電氣綜合項目工程訓(xùn)練設(shè)計方案報告智能數(shù)字電壓表

《電氣工程訓(xùn)練》設(shè)計報告智能數(shù)字電壓表班級：姓名：學(xué)號：指引教師：中南大學(xué)1月3號目錄1引言 21.1數(shù)字電壓表發(fā)展背景 21.2數(shù)字電壓表發(fā)呈現(xiàn)狀 31.3數(shù)字電壓表發(fā)展意義 32設(shè)計規(guī)定 42.1設(shè)計任務(wù) 42.2設(shè)計規(guī)定 52.3實驗任務(wù) 53設(shè)計方案 53.1系統(tǒng)設(shè)計 53.2系統(tǒng)框圖 64硬件電路 64.1單片機(jī)系統(tǒng) 64.2A/D轉(zhuǎn)換電路 84.3量程自動切換電路 114.4LED點陣顯示電路 124.5電源電路 144.6超量程報警電路 145軟件設(shè)計 155.1程序構(gòu)造 155.2程序分析與設(shè)計 156結(jié)論 207致謝 208附件（系統(tǒng)仿真圖、原理圖、PCB圖） 218.1系統(tǒng)protues仿真圖 218.2AltiumDesigner設(shè)計原理圖 218.3AltiumDesigner設(shè)計PCB圖 219參照資料 221引言科學(xué)技術(shù)當(dāng)代化今天，是電子技術(shù)和信息技術(shù)迅速發(fā)展時代。數(shù)字電壓表在工程測量、計量檢定、科學(xué)實驗、機(jī)械電子、電能電力、郵電通信、國防軍工以及工礦公司等諸多領(lǐng)域中，有著非常廣泛應(yīng)用。特別是智能化數(shù)字儀表普及和應(yīng)用，在數(shù)字化、自動化、軟件化測量技術(shù)中更發(fā)揮著重要作用。1.1數(shù)字電壓表發(fā)展背景數(shù)字儀表是把持續(xù)被測模仿量自動地變成斷續(xù)、用數(shù)字編碼方式并以十進(jìn)制數(shù)字自動顯示測量成果一種測量儀表。這是一種新型儀表，它把電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、自動化技術(shù)與精密電測量技術(shù)密切地結(jié)合在—起，成為儀器儀表領(lǐng)域中一種獨立分支。數(shù)字儀表種類諸多，應(yīng)用場合各不相似，其內(nèi)部構(gòu)造也相差很大。依照儀表用途(即被測量性質(zhì))分為：數(shù)字電壓表、數(shù)字電阻表、數(shù)字電流表、數(shù)字功率表、數(shù)字Q(品質(zhì)因數(shù))表、數(shù)字電橋及電子計數(shù)器等通過恰當(dāng)變換，還可制成測量各種非電量儀表，如數(shù)字溫度表、數(shù)字轉(zhuǎn)速表、數(shù)字位移表、數(shù)字鐘、數(shù)字秤、數(shù)字測厚儀及數(shù)字高斯計等，尚有許多其她數(shù)字式測量儀器和測量裝置。自1952年，美國NLS公司首創(chuàng)四位數(shù)字電壓表，到當(dāng)前三十近年中通過了不斷改進(jìn)和提高。DVM體積和功耗越來越小，重量不斷減輕，價格也逐漸下降，可靠性越來越高，量程范疇也逐漸擴(kuò)大。回顧如下DVM發(fā)展過程，大體可分為三個階段:數(shù)字化階段、高精確度階段、智能化階段。1972年，美國Intel公司首創(chuàng)微解決器，不久即研制出微解決器式數(shù)字電壓表，實現(xiàn)了DVM數(shù)據(jù)解決自動化和可編程序。當(dāng)前，智能儀器發(fā)展十分迅速，而微解決式DVM在智能儀表中占比重最大。國內(nèi)數(shù)字電壓表是從60年代初期發(fā)展起來，當(dāng)前國內(nèi)已有50各種單位研制生產(chǎn)數(shù)字儀表，并浮現(xiàn)了許多六位表和七位表，精確度達(dá)百萬分之幾，敏捷度已達(dá)到0.01uV。當(dāng)前，數(shù)字電壓表已廣泛應(yīng)用在國防、科研、學(xué)校、工礦公司、計量部門和各種物理量非電量測量系統(tǒng)中。1.2數(shù)字電壓表發(fā)呈現(xiàn)狀老式電壓表功能單一、精度比較低，不能滿足時代需求，采用單片機(jī)數(shù)字電壓表精度高、抗干擾能力強(qiáng)，可擴(kuò)展性強(qiáng)、集成以便，還可以去PC進(jìn)行實時通信。