数字电压表硬件设计

本科生毕业设计（论文）学院（系）：电子与电气工程系专业：电子信息工程数字电压表硬件设计HardwareDesignofDigitalVoltmeter总计：21页表格：3个插图：11幅学院（系）：电子与电气工程系专业：电子信息工程数字电压表硬件设计［摘要］在现代检测技术中，常需用高精度数字电压表进行现场检测，将检测到的数据送入微计算机系统，完成计算、存储、控制和显示等功能。本文中数字电压表由主控模块、模数转换模块、数码管（LED）显示模块、看门狗电路几个模块组成，实现数字电压表的硬件电路设计。硬件设计完成后，与软件设计相配合，达到真正的设计目的。本文设计的数字电压表可以测量0～5V的8路输入电压值，并在四位LED数码管上轮流显示，还可以方便地进行8路A／D转换量的测量，远程测量结果传送等功能。该设计的数字电压表电路简单，所用的元件较少，成本低，调节工作可实现自动化。［关键词］单片机；数字电压表；A/D转换；LED数码管HardwareDesignofDigitalVoltmeterAbstract:Inmoderndetectiontechnology,weutilizehigh-precisiondigitalvoltmeterspotdetection,thedetecteddataintomicro-computersystem,completethecalculation,storage,controlanddisplay.Digitalvoltagemeterinthisarticlefromthemaincontrolmodule,ADCmodule,thedigital(LED)displaymodule,thewatchdogcircuitcomposedofseveralmodules,digitalvoltagemeterhardwaredesign.Hardwaredesigniscomplete,andsoftwaredesignmatchedthedesigntoachievetherealobjective.Thisdigitalvoltmeterdesignedtomeasurethe80~5Vinputvoltage,andfourLEDdigitaltubedisplayrotationcanalsobeeasily8A/Dconversionvolumemeasurement,remotemeasurementresultstransmissionfunctions.Thedesignofthedigitalvoltmetercircuitissimple,theuseoffewercomponents,lowcost,regulationworkcanbeautomated.Keywords:Singlechipmicrocontroller;digitalvoltmeter;A/Dtransformation;lednumericalcodestube目录1引言 11.1研究的目的和意义 11.2发展历程 12系统方案设计 22.1模数转换模块 22.2显示模块 22.3复位和存储模块 22.4通讯模块 32.5键盘模块 32.6主要元件清单 33数字电压表的硬件设计 33.1主控模块 43.2模数转换模块硬件设计 53.2.1ADC0809芯片 63.2.2A/D转换电路 63.3数码管显示电路设计 73.3.18位数码管 73.3.2数码管电路 83.4看门狗电路的设计 93.4.1X5045芯片 93.4.2X5045的工作原理 103.4.3看门狗电路 103.5RS232通信电路电路设计 113.6电源电路的设计 123.7键盘电路设计 133.8整体硬件电路设计 134系统实现 144.1系统开发所需的硬件资源 144.2系统硬件调试 144.2.1数码管电路显示调试 144.2.2A/D转换调试 15结束语 16参考文献 16附录1 17附录2 20致谢 211引言1.1研究的目的和意义数字电压表（DigitalVoltmeter）简称DVM，DVM的高速发展，使它已成为实现测量自动化、提高工作效率不可缺少的仪表，数字化是当前计量仪器发展的主要方向之一，而高准度的DC-DVC的出现，又使DVM进入了精密标准测量领域。