简易数字电压表论文.docx

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简易数字电压表论文

哈尔滨工业大学华德应用技术学院

毕业设计（论文）

题目简易数字电压表

专业应用电子与通信技术系

学号1059210201

学生姓名石磊

指导教师姓名王哲

答辩日期2009年1月6日

哈工大华德学院毕业设计（论文）评语

姓名：

班号：

专业：

毕业设计（论文）题目：

工作起止日期：

年月日起年月日止

指导教师对毕业设计（论文）进行情况，完成质量及评分意见：

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指导教师签字：

指导教师职称：

评阅人评阅意见：

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评阅教师签字：

评阅教师职称：

答辩委员会评语：

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根据毕业设计（论文）的材料和学生的答辩情况，答辩委员会作出如下评定：

学生毕业设计（论文）答辩成绩评定为：

对毕业设计（论文）的特殊评语：

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答辩委员会主任（签字）：

职称：

________________

答辩委员会副主任（签字）：

答辩委员会委员（签字）：

__________________________________________________________________________________________________________

年月日

哈工大华德应用技术学院毕业设计（论文）任务书

姓名：

石磊院（系）：

应用电子与通信技术系

专业：

电子信息工程班号：

0592102

任务起至日期：

2008年10月11日至2009年1月6日

毕业设计（论文）题目：

简易数字电压表

立题的目的和意义：

掌握AT89S52单片机和ADC0809八路A/D转换器的基本知识并做到理论知识与实际电路相合，熟悉汇编语言的运用及编程方法，熟悉模数转换芯片的工作原理。

另外此设计还具有小巧轻便实用等诸多优点。

技术要求与主要内容：

1.测量范围0～5

2.可以同时测量8路电压

3.四位数码管显示

4.误差范围0.05V

进度安排：

1.10月11—10月25日：

查阅资料、选择设计方案、开题

2.10月26日—11月22日：

硬件连接完成、软件完成初步、中检

3.12月23日—12月29日：

软硬件设计完成、结题验收、上交论文

4.12月29日—1月5日：

准备答辩

5.1月6日：

答辩

同组设计者及分工：

独立完成

指导教师签字___________________

年月日

教研室主任意见：

教研室主任签字___________________

年月日

摘要

数字电压表（Digital Voltmeter）简称DVM，利用A/D转换原理，将被测模拟量转换成数字量,并用数字方式显示测量结果的电子测量仪表。

利用单片机技术结合A/D转换芯片ADC0809构建了一个简易数字电压表。

设计主要采用STC89C52芯片和ADC0809芯片来完成一个简易的数字电压表，能够对输入的0～5V的模拟直流电压进行测量，并通过一个4位一体的7段LED数码管进行显示，测量误差约为0.02V。

该电压表的测量电路主要由三个模块组成：

A/D转换模块、数据处理模块及显示控制模块。

关键词：

简易数字电压表；STC89C52；ADC0809；四位数码显示

Abstract

Arithmeticfigureelectricvoltageform（DigitalVoltmeter）briefnameDVM,makeuseoftheA/Dconversionprinciple,willbemeasuredtheamountofemulationconversionthearithmeticfiguremeasures,counteractingtheelectronicsthatarithmeticfiguremethodmanifestationmeasureresultmeasuretheappearance.

MakeuseofthesingleamachinetechniquecombinationA/theDconversionanADC0809setupasimplearithmeticfigureelectricvoltageform.MainadoptionindesignAT89S51a0the5Vsof～ssofemulationsforwiththesliceofADC0809tocompletingasimplearithmeticfigureelectricvoltageform,cantoinputtingdirectcurrentelectricvoltageproceedsthediagraph,andpass7LEDsfiguresofa4integralwholesthetubeproceedthemanifestation,measuringerrormarginroughly0.02Vs.Thediagraphelectriccircuitoftheelectricvoltage'sformismaintobeconstitutedbythreemoldspiece:

A/Dconversionmoldpiece,datahandlesmoldpieceandmanifestationcontrolmoldpiece.

Keywords：

SimplearithmeticfigureelectricvoltageformSTC89C52ADC0809fourfiguresesmanifestation

