简易数字电压表

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摘要 (1)
第1章设计方案 (2)
第2章硬件设计 (3)
2.1单片机最小系统 (3)
2.2A/D转换电路 (4)
2.3LED显示电路 (6)
2.4电压输入电路 (6)
第3章软件设计 (7)
3.1主程序设计 (8)
3.2A/D转换程序设计 (9)
第4章系统仿真调试 (9)
4.1仿真测试的内容及方法 (9)
4.2仿真测试的结果及功能实现情况 (10)
结论 (12)
致谢 (13)
参考文献 (14)
附录1总体电路原理图 (15)
附录2程序代码 (16)
摘要
本设计主要研究的是以AT89C51单片机为核心的电压测量系统，该系统能够在单片机的控制下完成对电压信号采集，能够根据采样值进行量程自动转换，并且测量结果可通过四个数码管显示出来。

整个系统的设计完成了硬件电路的设计及软件程序的编写，通过最终硬件电路的调试及软件程序的仿真，使该系统能够在要求的条件下达到正常的测量及显示功能。

在整个系统的设计过程中，主要采用了模块化的设计方法。

关键词单片机；A/D转换器；LED数码管
第1章设计方案
基于单片机的简易数字电压表的硬件设计框图如图1-1所示，由单片机最小系统（AT89C51单片机、时钟电路、复位电路）、A/D转换、电压输入、LED显示电路组成。

图1-1数字电压表系统设计方案框图
各模块的主要功能如下：
单片机最小系统：包括单片机、时钟电路（给单片机提供工作的时间脉冲信号）、复位电路。

A/D转换：A/D转换主要是将采集到的模拟信号转化成数字信号。

电压输入：通过调节滑动变阻器使其将模拟电压信号传输到A/D转换电路中。

LED显示：用于显示测得的电压值。

工作原理：系统采用12M晶振产生脉冲做AT89C51的内部时钟信号，通过软件设置单片机的内部定时器T0产生中断信号，利用中断设置单片机的P3.0口取反产生脉冲做ADC0808的时钟信号。

首先通过调节滑动变阻器输入模拟电压信号，将该路电压送入ADC0808相应通道，单片机软件设置ADC0808开始A/D转换，转换结束ADC0808的EOC端口产生高电平，同时将ADC0808的OE端口置为高电平，单片机将转换后结果存如片内RAM。

系统调出计算子程序，将保存结果转化为0.00-5.00V 分别保存在片内RAM;系统调用显示子程序，将转化后数据查表，输出到LED显示电路，将相应电压显示出来。

第2章硬件设计
2.1 单片机最小系统
单片机最小系统以AT89C51单片机为核心，由单片机、时钟电路、复位电路等组成，如图2-1所示。

图２-1单片机最小系统
时钟电路是由两个30PF的电容、一个12M的晶体震荡器组成。

他们接在接口XTAL1、XTAL2上。

晶振电路的功能是为了给系统提供一个稳定的时间脉冲信号。

复位电路有两种形式：手动按键复位和上电复位，在本系统中采用的是手动按键复位。

如图2-1所示，由R2组成上电复位电路。

图中，P0口用作显示电路输出端；P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5、P0.6、P0.7分别接显示电路的接口。

2.2 A/D转换电路
2.2.1 ADC0808（ADC0809）引脚功能
图２-２ADC0808引脚功能
IN0～IN7：8路模拟量输入。

A、B、C：3位地址输入，2个地址输入端的不同组合选择八路模拟量输入。

ALE：地址锁存启动信号，在ALE的上升沿，将A、B、C上的通道地址锁存到内部的地址锁存器。

OUT0～OUT7：八位数据输出线，A/D转换结果由这8根线传送给单片机。

OE：输出允许控制端，用以打开三态数据输出锁存器。

当OE=1时，即为高电平，允许输出锁存器输出数据。

VCC：工作电压。

GND：地。

REF（+）：参考电压正端。

REF（-）：参考电压负端
START：A/D转换启动信号输入端，START为正脉冲，其上升沿清除ADC0808的内部的各寄存器，其下降沿启动A/D开始转换。

EOC：转换完成信号，开始转换时为低电平，当EOC上升为高电平时，表明内部A/D转换已完成。

2.2.2 ADC0808（ADC0809）内部结构图
图2-3 ADC0808(ADC0809)内部结构
ADC0808的组成第一部分是8路输入模拟量选择电路，8路输入模拟信号分别接到IN0~IN7,究竟选择哪一路去进行A/D转换由地址锁存与译码电路控制。

