基于单片机的数字多用表设计说明Word文档格式.docx
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（3）转换开关
转换开关的作用是用来选择各种不同的测量线路，以满足不同种类和不同量程的测量要求。
转换开关一般有多个，分别标有不同的档位和量程。
第二章数字多用表硬件电路的总体设计
2.1数字多用表的硬件系统设计框架图
如下图2.1所示，本多用表由以下几部分功能组成，复位电路、震荡电路、ADC输入、被测量显示、超限报警、ADC使能控制。
复位电路用来清零，进行下一次的测量；
震荡电路用来消除一些外来干扰，使电路工作更加稳定；
ADC输入则是将输入量进行AD转换；
测量显示就是显示测量的数值；
超限报警部分则是用作当测量量超出量程围时发出警报，以便提醒用户更改大量程；
ADC使能控制则用来对输入量进行控制，允许输入或者不允许。
图2.1总体电路设计原理图
2.2硬件电路设计方案与选用芯片介绍
2.2.1设计方案
用单片机STC89C52与ADC0809设计一个数字多用表，配合分流电阻、分压电阻可以测量交、直流电压值，直流电流，四位数码显示。
并且有超出量程的情况发生时，蜂鸣器发声报警。
2.2.2STC89C52芯片功能特性描述
STC89C52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。
在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案。
它具有以下标准功能：
8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O接口，看门狗定时器，置4KBEEPROM，MAX810复位电路，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。
图2-2-2STC89C52RS引脚图
STC89C52RS各引脚功能:
VCC（40引脚）：
电源电压VSS（20引脚）：
接地
P0端口（P0.0～P0.7，39～32引脚）：
P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。
作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL负载，对端口P0写入“1”时，可以作为高阻抗输入。
P1端口（P1.0～P1.7，1～8引脚）：
P1口是一个带部上拉电阻的8位双向I/O口。
在对FlashROM编程和程序校验时，P1接收低8位地址。
此外，P1.0和P1.1还可以作为定时器/计数器2的外部技术输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体参见表2-2-2：
表2-2-2
引脚号
功能特性
P1.0
T2（定时器/计数器2外部计数输入），时钟输出
P1.1
T2EX（定时器/计数器2捕获/重装触发和方向控制）
P2端口（P2.0～P2.7，21～28引脚）：
P2口是一个带部上拉电阻的8位双向I/O端口。
在对FlashROM编程和程序校验期间，P2也接收高位地址和一些控制信号。
P3端口（P3.0～P3.7，10～17引脚）：
P3是一个带部上拉电阻的8位双向I/O端口。
在对FlashROM编程或程序校验时，P3还接收一些控制信号。
P3口除作为一般I/O口外，还有其他一些复用功能，见表2-2-3：
表2-2-3
复用功能
P3.0
RXD（串行输入口）
P3.1
TXD（串行输出口）
P3.2
（外部中断0）
P3.3
（外部中断1）
P3.4
T0（定时器0的外部输入）
P3.5
T1（定时器1的外部输入）
P3.6
（外部数据存储器写选通）
P3.7
（外部数据存储器读选通）
注：
单片机最小系统包括时钟电路，复位电路，电源电路。
其原理图如下：
2.2.3数码管显示器的结构与其工作原理
（1）数码管结构
数码管的外形结构如图2-2-3所示
图2-2-3数码管显示器原理图
（2）LED数码管分类
按其部结构可分为共阴型和共阳型；
导通时正向压降一般为1.5～2V，额定电流为10mA，最大电流为40mA。
（3）数码管工作原理
共阳极数码管的8个发光二极管的阳极（二极管正端）连接在一起。
通常，公共阳极接高电平（一般接电源），其它管脚接段驱动电路输出端。
当某段驱动电路的输出端为低电平时，则该端所连接的字段导通并点亮。
根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。
此时，要求段驱动电路能吸收额定的段导通电流，还需根据外接电源与额定段导通电流来确定相应的限流电阻。
共阴极数码管的8个发光二极管的阴极（二极管负端）连接在一起。
通常，公共阴极接低电平（一般接地），其它管脚接段驱动电路输出端。
当某段驱动电路的输出端为高电平时，则该端所连接的字段导通并点亮，根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。
数码管显示数字见图2-2-4
图2-2-4数码管显示数字对照图
2.2.4A/D转换电路的设计
ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D模数转换器。
其部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。
是目前国应用最广泛的8位通用A/D芯片。
此模块主要由模数转换器ADC0809和双D型正沿触发器74LS74（带预置和清除端）组成。
（1）主要特性：
1.8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位。
2.具有转换起停控制端。
