數(shù)字電壓表課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、<p><b>　　信息與電氣工程學(xué)院</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　　課 程 單片機(jī)原理及應(yīng)用 </p><p>　　題 目： 數(shù)字電壓表 </p><p>　　專(zhuān) 業(yè)：

2、 </p><p>　　班 級(jí)： </p><p>　　姓 名： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p><b>　　任務(wù)書(shū)</b></p&

3、gt;<p><b>　　1數(shù)字電壓表的概述</b></p><p>　　數(shù)字電壓表（Digital Voltmeter）簡(jiǎn)稱(chēng)DVM，它是采用數(shù)字化測(cè)量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量（直流輸入電壓）轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。傳統(tǒng)的指針式電壓表功能單一、精度低，不能滿(mǎn)足數(shù)字化時(shí)代的需求，采用單片機(jī)的數(shù)字電壓表，由精度高、抗干擾能力強(qiáng)，可擴(kuò)展性強(qiáng)、集成方便，還可與PC進(jìn)行

4、實(shí)時(shí)通信。目前，由各種單片A/D 轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)字電壓表，已被廣泛用于電子及電工測(cè)量、工業(yè)自動(dòng)化儀表、自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)等智能化測(cè)量領(lǐng)域，示出強(qiáng)大的生命力。與此同時(shí)，由DVM擴(kuò)展而成的各種通用及專(zhuān)用數(shù)字儀器儀表，也把電量及非電量測(cè)量技術(shù)提高到嶄新水平。重點(diǎn)介紹單片A/D 轉(zhuǎn)換器以及由它們構(gòu)成的基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表的工作原理。</p><p>　　數(shù)字電壓表的誕生打破了傳統(tǒng)電子測(cè)量?jī)x器的模式和格局。它顯示清晰直觀、讀數(shù)

5、準(zhǔn)確，采用了先進(jìn)的數(shù)顯技術(shù)，大大地減少了因人為因素所造成的測(cè)量誤差事件。數(shù)字電壓表是把連續(xù)的模擬量（直流輸入電壓）轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式，并加以顯示的儀表。數(shù)字電壓表把電子技術(shù)、計(jì)算技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)的成果與精密電測(cè)量技術(shù)密切的結(jié)合在一起，成為儀器、儀表領(lǐng)域中獨(dú)立而完整的一個(gè)分支，數(shù)字電壓表標(biāo)志著電子儀器領(lǐng)域的一場(chǎng)革命，也開(kāi)創(chuàng)了現(xiàn)代電子測(cè)量技術(shù)的先河。本設(shè)計(jì)采用了以單片機(jī)為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，控制系采用AT89C52單片機(jī)，A/D轉(zhuǎn)換采用AD

6、C0809。系統(tǒng)除能確保實(shí)現(xiàn)要求的功能外，還可以方便進(jìn)行8路其它A/D轉(zhuǎn)換量的測(cè)量、遠(yuǎn)程測(cè)量結(jié)果傳送等擴(kuò)展功能。簡(jiǎn)易數(shù)字電壓測(cè)量電路由A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、顯示控制等組成。</p><p>　　模擬式電壓表具有電路簡(jiǎn)單、成本低、測(cè)量方便等特點(diǎn)，但測(cè)量精度較差，特別是受表頭精度的限制，即使采用0.5級(jí)的高靈敏度表頭，讀測(cè)時(shí)的分辨力也只能達(dá)到半格。再者，模擬式電壓表的輸入阻抗不高，測(cè)高內(nèi)阻源時(shí)精度明顯下降。數(shù)字電壓表

7、作為數(shù)字技術(shù)的成功應(yīng)用，發(fā)展相當(dāng)快。數(shù)字電壓表（Digital VoIt Me-ter，DVM），以其功能齊全、精度高、靈敏度高、顯示直觀等突出優(yōu)點(diǎn)深受用戶(hù)歡迎。特別是以A/D轉(zhuǎn)換器為代表的集成電路為支柱，使DVM向著多功能化、小型化、智能化方向發(fā)展。DVM應(yīng)用單片機(jī)控制，組成智能儀表；與計(jì)算機(jī)接口，組成自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。目前，DVM多組成多功能式的，因此又稱(chēng)數(shù)字多用表（Digital Multi Meter，DMM）。</p>

