基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)

1、基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)摘要 本文介紹了一種基于單片機(jī)的簡易數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)主要由三個(gè)模塊組成：A/D轉(zhuǎn)換模塊，數(shù)據(jù)處理模塊及顯示模塊。A/D轉(zhuǎn)換主要由芯片ADC0809來完成，它負(fù)責(zé)把采集到的模擬量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量在傳送到數(shù)據(jù)處理模塊。數(shù)據(jù)處理則由芯片AT89C51來完成，其負(fù)責(zé)把ADC0809傳送來的數(shù)字量經(jīng)過一定的數(shù)據(jù)處理，產(chǎn)生相應(yīng)的顯示碼送到顯示模塊進(jìn)行顯示；此外,它還控制著ADC0809芯片工作。該系統(tǒng)的數(shù)字電壓表電路簡單，所用的元件較少，成本低，且測量精度和可靠性較高。此數(shù)字電壓表可以測量0-5V的1路模擬直流輸入電壓值，并通過一個(gè)四位一體的7段數(shù)碼管顯示出來。 關(guān)鍵詞

2、 單片機(jī)；數(shù)字電壓表；A/D轉(zhuǎn)換；AT89C51；ADC0809Design of Digital Voltmeter Based on Single-chip Microcontroller Abstract This paper which introduces a kind of simple digital voltmeter is based on single-chip microcontroller design. The circuit of the voltage meter is mainly consisted of three mould pieces: A/D con

3、verting mould piece, A/D converting is mainly completed by the ADC0809, it converts the collected analog data into the digital data and transmits the outcome to the manifestation controlling mould piece. Data processing is mainly completed by the AT89C51 chip, it processes the data produced by the A

4、DC0809 chip and generates the right manifestation codes, also transmits the codes to the manifestation controlling mould piece. Also, the AT89C51 chip controls the ADC0809 chip to work. The voltmeter features in simple electrical circuit, lower use of elements, low cost, moreover, its measuring prec

5、ision and reliability. The voltmeter is capable of measuring voltage inputs from 1 route ranging from 0 to 5 volt, and displaying the measurements though a digital code tube of 7 pieces of LED.Keywords Single-chip microcontroller; Digital voltmeter; A/D converter; AT89C51;ADC0809目 錄引 言電壓表是固定安裝在電力、電信

6、、電子設(shè)備面板上使用的儀表，用來測量交、直流電路中的電壓。傳統(tǒng)的指針式電壓表功能單一、精準(zhǔn)度低，不能滿足數(shù)字化時(shí)代的需求，并且傳統(tǒng)的電壓表在測量電壓時(shí)需要手動(dòng)切換量程，不僅不方便，而且要求不超過該量程。目前，由各種單片A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)字電壓表，已經(jīng)被廣泛用于電子及電工測量領(lǐng)域，并且由DVM擴(kuò)展而成的各種通用及專用數(shù)字儀器儀表，也把電量及非電量技術(shù)提高到嶄新水平。數(shù)字電壓表作為電壓表的一個(gè)分支，在近五十年間得到巨大發(fā)展，構(gòu)成數(shù)字電壓表的核心器件已從早期的中小規(guī)模電路跨入到大規(guī)模ASIC(專用集成電路)階段。數(shù)字電壓表涉及的范圍也從傳統(tǒng)的測量擴(kuò)展至自動(dòng)控制、傳感、通信等領(lǐng)域，展示了廣闊的應(yīng)用前

7、景。近入21世紀(jì)，隨著信息技術(shù)一日千里的發(fā)展，電壓表也必須經(jīng)歷從單一測量向數(shù)據(jù)處理、自動(dòng)控制等多功能過度的這一歷程，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展必將出現(xiàn)智能化技術(shù)。因此，把電壓表和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合的智能化電壓表就將成為21世紀(jì)的新課題。目前，數(shù)字化儀器與微處理器取得令人矚目的進(jìn)展，就其技術(shù)背景而言，一個(gè)內(nèi)藏微處理器的儀表意味著計(jì)算機(jī)技術(shù)向儀器儀表的移植，它所具有的軟件功能使儀器呈現(xiàn)出某種延伸，強(qiáng)化功能的作用。這相對(duì)于過去傳統(tǒng)的、純硬件的儀器來說是一種新的突破，其發(fā)展?jié)摿κ志薮?，這已為70年代以來儀表發(fā)展的歷史所證實(shí)。本文是以簡易數(shù)字直流電壓表的設(shè)計(jì)為研究內(nèi)容，本系統(tǒng)主要包括三大模塊：轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處

8、理模塊及顯示模塊。其中，A/D轉(zhuǎn)換采用ADC0809對(duì)輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，控制核心AT89C51再對(duì)轉(zhuǎn)換的結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算處理，最后驅(qū)動(dòng)輸出裝置LED顯示數(shù)字電壓信號(hào)。第一章 緒論1.1 課題概述1.1.1 課題意義與目的 數(shù)字電壓表是諸多數(shù)字化儀表的核心與基礎(chǔ)。以數(shù)字電壓表為核心，可以擴(kuò)展成各種通用數(shù)字儀表、專用數(shù)字儀表及各種非電量的數(shù)字化儀表（如：溫度計(jì)，濕度計(jì)，酸度計(jì)，重量，厚度儀等），幾乎覆蓋了電子電工測量，工業(yè)測量，自動(dòng)化儀表等各個(gè)領(lǐng)域。除此之外，數(shù)字電壓還有著傳統(tǒng)指針電壓表無可比擬的優(yōu)點(diǎn)：讀數(shù)直觀、準(zhǔn)確，顯示范圍寬、分辨力高，轉(zhuǎn)入阻抗高，功耗小、抗干擾強(qiáng)等3。因此 對(duì)數(shù)字電壓表作全

