基于AT89C52的某数字电压表的设计

去抖动， 也可以考虑采用软件去抖动， 如采样延时去抖动。
（２） ＬＥＤ 显示扫描。为简化硬件和软件设计， 多位 ＬＥＤ 采用
动态扫描显示， 单片机通过依次给出位选信号， 并在并口给出
相应的 ＢＣＤ 七段译码数据。具体来说， 中断服务程序可采样如
下处理 方法 ： 响 应 一次 显 示 其中 一 位 ＬＥＤ， 依次 循 环 显示 ， 两 次
取决于定时器的编程设定， 这由主程序进行设定。
３ 关键算法实现
３．１ 采样周期自适应调整算法 为满足数据处理的精度要求， 又不加重单片机的处理负 担， 对于叠加周期信号的输入信号， 规定单个周期数据采集不 少于 ８ 个点， 因 此 需 对 Ａ／Ｄ 采 样 周 期进 行 自 适应 调 整 。自适 应 调整算法可用过零点检测来实现。采用周期 Ｔｓ 选 择 如 下： 如 果 叠加周 期 信 号周 期 在 ０￣２５ Ｈｚ 范围 内 ， Ｔｓ 为 ５ ｍｓ； 如果 周 期 在 ２５￣５０ Ｈｚ 范 围 内 ， Ｔｓ 为 ２ ｍｓ； 如 果 周 期 在 ５０￣１００ Ｈｚ 范 围 内 ， Ｔｓ 为 １ ｍｓ。 算法具体实现如下（ 设 Ｔｓ 初始值为 ２ ｍｓ， 采样点数为 １００） ： （１） 采集 １００ 个 数 据 点 ， 计 算 平 均 值 ， 作 为 输 入 信 号 的 平 均 值估值；
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。
本文在简述数字电压表设计要求的基础上， 重点介绍了基
于 ＡＴ８９Ｃ５２ 和 ＡＤ５７４ 的 某数 字 电 压表 的 硬 件和 软 件 方案 的 设
对于图 １ 所示系统方案， 设计考虑如下：
的 范 围 内 。而 多 通 道 模 拟 选 择 开 关 则 由 单 片 机 根 据 待 测 电 压 的
范围给出的量程控制信号控制， 以选择适当的分压值档位， 可
以选择 ＣＤ４０５１ 八选一多通道模拟开关， 这里只需用 到其 中 的
３ 路， ＡＴ８９Ｃ５２ 通过两个 Ｉ／Ｏ 管脚控制 ＣＤ４０５１ 的通道选择。
２．１ 硬件设计考虑
故可以满足 ３ 位 半 的分 辨 率 要求 ， 而 Ａ／Ｄ 转 换的 启 动 和数 据 读
本文设计的数字电压表要求分辨率为 ３ 位半， 测量范围为 取可采用定时器中断方式进行处理。
李秋生： 讲师 硕士
（３） 信号 调 理电 路 的 设 计 。 信 号 调 理 电 路 主 要 由 输 入 电 压
（２） 再 依 次 采 集 １００ 个 数 据 点 ， 并 与 输 入 信 号 的 平 均 值 估 值进行比较， 判定并统计过零点数目；
（３） 根 据 过 零 点 数 ， 调 整 Ｔｓ， 如 过 零 点 数 大 于 ２０， 即 信 号 周 期大于 ５０ Ｈｚ， 则令 Ｔｓ＝１ ｍｓ； 如过零点数小于等于 １０， 即信号周 期小于 ２５Ｈｚ， 则令 Ｔｓ＝５ ｍｓ； 否则， 令 Ｔｓ＝２ ｍｓ。
Ｄ 转换等） 中断服务程序的设计。
技
对于主程序的设计， 主要需要完成以下一些事件的处理： （１） 系统初始化；
术
（２） 输入信号中叠加周期信号的周期检测； （３） 量程的自动切换；
创
（４） 平均值和有效值的计算； （５） 数据值的 ＢＣＤ 码转换及其七段 ＬＥＤ 译码。
此外， 对于该 数 字 电压 表 来 说， 按 键 中 断、ＬＥＤ 显 示 、Ａ／Ｄ
均值、峰值等） 、电压极性和数值大小。
Ｖ， 也 可 以 是 双 极 性 的 ０￣±５ Ｖ 或 ０￣±１０ Ｖ 之 间 ， 其 数 字 量 位 数
２ 系统总体设计
可 设 成 ８ 位 也 可 以 设 为 １２ 位 ， 且 无 需 外 接 ＣＬＯＣＫ 时 钟 ， 转 换 时间达到 ２５ μｓ。其最高分辨率可达 １／２１２＝１／４０９６， 小于 １／２０００，
