数字电压表毕业设计

摘要本文介绍的是数字电压表的发展背景和利用单片机，本课程设计是利用单片机设计一个数字电压表，能够测量0－5V之间的直流电压值，两位数码显示，使用的元器件数目较少。外界电压模拟量输入到A/D转换部分的输入端，通过A/D转换变为数字信号，输送给单片机。然后由单片机给数码管数字信号，控制其发光，从而显示数字电压值。关键词:数字电压表;单片机;A/D转换;ADC0809；目录绪论 1一．数字电压设计两种方案简介： 3（一）由数字电路及芯片构建 3（二）由单片机系统及A/D转换芯片构建 3二．设计题目 5（一）设计内容与要求 5（二）设计目的 5三、系统硬件电路图 6.（一）常用单片机的特点比较及本设计单片机的选择 6（二）本设计使用的单片机的简介 71AT89S52内部结构概述 92CPU结构 103存储器和特殊功能寄 104P0-P3口结构 115时钟电路和复位电路 11（四）器件的比较与选择 161显示器 162模数（A/D）芯片 17（五）系统硬件及仿真图 221系统仿真图 222系统原理图 243系统PCB图 25（六）相关软件简介 251ProtelDXP 25四、程序流程图与源程序 27(一)程序流程图 27（二）程序编写 271汇编语言编程 27存储空间定义安排 27（1）70H用于存放A/D转换结果，71H、72H分别存储显示用的两位数据如表所示。 28五、系统功能分析与说明 29（一）数字电压表的概述 29（二）数字电压表的介绍 29（三）数字电压表工作原理 30（四）软硬件调试 31结论 33附录1：汇编语言源程序 34参考文献 37[4]徐爱钧.《智能化测量控制仪表原理与设计》（第二版）[M].北京：北京航空航天大 37致谢 38绪论数字电压表出现在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：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。

一．数字电压设计两种方案简介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生活中，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。（一）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。（二）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。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。

二．设计题目基于ADC0809、AT89S52单片机数字电压表的设计（一）设计内容与要求1、用ADC0809设计一个数字电压表，能测量0－5V间的直流电压。2、在2位数码管上显示0.0—5.0V。（二）设计目的1.通过亲身的设计应用电路，将所用的理论知识应用到实践中，增强实践动手能力，进而促进理论知识的强化。2.通过数字电压表的设计系统掌握51单片机的应用。掌握A/D转换的原理及软件编程及硬件设计的方法，掌握根据课题的要求，提出选择设计方案，查找所需元器，设计并搭建硬件电路，编程写入EPROM并进行调试等。

三、系统硬件电路图.（一）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——单片机系统模块，而目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，指令系统规范，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，它的显著特点是：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及本设计的满足需要，我们将选择51系列单片机。（二）本设计使用的单片机的简介选择AT89S52作为单片机芯片，选用两位8段共阳极LED数码管实现电压显示，利用ADC0809作为数模转换芯片。将数据采集接口电路输入电压传入ADC0809数模转换元件，经转换后通过D0至D7与单片机P1口连接，把转换完的模拟信号以数字信号的信号的形式传给单片机，信号经过单片机处理从LED数码显示管显示。P2口接数码管位选，P0接数码管段选，实现数据的动态显示，如图3.1所示。AT89S52P1P0P3AT89S52P1P0P3P2AD0809D0~D7IN0~IN7VREF+VREF-CLKOEST、ALE两位数码管位选段选控制线数据待测电压图3.1系统原理框图在本次课题设计中我们选择了AT89S52芯片。AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。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。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。1AT89S52内部结构概述 •三级程序存储器保密锁定•256*8位内部RAM•32条可编程I/O线•三个16位定时器/计数器•八个中断源•低功耗的闲置和掉电模式•可编程串行通道•片内振荡器和时钟电路2CPU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。(2).程序计数器PCPC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存储器和特殊功能寄 （1）存储器是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。它根据控制器指存器定的位置存入和取出信息。（2）.特殊功能寄存器特殊功能寄存器（SFR）的地址范围为80H～FFH。在MCS－51中，除程序计数器PC和四个工作寄存器区外，其余21个特殊功能寄存器都在这SFR块中。4P0-P3口结构 P0口功能：P0口具有两种功能：第一，P0口可以作为通用I/O接口使用，用于传送CPU的输入/输出数据。输出数据时可以得到锁存，不需外接专用锁存器，输入数据可以得到缓冲。第二，在CPU访问片外存储器时用于传送片外存储器de低8位地址，然后传送CPU对片外存储器的读写。P1口功能

