单片机毕业论文基于LCD显示技术的数字电压表设计.docx

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单片机毕业论文基于LCD显示技术的数字电压表设计

基于LCD显示技术的数字电压表设计

摘要:

本报告介绍了基于AT89S52单片机为核心的、以AD0809数模转换

芯片采样、以1602液晶屏显示的具有电压测量功能的具有一定精度的数字电压

表。

在实现基础功能要求之上扩展了串口通讯、时钟功能、高压报警、短路测试、

电阻测量、交流电压峰峰值和周期测试等功能，使系统达到了良好的设计效果和

要求。

关键词:

AT89S52单片机模数转换液晶显示扩展功能

BasedontheLCDdisplaytechnology

ofdigitalvoltmeterdesign

Abstract:

ThereportdescribestheAT89S52basedonthemicrocontrollerasthecore,AD0809digital-to-analogconverterchipsampling,to1602LCDdisplaywithvoltagemeasurementfunctionwithacertainprecisionofdigitalvoltagemeter.Inachievingfunctionalrequirementsbasedupontheexpansionofserialcommunications,high-pressurealarm,shortcircuit,electricalresistivitymeasurement,ACvoltageandthepeakofcycletestingandotherfunctions,allowingthesystemtoachievegoodresultsandthedesignrequirements.

Keywords:

AT89S52SCManalog-to-digitalconversionfunctionsLCDexpansion

基于LCD显示技术的数字电压表设计

绪论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„31数字电压表简介„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„41.1数字电压表的介绍„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„41.2数字电压表的基本结构及工作原理„„„„„„„„„„„„„„„„41.3数字电压表的发展趋势„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„52单片机的概述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„62.1单片机简介„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„62.2单片机的特点„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„72.3单片机的应用„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„73方案论证„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„83.1CPU的选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„83（2液晶显示器的选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„113.2.1液晶显示原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„113.2.2液晶显示器各种图形的显示原理„„„„„„„„„„„„„„„114系统硬件设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„184.1硬件电路系统框图„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„184.2软件设计流程图„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„184.3电源电路设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„204.4CPU系统设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„204.5CPU与显示器接口电路设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„214.6数字电压表硬件电路„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„23总结体会„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„24致谢„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„25参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„26附录„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„27

附录1:

部分系统源程序

附录2:

运行图片及部分数据

基于LCD显示技术的数字电压表设计

0绪论

单片微型计算机简称单片机，又称微控制器，特别适用于控制领域。

单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。

应为其体积小，功能强，可靠性高，灵活方便等优点，故可以用于各个领域，对各行各业的技术改造和产品更新换代起到重要的推动作用。

目前，场上销售的单片机有4位、8位、16位、32位，并且单片机朝着高性能多品种方向发展，尤其是8位单片机已经成为当前单片机的主流，主要体现在CPU功能增强、内部资源增多、引脚的多功能化、低电压和低功耗化。

本设计是基于AT89S52单片机为核心的、以AD0809数模转换芯片采样、以1602液晶屏显示的具有电压测量功能的具有一定精度的数字电压表。

基于LCD显示技术的数字电压表设计

1数字电压表简介

1.1数字电压表的介绍

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。

1.2数字电压表的基本结构及工作原理

数字电压表是诸多数字化仪表的核心与基础,电压表的数字化是将连续的模拟量如直流电压转换成不连续的离散的数字形式并加以显示,这有别于传统的以指针加刻度盘进行读数的方法,避免了读数的视差和视觉疲劳。

目前数字电压表的内部核心部件是A/D转换器,转换器的精度很大程度上影响着数字电压表的准确度,数字式电压表是由高阻抗电压表头与分压电路组成的。

1.各部分的功能

1位A/D转换器:

将输入的模拟信号转换成数字信号。

基准电源:

提供精密电压，供A/D转换器作参考电压。

译码器:

将二-十进制（BCD）码转换成七段信号。

驱动器:

驱动显示器的a、b、c、d、e、f、g七个发光段，驱动发光数码管（LED）进行显示。

显示器:

将译码输出的七段信号进行数字显示，读出A/D转换结果。

2（电路工作

数字电压表通过位选信号,进行动态扫描显示，由于MC1433电路DSDS14

的A/D转换结果是采用BCD码多路调制方法输出，只要配上一块译码器，就可以将转换结果以数字方式实现四位数字的LED发光数码管动态扫描显示。

DS1

输出多路调制选通脉冲信号，选通脉冲为高电平，则表示对应的数位被DSDS4

选通，此时该位数据在,Q端输出。

每个选通脉冲高电平宽度为18个时QDS30

钟脉冲周期，两个相邻选通脉冲之间间隔2个时钟脉冲周期。

和的时序DSEOC

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关系是在脉冲结束后，紧接着是输出正脉冲。

以下依次为、和DSDSDSEOC123

。

其中对应最高位（），则对应最低位（）。

在对应、DSDSDSDSMSDLSD4142

和选通期间，,输出BCD全位数据，即以8421码方式输出对应的QDSQDS3340

数字0,9。

在选通期间，,输出千位的半位数0或1及过量程、欠量QQDS310

程和极性标志信号。

1.3数字电压表的发展趋势

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。

目前数字电压表的内部核心部件是A/D转换器,转换器的精度很大程度上影响着数字电压表的准确度,本文A/D转换器采用ADC0809对输人模拟信号进行转换,控制核心AT89C51再对转换的结果进行运算和处理,最后驱动输出装置显示数字电压信号。

数字式电压表是由高阻抗电压表头与分压电路组成的。

数字式电压表头的等效输入电阻通常在200M欧以上，满量程时所流经的电流通常在1皮安左右。

以上述表头制成的数字式电压表，满量程时所流经的电流与量程有关，通常在1皮安至100微安之间。

数字电压表（数字面板表）是当前电子、电工、仪器、仪表和测量领域大量使用的一种基本测量工具有关数字电压表的书籍和应用已经非常普及了。

数字电压表的设计和开发,已经有多种类型和款式。

传统的数字电压表各有特点,它们适合在现场做手工测量,要完成远程测量并要对测量数据做进一步处

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理,传统数字电压表是无法完成的。

然而基于PC通信的数字电压表,既可以完成测量数据的传递,又可借助PC,做测量数据的处理。

所以这种类型的数字电压表无论在功能和实际上,都具有传统数字电压表无法比拟的特点,这使得它的开发和应用具有良好的前景。

2单片机的概述

计算机已被广泛应用于社会生活的各个领域。

在自动控制领域，计算机是监测。

控制的核心。

生产过程以及大型设备的监测、控制一般使用带标准键盘、显示和外部存储设备的计算机系统，但小型仪器仪表、家用电器等设备的自动控制对体积、价值和功能有所要求，均不可能使用常规的计算机系统，于是出现了单片微型计算机，简称单片机。

2.1单片机简介

单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模集成电路技术将具有数据处理能力的中央处理器，随机存取存储器、输入/输出电路，可能还包括定时/计数器、串行通信口、显示驱动电路、脉冲调制电路、模数转换器等电路集成到一片芯片上，构成一个既小而又完善的计算机系统。

有以上分析可以看出，单片机除了具备微处理器的功能外，还可以单独地完成现代工业控制所要求的智能化控制功能，这也是单片机最大的特点。

2.2单片机的特点

单片机的一块半导体芯片集成了一太微型计算机的基本部件，在硬件结构、指令功能方面均有独特之处，主要特点如下:

（1）单片机内集成了存储器。

（2）单片机存储结构将ROM和RAM严格分工。

（3）为了满足工业控制的需要，单片机有很强的位处理功能，在其他逻辑控制功能方面也都优于一般的8位微处理器。

（4）8位处理器的引脚功能一般都是固定的。

（5）单片机类型多，并且便于扩展功能。

（6）单片机把微型计算机的各个部分集成在一块芯片上，大大缩短了系统内信号的传送距离，从而提高了系统的可靠性及运行速度。

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由于单片机具有体积小、速度快、功耗低、性能可靠、使用方便、价格低廉等特点，因此在工业控制、智能仪器仪表、数据采集和处理、通信系统、家用电器等领域得到了日益广泛的应用。

2.3单片机的应用

单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴:

1.在智能仪器仪表上的应用

单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。

采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。

例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。

2.在工业控制中的应用

用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。

例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。

3.在家用电器中的应用

可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。

4.在计算机网络和通信领域中的应用

现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。

5.单片机在医用设备领域中的应用

单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。

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此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途

3方案论证

3.1CPU的选择

本设计采用的是ATMEL公司的AT89S52

如图1所示:

以下是对89S52各管脚的功能说明:

D8-D6:

数据输入线。

RESET:

复位端口。

T0，T1:

计数器端口外部计数脉冲输入线。

XTAL1，XTAL2:

时钟电路。

VCC:

供电电压。

GND:

接地。

图189S52功能说明图

P0口:

P0口是一个8位三态双向I/O端口，在访问外部存储器时，它是分时作低8位地址线和8位双向数据总线用。

在不访问外部存储器时，作通用

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I/O端口用，用于传送CPU的输入输出数据。

P0端口能以吸收电流的方式驱动8个LSTTL负载，一般作为扩展时地址数据总线使用。

P1口:

P1端口是一个带内部上拉电阻的8位准双向I/O端口（作为输入时，端口锁存器置1）。

对P1端口写1时，P1端口被内部的上拉电阻拉为高电平，这时可作为输入口。

当P1端口作为输入端口时，因为有内部上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。

P1端口能驱动（吸收或输出电流）4个TTL（transistor-transistorlogic,晶体管晶体管逻辑）负载，它的每一个引脚都可定义为输入或输出线，其中P1.0、P1.1兼有特殊的功能。

P2口:

P2端口是一个带内部上拉电阻的8位准双向I/O端口，当外部无扩展或扩展存储器容量小于256B时，P2端口可作一般I/O端口使用，扩充容量在64KB范围时，P2端口为高8位地址输出端口。

当作为一般I/O端口使用时，可直接连接外部I/O设备，能驱动4个LSTTL负载。

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，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口:

P3端口是一个带内部上拉电阻的8位准双向I/O端口。

向P3端口写入1时，P3端口被内部上拉为高电平，可用作输入口。

当作为输入时，被外部拉低的P3端口会因为内部上拉而输出电流。

第一功能作为通用I/O端口，第二功能作控制口。

P3能驱动4个LSTTL（low-powerschottkyTTL）负载。

注:

P3口也可作为AT89S52的一些特殊功能口，如下所示:

P3口管脚备选功能:

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（记时器0外部输入）

P3.5T1（记时器1外部输入）

P3.6/WR（外部数据存储器写选通）

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P3.7/RD（外部数据存储器读选通）

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

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。

/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/PSEN信号将不出现。

/EA/VPP:

当/EA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）。

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液晶显示器的选择

3.2.1液晶显示原理

液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。

液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA移动通信工具等众多领域。

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3.2.2液晶显示器各种图形的显示原理

本设计采用了1602字符型LCD。

字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模块。

下面以长沙太阳人电子有限公司的1602字符型液晶显示器为例，介绍其用法。

一般1602字符型液晶显示器实物如图2:

图21602字符型液晶显示器实物图

1602LCD的基本参数及引脚功能

1602LCD分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别，两者尺寸差别如下图3所示:

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图31602尺寸图

1602LCD主要技术参数:

显示容量:

16×2个字符

芯片工作电压:

4.5—5.5V

工作电流:

2.0mA（5.0V）

模块最佳工作电压:

5.0V

字符尺寸:

2.95×4.35（W×H）mm

引脚功能说明

1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明

如表1所示:

表1:

引脚接口说明表

编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极第1脚:

VSS为地电源。

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第2脚:

VDD接5V正电源。

第3脚:

VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。

第4脚:

RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。

第5脚:

R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。

当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。

第6脚:

E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。

第7,14脚:

D0,D7为8位双向数据线。

第15脚:

背光源正极。

第16脚:

背光源负极。

1602LCD的指令说明及时序

1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如表2所示:

表2:

控制命令表

序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L**6置功能00001DLNF**

置字符发生存贮器地字符发生存贮器地址70001址

8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址

10写数到CGRAM或10要写的数据内容

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DDRAM）

11从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据内容

1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。

（说明:

1为高电平、0为低电平）

指令1:

清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置。

指令2:

光标复位，光标返回到地址00H。

指令3:

光标和显示模式设置I/D:

光标移动方向，高电平右移，低电平左移S:

屏幕上所有文字是否左移或者右移。

高电平表示有效，低电平则无效。

指令4:

显示开关控制。

控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示C:

控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标B:

控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。

指令5:

光标或显示移位S/C:

高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。

指令6:

功能设置命令DL:

高电平时为4位总线，低电平时为8位总线N:

低电平时为单行显示，高电平时双行显示F:

低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符。

指令7:

字符发生器RAM地址设置。

指令8:

DDRAM地址设置。

指令9:

读忙信号和光标地址BF:

为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。

指令10:

写数据。

指令11:

读数据。

与HD44780相兼容的芯片时序表如下:

表3:

基本操作时序表

读状态输入RS=L，R/W=H，E=H输出D0—D7=状态字写指令输入RS=L，R/W=L，D0—D7=指令码，E=高输出无

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脉冲

读数据输入RS=H，R/W=H，E=H输出D0—D7=数据写数据输入RS=H，R/W=L，D0—D7=数据，E=高脉输出无

冲

读写操作时序如图4和5所示:

图4读操作时序

图5写操作时序

1602LCD的RAM地址映射及

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