當(dāng)前，由各種單片A/D轉(zhuǎn)化器構(gòu)成數(shù)字電壓表，已被廣泛用于電子及電工測量、工業(yè)自動化儀表、自動測試系統(tǒng)等智能化測量領(lǐng)域，顯示出強(qiáng)大生命力。與此同步，由DVM擴(kuò)展而成各種通用及專用數(shù)字儀表儀器，也把電量及非電量測量技術(shù)提高到嶄新水平。數(shù)字電壓表基本工作原理是運用A/D轉(zhuǎn)換電路將待測模仿信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過相應(yīng)換算后將測試成果以數(shù)字形式顯示出來一種電壓表。較之于普通模仿數(shù)字電壓表，數(shù)字電壓表具備精度高、測量精確、讀數(shù)直觀、使用以便等長處。近來十幾年來，隨著半導(dǎo)體技術(shù)、集成電路（IC）和微解決器技術(shù)發(fā)展，數(shù)字電路和數(shù)字化測量技術(shù)也有了巨大進(jìn)步，從而促使了DVM和A/D變換器日新月異，并不斷浮現(xiàn)新類型。此后，總趨勢隨簡樸電路代替復(fù)雜電路；高精確度代替低精確度；低成本代替高成本；同步也向著自動化、程控化和智能化相結(jié)合方向發(fā)展。數(shù)字電壓表設(shè)計和開發(fā)，已有各種類型和款式。老式數(shù)字電壓表各有特點，它們適合在現(xiàn)場做手工測量，要完畢遠(yuǎn)程測量并要對測量數(shù)據(jù)做進(jìn)一步解決，老式數(shù)字電壓表是無法完畢。然而基于PC通信數(shù)字電壓表，既可以完畢數(shù)據(jù)傳遞，又可以借助PC對測量數(shù)據(jù)解決。因此數(shù)字電壓表無論在功能和事實上，都具備老式電壓表無法比擬特點，這使得它開發(fā)和應(yīng)用品有良好前景。1.3數(shù)字電壓表發(fā)展意義DVM高速發(fā)展，使它已成為實現(xiàn)測量自動化、提高工作效率不可缺少儀表，數(shù)字化是當(dāng)前計量儀器發(fā)展重要方向之一，而高準(zhǔn)度DC-DVC浮現(xiàn)，又使DVM進(jìn)入了精密原則測量領(lǐng)域。這個課題目和意義在于使自己掌握對數(shù)字電壓表理解，自己動手設(shè)計數(shù)字電壓表與仿真，它可以廣泛應(yīng)用于電壓測量外，通過各種變換器還可以測量其她電量和非電量，測量是一種結(jié)識過程，就是用實驗辦法將被測量和被選用相似參量進(jìn)行比較，從而擬定它大小。DVM廣泛應(yīng)用于測量領(lǐng)域每期測量精確度和可信度取決于它重要性能和技術(shù)指標(biāo)。所示咱們要學(xué)習(xí)和掌握如何設(shè)計DVM就顯得十分重要。數(shù)字電壓表對繁多電量測試具備精度高,測量速度快,自動化限度高等長處,在科研生產(chǎn)電量測試中得到了廣泛應(yīng)用。各種數(shù)字儀表中,數(shù)字電壓表用途居于較為突出地位,它不但用來測量各種電量,并且還廣泛用來進(jìn)行各種非電量電測量,同步在實現(xiàn)工業(yè)自動化,生產(chǎn)過程自動控制以及測量自身自動化等方面,都起著很重要作用。2設(shè)計規(guī)定2.1設(shè)計任務(wù)運用所學(xué)微控制器、智能儀器和當(dāng)代測控系統(tǒng)等方面知識，設(shè)計出一臺以單片機(jī)為核心智能儀器，完畢信息采集、解決、輸出及人機(jī)接口電路等某些軟、硬件設(shè)計。1．分組完畢下列設(shè)計任務(wù)中一項：1)．熱電偶多路溫度檢測儀設(shè)計多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、程控增益放大電路等對4種不同熱電偶輸出信號巡回檢測、顯示、鍵盤參數(shù)設(shè)立、打印溫度等功能。2)．等精度頻率計設(shè)計單片機(jī)控制某些、通道某些、同步門某些、計數(shù)器某些、鍵盤與顯示某些?？稍诰€鍵盤參數(shù)設(shè)立、定期檢測、顯示。3)．智能流量監(jiān)測儀設(shè)計流量檢測、解決與顯示電路，可在線鍵盤參數(shù)設(shè)立、定期檢測、顯示、定期打印流量瞬時值和合計值。4)．單片機(jī)電子計價秤設(shè)計重量檢測、解決與顯示電路，對5種以上不同單價商品進(jìn)行稱量、計價和打印及鍵盤參數(shù)設(shè)立。5)．