8、<p>　　DVM是將模擬電壓變換為數(shù)字顯示的測(cè)量?jī)x器，這就要求將模擬量變成數(shù)字量。這實(shí)質(zhì)上是個(gè)量化過(guò)程，即將連續(xù)的無(wú)窮多個(gè)模擬量用有限個(gè)數(shù)字表示的過(guò)程，完成這種變換的核心部件是A/D轉(zhuǎn)換器，最后用電子計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)顯示，因此DVM的基本組成是A/D轉(zhuǎn)換器和電子計(jì)數(shù)器。</p><p>　　DVM最基本功能是測(cè)直流電壓，考慮到儀器的多功能化，可將其他物理量，如電阻、電容、交流電壓、電流等，都變成直流電壓

9、，因此，還應(yīng)有一個(gè)測(cè)量功能選擇變換器，它包含在輸入電路中。DVM對(duì)直流電壓直接測(cè)量時(shí)的測(cè)量精度最高，其他物理量在變換成直流電壓時(shí)，受功能選擇變換器精度的限制，測(cè)量精度有所下降。</p><p><b>　　2、工作原理</b></p><p>　　系統(tǒng)采用12M晶振產(chǎn)生脈沖做8031的內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)，通過(guò)軟件設(shè)置單片機(jī)的內(nèi)部定時(shí)器T0產(chǎn)生中斷信號(hào)。利用中斷設(shè)置單片機(jī)的P

10、2.4口取反產(chǎn)生脈沖做8031的時(shí)鐘信號(hào)。通過(guò)鍵盤(pán)選擇八路通道中的一路，將該路電壓送入ADC0809相應(yīng)通道，單片機(jī)軟件設(shè)置ADC0809開(kāi)始A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束ADC0809的EOC端口產(chǎn)生高電平，同時(shí)將ADC0809的EO端口置為高電平，單片機(jī)將轉(zhuǎn)換后結(jié)果存到片內(nèi)RAM。系統(tǒng)調(diào)出顯示子程序，將保存結(jié)果轉(zhuǎn)化為0.00-5.00V分別保存在片內(nèi)RAM;系統(tǒng)調(diào)出顯示子程序，將轉(zhuǎn)化后數(shù)據(jù)查表，輸出到LED顯示電路，將相應(yīng)電壓顯示出來(lái)，程序進(jìn)

11、入下一個(gè)循環(huán)。</p><p><b>　　3、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</b></p><p>　　4、8031的結(jié)構(gòu)及其功能</p><p>　　在本次課題設(shè)計(jì)中我們選擇了8031芯片。8031和8051是最常見(jiàn)的mcs51系列單片機(jī)，是inter公司早期的成熟的單片機(jī)產(chǎn)品，應(yīng)用范圍涉及到各行各業(yè),下面介紹一下它的引腳圖等資料。</p>

12、<p><b>　　<8031管腳圖></b></p><p>　　4.1 8031內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其功能概述</p><p><b>　　8031引腳功能</b></p><p>　?。?）主電源引腳Vss和Vcc</p><p><b>　?、?Vss接地<

13、;/b></p><p>　?、?Vcc正常操作時(shí)為+5伏電源</p><p>　?。?）外接晶振引腳XTAL1和XTAL2</p><p>　?、?XTAL1內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸入端，是外接晶體的一個(gè)引腳。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，此引腳接地。 </p><p>　?、?XTAL2內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸出端。是外接晶體的另一端。當(dāng)

14、采用外部振蕩器時(shí)，此引腳接外部振蕩源。</p><p>　?。?）控制或與其它電源復(fù)用引腳RST/VPD，ALE/ ， 和 /Vpp</p><p>　?、?RST/VPD 當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平（由低到高跳變），將使單片機(jī)復(fù)位</p><p>　　在Vcc掉電期間，此引腳可接上備用電源，由VPD向內(nèi)部提供備用電源，以保持內(nèi)部RAM中的數(shù)

15、據(jù)。</p><p>　?、?ALE/ 正常操作時(shí)為ALE功能（允許地址鎖存）提供把地址的低字節(jié)鎖存到外部鎖存器，ALE 引腳以不變的頻率（振蕩器頻率的 ）周期性地發(fā)出正脈沖信號(hào)。因此，它可用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘，或用于定時(shí)目的。但要注意，每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖，ALE 端可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）八個(gè)LSTTL電路。 對(duì)于EPROM型單片機(jī)，在EPROM編程期間，此引腳接收編程脈沖（ 功能）