这个课题的目的和意义在于使自己掌握对数字电压表的理解，自己动手设计数字电压表与仿真，它可以广泛的应用于电压测量外，通过各种变换器还可以测量其它电量和非电量，测量是一种认识过程，就是用实验的方法将被测量和被选用的相同参量进行比较，从而确定它的大小。DVM广泛应用于测量领域每期测量的准确度和可信度取决于它的主要性能和技术指标。所以我们要学习和掌握如何设计DVM就显得十分重要。1.2发展历程科学技术的发展为测量仪器、仪表提供了新原理和新技术以及新型的元、器体，同时又对测量仪表提出了更新、更高的要求。数字电压表(简写为DVM)就是在精密测量技术、计算技术、自动化技术和电子技术的基础上产生和发展起来的。数字式仪表是能把连续的被测量自动地变成断续的、用数字编码方式的、并以十进制数字自动显示测量结果的一种测量仪表。这是一种新型仪表，它把电子技术、计算技术、自动化技术的成果与精密电测量技术密切的结合在一起。成为仪器、仪表领域中独立而完整的一个分支。1952年，美国NLS公司首创四位数字电压表，到现在的五十多年中经过了不断的改进和提高。电压表是从电位差计的自动化考虑中研制成功的，开始是四位然后是五位、六位，而现在发展到七位、八位数码显示；从最初的一、二种工作原理发展到几十种原理，从最早采用继电器、电子管发展到全晶体管化、集成电路化、微处理器化；从一台DVM只能测一、二种参数到能测十几种参数的多用型；显示器件也从辉光数码显示发展到等离子体、发光二极管、液晶显示等。电压表的体积和功耗越来越小，重量不断减轻，价格也逐步下降，可靠性越来越高，量程范围也逐渐扩大。回顾一下DVM的发展过程，大致可以分为以下三个阶段。(1)数字化阶段20世纪50年代到60年代中期，DVM的特点是运用各种原理实现模/数（A/D）转换，即将模拟量转化成数字量，从而实现测量仪表的数字化。1952年，第一台问世的数字电压表是采用电子管的伺服比较式；1956年出现谐波式V/T(电压/时间变换型)；1961年出现全晶体管化的逐次逼近比较式；1963年出现电压/频率（V/F）变换型（单积分式）；1966年出现双积分式（双斜式）等，这一时期的显示位数是3.5-5.5位。(2)高精度阶段由于精密电测量的需要，DVM开始向高准确、高位数方向发展，出现了所谓复合型原理的仪表。如1971年日本研制的TR-6567（三次采样积分式）；1973年英国研制的SM-215（两次采样电感分压比较型）；1972年日本研制的TR-6501型DVM已达到了8位数。与此同时对积分方案进行了改进和提高，出现了如Dana公司的6900型（7位）、Solartron公司生产的7075型（8位），其准确度可达到百万分之几。(3)智能化阶段由于电子技术、大规模集成电路（LSI）及计算机技术的发展，使人们不久就研制出微处理器数字电压表，实现了DVM数据处理自动化和可编程序，因为带有存储器并使用软件支持，所以可以进行信息处理，可通过标准接口组成自动测试系统（ATS）。例如，Fluke公司的8506型、Solartron公司的7065型和7081型、Datron公司的1071和1281型，以及Fluke公司的最新产品8508A型等。它们除了完成原有DVM的各种功能外，还能够自校、自检，保证了自动测量的高准确度，实现了仪器、仪表的智能化。当前，智能式仪表发展十分迅速，而微处理式DVM在智能仪表中占的比重最大，智能化的DVM为实现各种物理量的动态测量提供了可能。2系统方案设计2.1模数转换模块方案1：选用专用电压转换芯片实现电压的测量和现实。缺点是精度比较低，且内部电压转换和控制部分不可控制；优点是价格低廉。方案2：选用单片机AT89C51和A/D转换芯片ADC0809实现电压的转换和控制，用四位数码管显示出最后的转换电压结果。缺点是价格稍贵；基于设计的要求，优先选用了方案2。2.2显示模块方案1：选用4个单体的共阴数码管，将a—h全部连接起来，然后接到单片机口的I/O上进行控制。缺点是焊接时比较麻烦，容易出错；优点是价格比较便宜。方案2：选用一个四联的共阴数码管。这个电路几乎没有缺点，优点是便于控制，价格低廉，焊接简单。基于以上方案和设计的要求，优先选用了方案2。