步進(jìn)電機(jī)控制儀由單片機(jī)輸出脈沖對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行啟動、制動、相位、方向、速度、位置等控制。例如：設(shè)計程序，使步進(jìn)電動機(jī)實現(xiàn)間斷性步進(jìn)（30步，間隔0.5s）→持續(xù)正傳（60步，0.1s）→停頓（2s）→反向間斷性步進(jìn)（30步，間隔0.5s）→持續(xù)反轉(zhuǎn)（60步，間隔0.1s）。6)．智能數(shù)字電壓表設(shè)計輸入衰減器、輸入放大器、有源濾波器、輸入電流補(bǔ)償電路、自舉電源、鍵盤與顯示某些?？稍诰€鍵盤參數(shù)設(shè)立、定期檢測、顯示。7)．智能型數(shù)字PID調(diào)節(jié)器設(shè)計信號采集、解決、輸出及人機(jī)接口電路（如數(shù)顯、鍵盤、批示報警）等某些軟、硬件設(shè)計，重要實現(xiàn)數(shù)字PID控制。2．應(yīng)用微機(jī)和單片機(jī)實驗開發(fā)裝置完畢規(guī)定實驗任務(wù)；3．系統(tǒng)硬件某些涉及傳感器、前置信號解決單元（放大器，濾波器等）、A/D轉(zhuǎn)換、微解決器（MCU）、鍵盤、顯示、打印、報警、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、程控增益放大電路、通信接口電路等；4．系統(tǒng)軟件某些涉及鍵盤掃描、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波、標(biāo)度變換、顯示、打印、報警、通信、控制輸出、非線性校正、冷端溫度補(bǔ)償、通信等；5．畫出儀表硬件電路原理圖、PCB圖、面板構(gòu)造圖和軟件程序框圖；6．編寫設(shè)計闡明書一份，闡述儀器工作原理和軟、硬件設(shè)計辦法。（硬件設(shè)計重點為：打印、通信接口電路、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、程控增益放大電路軟件設(shè)計重點為：打印、通信、控制輸出、非線性校正、冷端溫度補(bǔ)償）2.2設(shè)計規(guī)定1．傳感器選取和前置信號解決單元設(shè)計；2．A/D器件選取（5G14433或ADC0809）及其與微控制器接口電路設(shè)計；3．參數(shù)給定電路軟、硬件設(shè)計：通過按鍵及接口電路實現(xiàn)；4．參數(shù)顯示電路軟、硬件設(shè)計：通過LED、LCD或點陣式顯示屏及接口電路實現(xiàn)；5．參數(shù)報警電路軟、硬件設(shè)計：通過語音接口電路板、喇叭或發(fā)光二極管實現(xiàn)；6．參數(shù)打印電路軟、硬件設(shè)計：通過微型打印機(jī)及其接口電路實現(xiàn)。7．通信接口電路軟、硬件設(shè)計：通過單片機(jī)通信接口電路實現(xiàn)；8．控制輸出電路設(shè)計：輸出模仿信號或開關(guān)量信號。2.3實驗任務(wù)1．顯示某些：涉及LED顯示、LCD顯示和點陣式顯示；2．鍵盤掃描某些：自定義按鍵功能，編寫并調(diào)試鍵盤掃描程序；3．A/D轉(zhuǎn)換某些：運用雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器5G14433或逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；4．故障報警某些：針對不同故障進(jìn)行語音報警、喇叭報警或燈光報警；5．打印某些：運用微型打印機(jī)打印出不同格式數(shù)據(jù)或曲線(含日期、時間)；6．通信某些：完畢單片機(jī)與單片機(jī)或單片機(jī)與上位機(jī)通信軟件調(diào)試。3設(shè)計方案3.1系統(tǒng)設(shè)計本設(shè)計重要分為兩某些：硬件電路及軟件程序。而硬件電路除了單片機(jī)系統(tǒng)電路之外，還涉及了量程自動切換電路、A/D轉(zhuǎn)換接口及按鍵/顯示電路，各某些電路設(shè)計及原理將會在硬件電路設(shè)計某些詳細(xì)簡介。程序設(shè)計使用C語言編程，運用Proteus軟件對其編譯和仿真，詳細(xì)程序會在程序設(shè)計某些詳細(xì)簡介。應(yīng)用最廣泛八位單片機(jī)首推Intel51系列。51系列長處之一是它從內(nèi)部硬件到軟件有一整套按位操作系統(tǒng)，稱作為解決器，它解決對象不是字或字節(jié)而是位。