：P1口的功能和P0口de第一功能相同，仅用于传递I/O输入/输出数据。P2口的功能：P2口的第一功能和上述两组引脚的第一功能相同，即它可以作为通用I/O使用。它的第二功能和P0口引脚的第二功能相配合，作为地址总线用于输出片外存储器的高8位地址。P3口功能：P3口有两个功能：第一功能与其余三个端口的第一功能相同；第二功能作控制用，每个引脚都不同。表4.1P3口第二功能引脚名称功能RXD串行数据接收口TXD串行数据发送口INT0外中断0输入INT1外中断1输入T0计数器0计数输入T1计数器1计数输入WR外部RAM写选通信号RD外部RAM读选通信号5时钟电路和复位电路 （1）.时钟电路单片机的时钟一般需要多相时钟，所以时钟电路由振荡器和分频器组成。MCS-51内部有一个用于构成振荡器的可控高增益反向放大器。两个引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。在片外跨接一晶振和两个匹配电容C1、C2如图4.3所示，就构成一个自激振荡器。振荡频率根据实际要求的工作速度，从几百千赫至24MHz可适当选取某一频率。匹配电容C1、C2要根据石英晶体振荡器的要求选取。当晶振频率为12MHz时,C1C2一般选30pF左右。图4.3中PD是电源控制寄存器PCON.1的掉电方式位，正常工作方式PD=0。当PD=1时单片机进入掉电工作方式，是一种节能工作方式。上述电路是靠MCS-51单片机内部电路产生振荡的。也可以由外部振荡器或时钟直接驱动MCS-51。本设计采用内部电路产生振荡。图3.3时钟电路的内部及外部方式（2）.复位电路复位是单片机的初始化操作。其功能主要是将程序计数器(PC)初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序，并将特殊功能寄存器赋一些特定值。复位是使单片机退出低功耗工作方式而进入正常状态一种操作。复位是上电的第一个操作，然后程序从0000H开始执行。在运行中，外界干扰等因素可能会使单片机的程序陷入死循环状态或“跑飞”。要使其进入正常状态，唯一办法是将单片机复位，以重新启动。复位后，程序计数器(PC)及各特殊功能寄存器(SFR)的值如表3.2所示。表3.2程序计数器及各特殊功能寄存器的复位值寄存器复位状态寄存器复位状态PC0000HTH100HACC00HP0～P3FFHPSW00HIPxx000000BSP07HIE0xx00000BDPTR0000HTMOD00HTCON00HSCON00HTL000HSBUF不定TH000HPCON0xxx0000BTL100HRST引脚是复位端，高电平有效。在该引脚输入至少连续两个机器周期以上的高电平，单片机复位。RST引脚内部有一个斯密特ST触发器以对输入信号整形，保证内部复位电路的可靠，所以外部输入信号不一定要求是数字波形。使用时，一般在此引脚与VSS引脚之间接一个8.2kΩ的下拉电阻，与VCC引脚之间接一个约10μF的电解电容，即可保证上电自动复位。图3.4自动和手动复位电路图上电或手动复位要求电源接通后，单片机自动复位，并且在单片机运行期间，用开关操作也能使单片机复位。上电后，由于电容C3的充电和反相门的作用，使RST持续一段时间的高电平。当单片机已在运行当中时，按下复位键K后松开，也能使RST为一段时间的高电平，从而实现上电或手动复位的操作。本设计采用手动复位电路。（四）器件的比较与选择 1显示器（1）常用显示器件简介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。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0——9的数据。不能够显示字符。这也是数码管的不足之处。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，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液晶模块内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。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0——9的数据。不能够显示字符。这也是数码管的不足之处。经过性能的比较和根据本设计的要求以及价格的考虑，选择数码管显示器。所示。图3.5单位数码管2模数（A/D）芯片(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。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。A/D转换的常用方法有：①计数式A/D转换，②逐次逼近型A/D转换，③双积分式A/D转换，④V/F变换型A/D转换。目前最常用的是双积分和逐次逼近式。常用的有ADC0809、AD0832。1.ADC0809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，必须在输入之前增加采样电路。