#簡易數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)

1、、簡易數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)1.功能要求簡易數(shù)字電壓表可以測(cè)量 05V的8路輸入電壓值，并在四位LED數(shù)碼管上輪流顯 示或單路選擇顯示。測(cè)量最小分辨率為0.019 V,測(cè)量誤差約為± 0.02V。2.方案論證按系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)要求，決定控制系統(tǒng)采用AT89C52單片機(jī)，A/D轉(zhuǎn)換采用ADC0809。系統(tǒng)除能確保實(shí)現(xiàn)要求的功能外，還可以方便地進(jìn)行8路其它的測(cè)量、遠(yuǎn)程測(cè)量結(jié)果傳送等擴(kuò)展功能。數(shù)字電壓表系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案框圖如圖A/D轉(zhuǎn)換量1-1 。3.系統(tǒng)硬 計(jì)簡易數(shù)字 路由 A/D轉(zhuǎn) 理及顯示控制 路原理圖如圖 /D轉(zhuǎn)換由集成 成。0809具有8 端口，地址線 可決定對(duì)哪一 作A/D轉(zhuǎn)換，件電路的圖1

2、-1數(shù)字電壓表系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案電壓測(cè)量 換、數(shù)據(jù) 等組成，1-2所示。電 處 電A鎖存控制，當(dāng)輸入為高電平時(shí)，對(duì)地址信號(hào)進(jìn)行鎖存,6腳為測(cè)試控制,電路0809完 路模擬輸人(2325腳)路模擬輸入 22腳為地址當(dāng)輸入一個(gè)2us寬高電平脈沖時(shí)，就開始A/D轉(zhuǎn)換，7腳為A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí),7腳輸出高電平，9腳為A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出允許控制，當(dāng) OE腳為高電平時(shí)，A/D轉(zhuǎn) 換數(shù)據(jù)從該端口輸出，10腳為0809的時(shí)鐘輸入端，利用單片機(jī)30腳的六分頻晶振頻率再通過14024二分頻得到1 MHz時(shí)鐘。單片機(jī)的 P1、P3.0P3.3端口作為四位 LED數(shù)碼管顯示控制。P3.5端口用作單路顯示

3、/循環(huán)顯示轉(zhuǎn)換按鈕，P3.6端口用作單路顯示時(shí)選擇通道。P0端口作A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)讀入用，P2端口用作0809的A/D轉(zhuǎn)換控制。4 .系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì) (1)初始化程序系統(tǒng)上電時(shí)，初始化程序?qū)?0H77H內(nèi)存單元清0, P2 口置0。(2)主程序在剛上電時(shí)，系統(tǒng)默認(rèn)為循環(huán)顯示8個(gè)通道的電壓值狀態(tài)。當(dāng)進(jìn)行一次測(cè)量后，將-I1Kx2 12 3 456 78AT89C51P1.0 Vcc 40P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.75VADC0809單路/循環(huán)通道選擇8.2Kfw工工12MHz30Px29 RST10 RXD11 TXD12 INTO13 INT114 TO15 T116

4、 WR17 RD 18 XTAL219 XTAL120 VssPO.O 39P0.1 38P0.2 37P0.3 36-P0.4 35P0.5 34-P0.6 33P0.7 32EA 31 一5VALE 30 PSEN 29一P2.7 28P2.6 27P2.5 26P2.4 25P2.3 24P2.2 23P2.1 22P2.0 21圖1-2數(shù)字電壓表電路原理圖17D0IN026模14D1IN12715D2IN228擬818D3D4IN3IN412j.輸19D5IN53入20D6IN64(0-5V)21D7IN75VccVREF+1112-5VGND 139 oe VREF- 166 STA

5、RT22 ALE23 C CLOCK 1024 B25 AEOC 75V17 14024Jill 1111s左右。主程序在調(diào)用顯示每一通道的 A/D轉(zhuǎn)換值，每個(gè)通道的數(shù)據(jù)顯示時(shí)間為顯示子程序和測(cè)試子程序之間循環(huán)，主程序流程圖見圖 (3)顯示子程序顯示子程序采用動(dòng)態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn)四位數(shù)碼管的數(shù) 值顯示。測(cè)量所得的 A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)放在 70H77H 內(nèi)存單元中，測(cè)量數(shù)據(jù)在顯示時(shí)需轉(zhuǎn)換成為十進(jìn)制BCD碼放在78H7BH單元中，其中 7BH存放通道 標(biāo)志數(shù)。寄存器 R3用作8路循環(huán)控制，R0用作顯示 數(shù)據(jù)地址指針。(4)模/數(shù)轉(zhuǎn)換測(cè)量子程序模/數(shù)轉(zhuǎn)換測(cè)量子程序用來控制對(duì)ADC0809八路模擬輸入電壓的 A