雖然其她種類單片機(jī)也具備解決功能，但能進(jìn)行位邏輯運算實屬少見。Intel公司應(yīng)用最廣泛單片機(jī)涉及AT89C51、AT89C52等，其中AT89C51是最典型產(chǎn)品，可以做乘法和除法指令，給編程帶來了便利，并且有一條二進(jìn)制——十進(jìn)制調(diào)節(jié)指令DA，這對于十進(jìn)制計量十分以便。鑒于以上有利因素，在本設(shè)計中，我選用了AT89C51單片機(jī)芯片。隨著大規(guī)模集成電路發(fā)展，當(dāng)前不同廠家已經(jīng)生產(chǎn)出了各種型號A/D轉(zhuǎn)換器，以滿足不同應(yīng)用場合需要。如果按照轉(zhuǎn)換原理劃分，重要有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。當(dāng)前最慣用是雙積分和逐次逼近式。雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器具備抗干擾能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)換精度高、價格便宜等長處，它們普通帶有自動較零、七段碼輸出等功能。與雙積分相比，逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換速度更快，并且精度更高，例如ADC0808、ADC0809等，它們普通具備8路模仿選通開關(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。由于ADC0809比較慣用，容易理解，并且功能完全可以滿足本設(shè)計需要，因此我選用了ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片。由于本設(shè)計任務(wù)，是完畢一種智能數(shù)字電壓表設(shè)計，不但為了達(dá)到量程切換成果，我選用數(shù)據(jù)選取器CC4051來完畢智能型電壓表自動切換量程功能。3.2系統(tǒng)框圖圖3.1系統(tǒng)框圖如系統(tǒng)框圖所示，該設(shè)計重要由量程切換電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)控制電路和LED顯示電路。在量程切換電路某些，可以依照所采集到電壓選取適當(dāng)量程，以使測量精度比較高。單片機(jī)給ADC提供一種啟動轉(zhuǎn)換信號之后，ADC轉(zhuǎn)換開始；當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，ADC輸出一種轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志信號，告知單片機(jī)讀取轉(zhuǎn)換成果。對于LED顯示電路，AT89C51單片機(jī)為控制器。4硬件電路4.1單片機(jī)系統(tǒng)4.1.1AT89C51性能AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)具有4KB可重復(fù)擦寫只讀程序存儲器和128字節(jié)隨機(jī)存儲器。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)原則MCS-51指令集和輸出管腳相兼容，由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMELAT89C51是一種高效微控制器，它為諸多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉方案。AT89C51功能性能:與MCS-51成品指令系統(tǒng)完全兼容；4KB可編程閃速存儲器；壽命：1000次寫/擦循環(huán)；數(shù)據(jù)保存時間：；全靜態(tài)工作：0-24MHz；三級程序存儲器鎖定；128*8B內(nèi)部RAM；32個可編程I/O口線；2個16位定期/計數(shù)器；5個中斷源；可編程串行UART通道；片內(nèi)震蕩器和掉電模式。