9、面深入的了解是很有必要的。但是傳統(tǒng)的數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)通常以大規(guī)模ASIC(專用集成電路)為核心器件，并輔以少量中規(guī)模集成電路及顯示器件構(gòu)成，可是這種設(shè)計(jì)方法靈活性差，系統(tǒng)功能固定，難以更新擴(kuò)展，不能滿足日益發(fā)展的電子工業(yè)要求6。而應(yīng)用微處理器（單片機(jī)）為核心單元的數(shù)字電壓表，其靈活性高、系統(tǒng)功能擴(kuò)展簡單，性能穩(wěn)定可靠。在這些背景下，設(shè)計(jì)一種以單片機(jī)為基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、靈活性好的數(shù)字電壓表是很有意義的。1.1.2 數(shù)字電壓表的發(fā)展歷程數(shù)字電壓表簡稱DVM，它是采用數(shù)字化測量技術(shù)設(shè)計(jì)的電壓表。從性能來看：數(shù)字電壓表的發(fā)展從一九五二年美國NLS公司由四位電子管數(shù)字電壓表精度千分之一到現(xiàn)在已經(jīng)出

10、現(xiàn)8位數(shù)字電壓表。參數(shù)可測量直流電壓、交流電壓、電流、阻抗等。測量自動(dòng)化程度不斷提高，可以和計(jì)算機(jī)配合顯示、計(jì)算結(jié)果、然后打印出來。目前世界上美國FLUKE公司，在直流和低頻交流電量的校準(zhǔn)領(lǐng)域居國際先進(jìn)水平。例如該公司生產(chǎn)的“4700A”多功能校準(zhǔn)器和“8505”危機(jī)數(shù)字多用電壓表，可用8位顯示，直流精度可達(dá)到5/10-6，讀書分辨力為0.1V。帶有A/D變換模式、數(shù)據(jù)輸出接口形式IEEE-488。具有比率測量軟件校準(zhǔn)和有交流電阻、電流選件。還具有高精度電壓校準(zhǔn)器“5400A”、“5200A”、“5450A”等數(shù)字儀表，都是作為一級(jí)計(jì)量站和國家級(jí)計(jì)量站使用的標(biāo)準(zhǔn)儀表。還有英國的“7055”數(shù)字

11、電壓表采用脈沖調(diào)制技術(shù)。日本橫河公司的“2501”型采用三次采樣等等在不斷的蓬勃發(fā)展1。從發(fā)展過程來看：數(shù)字電壓表自1952年問世以來，已有50年多年的發(fā)展史，大致經(jīng)歷了五代產(chǎn)品。第一代產(chǎn)品是20世紀(jì)50年代問世的電子管數(shù)字電壓表，第二代產(chǎn)品屬于20世紀(jì)60年代出現(xiàn)的晶體管數(shù)字電壓表，第三帶產(chǎn)品為20世紀(jì)70年代研制的中、小規(guī)模集成電路的數(shù)字電壓表。今年來，國內(nèi)外相繼推出有大規(guī)模集成電路（LSI）或超大規(guī)模集成電路（VLSI）構(gòu)成的數(shù)字電壓表、智能數(shù)字電壓表，分別屬于第四代、第五代產(chǎn)品。它們不僅開創(chuàng)了電子測量的先河，更以高準(zhǔn)確度、高可靠性、高分辨力、高性價(jià)比等優(yōu)良特性而受到人民的青睞2。1.2

12、 單片機(jī)1.2.1 單片機(jī)簡介 單片機(jī)是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力(如算術(shù)運(yùn)算，邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理)的微處理器(CPU)，隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），只讀程序存儲(chǔ)器(ROM)，輸入輸出電路(I/O口)，可能還包括定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行通信口（SCI），顯示驅(qū)動(dòng)電路(LCD或LED驅(qū)動(dòng)電路)，脈寬調(diào)制電路(PWM)，模擬多路轉(zhuǎn)換器及A/D轉(zhuǎn)換器等電路集成到一塊單塊芯片上，構(gòu)成一個(gè)最小的然而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這些電路能在軟件的控制下準(zhǔn)確、迅速、高效地完成程序設(shè)計(jì)者事先規(guī)定的任務(wù)。單片機(jī)控制系統(tǒng)能夠取代以前利用復(fù)雜電子線路或數(shù)字電路構(gòu)成的控制系統(tǒng)，可以軟件控制來實(shí)現(xiàn)，

13、并能夠?qū)崿F(xiàn)智能化，現(xiàn)在單片機(jī)控制范疇無所不在，例如通信產(chǎn)品、家用電器、智能儀器儀表、過程控制和專用控制裝置等等，單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。1.2.2 單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個(gè)范疇：(1)在智能儀器儀表上的應(yīng)用單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度等物理量的測量。 (2)在工業(yè)控制中的應(yīng)用用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種

14、報(bào)警系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級(jí)控制系統(tǒng)等。(3)在家用電器中的應(yīng)用現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機(jī)控制，從電飯褒、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門，無所不在。(4)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很方便地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件。 此外，單片機(jī)在工商，金融，科研、教育，國防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。1.2.3 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)過程單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)隨著其用途不同，其硬件和軟件均不相同，也即單片機(jī)的最初的選型都很重要，原則上是選擇高性價(jià)比的單片機(jī)，硬件軟件化是