2.DAC0832也是8位逐次逼近型A/D转换器，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。综合上述，逐次逼近型A/D转换既兼顾了转换速度，又具有一定的精度，这里选用的是逐次逼近型的A/D转换芯片ADC0809。图3.6ADC0809内部结构图3.6ADC0809引脚（2）ADC0809的工作原理1.IN0－IN7：8条模拟量输入通道ADC0809对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是0－5V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。地址输入和控制线：4条。ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A，B，C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。A，B和C为地址输入线，用于选通IN0－IN7上的一路模拟量输入。通道选择表如表3.3所示表3.3ADC0809通道选择表ADC0809工作时序图CBA选择的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN72.数字量输出及控制线：ST：转换启动信号。当ST上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D转换；在转换期间，ST应保持低电平。EOC：转换结束信号。当EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D转换。OE：输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE＝1，输出转换得到的数据；OE＝0，输出数据线呈高阻状态。D7－D0:数字量输出线。CLK：时钟输入信号线。因ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHZ，VREF（＋）、VREF（－）：参考电压输入。3.ADC0809应用说明①ADC0809内部带有输出锁存器，可以与AT89S52单片机直接相连。②初始化时，使ST和OE信号全为低电平。③送要转换的哪一通道的地址到A，B，C端口上。④在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号。⑤是否转换完毕，我们根据EOC信号来判断。⑥当EOC变为高电平时，这时给OE为高电平,转换的数据就输出给单片机了。AD0809的启动方式为脉冲启动方式，启动信号START启动后开始转换，EOC信号在START的下降沿10us后才变为无效的低电平。这要求查询程序待EOC无效后再开始查询，转换完成后，EOC输出高电平，再由OE变为高电平来输出转换数据。我们在设计程序时可以利用EOC信号来通知单片机（查询法或中断法）读入已转换的数据，也可以在启动AD0809后经适当的延时再读入已转换的数据。AT89S52的输出频为晶振频的1/6（2MHZ），AT89S51与SUN7474连接经与7474的ST脚提供ADC0809的工作时钟。ADC0809的工作频范围为10KHZ-1280KHZ,当频率范围为500KHZ时，其转换速度为128us。（五）系统硬件及仿真图1系统仿真图2系统原理图3系统PCB图（六）相关软件简介1ProtelDXP(1)简介Protel在前版本的基础上增加了许多新的功能。新的可定制设计环境功能包括双显示器支持，可固定、浮动以及弹出面板，强大的过滤和对象定位功能及增强的用户界面等。Protel是第一个将所有设计工具集于一身的板级设计系统，电子设计者从最初的项目模块规划到最终形成生产数据都可以按照自己的设计方式实现。ProtelDXP运行在优化的设计浏览器平台上，并且具备当今所有先进的设计特点，能够处理各种复杂的PCB设计过程。通过设计输入仿真、PCB绘制编辑、拓扑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术融合，Prot提供了全面的设计解决方案。（2）元件硬件1.整合式的元件与元件库在ProtelDXP2004中采用整合式的元件,在一个元件里连结了元件符号(Symbol)、元件包装(Footprint)、SPICE元件模型(电路仿真所使用的)、SI元件模型(电路板信号分析所使用的)。2.版本控制可直接由Prot设计管理器转换到其他设计系统，这样设计者可方便地将ProtelDXP2004中的设计与其他软件共享。如可以输入和输出DXP、DWG格式文件，实现和AutoCAD等软件的数据交换，也可以输出格式为Hyper的文件，用于板级信号仿真。3.多重组态的设计ProtelDXP2004支持单一设计多重组态。对于同一个设计文件可指定要使用其中的某些元件或不使用其中的某些元件，然后产生网络表等文件。4.重复式设计ProtelDXP2004提供重复式设计，类似重复层次式电路设计，只要设计其中一部分电路图，即可以多次使用该电路图，就象有很多相同电路图一样。这项功能也支持电路板设计，包括由电路板反标注到电路图。