4.1.2AT89C51各引腳功能AT89C51提供如下原則功能：4KBFlash閃速存儲器，128B內(nèi)部RAM，32個I/O口線，兩個16位定期/計數(shù)器，一種5向量兩級中斷構(gòu)造，一種全雙工串行通信口，片內(nèi)震蕩器及時鐘電路，同步，AT89C51可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU工作，但容許RAM，定期/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作，掉電方式保存RAM中內(nèi)容，但震蕩器停止工作并禁止其她所有工作直到下一種硬件復(fù)位。AT89C51采用PDIP封裝形式，引腳配備如圖4.2所示。圖4.1AT89C51引腳圖AT89C51芯片各引腳功能為：P0口：這組引腳共有8條，P0.0為最低位。這8個引腳有兩種不同功能，分別合用于不同狀況，第一種狀況是89C51不帶外存儲器，P0口可覺得通用I/O口使用，P0.0-P0.7用于傳送CPU輸入/輸出數(shù)據(jù)，這時輸出數(shù)據(jù)可以得到鎖存，不需要外接專用鎖存器，輸入數(shù)據(jù)可以得到緩沖，增長了數(shù)據(jù)輸入可靠性；第二種狀況是89C51帶片外存儲器，P0.0-P0.7在CPU訪問片外存儲器時先傳送片外存儲器低8位地址，然后傳送CPU對片外存儲器讀/寫數(shù)據(jù)。P0口為開漏輸出，在作為通用I/O使用時，需要在外部用電阻上拉。P1口：這8個引腳和P0口8個引腳類似，P1.7為最高位，P1.0為最低位，當(dāng)P1口作為通用I/O口使用時，P1.0-P1.7功能和P0口第一功能相似，也用于傳送顧客輸入和輸出數(shù)據(jù)。P2口：這組引腳第一功能與上述兩組引腳第一功能相似即它可以作為通用I/O口使用，它第一功能和P0口引腳第二功能相配合，用于輸出片外存儲器高8位地址，共同選中片外存儲器單元，但并不是像P0口那樣傳送存儲器讀/寫數(shù)據(jù)。P3口：這組引腳第一功能和別的三個端口第一功能相似，第二功能為控制功能，每個引腳并不完全相似，Vcc為+5V電源線，Vss接地。ALE：地址鎖存容許線，配合P0口第二功能使用，在訪問外部存儲器時，89C51CPU在P0.0-P0.7引腳線去傳送隨后而來片外存儲器讀/寫數(shù)據(jù)。在不訪問片外存儲器時，89C51自動在ALE線上輸出頻率為1/6震蕩器頻率脈沖序列。該脈沖序列可以作為外部時鐘源或定期脈沖使用。/EA:片外存儲器訪問選取線，可以控制89C51使用片內(nèi)ROM或使用片外ROM,若/EA=1，則容許使用片內(nèi)ROM，若/EA=0，則只使用片外ROM。/PSEN：片外ROM選通線，在訪問片外ROM時，89C51自動在/PSEN線上產(chǎn)生一種負(fù)脈沖，作為片外ROM芯片讀選通信號。RST：復(fù)位線，可以使89C51處在復(fù)位(即初始化)工作狀態(tài)。普通89C51復(fù)位有自動上電復(fù)位和人工按鍵復(fù)位兩種。XTAL1和XTAL2：片內(nèi)震蕩電路輸入線，這兩個端子用來外接石英晶體和微調(diào)電容，即用來連接89C51片內(nèi)OSC(震蕩器)定期反饋回路。4.1.3復(fù)位電路設(shè)計單片機(jī)在啟動運營時都需要復(fù)位，使CPU和系統(tǒng)中其她部件都處在一種擬定初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。MCS-51單片機(jī)有一種復(fù)位引腳RST,采用施密特觸發(fā)輸入。當(dāng)震蕩器起振后，只要該引腳上浮現(xiàn)2個機(jī)器周期以上高電平即可保證時器件復(fù)位[1]。復(fù)位完畢后，如果RST端繼續(xù)保持高電平，MCS-51就始終處在復(fù)位狀態(tài)，只要RST恢復(fù)低電平后，單片機(jī)才干進(jìn)入其她工作狀態(tài)。單片機(jī)復(fù)位方式有上電自動復(fù)位和手動復(fù)位兩種，圖4.2是51系列單片機(jī)統(tǒng)慣用上電復(fù)位和手動復(fù)位組合電路，只要Vcc上升時間不超過1ms，它們都能較好工作。圖4.2復(fù)位電路4.1.4時鐘電路設(shè)計單片機(jī)中CPU每執(zhí)行一條指令，都必要在統(tǒng)一時鐘脈沖控制下嚴(yán)格準(zhǔn)時間節(jié)拍進(jìn)行，而這個時鐘脈沖是單片機(jī)控制中時序電路發(fā)出。CPU執(zhí)行一條指令各個微操作所相應(yīng)時間順序稱為單片機(jī)時序。MCS-51單片機(jī)芯片內(nèi)部有一種高增益反相放大器，用于構(gòu)成震蕩器，XTAL1為該放大器輸入端，XTAL2為該放大器輸出端，但形成時鐘電路還需附加其她電路。