15、提供系統(tǒng)性價(jià)比的有效方法，盡量減少硬件成本，多用軟件來實(shí)現(xiàn)相同的功能，這樣也可大大提高系統(tǒng)的可靠性。 雖然單片機(jī)的硬件選型不盡相同，軟件編寫也千差萬別，但系統(tǒng)的研制步驟和方法是基本一致的，一般都分為總體設(shè)計(jì)、硬件電路的構(gòu)思設(shè)計(jì)、軟件的編制和仿真調(diào)試幾個(gè)階段。1.3 數(shù)字電壓表數(shù)字電壓表簡稱DVM，它是采用數(shù)字化測量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量（直流輸入電壓）轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。1.3.1 數(shù)字電壓表的特點(diǎn)(1)顯示清晰直觀，讀數(shù)準(zhǔn)確數(shù)字電壓表采用先進(jìn)的數(shù)顯技術(shù)，使測量結(jié)果一目了然，只要儀表不發(fā)生跳讀現(xiàn)象，測量結(jié)果就是唯一的。（2準(zhǔn)確度高準(zhǔn)確度是測量結(jié)果中系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差的綜

16、合。(3)分辨率高數(shù)字電壓表在最低電壓量程上末位1個(gè)字所代表的電壓值，稱為儀表的分辨力，它反映儀表靈敏度的高低。分辨力隨顯示位數(shù)的增加而提高。分辨率是指所能顯示的最小數(shù)字（零除外）與最大數(shù)字的百分比。(4)測量范圍寬多量程DVM一般可測量01000V直流電壓，配上高壓探頭還可測上萬伏的高壓。(5)擴(kuò)展能力強(qiáng)在數(shù)字電壓表的基礎(chǔ)上，還可擴(kuò)展成各種通用及專用數(shù)字儀表、數(shù)字多用表（DMM）和智能儀表，以滿足不同的需要。(6)測量速度快數(shù)字電壓表在每秒鐘內(nèi)對(duì)被測電壓的測量次數(shù)，叫測量速率，單位是次/S。它主要取決于A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率，其倒數(shù)是測量周期。 (7)輸入阻抗高 數(shù)字電壓表具有很高的輸入阻抗

17、，通常為10M10000M，最高可達(dá)1T。 (8)集成度高，微功耗 新型數(shù)字電壓表普遍采用CMOS大規(guī)模集成電路，整機(jī)功耗很低。(9)抗干擾能力強(qiáng)第二章 基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表的總體設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)概述本課題所設(shè)計(jì)的數(shù)字電壓表主要包括兩部分：硬件電路及軟件程序。而硬件電路采用ATMEL公司的AT89C51作為主處理器，系統(tǒng)主要由信號(hào)采集、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理輸出、驅(qū)動(dòng)顯示等幾個(gè)功能模塊組成。各部分電路的設(shè)計(jì)及原理將會(huì)在硬件電路設(shè)計(jì)部分詳細(xì)介紹；程序的設(shè)計(jì)使用C語言編程，利用Keil 軟件對(duì)其編譯和仿真，詳細(xì)的設(shè)計(jì)算法將會(huì)在程序設(shè)計(jì)部分詳細(xì)介紹。系統(tǒng)框圖（圖2-1）如下：A/D轉(zhuǎn)換單元數(shù)據(jù)處理單

18、元顯示驅(qū)動(dòng)單元顯示單元被測電壓圖2-1 電壓表系統(tǒng)框圖被測直流電壓由A/D轉(zhuǎn)換單元采集后被量化，再由單片機(jī)對(duì)A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果進(jìn)行標(biāo)度變換，得到被測電壓的數(shù)值，通過單片機(jī)對(duì)數(shù)次轉(zhuǎn)換結(jié)果求平均值、并通過SOI串行數(shù)據(jù)接口把所求平均值輸出給顯示驅(qū)動(dòng)單元，由該單元完成譯碼，并驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示。 數(shù)字式電壓表工作過程簡介電壓表的數(shù)字化是將連續(xù)模擬的電壓量經(jīng)A/D轉(zhuǎn)化后變?yōu)椴贿B續(xù)的離散的數(shù)字量并加以顯示7。在設(shè)計(jì)過程中采用分模塊設(shè)計(jì)，把電路分A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理輸出、驅(qū)動(dòng)、顯示四個(gè)單元，分別設(shè)計(jì)。A/D轉(zhuǎn)換器選用的是八位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809。其次，計(jì)算機(jī)中的數(shù)字都是十六進(jìn)制數(shù)，而我們習(xí)慣于十進(jìn)制數(shù)的讀

19、寫，因此，在軟件設(shè)計(jì)中則要把十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)。在顯示的時(shí)候也是如此。本裝置的輸出用四位LED顯示，因此在軟件設(shè)計(jì)中還要解決數(shù)字輸出與LED的接口問題。硬件則需要將輸出線接到八段數(shù)碼管上8。數(shù)值顯示采用八段數(shù)碼管，由單片機(jī)以動(dòng)態(tài)掃描方式驅(qū)動(dòng)，在此方式下能保證足夠的亮度和較長的使用壽命。ADC0809的REF（-）接地，REF（+）接電源+5V，因此采集電壓的范圍是05V，A/D轉(zhuǎn)換輸出的結(jié)果D0D7為8位二進(jìn)制數(shù)。轉(zhuǎn)換輸出的結(jié)果在0255之間分別對(duì)應(yīng)著0+5V之間的256個(gè)電壓值，因此單片機(jī)必須把A/D轉(zhuǎn)換輸出的結(jié)果轉(zhuǎn)換成可以顯示的電壓值，具體的方法是： 由上公式可知：當(dāng)ADC0809輸

