理：首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出

54、到数据总线上。（注意：ALE信号常与START信号连在一起，这样连接可以在信号的前沿写入地址信号，在其后沿启动A/D转换，图2.7为ADC0809信号的时序配合图）。图2.7 ADC0809信号的时序配合第3章 电路设计3.1 技术要求（1）以51系列单片机为核心器件，组成一个简单的直流数字电压表。（2）最高量程为：4v。（3）电压显示用1602液晶显示器显示，至少能够显示两位小数。（4）尽量使用较少的元器件。3.2 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：AT89C51单片机，ADC0809模数转换芯片，1602液晶显示器，开关，按键，电容，

55、电阻，晶振，标准电源等等。设计的基本框图如下：单片机系统模块1602液晶显示模块A/D转换模块输入电路模块按键模块图3.1 设计的基本框图3.3 硬件电路系统模块的设计系统电路图的绘制和仿真我用的是Proteus软件。3.3.1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：图3.2复位电路此模块中，单片机的晶振是12MHZ，C1和C2的电容是22pf，C3可选10UF。R1电阻为1K。3.3.2 A/D转换芯片与单片机的连接此设计中选择的是A/D转换芯片的信道1、信道2、信道3，数据输出口连接单片机的P0口，脉冲端连接单片机的ale口。模块连接如下图3.3所示。3.3.3 1602液晶与单片机连接此模块液晶的RS和E端分别连接单片机的P3.0和P3.1口；液晶的数据各端口连接单片机的P1口。具体如下图3.4所示。3.4 按键控制电路的设计三个通道键盘的三端分别与单片机的P3.4、P3.5、P3.6口连接，另一端接地。原理图如图3.5所示。键盘的功能：可根据所测的电压围，通过按键来切换通道。图3.3 A/D转换芯片