本設(shè)計系統(tǒng)采用內(nèi)部時鐘方式，運用單片機(jī)內(nèi)部高增益反相放大器，外部電路簡，只需要一種晶振和2個電容即可，如圖4.2所示。圖4.2時鐘電路電路中器件選取可以通過計算和實驗擬定，也可以參照某些典型電路參數(shù)，電路中，電容器C1和C2對震蕩頻率有微調(diào)作用，普通取值范疇是30±10pF，在這個系統(tǒng)中選取了33pF；石英晶振選取范疇最高可選24MHz，它決定了單片機(jī)電路產(chǎn)生時鐘信號震蕩頻率，在本系統(tǒng)中選取是12MHz，因而時鐘信號震蕩頻率為12MHz。4.2A/D轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換器是模仿量輸入通道中一種環(huán)節(jié)，單片機(jī)通過A/D轉(zhuǎn)換器把輸入模仿量變成數(shù)字量再解決。隨著大規(guī)模集成電路發(fā)展，當(dāng)前不同廠家已經(jīng)生產(chǎn)出了各種型號A/D轉(zhuǎn)換器，以滿足不同應(yīng)用場合需要。如果按照轉(zhuǎn)換原理劃分，重要有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。當(dāng)前最慣用是雙積分和逐次逼近式。雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器具備抗干擾能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)換精度高、價格便宜等長處，例如ICL71XX系列等，它們普通帶有自動較零、七段碼輸出等功能。與雙積分相比，逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換速度更快，并且精度更高，例如ADC0808、ADC0809等，它們普通具備8路模仿選通開關(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[10]。ADC0809是采樣辨別率為8位、以逐次逼近原理進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換器件。其內(nèi)部有一種8通道多路開關(guān)，它可以依照地址碼鎖存譯碼后信號，只選通8路模仿輸入信號中一種進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。ADC0808是ADC0809簡化版本，功能基本相似。普通在硬件仿真時采用ADC0808進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，實際使用時采用ADC0809進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。圖4.3ADC0809引腳圖4.2.1ADC0809內(nèi)部構(gòu)造ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，它有8路模仿開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型A/D轉(zhuǎn)換器。4.2.2ADC0809重要技術(shù)指標(biāo)和特性a)辨別率：8位二進(jìn)制數(shù)；b)總不可調(diào)誤差：±2LSB；c)轉(zhuǎn)換時間：取決于芯片時鐘頻率；d)單一電源：+5V；e)模仿輸入電壓范疇：單極性0—5V；雙極性±5V，±10V（需外加一定電路）；f)具備可控三態(tài)輸出緩存器；g)啟動轉(zhuǎn)換控制為脈沖式（正脈沖），上升沿使所有內(nèi)部寄存器清零，下降沿使A/D轉(zhuǎn)換開始；h)使用時不需進(jìn)行零點和滿刻度調(diào)節(jié)。4.2.3ADC0809管腳ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如右圖所示。各引腳功能如下。a)ADC0809采用28引腳封裝，雙列直插式；b)IN0～I(xiàn)N7——8路0V～+5V模仿電壓輸入端；c)DB7～DB0——8路數(shù)字輸出線，輸出8位A/D轉(zhuǎn)換值；d)START——啟動A/D轉(zhuǎn)換輸入端。