20、出為（11111111）B時(shí)，輸入電壓值VIN=5.00V；當(dāng)ADC0809輸出為（00000000）B時(shí)，輸入電壓值VIN=0.00V；當(dāng)ADC0809輸出為（10000000）B時(shí)，輸入電壓值VIN=2.50V，但是單片機(jī)在進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算時(shí)結(jié)果只讀取整數(shù)部分，因此當(dāng)輸出為（10000000）B時(shí)計(jì)算得來的電壓值VIN=2.00V。由此可以看出這樣運(yùn)算的輸出結(jié)果很不準(zhǔn)確，在0+5V之間只有0，1，2，3，4，5六個(gè)電壓值，所以必須把單片機(jī)運(yùn)算結(jié)果中的小數(shù)部分保留下來8。具體方法是：如果保留小數(shù)點(diǎn)后兩位，在運(yùn)算的時(shí)候分子乘以100，保留三位就乘以1000。小數(shù)點(diǎn)后保留兩位的公式如下： （2.2）

21、 軟件程序設(shè)計(jì)簡介開機(jī)后首先初始化，使數(shù)碼管顯示為“0.000”然后調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換子程序啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器，單片機(jī)等待查詢轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，如果有信號(hào)則通過并行口讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)，就這樣連著讀取五次數(shù)據(jù)后求平均值，再按上面的方法通過串行口把數(shù)據(jù)傳輸出，經(jīng)譯碼在數(shù)碼管顯示。具體方法和程序見程序設(shè)計(jì)部分和附錄。第三章 硬件電路設(shè)計(jì)3.1 A/D轉(zhuǎn)換電路3.1.1 A/D轉(zhuǎn)換芯片的選擇A/D轉(zhuǎn)換器是模擬量輸入通道中的一個(gè)環(huán)節(jié)，單片機(jī)通過A/D轉(zhuǎn)換器把輸入模擬量變成數(shù)字量再處理。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，目前不同廠家已經(jīng)生產(chǎn)出了多種型號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換器，以滿足不同應(yīng)用場合的需要。如果按照轉(zhuǎn)換原理劃分，主要有

22、3種類型，即雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器和并行式A/D轉(zhuǎn)換器。目前最常用的是雙積分和逐次逼近式。雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器具有抗干擾能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)換精度高、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，比如ICL71XX系列等，它們通常帶有自動(dòng)較零、七段碼輸出等功能。與雙積分相比，逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換速度更快，而且精度更高，比如ADC0808、ADC0809等，它們通常具有8路模擬選通開關(guān)及地址譯碼、鎖存電路等，它們可以與單片機(jī)系統(tǒng)連接，將數(shù)字量送單片機(jī)進(jìn)行分析和顯示9。本設(shè)計(jì)中，要求精度小于0.5%，則選用分辨率為8位的芯片，如ADC0809，ADC0801，ADC0808就能滿足設(shè)計(jì)要求。本電路采用ADC0

23、809。3.1.2 ADC0809內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)START CLKINT0INT1INT2INT3INT4INT5INT6INT78路模擬量開關(guān)EOC8路A/D轉(zhuǎn)換器D0D1D2D3D4D5D6D7三態(tài)輸出鎖存器地址鎖存器與譯碼器ABCALEOEVREF（+） VREF（）圖3-1 ADC0809內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)3.1.3 ADC0809的工作原理ADC是一種基本的外圍擴(kuò)展器件，其種類很多，工作原理也不僅相同，比較有代表性的是：單積分型，雙積分型，脈寬調(diào)制型和逐次比較型（逐次逼近型）。從產(chǎn)品性價(jià)比、轉(zhuǎn)換速度和精度等方面綜合分析，逐次比較型ADC是相對(duì)應(yīng)用比較廣的類型之一。所以有著廣泛的應(yīng)用10逐次逼

24、近型ADC實(shí)際采用的方法上從高到底開始逐位設(shè)定，比較模擬量輸出，再來確定原設(shè)定位的正確與否。逐次比較型ADC原理結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。其主要由采集保持電路、電壓比較器、逐次比較寄存器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器ADC和鎖存器等部分組成。+GOCP被測電壓uiADIF=1逐次比較寄存器Us寄存器數(shù)字量輸出模/數(shù)轉(zhuǎn)換圖3-2 逐次比較型ADC原理結(jié)構(gòu)其工作原理如下：首先，被測模擬電壓ui通過逐次比較寄存器，將傳遞進(jìn)的脈沖CP信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，該數(shù)字量再經(jīng)過數(shù)/模轉(zhuǎn)換器生成對(duì)應(yīng)的模擬量Us。當(dāng)獲得模擬量Us的數(shù)值達(dá)到并接近被測電壓所對(duì)應(yīng)ui后，就可以檢測出電壓比較器完成最后的反轉(zhuǎn)。此時(shí)，逐次比較積存器的計(jì)數(shù)值就是

25、被測電壓ui所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量，從而完成模擬量的轉(zhuǎn)換。以上的分析表明，逐次比較的模/數(shù)轉(zhuǎn)換方法，歸根到底是數(shù)/模轉(zhuǎn)換，采用逐次與模擬量進(jìn)行比較后得到最終的數(shù)字標(biāo)定值11。3.1.4 ADC0809芯片介紹ADC0809是一種8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器。帶8個(gè)模擬量輸入通道，芯片內(nèi)有通道地址譯碼鎖存器，有輸出三態(tài)數(shù)據(jù)鎖存器，啟動(dòng)信號(hào)為脈沖啟動(dòng)方式，每個(gè)通道的轉(zhuǎn)換時(shí)間大約為100s，可以和單片機(jī)直接接口9。IN0IN7：8條模擬量輸入通道。ADC0809對(duì)輸入模擬量的要求是信號(hào)單極性，電壓范圍是05V，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大：輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)保持不變，如若模擬信號(hào)變化太快，則需在輸入前增加