四、程序流程图与源程序(一)程序流程图A，故显示前应进行标度变换，即将00H～FFH的变化转换为0.0～5.0的变化范围。对于该数字电压表将采集的数值除以51即可，该数字电压表的软件流程图如图5.1所示。开始开始启动A/D标度转换十进制转换查段码，输出低位查段码，带小数点输出高位转换完？YN图5.1数字电压表软件流程图（二）程序编写1汇编语言编程存储空间定义安排（1）70H用于存放A/D转换结果，71H、72H分别存储显示用的两位数据如表4.1所示。 表4.1存储空间定义表 70H用于存放A/D转换结果71H电压值整数部分72H电压值小数部分（2）地址30H～39H存放显示在数码管上0～9的数。如表5.2所示。表4.2数码管表数据地址存储值数码显示值30H0C0H031H0F9H132H0A4H233H0B0H334H99H435H92H536H82H637H0F8H738H80H839H90H9

五、系统功能分析与说明（一）数字电压表的概述数字电压表（DigitalVoltmeter）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。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。本章重点介绍单片A/D转换器以及由它们构成的基于单片机的数字电压表的工作原理。（二）数字电压表的介绍模拟电压表具有电路简单、成本低、测量方便等特点，但测量精度较差，特别是受表头精度的限制，即使采用0.5级的高灵敏度表头，读测时的分辨力也只能达到半格。再者，模拟式电压表的输入阻抗不高，测高内阻源时精度明显下降。数字电压表作为数字技术的成功应用，发展相当快。数字电压表，以其功能齐全、精度高、灵敏度高、显示直观等突出优点深受用户欢迎。特别是以A／D转换器为代表的集成电路为支柱，使DVM向着多功能化、小型化、智能化方向发展。DVM应用单片机控制，组成智能仪表；与计算机接口，组成自动测试系统。目前，DVM多组成多功能式的，因此又称数字多用表（DigitalMultiMeter，DMM）。DVM是将模拟电压变换为数字显示的测量仪器，这就要求将模拟量变成数字量。这实质上是个量化过程，即将连续的无穷多个模拟量用有限个数字表示的过程，完成这种变换的核心部件是A／D转换器，最后用电子计数器计数显示，困此，DVM的基本组成是A／D转换器和电子计数器。DVM最基本功能是测直流电压，考虑到仪器的多功能化，可将其他物理量，如电阻、电容、交流电压、电流等，都变成直流电压，因此，还应有一个测量功能选择变换器，它包含在输入电路中。DVM对直流电压直接测量时的测量精度最高，其他物理量在变换成直流电压时，受功能选择变换器精度的限制，测量精度有所下降。（三）数字电压表工作原理数字电压表的系统工作原理：首先，被测电压信号进入A／D转换器，单片机中控制信号线发出控制信号，启动A／D转换器进行转换，其采样得到的数字信号数据在相应的码制转换模块中转换为显示代码。最后发出显示控制与驱动信号，驱动外部的数码管显示相应的数据。图6.1所示为DVM的基本组成框图，需指出的是，图中将DVM分成模拟和数字两大部分，从框图上看，A／D转换器包含在模拟部分，这样划分并不严格，因为A／D转换器本身具有数字电路的性质，特别是大规模集成化A／D转换器是模拟与数字两系统相互结合的，就连逻辑控制也集成在其中。输入电路输入电路A/D转换器单片机显示器逻辑控制器时钟脉冲图5.1数字电压表基本组成框图（四）软硬件调试 软件调试的任务是利用开发工具进行调试，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接一个模块进行的。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.检查数码管显示模块程序。观察数码管上是否能够显示相应的字符。2.检查A/D转换模块程序。可以在硬件电路的输入端输入已知的几个电压，分别观察数码管上是否显示相应的电压值。3.检查数据的转换模块程序。程序可分为数据采集系统、数据转换系统、显示系统，这三部分先独立测试，然后整体调试。①数据采集系统：因为ADC0809本身并没有内部时钟，需要外部时钟来提供工作的时钟频率。如果利用单片机ALE端脚提供的频率为6MHZ，而ADC0809工作的频率在10KHZ-1MHZ。因此，需要增加含触发器功能的器件，从面增加了系统的复杂程度。后来，经过小组不断的讨论与思考，最终用软件编程来提供ADC0809工作的时钟频率，从而解决了这个问题。②显示系统的调试：要显示的数据存放在71H、72H单元中，先在30H~39H分单元中存放0~9的数，运行显示程序，进行查表指令，察看显示的结果是否与存放值一样。在测试的过程中发现小数点没有显示，通过下面几条指令，把小数点显示出来。MOVCA,@A+DPTR CJNER2,#0FEH,NOT_ONE;不是左边第一个数码管，则转移 ORLA,#80H;左边第一个数码管显示小数点NOT_ONE: MOVP0,A;数码管段选 另外，发现四位数码管显示的亮度不一样，有时还存在闪烁的情况，后来经过调整各位数码管显示的间隔，调用延时函数解决了亮度不一的问题。③整体测试:把三部分进行程序联调，编译程序，看是否存在错误。经过多次的尝试与查找相资料，最后做出并完善了整体的方案。为进一步提高测量精度，建议把精确到小数点后一位改为精确到小数点后三位。