2.3复位和存储模块X5045是一种集上电复位、看门狗、电压监控和串行EEPROM四种功能于一身的可编程控制电路，它有助于简化应用系统的设计，减少电路板的占用面积，提高可靠性。因此这里选择了X5045。2.4通讯模块由于RS232是全双工的，RS485是半双工的，RS485与RS232仅仅是通讯的物理协议（即接口标准）有区别，RS485是差分传输方式，RS232是单端传输方式，但通讯程序没有太多的差别。PC机上已经配备有RS232，直接使用就行了，若使用RS485通讯，只要在RS232端口上配接一个RS232转RS485的转换头就可以了，不需要修改程序。出于经济角度考虑，这里选用RS232。2.5键盘模块键盘部分有九个按键、九个1K的电阻、一个GAL22V10D键盘编码芯片构成，九个按键中K1到K8分别控制选择通道1到8，第九个按键控制选择扫描模式。2.6主要元件清单主要元件清单如表1所示：表1数字电压表主要元件清单元件名称型号数量/个用途单片机AT89C511控制核心晶振12MHZ1晶振电路看门狗X50451看门狗电路电源VCC+5V/1A1提供+5V电源数码管4位共阴1显示电路A/D转换芯片ADC08091模/数转换电位器1KΩ1调节电位3数字电压表的硬件设计该题目设计单片机接口技术和电压测量技术，包括数码管显示电路、看门狗电路和通信接口电路、A/D电路。通过A/D电路实现对直流电压的测量，单片机处理后通过数码管进行实现，看门狗电路实现控制，而通信接口电路实现测量电量的通过功能，从而扩大数字电压表的应用范围和测量的距离，可以集成在不同的系统中、可实现对模拟的数字电压通过单片机控制转换显示在七段数码管上，测量的最小分辨率为0.019V，测量误差约为0.02V。按照系统设计要求和功能，系统分为主控模块、模数转换模块、数码管（LED）显示模块、看门狗电路几个模块，系统框图如图1所示。主控模块采用AT89C51，A/D转换模块采用ADC0809芯片，用于A/D转换，显示模块采用4位七段共阴LED数码管，看门狗电路采用X5045。单片机系统A/D单片机系统A/D看门狗EEPROM数码管显示模块通信接口键盘图1系统总体结构3.1主控模块AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。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[1]。AT89C51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。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，P2P3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”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）在AT89C51中，P3端口还用于一些复用功能。其复用功能如表2所示。表2P3各端口引脚与复用功能表端口引脚复用功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外部中断0）P3.3/INT1（外部中断1）P3.4T0（定时器0外部输入）P3.5T1（定时器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）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。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。3.2模数转换模块硬件设计在单片机应用系统中，常常需要将检测到的连续变化的模拟量如温度、压力、流量、速度等转换成数字量，才能输入到单片机中进行处理。然后在将处理的数字量转换成模拟量输出，实现对被控对象的控制。将模拟量转换成数字量的过程称为A/D转换，将数字量转换成模拟量的过程称为D/A转换。3.2.1ADC0809芯片(1)引脚功能说明如下：IN0～IN7:8个输入通道的模拟输入端。D0～D7:8位数字量输出端。START:启动信号，加上正脉冲后，A/D转换开始进行。