16、</p><p>　?、?外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端，在從外部程序存儲(chǔ)取指令（或數(shù)據(jù)）期間， 在每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)兩次有效。 同樣可以驅(qū)動(dòng)八LSTTL輸入。</p><p>　?、?/Vpp 、 /Vpp為內(nèi)部程序存儲(chǔ)器和外部程序存儲(chǔ)器選擇端。當(dāng) /Vpp為高電平時(shí)，訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，當(dāng) /Vpp 為低電平時(shí)，則訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器。</p><p>　　對(duì)于EPR

17、OM型單片機(jī)，在EPROM編程期間，此引腳上加21伏EPROM編程電源（Vpp）。</p><p><b>　　8031引腳功能：</b></p><p>　　Vcc:+5V電源電壓。  </p><p>　　Vss:電路接地端。</p><p>　　P0.0～P0.7:通道0，它是8位漏極開(kāi)路的雙向I/O通道

18、，當(dāng)擴(kuò)展外部存貯器時(shí)，這也是低八位地址和數(shù)據(jù)總線(xiàn)，在編程校驗(yàn)期間，它輸入和輸出字節(jié)代碼，通道0吸收/發(fā)出二個(gè)TTL負(fù)載。     P1.0～P1.7:通道1是8位擬雙向I/O通道，在編程和校驗(yàn)時(shí)，它發(fā)出低8位地址。     通道1吸收/發(fā)出一個(gè)TTL負(fù)載。     P2.0～P2.7:通道2是8位擬雙向I/O通道

19、，當(dāng)訪問(wèn)外部存貯器時(shí)，用作高8位地址總線(xiàn)。通道2能吸收/發(fā)出一個(gè)TTL負(fù)載。     P3.0～P3.7:通道3準(zhǔn)雙向I/O通道。通道3能吸收/發(fā)出一個(gè)TTL負(fù)載，P3通道的每一根線(xiàn)還有  ☆另一種功能：     P3.0:RXD，串行輸入口。     P3.1:TXD，串行輸出口。 &#

20、160;   P3.2:INT0，外部中斷0輸入口。     P3.3:INT1，外部中斷1輸入口。     P3.4:T0，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0外部事件脈沖輸入端。     P3.5:T1，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1外部事件脈沖輸入端     P3.6:WR，外部

21、數(shù)據(jù)存貯器寫(xiě)脈沖。     P3.7:RD，外部數(shù)據(jù)存貯器讀脈沖。</p><p><b>　　5、顯示器</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)中有顯示模塊，常用的顯示器件比較多，有數(shù)碼管，LED點(diǎn)陣，1602液晶，12864液晶等。</p><p>　　數(shù)碼管是最常用的一種顯示器件，它是由幾個(gè)發(fā)光二

22、極管組成的8字段顯示器件，其特點(diǎn)是價(jià)格非常的便宜，使用也非常的方便，顯示效果非常的清楚。小電流下可以驅(qū)動(dòng)每光，發(fā)光響應(yīng)時(shí)間極短，體積小，重量輕，抗沖擊性能好，壽命長(zhǎng)。但數(shù)碼管只能是顯示0——9的數(shù)據(jù)。不能夠顯示字符。這也是數(shù)碼管的不足之處。經(jīng)過(guò)性能的比較和根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求以及價(jià)格的考慮，選擇數(shù)碼管顯示器。</p><p>　　單位數(shù)碼管如圖4.4所示。 </p><p>　　6、模數(shù)（A/

23、D）芯片ADC0809</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換器是模擬量輸入通道中的一個(gè)環(huán)節(jié)，單片機(jī)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器把輸入模擬量變成數(shù)字量再處理。此次設(shè)計(jì)的是利用逐次逼近式ADC0809進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。</p><p>　　ADC0809是8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，它是由一個(gè)8路的模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)地址鎖存譯碼器、一個(gè)A/D 轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開(kāi)關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8 路模擬量

24、分時(shí)輸入，共用A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。些A/D轉(zhuǎn)換器是的特點(diǎn)是8位精度，屬于并行口，如果輸入的模擬量變化大快，必須在輸入之前增加采樣電路。</p><p>　　綜合上述，逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換既兼顧了轉(zhuǎn)換速度，又具有一定的精度，這里選用的是逐次逼近型的A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809。</p><p>　　圖4.6 ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖4.7 ADC