26、采樣保持電路。地址輸入和控制線：4條，ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ALE線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)化器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A，B，C為地址輸入線，用于選通INOIN7上的一路模擬量輸入。通道選擇如表3-1地址碼 對(duì)應(yīng)的輸入通道 C B A 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 表3-1數(shù)字量輸出及控制線： 11條。START為上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換：在轉(zhuǎn)換期

27、間，START應(yīng)保持底電平。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。當(dāng)EOC為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束：否則，表明正在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。OE為輸出允許信號(hào)，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7D0為數(shù)字量輸出線。 CLK為時(shí)鐘輸入信號(hào)線。由于ADC0809的內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)必須由外界提供，通常使用頻率為500KHz，最大不能超過1280KHz11。 VREF（+），VREF（-）為參考電壓輸入，決定了輸入模擬量的范圍。一般情況VREF（-）接地，VREF（+）接+5V電源。3.2 單片機(jī)簡介 單片機(jī)介紹單片微型計(jì)算機(jī)簡稱單

28、片機(jī)，又稱微型控制或嵌入式控制器，是將計(jì)算機(jī)的基本部件微型化，使之集成在一塊芯片上的微機(jī)。單片機(jī)有著體積小，功耗低，功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高、易于推廣應(yīng)用等顯著優(yōu)點(diǎn)，在自動(dòng)化裝置、智能化儀器儀表、過程控制和家用電器等領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用。 采用AT89C51的原因在眾多的51系列單片機(jī)中，要算 ATMEL 公司的AT89C51更實(shí)用，它是由北京集成電路設(shè)計(jì)中心在MSC-51單片機(jī)的基礎(chǔ)上精心設(shè)計(jì)，由美國生產(chǎn)的至今為止世界上最新型的高性能八位單片機(jī)。它不但和8051指令、管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的4K程序存儲(chǔ)器是FLASH工藝的，這種工藝的存儲(chǔ)器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫，一般專為 ATME

29、L AT89Cx 做的編程器均帶有這些功能。顯而易見，這種單片機(jī)對(duì)開發(fā)設(shè)備的要求很低，開發(fā)時(shí)間也大大縮短12。3.2.3 AT89C51芯片主要性能參數(shù)與MCS51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 4K字節(jié)的可重擦寫Flash閃速存儲(chǔ)器1000次擦寫周期全靜態(tài)操作：0Hz24Hz三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器1288字節(jié)內(nèi)部RAM32個(gè)可編程I/O口線2個(gè)16位定時(shí)/記數(shù)器6個(gè)中斷源可編程串行UART通道底功耗空閑和掉電模式 圖3-3 AT89C513.2.4 AT89C51功能介紹AT89C51是一種低損耗、高性能、CMOS八位微處理器，片內(nèi)有4K字節(jié)的在線可重復(fù)編程快擦快寫存儲(chǔ)器，能重復(fù)寫入/擦除1000次，數(shù)據(jù)

30、保存時(shí)間為十年。它與MCS-51系列單片機(jī)在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容，不僅可完全代替MCS-51系列單片機(jī)，而且能使系統(tǒng)具有許多MCS-51單片機(jī)，而且能使系統(tǒng)具有許多MCS-51系列產(chǎn)品沒有的功能。AT89C51可構(gòu)成真正的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積，增加系統(tǒng)的可靠性，降低了系統(tǒng)成本。只要程序長度小于4K，四個(gè)I/O口全部提供給用戶?？捎?V電壓編程，而且擦寫時(shí)間僅需10毫秒，僅為8751/87C51的擦除時(shí)間的百分之一，與8751/87C51的12V電壓擦寫相比，不易損壞器件，沒有兩種電源的要求，改寫時(shí)不拔下芯片，適合許多嵌入式控制領(lǐng)域。工作電壓范圍寬2.7V-6V，全靜態(tài)工作，工作

31、頻率寬，在0MHz-24MHz內(nèi)，比8751/87C51等51系列的6MHz-12MHz更具有靈活性，系統(tǒng)能快能慢。AT89C51芯片提供三級(jí)程序存儲(chǔ)器加密，提供了方便靈活而可靠的硬加密手段，能完全保證程序或系統(tǒng)不被仿制13。另外，AT89C51還具有MCS-51系列單片機(jī)的所有優(yōu)點(diǎn)。1288位內(nèi)部RAM，32位雙向輸入輸出線，兩個(gè)十六位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，5個(gè)中斷源，兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)，一個(gè)全雙工異步串行口及時(shí)鐘發(fā)生器等。3.2.5 AT89C51引腳介紹及分配引腳描述：P0口：P0口是一組8位漏極開路雙向I/O口，也既地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路

32、，對(duì)端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器話程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（底8位）和數(shù)據(jù)總線服用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時(shí)，P0口接受指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。P1口：P1口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口 寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可操作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉底時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（IIL）。Flash編程和程序校驗(yàn)期間，P1接收底8位地址。P2口：P2口是一個(gè)帶有內(nèi)部上

33、拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)斷口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉底時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（IIL）。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVE DPTR）時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行MOVE RI指令）時(shí)，P2口線上的內(nèi)容也即特殊功能存儲(chǔ)器（SFR）區(qū)中R2寄存器的內(nèi)容，在整個(gè)訪問期間不改變。在Flash編程或校驗(yàn)時(shí)，P2亦接收高位地址和其他控制信號(hào)。P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的