结论本课程设计是利用单片机设计一个数字电压表，能够测量0－5V之间的直流电压值，两位数码显示，使用的元器件数目较少。外界电压模拟量输入到A/D转换部分的输入端，通过A/D转换变为数字信号，输送给单片机。然后由单片机给数码管数字信号，控制其发光，从而显示数字电压值。设计结果综述：（1）数字电压表完成的功能主要是对电压的测量，它主要51单片机最小系统、显示部分、AD转换和控制部分组成。（2）数字电压表属于一种测量工具，其本身的好坏直接影响到测量结果，因此上面的设计只是设计用来测量电压电流电阻，其它量的测量则要添加扩展功能。（3）单片机部分跟AD转换部分是整个设计的核心，ADC0809的参考电压VREF＝VCC，所以转换之后的数据要经过数据处理，在数码管上显示出电压值。实际显示的电压值；AT89S52单片机作为主控芯片，配以RC上电复位电路使系统稳定运行。（4）在本次软件设计过程中，采用的是汇编语言。（5）对于硬件的制作，由于布线麻烦，零件买不到，还有成本太高等原因，做起来复杂，捍接也很难，以致未能做出实物。

附录1：汇编语言源程序ZHENGSHUEQU71HSHIFENWEIEQU72H ;71H-72H存放显示数据，依次为个位、十分位SHUJUEQU70H;地址70H存放采集数据STBITP3.0;START和ALE共用一个端口OEBITP3.1EOCBITP3.2CLKBITP3.3ORG0000HLJMPSTARTORG0030HTAB:DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H，92H,82H,0F8H,80H,90H;0,1,2,3,4，5,6,7,8,9START:MAIN:LCALLTEST;数据采集函数LCALLTURNDATA;数据处理函数LCALLDISPLAY;显示函数 LJMPMAIN/***************延时函数****************/DELAY:MOVR7,#06HLOOP1: MOVR6,#0FFHLOOP2: DJNZR6,LOOP2 DJNZR7,LOOP1RET /***************ADC0809采集函数*************/TEST: CLRST CLROE SETBST CLRST;ST端口下降沿，开始转换LOOPCLK: SETBCLK