计， 并详细阐述了设计中一些关键算法的实现。
（１） 单片机选择 ＡＴ８９Ｃ５２。ＡＴ８９Ｃ５２ 是一个低功耗、高性能
１ 设计要求
的 ＣＭＯＳ ８ 位 单 片机 ， 片 内 含 ８ ＫＢ 的 可 反 复 擦 写 的 只 读 存 储 器和 ２５６ Ｂ 的 随 机存 储 器（ＲＡＭ）， 器件 采 用 ＡＴＭＥＬ 公司 的 高 密
测 电 压 输 送 给 Ａ／Ｄ， 根 据 不 同 待 测 电 压 选 择 适 当 的 分 压 值 档
位， 多通道模拟选择开关作为选通通道。输入电压分压电路拟
采用大电阻进行设计， 以提高其输入阻抗， 隔离其对被测量电
路的影响， 使 得 输入 到 ＡＤ５７４ 的 输入 模 拟 电压 控 制 在 ０￣±５ Ｖ
（４） 按键处理、ＬＥＤ 显示、Ａ／Ｄ 转换的启动和数据读取。由于
按 键 处 理 、ＬＥＤ 显 示 、Ａ／Ｄ 转 换 启 动 和 数 据 读 取 实 时 性 要 求 较
高， 因此这里都采用中断方式进行处理。对于键盘的按键处理
采用外部中断， 而对 于 ＬＥＤ 显示 、Ａ／Ｄ 转 换 的启 动 和 数据 读 取
的计算等一些关键算法的实现。
关键词： ＡＴ８９Ｃ５２； 数字电压表； 采样周期； 周期检测
中图分类号： ＴＰ２７３
文献标识码： Ａ
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｏｎ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｇｉｖｉｎｇ ｏｕｔ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｓｏｍｅ ｄｉｇｉｔａｌ ｖｏｌｔｍｅｔｅｒ， ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｈｏｗ ｔｏ ｃｈｏｏｓｉｎｇ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ
新 转换等事件的实时性要求较高， 因此对于这些事件的处理， 应
该采用中 断方 式 ， 对 于按 键 中 断， 可 采 样 外部 中 断 ， 而对 于 ＬＥＤ
显示和 Ａ／Ｄ 转换 ， 则采 用 定 时器 中 断 。下面 讨 论 一下 中 断 服务
程序设计中需要注意的一些问题。
（１） 按键中断。按键处理需要考虑去抖动问题， 可采用硬件
创 新
于满足数字化时 代的 需 求 ， 采用 Ａ／Ｄ 转 换 器和 单 片 机构 成 的 数
字电压表， 由于具有测量精度高， 抗干扰和可扩展能力强， 以及
集 成 性能 好 等 优点 ， 目 前 已被 广 泛 应用 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 ［１］。与 此 同 时 ，
效值， 并用 ＬＥＤ 显示测量的种类；
设计及未来的扩展要求。
（５） 采用 ＬＥＤ 数 码管 显 示 （ 可以 选 用 专 用 的 ＬＥＤ 显 示 模 块
（２） Ａ／Ｄ 转 换 选 择 ＡＤ 公 司 的 １２ 位 逐 次 渐 近 型 转 换 器
或用多只 ＬＥＤ 数码管组成） ， 显示信息包括测量的信号种类（ 平 ＡＤ５７４。ＡＤ５７４ 输入模拟电压可以是单极性的 ０￣１０ Ｖ 或 ０￣２０
号） ， 信号的最大幅度范围为 ０￣±２０ Ｖ；
３２ 个 外 部 双 向 输 入 ／输 出 （Ｉ／Ｏ）端 口 ， 同 时 内 含 ２ 个 外 部 中 断 ， ３
（２） 分辨率为 ３ 位半（ 即最大显示读数为±１９．９９Ｖ） ；
个 １６ 位 可 编 程 定 时／计 数 器 ， ２ 个 全 双 工 串 行 通 信 口 ， ２ 个 读 写
技 术
引言