25、0809引腳圖</p><p>　　7、8279接口芯片</p><p>　　8279的功能及工作原理</p><p>　　8279是Intel公司生產(chǎn)的通用可編程鍵盤(pán)和顯示器I／O接口部件。利用8279，可實(shí)現(xiàn)對(duì)鍵盤(pán)／顯示器的自動(dòng)掃描，并識(shí)別鍵盤(pán)上閉合鍵的鍵號(hào)，不僅可以大大節(jié)省CPU對(duì)鍵盤(pán)／顯示器的操作時(shí)間，從而減輕CPU的負(fù)擔(dān)，而且顯示穩(wěn)定，程序簡(jiǎn)單，不會(huì)出現(xiàn)誤

26、動(dòng)作，由于這些優(yōu)點(diǎn)，8279芯片日益被設(shè)計(jì)者所采用。</p><p>　　8279的引腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　(1) I／O控制和數(shù)據(jù)緩沖器 </p><p>　　雙向的三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器將內(nèi)部總線(xiàn)和外部總線(xiàn)DBo —DB7，用于傳送CPU和8279之間的命令，數(shù)據(jù)和狀態(tài)。</p><p>　　為片選信號(hào)。當(dāng)為低電平時(shí)，CPU才選中8

27、279讀寫(xiě)。</p><p>　　A。用以區(qū)分信息的特性。當(dāng)A。為1時(shí)，CPU寫(xiě)入8279的信息為命令，CPU從 8279讀出的信息為8279的狀態(tài)。當(dāng)A。為0時(shí)，I／O信息都為數(shù)據(jù)。</p><p>　　圖1 8279的引腳圖</p><p><b>　　(2) 控制邏輯</b></p><p>　　控制與定時(shí)寄存

28、器用以寄存鍵盤(pán)及顯示器的工作方式，鎖存操作命令，通過(guò)譯碼產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，使8279的各個(gè)部件完成一定的控制功能。</p><p>　　定時(shí)控制含有一些計(jì)數(shù)器，其中有一個(gè)可編程的5位計(jì)數(shù)器，對(duì)外部輸入時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行分頻，產(chǎn)生100kHz的內(nèi)部定時(shí)信號(hào)。外部時(shí)鐘輸入信號(hào)的周期不小于500ns。</p><p>　　(3) 掃描計(jì)數(shù)器</p><p>　　掃描計(jì)數(shù)器有

29、兩種輸出方式。一種為外部譯碼方式(也稱(chēng)編碼方式)，計(jì)數(shù)器以二進(jìn)制方式計(jì)數(shù)，4位計(jì)數(shù)狀態(tài)從掃描線(xiàn)SL。～SL3輸出，經(jīng)外部譯碼器譯碼出16位掃描線(xiàn)，另一種為內(nèi)部譯碼方式(也稱(chēng)譯碼方式)，即掃描計(jì)數(shù)器的低二位經(jīng)片內(nèi)譯碼器譯碼后從SL。一SL3輸出。</p><p>　　(4) 鍵輸入控制</p><p>　　這個(gè)部件完成對(duì)鍵盤(pán)的自動(dòng)掃描，鎖存RL?！玆L7的鍵輸入信息，搜索閉合鍵，去除鍵的抖

30、動(dòng)，并將鍵輸入數(shù)據(jù)寫(xiě)入內(nèi)部先進(jìn)先出(FIFO)的存儲(chǔ)器RAM。</p><p>　　(5)FIFO RAM和顯示緩沖器RAM </p><p>　　8279具有8個(gè)先進(jìn)先出(FIFO)的鍵輸入緩沖器，并提供16個(gè)字節(jié)的顯示緩沖器RAM。</p><p>　　8279將段碼寫(xiě)入顯示緩沖器RAM，8279自動(dòng)對(duì)顯示器掃描，將其內(nèi)部顯示緩沖器RAM中的數(shù)據(jù)在顯示器上

31、顯示出來(lái)。</p><p>　　IRQ為中斷請(qǐng)求輸出線(xiàn)，高電平有效。當(dāng)FIFO RAM緩沖器中存有鍵盤(pán)上閉合鍵的編碼時(shí)，IRQ線(xiàn)升高，向CPU請(qǐng)求中斷，當(dāng)CPU將緩沖器中的輸入鍵的數(shù)據(jù)全部讀取時(shí)，中斷請(qǐng)求線(xiàn)下降為低電平；</p><p>　　SHIFT、CNTL／STB為控制鍵輸入線(xiàn)，由內(nèi)部拉高電阻拉成高電平，也可由外部控制按鍵拉成低電平。</p><p>　　RL