若單片機(jī)在此引腳上加一種正脈沖時，脈沖上升沿將內(nèi)部寄存器清0；其下降沿啟動A/D進(jìn)行一次新轉(zhuǎn)換；e)EOC——A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出信號，高電平有效。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換START有效時，EOC處在低電平，表達(dá)正在轉(zhuǎn)換；當(dāng)EOC處在高電平時，表達(dá)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束；f)OE——容許數(shù)字量輸出信號，高電平有效。當(dāng)OE=1時。三態(tài)門打開，將A/D轉(zhuǎn)換后值放到數(shù)據(jù)總線上供CPU用指令取走；g)CLOCK——輸入時鐘脈沖端。頻率為500kHz；h)ADDR0、ADDR1、ADDR2——模仿量輸入通道地址選取線；i)ALE——地址鎖存容許輸入信號。鎖存ADDR0、ADDR1、ADDR2；j)VCC——+5V工作電壓源；k)GND——接地端；l)REF(+)和REF(-)——基準(zhǔn)參照電壓，這兩個電壓決定輸入模仿量程范疇。4.2.4ADC0809接口辦法ADC0809輸出引腳（D0-D7）可直接與單片機(jī)數(shù)據(jù)總線相連；A、B、C、三條引腳與地址線中低三位相連，使8路輸入端所相應(yīng)地址范疇是:FFF0H-FFF7H。ADC0809工作時必要外接時鐘，如果單片機(jī)主振頻率為6MHz，則可直接借用單片機(jī)ALE信號作為ADC0809時鐘信號。當(dāng)單片機(jī)不訪問片外RAM時（即不使用MOVX系列指令時），ALE信號是時鐘頻率六分頻，在6MHz晶振頻率下，ALE頻率是1MHz。如果單片機(jī)采用了更高頻率（如12MHz）晶振，直接用ALE作為ADC0809時鐘就不恰當(dāng)了，此時可以把ALE二分頻之后再提供應(yīng)ADC0809。ADC0809輸入或輸出都是高電平有效，而MCS-51系列單片機(jī)上，某些引腳輸或輸出卻為低電平有效，因此當(dāng)ADC0809與單片機(jī)相連接時，必要采用某些門電路進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC端通過“非門”與MCS-51單片機(jī)INT1引腳相連，使每次A/D轉(zhuǎn)換完畢就產(chǎn)生中斷祈求，MCS-51單片機(jī)收到中斷祈求后，可讀取ADC0809輸出數(shù)據(jù)。ADC0809通道選取如表4.1所示。表4.1ADC08098路通道選取A輸入B輸入C輸入當(dāng)有工作通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7該系統(tǒng)使用ADC0809并行A/D轉(zhuǎn)換芯片，使用單片機(jī)2.0、2.1和2.2作為該芯片控制口，其中P2.3給0809芯片提供時鐘脈沖，P2.2接轉(zhuǎn)換開始，P2.1接輸入容許，0809轉(zhuǎn)換是用等待法等轉(zhuǎn)換結(jié)束再繼續(xù)執(zhí)行程序。A/D轉(zhuǎn)換詳細(xì)電路如圖4.4所示。圖4.4A/D轉(zhuǎn)換電路4.3量程自動切換電路在量程切換電路中，我選用模仿電子開關(guān)4051來做成一種多路選取器。4051是單8通道數(shù)字控制模仿電子開關(guān)，有三個二進(jìn)制輸入端A、B、C和INH輸入，具備低導(dǎo)通阻抗和很低截止漏電流。4051外形構(gòu)造如圖4.5所示。圖4.54051外形構(gòu)造4.3.1CC4051簡介CC4051芯片是八選一模仿開關(guān)集成電路。它是一種帶有禁止端(INH)和三位譯碼端(A、B、C)控制8路模仿開關(guān)電路；它邏輯功能與管腳圖資料請見下面表3.3，從功能表可知開關(guān)特性。表3.34051管腳圖輸入接通通道INHCBALLLL0LLLH1LLHL2LLHH3LHLL4LHLH5LHHL6LHHH7HXXX均不接通4.3.2量程轉(zhuǎn)換電路本次設(shè)計量程為：0.01～4.99V,0.01～49.99V，51單片機(jī)和AD0809基準(zhǔn)電壓為5V,則其量程為0.01～4.99V，因此其她量程分別×10檔位。