ALE:地址锁存信号。由低至高电平时，把三位地址信号送入通道号地址锁存器，并经译码器得到地址输出，以选择相应的模拟输入通道。EOC:转换结束信号，是芯片的输出信号。转换开始后，EOC信号变低；转换结束时，EOC返回高电平。这个信号可以作为Ａ／Ｄ转换器的状态信号来查询，也可以直接用作中断请求信号。OE:输出允许控制端。CLK:时钟信号。最高允许值为640kHz。VREF+和VREF-:A/D转换器的参考电压。VCC:电源电压。由于是CMOS芯片，允许的电压范围较宽，可以是+5～+15V。(2)主要性能指标：分辨率为8位。最大不可调误差：±1LSB。单电源+5V供点，基准电压由外部提供，典型值为+5V，此时允许输入模拟电压为0～5V。具有锁存控制的8路模拟选通开关。可锁存三态输出，输出电平与TTL电平兼容。功耗15mW。转换速度取决于芯片的时钟频率。时钟的频率范围：10～1280KHz，当CLK=500KHz时，转换时间为128us[2]。3.2.2A/DADC0809是8通道8位CMOS逐次逼近式A/D转换器，28引脚双列直插式封装，片内除A/D转换部分外还有多路模拟开关部分。ADC0809与AT89C51连接可采用查询方式，也可以采用中断方式，图2为中断方式连接的电路图。由于ADC0809片内有三态输出锁存器，因此可直接与AT89C51接口。AT89C51的P2.0～P2.3管脚分别连接ADC0809的25至22管脚，起到地址锁存作用；AT89C51的P0.7～P0.0管脚分别连接ADC0809的OUT1～OUT8管脚，表示数据转换完毕后送入AT89C51中。AT89C51的P3.3管脚与ADC0809的EOC管脚相连，表示转换结束标志。由P2.3控制启动转换信号端（START）和ALE端，低三位地址线加到ADC0809的ADDA、ADDB和ADDC端。启动ADC0809的工作过程是：先送通道号地址到ADDA、ADDB和ADDC端；由ALE信号锁存通道号地址后，让START有效，启动A/D转换。A/D转换完毕，EOC端发出一正脉冲，申请中断。在中断服务程序中，使OE端有效，打开输出锁存器三态门，8位数据便读入到CPU中，数据采集完毕。图2ADC0809接线电路3.3数码管显示电路设计数码管在仪器仪表中主要是显示单片机的输出数据、状态等，因而，作为外围典型器件，数码管显示是反映系统输出和操纵输入的有效器件。数码管具备数字接口，可以很方便的和单片机系统连接，数码管的体积小、输出内容的器件重量轻，并且功耗低，是一种理想的显示元器件。3.3.18位数码管8段数码管属于LED发光器件的一种。LED发光器件一般常用的有两类：数码管和点阵。8段数码管又称为8字型数码管，分为8段：a、b、c、d、e、f、g、dp10根管脚，每一段有一根管脚。其中P为小数点。数码管常用的有另外两根管脚为一个数码管的公共端，两根之间相互连通，从电路上，数码管又可分为共阴和共阳两种。本系统采用的是共阴极，如图3所示。(a)共阴极(b)共阳极图3LED7段显示数码管3.3.2数码管电路用单片机驱动LED数码管有很多方法，按显示方式分，有静态显示和动态显示。静态显示就是显示驱动电路具有输出锁存功能，单片机将所有要显示的数据送出后就不再控制LED，直到下一次显示时再传送一次新的显示数据。静态显示的数据稳定，占用的CPU时间少。静态显示中，每一个显示器都要占用单独的具有锁存功能的I/O接口，该接口用于笔划段字型代码。这样单片机只要把要显示的字形代码发送到接口电路，该字段就可以显示发送的字形。要显示新的数据时，单片机在发送新的字形码。另一种方法是动态扫描显示。动态扫描方法是用其接口电路把所有显示数码管的8个笔画段a——h同名端连在一起，而每一个显示数码管的公共极COM各自独立的受I/O线控制。CPU向字段输出口送出字形码时，所有显示器接收到相同的字形码，但究竟是哪个显示器亮，则取决于COM段，而这一段是由I/O控制的，由单片机决定何时显示哪一位了。动态扫描用分时的方法轮流控制各个显示数码管的COM端，使各个显示数码管轮流点亮。在轮流点亮扫描过程中，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及发光二极管的余辉效应，给人的印象就是一组稳定的显示数据。