32、?！玆L7為反饋輸入線(xiàn)，作為鍵輸入線(xiàn)，由內(nèi)部拉高電阻（或稱(chēng)為上拉電阻）拉成高電平，也可由鍵盤(pán)上按鍵拉成低電平。</p><p>　　SL?！玈L3為掃描輸出線(xiàn)，用于對(duì)鍵盤(pán)顯示器掃描。</p><p>　　OUT B。-3、OUTA。-3為顯示段數(shù)據(jù)輸出線(xiàn)，可分別作為兩個(gè)半字節(jié)輸出，也可作為8位段數(shù)據(jù)輸出口，此時(shí)OUTB。為最低位，OUTA3為最高位。</p><p>

33、;　　BD為消隱輸出線(xiàn)，低電平有效，當(dāng)顯示器切換時(shí)或使用顯示消隱命令時(shí)，將顯示消隱。</p><p>　　RESET為復(fù)位輸入線(xiàn)，高電平有效。當(dāng)RESET輸入端出現(xiàn)高電平時(shí)，8279被初始復(fù)位。</p><p><b>　　8、硬件原理圖</b></p><p><b>　　9、c語(yǔ)言程序編寫(xiě)</b></p>

34、<p>　　#include <Reg51.h></p><p>　　#include <absacc.h></p><p>　　#include<intrins.h></p><p>　　#define A_DPORT XBYTE[0x8100] //0809通道0地址</p><p>　

35、　#define DAT XBYTE[0xFF80] //8279 數(shù)據(jù)口地址</p><p>　　#define COM XBYTE[0xFF82] //8279 狀態(tài)/命令口地址</p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　#define uint unsigned int </p>

36、<p>　　bit bdata bz=0;//定義標(biāo)志</p><p>　　long int val;</p><p>　　uchar idata diss[4]={0,0,0,0};//顯示緩沖區(qū)</p><p>　　uchar code ledseg[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0

37、x6f};//LED顯示常數(shù)表</p><p>　　void delay(uint z)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uint x,y;</b></p><p>　　for(x=z;x>0;x--)</p><p>　　for(y

38、=110;y>0;y--);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　//----8279初始化子程序-----</p><p>　　void init8279() </p><p><b>　　{</b></p><p>　　COM=0x00;

39、 //置8279工作方式</p><p>　　COM=0x2f; //置鍵盤(pán)掃描速率</p><p>　　COM=0xc1; //清除 LED 顯示</p><p>　　delay(200); //等待清除結(jié)束 </p><p><b>　　}</b></p><p>

40、;　　//-----顯示函數(shù)-----</p><p>　　void disled(d) </p><p>　　uchar idata *d;</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uchar i;</b></p><p><b&g

41、t;　　COM=0x80;</b></p><p>　　for(i=0;i<4;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　COM=i+0x80;</p><p>　　DAT=ledseg[*d];</p><p><b>　　d++;<

42、/b></p><p><b>　　if(i==3)</b></p><p>　　{DAT=ledseg[*d]|0x80;}</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　//-----顯示緩

43、沖區(qū)內(nèi)容顯示-----</p><p>　　void disp(void) </p><p><b>　　{</b></p><p>　　disled(diss);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　//-----顯示處理-----</p&g

44、t;<p>　　void display(long second) </p><p><b>　　{</b></p><p>　　diss[0]=second%10; //低位先存</p><p>　　diss[1]=second/10%10;</p><p>　　diss[2]=second/100%1

45、0;</p><p>　　diss[4]=second/1000;</p><p><b>　　disp();</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　main()</b></p><p><b>　　{&l

46、t;/b></p><p>　　IT0=1; </p><p><b>　　EX0=1;</b></p><p><b>　　EA=1;</b></p><p>　　delay(100);//延時(shí)</p><p>　　init8279();

47、</p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　A_DPORT=val; //啟動(dòng) A_D</p><p>　　while(bz==0); //等待 A_D 轉(zhuǎn)換結(jié)束</p><p>　　displ

48、ay(val);</p><p>　　delay(10);</p><p>　　bz=0; //清讀數(shù)標(biāo)志</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void int_0(void) interrupt

49、0</p><p><b>　　{</b></p><p>　　val=A_DPORT;//讀 A_D 數(shù)據(jù)</p><p>　　val=val*5000/256;</p><p>　　bz=1;//置讀數(shù)標(biāo)志</p><p><b>　　}</b></p&g