目　录

摘要I

AbstractII

第1章绪论1

1.1课题背景1

1.2目的和意义1

1.3系统功能1

1.4技术要求1

第2章系统设计2

2.1系统的论证2

2.2系统基本方案2

2.2.1各模块方案选择2

2.2.2系统各模块的最终方案3

2.3本章小结4

第3章硬件的设计5

3.1系统硬件概述5

3.2数据处理芯片STC89C525

3.2.1STC89C52简介5

3.2.2STC89C52的引脚：

6

3.2.3STC89C52的复位电路和时钟电路8

3.3模数转换芯片ADC080910

3.3.1ADC0809内部逻辑结构10

3.3.2ADC0809的引脚11

3.3.3ADC0809的工作原理11

3.3.4STC89C52与ADC0809的连接12

3.4四位一体LED数码管13

3.5本章小结15

第4章软件的设计16

4.1系统软件概述16

4.2系统程序设计16

4.2.1.主程序设计16

4.2.2子程序设计16

4.3本章小结19

第5章电源电路20

5．1稳压电源20

5.2本章小结20

第6章系统调试及性能分析21

6.1电压测试结论21

6.2性能分析21

6.3系统调试中遇到的问题及解决的方法22

6.4本章小结22

结论23

致谢24

参考文献25

附录1英文参考资料26

附录2译文30

附录3系统电路图33

附录4汇编语言程序清单34

附录5原件清单42

第1章绪论

1.1课题背景

随着电子科学技术的发展，电子测量成为广大电子工作者必须掌握的手段，对测量的精度和功能的要求也越来越高，而电压的测量甚为突出，因为电压的测量最为普遍。

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，数字电压表具有测量精度高等优点，在读数方便，在体积、重量、耗电、稳定性及可靠性等方面性能指标均明显优于指针式万用表。

随着微电子技术和超大规模集成电路技术的迅速发展，单片微型计算机以其体积小、性价比高、功能强、可靠性高等独有的特点，并在各个领域（如工业控制、家电产品、汽车电子、通信、智能仪器仪表）得到了广泛的应用。

各种常用的仪器仪表中数字电压表是最常见的仪器仪表之一。

目前，由各种单片机和大规模的A/D转换集成构成的数字电压表，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。

1.2目的和意义

制作一个可以测量八路0～5V范围内的电压的简易数字电压表。

掌握STC89C52单片机和ADC0809八路A/D转换器的基本知识并做到理论知识与实际电路相合，熟悉汇编语言的运用及编程方法，熟悉模数转换芯片的工作原理。

1.3系统功能

使用单片机STC89C52和ADC0809设计一个数字电压表，能够测量0－5V之间的直流电压值，三位数码显示。

在单片机的作用下，能监测八路的输入电压值，用8位串行A/D转换器，基准电压为5V；能用一位LED进行轮流显示或单路选择显示，显示精度在0.05V以内。

1.4技术要求

（1）测量范围0～5V；

（2）可以同时测量8路电压；

（3）4位LED显示；

（4）误差范围0.05V。

第2章系统设计

2.1系统的论证

简易数字电压表可以测量0～5V的8路输入电压值，并在4位LED数码管上显示出来。

采集8个通道的模拟量在数码管显示出来。

模拟量值的测量范围是0-255,第一个数码管用于显示哪一个通道，后三个数码管用于显示采集的模拟量的值，每秒钟显示切换一下通道。

本设计还扩展了通道选择和电路复位两种功能。

在电路显示电压值时，系统设计了轮流显示和选择显示电压值两种功能的转换按键。

一个是轮流显示通道的切换按键，另一个是选择通道的切换按键。

在刚上电时，系统默认为循环显示8个通道的电压值状态。

电路还增设了复位电路，当显示某一路电压值时按下复位键，电路将从第一路开始重新显示电压值。

2.2系统基本方案

根据设计要求,简易数字电压表测量电路主要由A/D转换模块、数据处理模块及显示模块组成。

其系统框图如2-1

图2-1简易数字电压表框图

2.2.1各模块方案选择

2．2．1．1数据处理模块

方案一：

采用FPGA作为系统的控制器。

FPGA（现场可编程门阵列）可以实现各种复杂的逻辑功能，它把所有的器件都集中在一块芯片上，体积小，稳定性高。

同时FPGA可用EDA软件仿真调式,易于进行功能扩展。

但是由于本系统对数据处理的速度要求并不是很高，而FPGA的管脚也比较多，布线起来会比较复杂，成本也会偏高。

方案二：

采用STC89C52单片机作为系统的控制器。

51系列的单片机的使用简单，软件编程灵活。

自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且功耗低、体积小、技术成熟和成本低。

2．2．1．2A/D转换模块

方案一:

采用ADC574转换芯片。

其电源是0到20V，选取这片芯片就不用考虑的电阻的分压。

但是以选择信号的输入通道是32路，不是我们所须要的，并且电路结构复杂。

使得整部分硬件电路板布线复杂，加重了电路设计和实际焊接的工作。

方案二:

采用ADC0809转换芯片，其中A/D转换器用于实现模拟量向数字量的转换，由于模拟转换电路的种类很多，选择A/D转换器从速度，精度和价格方面考虑，其内部是8路模拟选通开关，以及相应的通道抵制锁存用译码电路，转换时间是100μS左右。

单电源供电。

2．2．1．3显示模块

方案一：

采用四个独立的数码管显示。

四位独立的LED具有低能耗、低损耗、低压、寿命长、耐老化、防晒、防潮、防火、防高（低）温等优点，但在实际电路连接中连接导线多、布局大等特点。

方案二：

采用四位一体的LED数码管作为显示器件。

四位一体的LED数码管具有对外界环境要求低、易于维护，同时其精度比较高、操作简单、编程容易、资源占用较少等优点。

2．2．1．4电源模块

方案一：

采用试验台电源供电。

使用试验台提供电压方便直接，但电压易波动、电流过大。

方案二：

采用W7805提供电源。

输出电压稳定，不易产生波动。

2.2.2系统各模块的最终方案

结合系统自身要求和实际应用中的利益问题,我们最终选择了以下方案作为此次作品设计的最终方案:

（1）数据处理模块:

采用STC89C52单片机作为系统的控制器

（2）显示模块:

采用四位一体的LED数码管作为系统的显示器件

（3）A/D转换模块:

采用A/D转换芯片ADC0809作电压采集转换

（4）电源模块：

采用W7805组成的稳压电源。

2.3本章小结

本章叙述了数字电压表概念及其功能并附图进行解释，通过对于各模块的方案选择，集中解释了数据处理模块A/D转换模块、显示模块及电源模块的作用及特性。

并最终综合以上选择制定了所适应的采用模式的的最终方案并阐述原因。

第3章硬件的设计

3.1系统硬件概述

本设计采用STC89C52单片机芯片配合ADC0809模/数转换芯片构成一个简易的数字电压表。

该电路采用STC89C52单片机作为控制核心,通过ADC0809芯片采样输入口IN0～IN7输入8路0～5V的模拟量电压，经过模/数转换后，产生相应的数字量经过其输出通道D0～D7传送给STC89C52芯片。

ADC0809用来采集模拟输入量,在将采集到的模拟量转换成数字量送给单片机。

STC89C52负责把接收到的数字量经过数据处理，产生正确的7段数码管的显示段码，并传送给数码管。

数码管将接收到的段码信息依次显示出来。

简易数字电路系统电路图见附录3。

3.2数据处理芯片STC89C52

3.2.1STC89C52简介

STC89C52是美国ATMEL公司生产的低功耗、高性能CMOS8位单片机。

图3-1和3-2分别为其实物图和内部总体结构图。

STC89C52片内含有8k字节Flash闪速存储器，256字节内部RAM，32个I/O口线，看门狗（WDT），两个数据指针，三个16位定时/计数器,一个6向量2级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。

同时,C52可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。

空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。

掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。

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STC89C52是一种高效微控制器，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。

图3-1STC89C52实物图

图3-2STC89C52芯片内部总体结构图

3.2.2STC89C52的引脚：

STC89C52芯片为40引脚双列直插式封装，其引脚排列如图3-3所示。

（1）VCC：

电源电压；

（2）GND：

接地；

（3）P0口：

P0口是一组8位漏极开路双向I/O口，每位引脚可驱动8个TTL逻辑门路。

对P0口的管脚写“1”时，被定义为高阻抗输入。

在访问外部数据存储器或程序存储器时，它可以被定义为数据总线和地址总线的低八位。

在FLASH编程时，P0口作为原码输入口；当FLASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须接上拉电阻。

（4）P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口的输出缓冲器可驱动4个TTL逻辑门电路。

对P1口管脚写入“1”后，被内部上拉电阻拉高，可用作输入。

P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部接有上拉电阻的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。

P1口中的P1.0、P1.1、P1.5、P1.6、P1.7还具有第二功能，如表3-1所示。

图3-3STC89C52引脚图

表3-1P1口的第二功能

端口引脚

第二功能

P1.0

T2（外部计数输入）、时钟输出

P1.1

T2EX

P1.5

MOSI（用于系统编程）

P1.6

MISO（用于系统编程）

P1.7

SCK（用于系统编程）

（5）P2口：

P2口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P2口的输出缓冲器可驱动4个TTL逻辑门电路。

对P2口管脚写入“1”后，被内部上拉电阻拉高，可用作输入。

P2口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部接有上拉电阻的缘故。

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。

在访问8位地址外部数据存储器时，P2口线上的内容，在整个访问期间不改变。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

（6）P3口：

P3口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P3口的输出缓冲器可驱动4个TTL逻辑门电路。

对P3口管脚写入“1”后，被内部上拉电阻拉高，可用作输入。

P3口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部接有上拉电阻的缘故。

P3口除了一般I/O线的功能外，还具有更为重要的第二功能，如表3-2所示。

P3口同时为FLASH编程和编程校验接收一些控制信号。

表3-2P3口的第二功能

端口引脚

第二功能

P3.0

RXD（串行输入口）

P3.1

TXD（串行输出口）

P3.2

INTO（外部中断0）

P3.3

INT1（外部中断1）

P3.4

T0（定时/计数器0外部输入）

P3.5

T1（定时/计数器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）

（7）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。

（8）ALE//RPOG：

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。

（9）/PSEN：

外部程序存储器的选通信号。

在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的信号将不出现。

（10）/EA/VPP：

当保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。

注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

 （11）XTAL1：

片内高增益反向放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

（12）XTAL2：

片内高增益反向放大器的输出端。

3.2.3STC89C52的复位电路和时钟电路

3.2.3.1复位电路

STC8