静态显示虽然数据显示稳定，占用很少的CPU时间，但每个显示单元都需要单独的显示驱动电路，使用的电路硬件较多；动态显示需要CPU时刻对数码管件进行数据刷新，显示数据有闪烁感，占用的CPU时间多，但使用的硬件少，能节省线路板空间，本系统采用的是动态扫描显示。本系统采用的是4数码管显示，数码管与单片机的接线图如图4所示。P1口用作段选口，P3.4、P3.5、P3.6、P3.7位用作位选。图4数码管接线图3.4看门狗电路的设计看门狗电路一般有软件看门狗和硬件看门狗两种。软件看门狗不需外接硬件电路，但系统需要出让一个定时器资源，这在许多系统中很难办到，而且若系统软件运行不正常，可能导致看门狗系统也瘫痪。硬件看门狗是真正意义上的“程序运行监视器”，本系统设计采用X5045硬件看门狗电路。3.4.1X5045芯片X5045是美国Xicor公司的生产的标准化8脚集成电路，它将EEPROM、看门狗定时器、电压监控三种功能组合在单个芯片之内，大大简化了硬件设计，提高了系统的可靠性，减少了对印制电路板的空间要求，降低了成本和系统功耗，是一种理想的单片机外围芯片[6]。SO：串行数据输出脚，在一个读操作的过程中，数据从SO脚移位输出，在时钟的下降沿时数据改变。SI：串行数据输入脚，所有的操作码、字节地址和数据从SI脚写人，在时钟的上升沿时数据被锁定。SCK：串行时钟，控制总线上数据输入和输出的时序。/CS：芯片使能信号，当其为高电平时，芯片不被选择，SO脚为高阻态，除非一个内部的写操作正在进行，否则芯片处于待机模式；当引脚为低电平时，芯片处于活动模式，在上电后，在任何操作之前需要CS的一个从高电平到低电平的跳变。/WP：当WP引脚为低时，芯片禁止写入，但是其他的功能正常；当WP引脚为高电平时，所有的功能都正常；当CS为低时，WP变为低可以中断对芯片的写操作，但是如果内部的写周期已经被初始化后，WP变为低不会对写操作造成影响。RESET：复位输出端。VCC：电源端。VSS：接地端。3.4.2X5045的工作原理X5045是一种集上电复位、看门狗、电压监控和串行EEPROM四种功能于一身的可编程控制电路，它有助于简化应用系统的设计，减少电路板的占用面积，提高可靠性。(1)上电复位X5045加电时会激活其内部的上电复位电路，从而使RESET引脚有效。该信号可避免系统微处理器在电压不足或振荡器未稳定的情况下工作。当VCC超过器件的Vtrip限值时，电路将在200ms(典型)延时后释放RESET以允许系统开始工作。(2)低电压检测工作时，X5045对VCC电平进行监测，若电源电压跌落至预置的最小Vtrip以下时，系统即确认RESET，从而避免微处理器在电源失效或断开的情况下工作。当RESET被确认后，该RESET信号将一直保持有效，直到电压跌到低于1V。而当VCC返回并超过Vtrip达200ms时，系统重新开始工作。(3)看门狗定时器看门狗定时器的作用是通过监视WDI输入来监视微处理器是否激活。由于微处理器必须周期性的触发CS/WDI引脚以避免RESET信号激活而使电路复位，所以CS/WDI引脚必须在看门狗超时时间终止之前受到由高至低信号的触发。3.4.3看门狗电路X5045硬件连接图如图5所示。AT89C51的P2.4～P2.7分别连接X5045的B4～B7管脚，AT89C51的RESET与X5045的7管脚相连，当程序进入“跑飞”状态或系统上电时，起复位左右；另外，还有按键手动复位。X5045芯片内包含有一个看门狗定时器，可通过软件预置系统的监控时间。看门狗定时器的预置时间是通过X5045的状态寄存器的相应位来设定的。X5045状态寄存器共有6位有含义，其中WD1、WD0和看门狗电路有关，其余位和EEPR0M的工作设置有关。看门狗电路的定时时间长短可由具体应用程序的循环周期决定，通常比系统正常工作时最大循环周期的时间略长即可。编程时，可在软件的合适地方加一条喂狗指令，使看门狗的定时时间永远达不到预置时间，系统就不会复位而正常工作。当系统跑飞，用软件陷阱等别的方法无法捕捉回程序时，则看门狗定时时间很快增长到预置时间，迫使系统复位。实践证明，采用该电路的数据采集的性能稳定可靠。X5045看门狗电路具有多功能、反应速度快、抗干扰能力强等特点。