A、B、C为输入地址选择线，地址信息由ALE得上升沿锁存到地址锁存器。

多路模拟开关可选通8路模拟量通道，允许8路模拟量分时输入，并共用一个A/D转换器进行转换。

第二部分是8位逐次比较式A/D转换器。

A/D转换器有控制与时序电路，逐次逼近式寄存器、树状开关以及256个电阻阶梯网络等组成。

三部分是三态输出缓冲锁存器，用于存放和输出转换得到的数字量。

2.2.3 A/D转换电路设计
集成模数转换芯片ADC0809实现的A/D转换电路如图2-4所示被测信号由ADC0808模拟输入端输入，完成A/D转换后送入单片机，经相应处理后送出显示。

具体连接如下图２-４所示。

图2-4 ADC0808与单片机的连接
2.3 LED显示电路
LED显示器又称数码管,八段LED显示器由8个发光二极管组成。

其中7个发光二极管构成字型“8”的各个笔画段, 另一个小数点为dp发光二极管。

LED显示器有两种不同的形式：一种是发光二极管的阳极都连在一起的，称之为共阳极LED显示器；另一种是发光二极管的阴极都连在一起的，称之为共阴极LED显示器。

本设计采用的是共阴极接法。

如图2-5所示。

显示器的灯的点亮由单片机的P0口来控制
2.4 电压输入电路
通过调节滑动变阻器，使其产生不同的模拟电压信号。

传输到ADC0808将模拟电压信号转化成数字电压信号。

通过单片机传输到LED显示器显示出来。

如图2-6所示。

图2-6 电压输入电路
第3章软件设计
根据需要，可将系统软件按照功能划分为4个模块，分别是主程序模块、A/D转换模块、LED显示模块、中断服务程序模块(改变显示的小数点位置)，各模块的功能关系如图3-1所示。

编写系统软件时，可首先编写各模块的底层驱动程序，而后是系统联机调试，编写上层主程序。

图3-1 系统软件框图
3.1 主程序设计
主程序主要负责各个模块的初始化工作：设制定时器、寄存器的初值，启动A/D转换，读取转换结果，处理量程转换响应，控制LED实时显示等其流程图如图3-2所示。

图3-2主程序流程图
3.2 A/D转换程序设计
A/D转换程序的功能是采集数据，在整个系统设计中占有很高的地位。

当系统设置好后，单片机扫描转换结束管脚P2.6的输入电平状态，当输入为高电平则转换完成，将转换的数值转换并显示输出。

若输入为低电平，则继续扫描。

程序流程图如图3-3所示。

图3-3 A/D转换程序流程图
第4章系统仿真调试
4.1 仿真测试的内容及方法
仿真测试的目的是简易数字电压表能正常显示、是否将模拟电压转换为数字电压、能否实现0-5V电压表的测试等功能。

仿真测试时，首先在Proteus中绘制如图4-1所示的仿真原理图。

由1K的滑动变阻器进行电压变化的模拟，首先通过调节滑动变阻器输入模拟电压信号，将该路电压送入ADC0808相应通道，单片机软件设置ADC0808开始A/D转换，转换结束ADC0808的EOC端口产生高电平，同时将ADC0808的OE端口置为高电平，单片机将转换后结果存如片内RAM。

系统调出计算子程序，将保存结果转化为0.00-5.00V分别保存在片内RAM;系统调用显示子程序，将转化后数据查表，输出到LED显示电路，将相应电压显示出来。

图4-1基于Proteus的仿真原理图然后，按照表4-1所示内容进行测试。

表4-1简易数字电压表的仿真测试内容及方法
4.2仿真测试的结果及功能实现情况
调试结果如表4-2所示。

表4-2 仿真测试的结果及功能实现情况
经过仿真测试，本设计实现了任务要求的功能。

结论
这次毕业设计让我更加熟悉了从理论到实践的跨越。

从当初的查阅图书，到现在的仿真成功运行，这中间有很多值得回味的地方。

人们总是对刚接触的事情记忆犹新，我也不例外。

我本以为我学好了这门编程语言就拥有了全世界，可是随着视野的不断开阔，课程的不断更新，我慢慢了解了懂得一门语言真的是冰山一角，在计算机的世界里，只要你有兴趣，总会有太多的新奇吸引着你。

班级同学的进度变化太快，让我一时之间很难接受，而且学的知识偏重硬件，我又不太感兴趣，没有学会什么就荒废了很多时间，倒是对健康知识了解了不少，也算是慰藉一下自己空虚的心灵吧。

这次的设计，从选题到实现，几乎都是自己独立完成的。

整个过程中，从需求分析到设计、编码、测试，我都力求规范化和文档化，努力让自己以前学的知识运用到本设计中，尽量保证整个系统的开发进度和质量，顺利完成这次的毕业设计，为自己的大学生涯画上一个完美的句号。