34、8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)P3口寫入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時(shí)，被外部拉底的P3口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表3-2所示端口引腳第二功能 P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 TXD（串行輸出口） P3.2 INT0（外部中斷0） P3.3 INT1（外部中斷1） P3.4 T0（定時(shí)/記數(shù)器0） P3.5 T1（定時(shí)/記數(shù)器1） P3.6 WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） P3.7 RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）表3-2P3口還接受一

35、些用于Flash閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RET引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的底8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲(chǔ)器，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外部輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè)ALE脈沖。對(duì)Flash存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過對(duì)特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVE和

36、MOVX指令A(yù)LE才會(huì)被激活，此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE無效。PSEN：程序存貯允許（PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89C51由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效，既輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這兩次有效的PSEN信號(hào)不出現(xiàn)。EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000HFFFFH），EA端必須保持底電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接VCC端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。Flash存儲(chǔ)器編程時(shí)

37、，該腳加上+12V的編程允許電源VPP，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓VPP。XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。3.3 LED顯示器系統(tǒng)3.3.1 LED基本結(jié)構(gòu)LED是發(fā)光二極管顯示器的縮寫。LED由于結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜、與單片機(jī)接口方便等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。LED顯示器是由若干個(gè)發(fā)光二極管組成顯示字段的顯示器件6。在單片機(jī)中使用最多的是七段數(shù)碼顯示器。LED七段數(shù)碼顯示器由8個(gè)發(fā)光二極管組成顯示字段，其中7個(gè)長條形的發(fā)光二極管排列成“日”字形，另一個(gè)圓點(diǎn)形的發(fā)光二極管在顯示器的右下角作為顯示小數(shù)點(diǎn)用，其通過不同的組合可用來

38、顯示各種數(shù)字。LED引腳排列如下圖3-4所示: 圖3-43.3.2 LED顯示器的選擇在應(yīng)用系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)要求不同，使用的LED顯示器的位數(shù)也不同，因此就生產(chǎn)了位數(shù)，尺寸，型號(hào)不同的LED顯示器供選擇，在本設(shè)計(jì)中，選擇4位一體的數(shù)碼型LED顯示器，簡稱“4-LED”。本系統(tǒng)中前一位顯示電壓的整數(shù)位，即個(gè)位，后兩位顯示電壓的小數(shù)位。4-LED顯示器引腳如圖9所示，是一個(gè)共陰極接法的4位LED數(shù)碼顯示管，其中a，b，c，e，f，g為4位LED各段的公共輸出端，1、2、3、4分別是每一位的位數(shù)選端，dp是小數(shù)點(diǎn)引出端，4位一體LED數(shù)碼顯示管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由4個(gè)單獨(dú)的LED組成，每個(gè)LED的段輸出引腳在

39、內(nèi)部都并聯(lián)后，引出到器件的外部。圖3-5 4位LED引腳對(duì)于這種結(jié)構(gòu)的LED顯示器，它的體積和結(jié)構(gòu)都符合設(shè)計(jì)要求，由于4位LED陰極的各段已經(jīng)在內(nèi)部連接在一起，所以必須使用動(dòng)態(tài)掃描方式（將所有數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一起，用一個(gè)I/O接口控制）顯示。3.3.3 LED譯碼方式譯碼方式是指由顯示字符轉(zhuǎn)換得到對(duì)應(yīng)的字段碼的方式，對(duì)于LED數(shù)碼管顯示器，通常的譯碼方式有硬件譯碼和軟件譯碼方式兩種。硬件譯碼是指利用專門的硬件電路來實(shí)現(xiàn)顯示字符碼的轉(zhuǎn)換。軟件譯碼就是編寫軟件譯碼程序，通過譯碼程序來得到要顯示的字符的字段碼，譯碼程序通常為查表程序3。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中為了簡化硬件線路設(shè)計(jì)，LED譯碼采用軟件編程來實(shí)

40、現(xiàn)。由于本設(shè)計(jì)采用的是共陰極LED，其對(duì)應(yīng)的字符和字段碼如下表3-3所示。顯示字符共陰極字段碼03FH106H25BH34FH466H56DH67DH707H87FH96FH表3-33.4 復(fù)位電路和時(shí)鐘電路 復(fù)位電路設(shè)計(jì)單片機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)都需要復(fù)位，使CPU和系統(tǒng)中的其他部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。MCS-51單片機(jī)有一個(gè)復(fù)位引腳RST,采用施密特觸發(fā)輸入。當(dāng)震蕩器起振后，只要該引腳上出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平即可確保時(shí)器件復(fù)位1。復(fù)位完成后，如果RST端繼續(xù)保持高電平，MCS-51就一直處于復(fù)位狀態(tài)，只要RST恢復(fù)低電平后，單片機(jī)才能進(jìn)入其他工作狀態(tài)。單片機(jī)的復(fù)位

41、方式有上電自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位兩種，圖3-5是51系列單片機(jī)統(tǒng)常用的上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位組合電路，只要Vcc上升時(shí)間不超過1ms，它們都能很好的工作1。圖3-53.4.2 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)單片機(jī)中CPU每執(zhí)行一條指令，都必須在統(tǒng)一的時(shí)鐘脈沖的控制下嚴(yán)格按時(shí)間節(jié)拍進(jìn)行，而這個(gè)時(shí)鐘脈沖是單片機(jī)控制中的時(shí)序電路發(fā)出的。CPU執(zhí)行一條指令的各個(gè)微操作所對(duì)應(yīng)時(shí)間順序稱為單片機(jī)的時(shí)序。MCS-51單片機(jī)芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，用于構(gòu)成震蕩器，XTAL1為該放大器的輸入端，XTAL2為該放大器輸出端，但形成時(shí)鐘電路還需附加其他電路1。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，利用單片機(jī)內(nèi)部的高增益反相放大器，外部電路簡，