3.转换时间为100μs（时钟为640kHz时），130μs（时钟为500kHz时）。
4.单个+5V电源供电。
5.模拟输入电压围0～+5V，不需零点和满刻度校准。
6.工作温度围为-40～+85摄氏度。
7.低功耗，约15mW。
（2）部结构：
ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，部结构如右图所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器、逐次逼近寄存器、逻辑控制和定时电路组成。
（3）外部特性（引脚功能）：
ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如左图所示。
下面说明各引脚功能。
IN0～IN7：
8路模拟量输入端。
2-1～2-8：
8位数字量输出端。
ADDA、ADDB、ADDC：
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转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。
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。
（4）ADC0809的工作过程：
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到数据总线上。
转换数据的传送A/D转换后得到的数据应与时传送给单片机进行处理。
数据传送的关键问题是如何确认A/D转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行传送。
为此可采用下述三种方式。
1.定时传送方式
对于一种A/D转换器来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。
例如ADC0809转换时间为128μs，相当于6MHz的MCS-51单片机共64个机器周期。
可据此设计一个延时子程序，A/D转换启动后即调用此子程序，延迟时间一到，转换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。
2.查询方式
A/D转换芯片由表明转换完成的状态信号，例如ADC0809的EOC端。
因此可以用查询方式，测试EOC的状态，即可确认转换是否完成，并接着进行数据传送。
3.中断方式
把表明转换完成的状态信号（EOC）作为中断请求信号，以中断方式进行数据传送。
不管使用上述哪种方式，只要一旦确定转换完成，即可通过指令进行数据传送。
首先送出口地址并以信号有效时，OE信号即有效，把转换数据送上数据总线，供单片机接受。
2.2.5各模块直接引脚连接方法
a）把“单片机系统”区域中的P1.0－P1.7与“动态数码显示”区域中的ABCDEFGH端口连接。
b）把“单片机系统”区域中的P2.0－P2.7与“动态数码显示”区域中的S1－S8端口连接。
c）把“单片机系统”区域中的P3.0与“模数转换模块”区域中的ST端子用导线相连接。
d）把“单片机系统”区域中的P3.1与“模数转换模块”区域中的OE端子用导线相连接。
e）把“单片机系统”区域中的P3.2与“模数转换模块”区域中的EOC端子用导线相连接。
f）把“单片机系统”区域中的P3.3与“模数转换模块”区域中的CLK端子用导线相连接。
g）把“模数转换模块”区域中的A2A1A0端子用导线连接到GND端子上。
h）把“模数转换模块”区域中的IN0端子用导线连接到“三路可调电压模块”区域中的VR1端子上。
i）把“单片机系统”区域中的P0.0－P0.7用8芯排线连接到“模数转换模块”区域中的D0－D7端子上。
第三章数字多用表的软件设计
3.1系统总流程图
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：
STC89C52单片机，AD0809模数转换芯片，数码管显示器，开关，电容，电阻，晶振，标准电源等等。
图3.1系统总流程图
3.2物理量采集处理流程
图3.2物理量采集处理流程
3.3电压测量过程流程图
图3.3电压测量流程图
3.4电流的测量过程流程图
图3.4电流测量流程图
3.5各模板仿真与源程序
3.5.1仿真图
分流电阻电路
触发器74LS74
ADC0809转换电路
分压电阻电路
报警电路
3.5.2源程序
#include<
reg51.h>
intrins.h>
sbitLCD_RS=P1^0;
//RS寄存器选择;
高电平选数据;
低电平选指令;
sbitLCD_RW=P1^1;
//读写信号线;
高电平读操作;
低电平写操作;
sbitLCD_E=P1^2;
//E使能端
sbitST=P1^3;
//START输入；
A／D转换启动信号，，高电平有效。
sbitEOC=P1^4;
//输出;
A／D转换结束信号，，
//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）。
sbitOE=P1^5;
//输入,数据输出允许信号，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。
sbitALE=P1^6;
//地址锁存允许信号，输入，高电平有效。
sbitCLK=P3^3;
//时钟脉冲输入端。
/***************************************
sbitA;
//地址选择
sbitB;
sbitC;
***************************************/
#defineLCD_DataP2//液晶数据D7-D0
#defineBusy0x80//用于检测LCD状态字中的Busy标识