可以说X5045是一种性价比较高的电路芯片，并可非常方便地与许多常用CPU系列器件接口，非常适用于智能仪器、实时控制、微型化等场合。图5看门狗电路接线图3.5RS232通信电路电路设计为实现计算机与单片机系统的数据通信与下载，本设计中采用MAX232实现，如图6所示。MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS232标准串口设计的接口电路，使用+5V单电源供电。外部结构基本可分三个部分：第一部分是电荷泵电路。由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成，功能是产生+12V和-12V两个电压，满足RS232串口对电平的要求。第二部分是数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道。8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DB9插头；DB9插头的RS232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。第三部分是供电。15脚GND、16脚VCC（+5V）[11]。图6采用MAX232接口串行通信电路3.6电源电路的设计为了给电路提供稳定的电源，本设计中采用图7电源电路给各部分电路提供电源。图7电源电路这是一个输出+5V直流电压的稳压电源电路。IC采用集成稳压器7805，C0、C1分别为输入端和输出端滤波电容，C9电容滤除电源中的高频杂波。当输出电流较大时，7805应配上散热板。主要给AT89C51、ADC0809、X5045、LED显示模块等芯片提供稳定的+5V直流电源，具体的情况如表3所示。表3工作电压元件名称型号数量/个工作电压单片机AT89C511提供+5V电源A/D转换芯片ADC08091提供+5V电源看门狗X50451提供+5V电源MAX232MAX2321提供+5V电源数码管4位共阴1提供+5V电源3.7键盘电路设计键盘采用中断方式的编码键盘，仅当有惟一一个键按下时，向单片机发送中断信号并提供所按的键的编码(4个二进制位)。该电路由一片可编程逻辑芯片GAL22V10D控制。对按键的监控由可编程逻辑芯片GAL22V10D完成。当没有键按下或有不只一个键按下时，该芯片的输出中断信号为高，不引起单片机中断；当有唯一一个键按下时，该芯片的输出中断信号为低，以引起单片机中断并通过4位数据线提供按键的编码信号，直到该键弹起或同时有其它键按下，键盘电路如图8所示。图8键盘电路3.8整体硬件电路设计根据硬件总体设计的方框图，设计出实际电路图见附录2，电路中利用AT89C51单片机系统产生各种控制信号；通过ADC0809转换电路，实现对数字信号转换成模拟的电压信号输出；并通过数码管显示电路，将某一时刻输出的值显示出来。4系统实现4.1系统开发所需的硬件资源系统设计需要硬件资源主要有：(1)AT89C51单片机、RS232、ADC0809等系统设计所需元器件，详细的电子元器件需求根据系统设计需要购买。(2)电路板调试、焊接工具，常用的仪器有：万用表、稳压电源、烙铁等；(3)单片机系统调试仿真器。4.2系统硬件调试4.2.1数码管电路显示调试通过A/D电路实现对直流电压的测量，看门狗电路实现控制，单片机处理后通过数码管进行实现，可实现对模拟的数字电压通过单片机控制转换显示在七段数码管上，如图9所示，数据显示正常，证明电路设计正确，显示程序见附录1。图9数码管显示4.2.2A/D转换调试对硬件电路完成设计并通过软件进行仿真和调试，硬件仿真连线图如图10所示，烧入程序仿真，调试结果通过七段数码管显示出具体电压数值，测得的电压与实际电压存在一定的误差，与本设计中误差值相符合，即设计符合设计内容要求，转换程序见附录1。图10整体硬件仿真电路图结束语本次毕业设计对数码管显示电路认真的学习以及对单片机技术有了更进一步的熟悉，实际操作和课本上的知识有很大联系，但又高于课本，一个看似很简单的电路，要动手把它设计出来就比较困难了，因为是设计要求我们在以后的学习中注意这一点，要把课本上所学到的知识和实际联系起来，同时通过本次电路的设计，不但巩固了所学知识，也使我们把理论与实践从真正意义上结合起来，增强了学习的兴趣，考验了我们借助互联网络搜集、查阅相关文献资料，和组织材料的综合能力。