42、只需要一個(gè)晶振和 2個(gè)電容即可，如圖3-7所示。圖3-7電路中的器件選擇可以通過計(jì)算和實(shí)驗(yàn)確定，也可以參考一些典型電路的參數(shù)，電路中C1和C2對(duì)振蕩頻率有微調(diào)作用，通常的取值范圍是20-40pF，在這個(gè)系統(tǒng)中選擇了33pF，石英晶振選擇范圍最高可選24MHz,它決定了單片機(jī)電路產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)振蕩頻率，在本系統(tǒng)中選擇的是12MHz，因而時(shí)鐘信號(hào)的振蕩頻率為12MHz。3.5 7805簡介用78/79系列三端穩(wěn)壓IC來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來可靠、方便，而且價(jià)格便宜。第四章 軟件程序設(shè)計(jì)4.1 程序設(shè)計(jì)總方案 根據(jù)模塊的劃分原則，將該程序劃

43、分初始化模塊，A/D轉(zhuǎn)換程序，數(shù)據(jù)處理程序，顯示程序，這四個(gè)程序模塊構(gòu)成了整個(gè)系統(tǒng)軟件的主程序，如圖開始初始化調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換子程序數(shù)據(jù)處理程序調(diào)用顯示子程序結(jié)束圖4-14.2 系統(tǒng)子程序設(shè)計(jì) 初始化程序所謂初始化，是對(duì)將要用到的MCS_51系列單片機(jī)內(nèi)部部件或擴(kuò)展芯片進(jìn)行初始工作狀態(tài)設(shè)定，初始化子程序的主要工作是設(shè)置定時(shí)器的工作模式，初值預(yù)置，開中斷和打開定時(shí)器等9。4.2.2 A/D轉(zhuǎn)換子程序A/D轉(zhuǎn)換子程序用來控制對(duì)輸入的模塊電壓信號(hào)的采集測量，并將對(duì)應(yīng)的數(shù)值存入相應(yīng)的內(nèi)存單元，其轉(zhuǎn)換流程圖如圖4-2所示。開始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換NA/D轉(zhuǎn)換結(jié)束？Y輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)值轉(zhuǎn)換顯示結(jié)束圖4-2 顯示子程序顯示

44、子程序采用動(dòng)態(tài)掃描實(shí)現(xiàn)四位數(shù)碼管的數(shù)值顯示，在采用動(dòng)態(tài)掃描顯示方式時(shí)，要使得LED顯示的比較均勻，又有足夠的亮度，需要設(shè)置適當(dāng)?shù)膾呙桀l率，當(dāng)掃描頻率在70HZ左右時(shí)，能夠產(chǎn)生比較好的顯示效果。在本設(shè)計(jì)中，為了簡化硬件設(shè)計(jì)，主要采用軟件定時(shí)的方式，本設(shè)計(jì)通過軟件延時(shí)程序來實(shí)現(xiàn)5ms的延時(shí)。第五章 仿真與調(diào)試5.1 相關(guān)軟件簡介5.1.1 Protel99SEProtel99SE是應(yīng)用于Windows9X/2000/NT操作系統(tǒng)下的EDA設(shè)計(jì)軟件，采用設(shè)計(jì)庫管理模式，可以進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)，具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)交換能力和開放性及3D模擬功能，是一個(gè)32位的設(shè)計(jì)軟件，可以完成電路原理圖設(shè)計(jì)，印制電路板設(shè)計(jì)和可編

45、程邏輯器件設(shè)計(jì)等工作，可以設(shè)計(jì)32個(gè)信號(hào)層，16個(gè)電源-地層和16個(gè)機(jī)加工層。（1）Protel 99 SE的系統(tǒng)組成按照系統(tǒng)功能來劃分，Protel99se主要包含以下倆大部分和6個(gè)功能模塊。1.電路工程設(shè)計(jì)部分電路原理設(shè)計(jì)部分（Advanced Schematic 99）：電路原理圖設(shè)計(jì)部分包括電路圖編輯器（簡稱SCH編輯器）、電路圖零件庫編輯器（簡稱Schlib編輯器）和各種文本編輯器。本系統(tǒng)的主要功能是：繪制、修改和編輯電路原理圖；更新和修改電路圖零件庫；查看和編輯有關(guān)電路圖和零件庫的各種報(bào)表。 印刷電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng)（Advanced PCB 99）：印刷電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng)包括印刷電路板編輯

46、器（簡稱PCB編輯器）、零件封裝編輯器（簡稱PCBLib編輯器）和電路板組件管理器。本系統(tǒng)的主要功能是：繪制、修改和編輯電路板；更新和修改零件封裝；管理電路板組件。 自動(dòng)布線系統(tǒng)（Advanced Route 99）：本系統(tǒng)包含一個(gè)基于形狀（Shape-based）的無柵格自動(dòng)布線器，用于印刷電路板的自動(dòng)布線，以實(shí)現(xiàn)PCB設(shè)計(jì)的自動(dòng)化。（2）電路仿真與PLD部分電路模擬仿真系統(tǒng)（Advanced SIM 99）：電路模擬仿真系統(tǒng)包含一個(gè)數(shù)字/模擬信號(hào)仿真器，可提供連續(xù)的數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，以便對(duì)電路原理圖進(jìn)行信號(hào)模擬仿真，從而驗(yàn)證其正確性和可行性。 可編程邏輯設(shè)計(jì)系統(tǒng)（Advanced PLD