虽说这些都会消耗系统开发的时间，但在老师、同学以及自己的不断努力下，不怕麻烦，不怕重复，当克服了这些问题之后，我会感觉到自己的知识在一点一滴地积累，不知不觉中增加。

虽然很多错误被克服了，但是系统中难免还有很多不足之处，希望各位评委老师和同学给予指正与建议。

我会在日后的开发中深入学习，加深研究，我会争取把本系统应用到实际工作中，使之产生商业价值。

电子技术发展日新月异，我会在以后的研发中加入新技术，使之更趋完善，总之本次毕业设计是我的电子研发之路的良好开端。

我会以此为契机，在以后的电子开发工作中取得更好的成绩。

致谢
在这两个多月的毕业设计中，我真诚地感谢吴老师和同学们的帮助，在他们的帮助下我顺利的完成了此次毕业设计。

首先我要衷心地感谢我的辅导老师吴老师，在本次设计过程中他始终给予了我无私的热情和帮助。

他细心指导我的选题工作，在做开题报告的过程中，又反复而耐心地给我指出问题的所在，并帮助我纠正了许多不妥之处。

在做系统设计这一过程中，也给我提出了许多意见和建议，并交给我许多解决问题的技巧和方法。

在写毕业设计论文的过程中，我也遇到了许多的困难，之所以能坚持完成，这都离不开我的导师和同学们的帮助。

通过短暂的毕业设计，从而提高了我的理论水平，真正做到学有所用，虽然在其过程中我也遇到一些困难，但是从中我也得到了很多的帮助，没有半途而废，没有灰心丧气，在老师的严格指导下，发现问题并加以改正，这些都是一种收获。

这次能顺利按时完成毕业设计，我非常感谢给予指导的各位老师，特别感谢我的指导老师，是你的耐心指导和讲解，使我能够顺利的完成毕业设计。

在我的设计工作中无不倾注着吴老师辛勤的汗水和心血。

老师的严谨治学态度、渊博的知识、无私的奉献精神使我深受启迪。

从尊敬的导师身上，我不仅学到了扎实、宽广的专业知识，也学到了做人的道理。

在此我要向我的导师说声“吴老师您辛苦了！”最后我致以最衷心的感谢和深深的敬意。

参考文献
[1] 贾正松.数字电子技术基础.北京理工大学出版社，2009
[2] 周国运.单片机原理及应用（C语言版）.中国水利水电出版社，2009
[3] 林志琦.单片机原理接口及应用（C语言版）.中国水利水电出版社，2007
[4] 梁宗善.电子技术基础课程设计.华中科技大学出版社，2009
[5] 李光飞.单片机课程设计实例指导.北京航空航天大学出版社，2005
附录1 总体电路原理图
附录2 程序代码
EOC BIT P3.2
ST BIT P3.1
OE BIT P3.3
CLOCK BIT P3.0
ORG 0000H
LJMP MAIN
ORG 000BH
LJMP INT_T0
MAIN: CLR P3.7
CLR P3.6
CLR P3.5
LCALL KAISHI
LCALL MAIN0
LJMP MAIN
ljmp $
KAISHI: MOV SP,#60H
MOV DPTR,#TAB
MOV TMOD,#02H //定时器T0 模式二
MOV TH0,#254
MOV TL0,#00H
MOV IE,#82H //开启定时器T0
SETB TR0
MAIN0: MOV R3,#100
CLR ST
SETB ST
CLR ST
JNB EOC,$ //判断A/D是否转换完 SETB OE
MOV R4,P1 //采样到的数据
CLR OE
MOV A,R4
MOV B,#50
DIV AB
MOV R2,A //个位
MOV A,#2
MUL AB
MOV B,#10
DIV AB
MOV R1,A //十分位
MOV R0,B //百分位
LCALL DISP
RET
INT_T0: CPL CLOCK
RETI
DISP: MOV A,R0
MOVC A,@A+DPTR
MOV P2,#0f7H
MOV P0,A
LCALL DELAY
MOV A,R1
MOVC A,@A+DPTR
MOV P2,#0fbH
MOV P0,A
LCALL DELAY
MOV A,R2
MOVC A,@A+DPTR
MOV P2,#0fdH
ADD A,#80H
MOV P0,A
LCALL DELAY
DJNZ R3,DISP
RET
DELAY: MOV R6,#10
D1: MOV R7,#25
DJNZ R7,$
DJNZ R6,D1
RET
TAB: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H DB 6DH,7DH,07H,7FH,6FH
END。