通过这次设计不仅锻炼了我们的团队协作精神，而且提高了创新能力。在这次毕业设计中，在收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟，在此过程中，我们通过查找大量资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高，而且在与老师和同学的交流过程中，互动学习，将知识融会贯通。更重要的是我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。不管怎样，这些都是一种锻炼，一种知识的积完全可以把这个当作基础东西，只有掌握了这些最基础的，才可以更进一步，取得更好的成绩。参考文献[1]李朝青.单片机原理与接口技术.北京：北京航空航天大学出版社.1995年7月[2]肖洪兵等编著.跟我学单片机.北京：机械工业出版社.1997年9月[3]王福瑞.单片微机测控系统设计大全.北京：北京航空航天大学出版社.1999年7月[4]王忠诚.电子电路用元器件入门教程.北京：电子工业出版社.2006年5月[5]刘义涛.protelDXP设计及应用教程.北京：清华大学出版社.2000年6月[6]何立民.《单片机应用文集》.北京航空航天大学出版社.1994.年6月[7]周兴华编.手把手教你学单片机.北京：北京航空航天大学出版社.1993年1月[8]胡宴如，耿苏燕.模拟电子技术.北京：机械工业出版社，1999年9月[9]AT89C51DATASHEEPPhilipsSemiconductors1999.dec[10]王幸之等.单片机应用系统抗干扰技术「M].北京：北京航空航天大学出版社.2000年[11]RS232/485转换器的实现及原理.中国电子网.[12]高有堂.电子电路设计制版与仿真[M]．郑州:郑州大学出版社，2005[13]广州周立功单片机发展有限公司，PC-MCU串行通信的应用设计方法，广州.[14]何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计-系统配置与接口技术[M]．北京：北京航空航天大学出版社，1998[15]Nunan,D.DesigningTasksfortheCommunicativeClassroom.Cambridge:Cambridge[16]彭喜元.《单片机原理与应用设计》.哈尔滨工业大学出版社,2008年7月[17]周向红.《51系列单片机应用与实践教程》.北京航空航天大学出版社,2008年5月[18]张毅刚.《新编MCS-51单片机应用设计》.哈尔滨工业大学出版社,2003附录1(1)显示仿真程序#include<REG51.H>unsignedcharcodeDIS_SEG7[8]={0X01,0X12,0X23,0X34,0X45,0X56,0X67,0X78};//voiddelay(unsignedintk){unsignedinti,j;for(i=0;i<k;i++){ for(j=0;j<121;j++){}; }}//voidmain(void){unsignedcharcnt; while(1) { for(cnt=0;cnt<4;cnt++) {P1=DIS_SEG7[cnt];Switch(cnt){case0：P3^4=1;break;case1:P3^5=1;break;case2:P3^6=1;break;case3:P3^7=1;break;default:;} delay(1);}}}(2)A/D转换仿真程序#include

<stdio.h>#include

<reg51.h>

sbit

A1=P3^4;

//数码管的位选信号

sbit

A2=P3^5;

sbit

A3=P3^6;

sbit

A4=P3^7;

sbit

OE=P3^0;

unsigned

int

aa;

//输入的电压值

unsigned

char

ADC0808;void

delay(unsigned

int

t);

//延时程序

vo