数字 电 压表 （ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｏｌｔｍｅｔｅｒ， 简 称 ＤＶＭ） 是采 用 数 字 化 测 量 技 术 ， 把 连 续 的 模 拟 电 压 量 转 换 成 不 连 续 、离 散 的 数 字 化 形 式并加以显示的仪表。传统指针式电压表功能单一、精度低 ， 难
０￣±２０ Ｖ， 自动进行量程切换（ 本文分 ０￣±５Ｖ， ０￣±１０Ｖ， ０￣±２０Ｖ 三 个 量 程 ） ， 能通 过 键 盘或 开 关 选择 测 量 电压 的 平 均值 、峰 值 和 有 效值， 并通过 ＬＥＤ 进行显示， 故可选取如图 １ 所示的系统方案。
您的论文得到两院院士关注 文章编号：１００８－ ０５７０（２００８）０９－ １－ ０１９９－ ０２
传感器与仪器仪表
基于 ＡＴ８９Ｃ５２ 的某数字电压表的设计
Ｄｅ ｓ ｉｇ ｎ ｏ ｆ Ｓ ｏ ｍ ｅ Ｄｉｇ ｉｔａ ｌ Ｖｏ ｌｔｍ ｅ ｔｅ ｒ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ＡＴ８９Ｃ５２
（赣南师范学院） 李 秋 生 刘 小 燕
ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ， ａｎｄ ｍａｉｎｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｈａｒｄｗａｒｅ ａｎｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｄｅｓｃｒｉｂｉｎｇ ｔｈｅ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｍｅ ｋｅｙ
ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｔｈｅ ｓｅｌｆ－ ａｄａｐｔｉｎｇ ａｄｊｕｓｔｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｐｅｒｉｏｄ， ｔｈｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｓｗｉｔｃｈｏｖｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｒａｎｇｅ， ｔｈｅ ｃｙｃｌｅ ｄｅ－ ｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｕｐｅｒｐｏｓｅｄ ｓｉｇｎａｌ， ａｎｄ ｅｔｃ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ＡＴ８９Ｃ５２； Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｏｌｔｍｅｔｅｒ ； Ｓａｍｐｌｉｎｇ ｐｅｒ ｉｏｄ； Ｃｙｃｌｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ
都采用定时器中断处理方式。ＡＴ８９Ｃ５２ 有 INT 0, INT1两个外部中
断， 有三个 １６ 位可编程定时／计数器， 故可以满足设计要求。
２．２ 软件设计考虑
软件设计需要考虑两个方面的问题： 一是主程序的设计；
二是 对 一 些实 时 性 要求 较 高 的事 件 （ 如 按键 处 理 、ＬＥＤ 显 示 、Ａ／
ＬＩ Ｑｉｕ－ｓ ｈｅｎｇ ＬＩＵ Ｘｉａｏ－ｙａｎ
摘 要： 文 章 在 介 绍 某 数 字 电 压 表 设 计 要 求 的 基 础 上 ， 详 细 讨 论 了 系 统 设 计 方 案 的 选 取 ， 并 重 点 介 绍 了 基 于 ＡＴ８９Ｃ５２ 和