6、/D轉(zhuǎn)換，并將對(duì)應(yīng)的數(shù)值移入1-3。圖1-3主程序流程70H77H內(nèi)存單元。其程序流程見圖1-4。5 .調(diào)試及性能分析(1)調(diào)試與測(cè)試采用WaveE2000編譯器進(jìn)行源程序編譯及仿真調(diào)試，同時(shí)進(jìn)行硬件電路板的設(shè)計(jì)制作， 燒好程序后進(jìn)行軟硬件聯(lián)調(diào)，最后進(jìn)行端口電壓的對(duì)比測(cè)試，測(cè)試對(duì)比表見表1-1。表中標(biāo)準(zhǔn)電壓值采用 UT56數(shù)字萬用表測(cè)得。從表中可以看出，簡易數(shù)字電壓表與 “標(biāo)準(zhǔn)”數(shù)字電壓表測(cè)得的絕對(duì)誤差均在0. 02V以內(nèi)，這與采用 8位A/D轉(zhuǎn)換器所能達(dá)到的理論誤差精度相一致，在一般的應(yīng)用場(chǎng) 合可完全滿足要求。表1-1簡易數(shù)字電壓表與“標(biāo)準(zhǔn)”數(shù)字電壓表對(duì)比測(cè)試表標(biāo)準(zhǔn)值/ V0.000.150

7、.851.001.251.751.982.322.65簡易電壓表測(cè)得值/ V0.000.170.861.021.261.762.002.332.66絕對(duì)誤差/V0.00+0.02+0.01+0.02+0.01+0.01+0.02+0.01+0.01標(biāo)準(zhǔn)值/ V3.003.453.554.004.504.604.704.814.90簡易電壓表測(cè)得值/ V3.013.473.564.014.524.624.724.824.92絕對(duì)誤差/V+0.01+0.02+0.01+0.01+0.02+0.02+0.02+0.01+0.02由于單片機(jī)為 8位處理器，當(dāng)輸入電壓為 5.00 V時(shí)，輸出數(shù)據(jù)值為 2

8、55 (FFH),因此單片 機(jī)最大的數(shù)值分辨率為0.0196V ( 5/ 255)。這就決定了該電壓表的最大分辨率(精度)只能達(dá)到 0.0196 V。測(cè)試時(shí)電壓數(shù)值的變化一般以0.02的電壓幅度變化，如要獲得更高的精度要求，應(yīng)采 用12位、13位的A/D轉(zhuǎn)換器。簡易電壓表測(cè)得的值基本上均比標(biāo)準(zhǔn)值偏 大0.010.02V。這可以通過校正ADC0809的基準(zhǔn)電壓來解決，因?yàn)樵撾妷罕碓O(shè)計(jì)時(shí)直接用 7805的供電電源作為基準(zhǔn)電壓，電壓可能有偏差。另外可以用軟件編程來校正測(cè)量值。 ADC0809的直流輸入阻抗為1M ,能滿 足一般的電壓測(cè)試需要。另外，經(jīng)測(cè)試 ADC0809可直接在2 MHz的頻率下工作

9、，這樣可 省去分頻器14024。6.控制源程序清單以下是簡易數(shù)字電壓表的單片機(jī)控制源程 序。開始起動(dòng)測(cè)試(TESTART)NA/D轉(zhuǎn)換結(jié)束 ？- - P3.7=1 ?取數(shù)據(jù)(P2.5=1)0809地址加1Y地址數(shù)小于 8 ? "結(jié)束圖1-4 A/D轉(zhuǎn)換測(cè)量程序流程(2)性能分析* *;*簡易數(shù)字電壓表*；測(cè)量電壓最大值為 5V,顯示最大值為5.00V70H77H存放采樣值，78H7BH存放顯示數(shù)據(jù)，依次為個(gè)位、十位、百位、通道標(biāo)志位;P3.5作單路顯示一循環(huán)顯示轉(zhuǎn)換按鍵用，P3.6作單路顯示時(shí)選擇通道按鍵用。*主程序和中斷程序入口*ORG0000HLJMPSTARTORG0003HR

10、ETIORG 000BHRETIORG0013HRETIORG001BHRETIORG0023HRETIORG002BHRETI; *;初始化程序中的各變量*;CLEARMEMIO:CLRAMOVP2, AMOVR0, #70HMOVR2, #0DHLOOPMEM:MOVR0, AINCR0DJNZR2, LOOPMEMMOV20H, #00HMOVA, #0FFHMOVP0, AMOVP1, AMOVP3, ARET;主程序*;START:LCALLCLEARMEMIO ;初始化MAIN:LCALLTEST;測(cè)量一次LCALLDISPLAY;顯示數(shù)據(jù)一次AJMPMAINNOP；PC值出錯(cuò)處理