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
voidWriteDataLCD（unsignedcharWDLCD）;
//写数据
voidWriteCommandLCD（unsignedcharWCLCD,BuysC）;
//写指令
unsignedcharReadDataLCD（void）;
//读数据
unsignedcharReadStatusLCD（void）;
//读状态
voidLCDInit（void）;
//LCD初始化
voidDisplayOneChar（unsignedcharX,unsignedcharY,unsignedcharDData）;
//显示一个字符
voidDisplayListChar（unsignedcharX,unsignedcharY,unsignedcharcode*DData）;
//显示一串字符
voidDelay5Ms（void）;
voidDelay400Ms（void）;
voidread（）;
//读取待测数据
ucharReadADC（）;
//ADC读取函数
voidwritenumber（）;
voidzhuan（uchari）;
unsignedcharcodeuctech[]={"
TheDCvoltage:
"
};
unsignedcharcodenet[]={"
the"
unsignedcharnum[5];
unsignedcharshu[]={0x30,0x31,0x32,0x33,0x34,0x35,0x36,0x37,0x38,0x39};
//0123456789
unsignedchargetdata;
voidmain（void）
{
ST=0;
OE=0;
ET0=1;
//计时器/计数器中断允许控制位；
=1允许定时，计数器中断
ET1=1;
EA=1;
//中断允许总控制位
TMOD=0x12;
//定时器控制寄存器
TH0=216;
TL0=216;
//TH1=（65536-5000）/256;
//TL1=（65536-5000）%256;
TR1=1;
TR0=1;
Delay5Ms（）;
ST=1;
ALE=0;
Delay400Ms（）;
//启动等待，等LCD进入工作状态
LCDInit（）;
//LCD初始化
while
（1）
{
unsignedcharj;
DisplayListChar（0,0,uctech）;
//显示第0行
//DisplayListChar（0,1,num）;
//显示第1行
ReadDataLCD（）;
//测试用句无意义
j=ReadADC（）;
zhuan（j）;
//voidwritenumber（uchar*q）
//Delay400Ms;
//for（）
//{
WriteCommandLCD（0xc0,0）;
WriteDataLCD（num[2]）;
//}
}
}
ucharReadADC（）//ADC读取函数
{
uchara;
//复位
ALE=1;
//?
?
_nop_（）;
//OE=0;
//ST=1;
//0>
1;
上升沿ADC0809所有寄存器清零
//ST=0;
//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）。
while（EOC==0）//A／D转换结束信号，输出，
{
//OE下降沿。
A/D开始转换，期间ST保持低电平
//OE=1;
//OE为输出允许信号，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为数字量输出线。
OE=1;
getdata=P0;
a=getdata;
//i=getdata;
}
return（a）;
voidzhuan（uchark）
k=k*196;
//k=k/256;
num[0]=shu[k/10000];
k=k%10000;
num[1]=shu[k/1000];
k=k%1000;
num[2]=shu[k/100];
k=k%100;
num[3]=shu[k/10];
/*
voidwritenumber（uchata,uchar*q）
ReadStatusLCD（）;
//检测忙
LCD_Data=q[];
}
//写数据
voidWriteDataLCD（unsignedcharWDLCD）
LCD_Data=WDLCD;
LCD_RS=1;
LCD_RW=0;
LCD_E=0;
//若晶振速度太高可以在这后加小的延时
//延时
//不加延时通不过PROTEUS仿真
LCD_E=1;
voidWriteCommandLCD（unsignedcharWCLCD,BuysC）//BuysC为0时忽略忙检测
if（BuysC）ReadStatusLCD（）;
//根据需要检测忙
LCD_Data=WCLCD;
LCD_RS=0;
unsignedcharReadDataLCD（void）
LCD_RW=1;
return（LCD_Data）;
unsignedcharReadStatusLCD（void）
LCD_Data=0xFF;
LCD_RS=0;
while（LCD_Data&
Busy）;
//检测忙信号
voidLCDInit（void）//LCD初始化
LCD_Data=0;
WriteCommandLCD（0x38,0）;
//三次显示模式设置，不检测忙信号
WriteCommandLCD（0x38,1）;
//显示模式设置,开始要求每次检测忙信号
WriteCommandLCD（0x08,1）;
//关闭显示
WriteCommandLCD（0x01,1）
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