47、 99）：可編程邏輯設(shè)計(jì)系統(tǒng)包含一個(gè)有語法功能的文本編輯器和一個(gè)波形編輯器（Waveform）。本系統(tǒng)的主要功能是；對(duì)邏輯電路進(jìn)行分析、綜合；觀察信號(hào)的波形。利用PLD系統(tǒng)可以最大限度的精簡邏輯部件，使數(shù)字電路設(shè)計(jì)達(dá)到最簡化。 高級(jí)信號(hào)完整性分析系統(tǒng)（Advanced Integrity 99）：信號(hào)完整性分析系統(tǒng)提供了一個(gè)精確的信號(hào)完整性模擬器，可用來分析PCB設(shè)計(jì)、檢查電路設(shè)計(jì)參數(shù)、實(shí)驗(yàn)超調(diào)量、阻抗和信號(hào)諧波要求等。（3）Protel 99 SE的功能特性開放式集成化的設(shè)計(jì)管理體系 超強(qiáng)功能的、修改與編輯功能 強(qiáng)大的設(shè)計(jì)自動(dòng)化功能 5.1.2 keilKeil C51是美國Keil Sof

48、tware公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。用過匯編語言后再使用C來開發(fā)，體會(huì)更加深刻。單片機(jī)開發(fā)中除必要的硬件外，同樣離不開軟件，我們寫的匯編語言源程序要變?yōu)镃PU可以執(zhí)行的機(jī)器碼有兩種方法，一種是手工匯編，另一種是機(jī)器匯編，目前已極少使用手工匯編的方法了。機(jī)器匯編是通過匯編軟件將源程序變?yōu)闄C(jī)器碼，用于MCS-51單片機(jī)的匯編軟件有早期的A51，隨著單片機(jī)開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級(jí)語言開發(fā)，單片機(jī)的開發(fā)軟件也在不斷發(fā)展，Keil軟件是目前最流行開發(fā)MCS-51系列單片機(jī)的

49、軟件，這從近年來各仿真機(jī)廠商紛紛宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起。運(yùn)行Keil軟件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空閑的硬盤空間、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。掌握這一軟件的使用對(duì)于使用51系列單片機(jī)的愛好者來說是十分必要的，如果你使用C語言編程，那么Keil幾乎就是你的不二之選（目前在國內(nèi)你只能買到該軟件、而你買的仿真機(jī)也很可能只支持該軟件），即使不使用C語言而僅用匯編語言編程，其

50、方便易用的集成環(huán)境、強(qiáng)大的軟件仿真調(diào)試工具也會(huì)令你事半功倍。5.1.3 ProteusProtues軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司）。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是

51、目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即將增加Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。5.2 軟件調(diào)試軟件調(diào)試的主要任務(wù)是排查錯(cuò)誤，錯(cuò)誤主要包括邏輯和功能錯(cuò)誤，這些錯(cuò)誤有些是顯性的，而有些是隱形的，可以通過仿真開發(fā)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)逐步改正。Proteus軟件可以對(duì)基于微控制器的設(shè)計(jì)連同所有的周圍電子器件一起仿真，用戶甚至可以實(shí)時(shí)采用諸

52、如LED/LCD、鍵盤、RS232終端等動(dòng)態(tài)外設(shè)模型來對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行交互仿真。Proteus支持的微處理芯片包括8051系列、AVR系列、PIC系列、HC11系列及Z80等等。Proteus可以完成單片機(jī)系統(tǒng)原理圖電路繪制、PCB設(shè)計(jì)，更為顯著點(diǎn)的特點(diǎn)是可以與u Visions3 IDE工具軟件結(jié)合進(jìn)行編程仿真調(diào)試8。本系統(tǒng)的調(diào)試主要以軟件為主，其中，系統(tǒng)電路圖的繪制和仿真我采用的是Proteus軟件，而程序方面，采用的是匯編語言，用Keil軟件將程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)。圖5-1結(jié)論與展望經(jīng)過一段時(shí)間的努力，畢業(yè)論文-基于單片機(jī)的簡易數(shù)字電壓表基本完成。但設(shè)計(jì)中的不足之處仍然存在。這次設(shè)計(jì)是我第一次設(shè)計(jì)電路，并用Proteus實(shí)現(xiàn)了仿真。在這過程中，我對(duì)電路設(shè)計(jì)，單片機(jī)的使用等都有了新的認(rèn)識(shí)。通過這次設(shè)計(jì)學(xué)會(huì)了Proteus和Keil軟件的使用方法，掌握了從系統(tǒng)的需要、方案的設(shè)計(jì)、功能模塊的劃分、原理圖的設(shè)計(jì)和電路圖的仿真的設(shè)計(jì)流程，積累了不少經(jīng)驗(yàn)?；趩纹瑱C(jī)的數(shù)字電壓表使用性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、外接元件少。在實(shí)際應(yīng)用工作應(yīng)能好，測量電壓準(zhǔn)確，精度高。系統(tǒng)功能、指標(biāo)達(dá)到了課題的預(yù)期要求、系統(tǒng)在硬件設(shè)計(jì)上充分考慮了可擴(kuò)展性，經(jīng)過一定的改造，可以增加功能。本文設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)了簡易數(shù)字電壓表測量一路電壓的功能，詳細(xì)說明了從原理圖的設(shè)