11、NOPNOPLJMPSTART; *.*顯示控制程序*.*DISPLAY: JB00H, DISP11;標(biāo)志位為1 ，則轉(zhuǎn)單路顯示控制子程序MOVR3, #08H;8 路信號(hào)循環(huán)顯示控制子程序MOVR0, #70H；顯示數(shù)據(jù)初址 70H77HMOV7BH, #00H;顯示通道路數(shù)初值DISLOOP1:LCALLTUNBCD;顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為三位BCD 碼存入7AH 、 79H、 78HMOVR2, #0FFH;每路顯示時(shí)間控制在 4ms X 255,約1sDISLOOP2:LCALLDISP;調(diào)四位顯示程序LCALLKEYWORK1;按鍵檢測(cè)DJNZR2, DISLOOP2INCR0;顯示下一路I

12、NC7BH;通道顯示數(shù)加1DJNZR3, DISLOOP1RETDISP11: MOVA, 7BH;單路顯示控制子程序SUBBA, #01HMOV7BH, AADDA, #70HMOVR0, ADISLOOP11:LCALLTUNBCD; 顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為三位BCD 碼存入7AH 、 79H 、 78HMOVR2, #0FFH;每路顯示時(shí)間控制在 4msx 255,約1sDISLOOP22:LCALLDISP; 調(diào)四位顯示程序LCALLKEYWORK2; 按鍵檢測(cè)DJNZR2, DISLOOP22INC7BH;通道顯示數(shù)加1RET; *;* 顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為三位BCD 碼子程序*.*; 顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為

13、三位BCD 碼存入7AH 、79H、78H （最大值為 5.00V）TUNBCD: MOVA, R0;255/51=5.00V 運(yùn)算MOVB, #51DIVABMOV7AH, A;個(gè)位數(shù)放入7AHMOVA, B;余數(shù)大于19H, F0為1,乘法溢出，結(jié)果加 5CLRF0SUBBA, #1AHMOVF0, CMOVA, #10MULMOVABB, #51DIVABJBF0, LOOP2ADDA, #5LOOP2: MOV79H, A;小數(shù)后第1 位放入79HMOVA, BCLRF0SUBBA, #1AHMOVF0, CMOVA, #10MULABMOVB, #51DIVABJBF0, LOOP3

14、ADDA, #5LOOP3: MOV78H, A;小數(shù)后第2 位放入78HRET;*;*顯示子程序*;*; 共陽顯示子程序，顯示內(nèi)容在78H7BHDISP:MOVR1, #78H; 共陽顯示子程序，顯示內(nèi)容在78H、 7BHMOVR5, #0FEH;數(shù)據(jù)在P1 輸出，列掃描在P3.0P3.3PLAY:MOVP1, #0FFHMOVA, R5ANLP3, AMOVA, R1MOVDPTR, #TABMOVCA, A+DPTRMOVP1, AJBP3.2, PLAY1;小數(shù)點(diǎn)處理CLRP1.7;小數(shù)點(diǎn)顯示（顯示格式為xx.xx）PLAY1:LCALLDL1MSINCR1MOVA, P3JNBACC

15、.3, ENDOUTRLAMOVR5, AMOVP3, #0FFHAJMPPLAYENDOUT: MOVP3, #0FFHMOVP1, #0FFHRETTAB:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH;*延 時(shí) 程 序;*DL10MS: MOVR6,#0D0HDL1:MOVR7,#19HDL2:DJNZR7,DL2DJNZR6,DL1RET;10ms 延時(shí)子程序;DL1MS:MOVR4,#0FFHLOOP11:DJNZR4,LOOP11MOVR4,#0FFHLOOP22:DJNZR4,LOOP22RET;513+513=1ms；*

16、電壓測(cè)量（A/D）子程序;*; 一次測(cè)量數(shù)據(jù)8 個(gè)，依次放入70H77H單元中TEST:CLRAMOVP2, A; 數(shù) /模轉(zhuǎn)換子程序MOVR0, #70H; 轉(zhuǎn)換值存放首址MOVR7, #08H; 轉(zhuǎn)換8 次控制LCALL TESTART; 啟動(dòng)測(cè)試WAIT:JBP3.7, MOVDAJMPWAIT; 等 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào);TESTART: SETBP2.3NOPNOPCLRP2.3SETBP2.4NOP; 測(cè)試啟動(dòng)段碼表NOPCLRP2.4NOPNOPNOPNOPRET;MOVD:SETBP2.5;取 A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)MOVA, P0MOVR0, ACLRP2.5INCR0MOVA, P2;通道地址加1INCAMOVP2, ACJNEA,#08H,TESTEND;等 8 路 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束TESTEND:JCTESTCONCLRA;結(jié)束恢復(fù)端口MOVP2, AMOVA, #0FFHMOVP0, AMOVP1, AMOVP3, ARET;TESTCON:LCALLTESTARTAJMPWAIT;*按鍵檢測(cè)子程序*;KEYWORK1:JNBP3.5, KEY1KEYOUT: RET;KEY1:LCALLDISP;延時(shí)消抖用JBP3.5, KEYOUTWAIT11: JNBP3.5, WAIT12CPL00HMOVR2, #0