電路如圖用2個電阻串聯(lián)進(jìn)行分壓，電阻為R1=90K,R2=10K,使進(jìn)入AD0809電壓均不大于5V，詳細(xì)電路圖如圖4.6所示。圖4.6量程切換電路4.4LED點陣顯示電路4.4.1LED點陣原理LED點陣是由發(fā)光二極管排列構(gòu)成顯示屏件,在咱們尋常生活電器中隨處可見，被廣泛應(yīng)用于汽車報站器，廣告屏等。。特別是它發(fā)光類型屬于冷光源，效率及發(fā)熱量是普通發(fā)光器件難以比擬，它采用低電壓掃描驅(qū)動，具備：耗電少、使用壽命長、成本低、亮度高、故障少、視角大、可視距離遠(yuǎn)、規(guī)格品、可靠耐用、應(yīng)用靈活、安全、響應(yīng)時間短、綠色環(huán)保、控制靈活種等特點,其原理如圖4.7所示。圖4.7LED原理圖從圖中可以看出，8X8點陣共需要64個發(fā)光二極管構(gòu)成，且每個發(fā)光二極管是放置在行線和列線交叉點上，當(dāng)相應(yīng)某一列置1電平，某一行置0電平，則相應(yīng)二極管就亮；要實現(xiàn)顯示圖形或字體，只需考慮其顯示方式。通過編程控制各顯示點相應(yīng)LED陽極和陰極端電平，就可以有效控制各顯示點亮滅。4.4.2顯示屏驅(qū)動電路圖4.8顯示屏驅(qū)動電路74HC245是典型CMOS型三態(tài)緩沖門電路。由于單片機(jī)或CPU數(shù)據(jù)/地址/控制總線端口均有一定負(fù)載能力，如果負(fù)載超過其負(fù)載能力，普通應(yīng)加驅(qū)動器。本設(shè)計采用74HC245來驅(qū)動LED點陣列，采用74LS138來進(jìn)行行掃描，采用了兩片8*8點陣，此外加一種獨立LED來表達(dá)小數(shù)點，這也一定意義上局限了本系統(tǒng)最高量程只能到50V，精準(zhǔn)到小數(shù)點后兩位。4.5電源電路采用變壓器將市電220V降壓到9V交流，用單相整流橋電路將9V交流整流為直流電路，再用三端穩(wěn)壓器7805將直流9V降壓穩(wěn)壓為5V，給單片機(jī)系統(tǒng)以及外圍所有電路供電。電源電路設(shè)計如圖4.9所示。圖4.9電源電路4.6超量程報警電路電路測量范疇最大為49.99V，若超過了此范疇，單片機(jī)會驅(qū)動蜂鳴器報警，提示使用者測量電壓已經(jīng)超過范疇，并且顯示屏也會顯示“——”以顯示待測電壓過高，無法顯示。報警電路如圖4.10、4.11所示.圖4.10蜂鳴器報警電路圖4.11顯示屏報警電路5軟件設(shè)計5.1程序構(gòu)造智能數(shù)字電壓表系統(tǒng)軟件程序由主程序、A/D轉(zhuǎn)換子程序、量程切換子程序和顯示子程序構(gòu)成。開始開始初始化初始化調(diào)節(jié)量程調(diào)用AD轉(zhuǎn)換子程序調(diào)節(jié)量程調(diào)用AD轉(zhuǎn)換子程序鑒定量程與否適合N鑒定量程與否適合Y數(shù)據(jù)計算數(shù)據(jù)計算顯示顯示圖5.1主程序流程圖5.2程序分析與設(shè)計/*************************智能電壓表C51文獻(xiàn)LKJ——-9-24*************************/#include<reg52.h>#include"main.h"http://端口變量設(shè)立sbitLED=P0^0;sbitadd_A=P2^5;sbitadd_B=P2^6;sbitadd_C=P2^7;sbitEOC=P2^1;sbitST=P2^2;sbitCLK=P2^3;sbitCD4051_add=P2^4;//設(shè)立CD4051地址，自動切換量程sbitBuzzer=P2^0;//超量程報警/*********全局變量*******************///關(guān)于點陣顯示unsignedintcnt_scan=0;unsignedcharcnt_scan_flag=0;//掃描unsignedcharadd=0;//掃描地址unsignedchardnum_F=0;//前兩個數(shù)unsignedchardnum_B=0;//后兩個數(shù)floatV_float=0;//檢測電壓值unsignedintV_show=0;//顯示值unsignedintcnt_show=0;//掃描時間unsignedcharcnt_show_flag=0;unsignedcharAD_DATA;//儲存原始AD值unsignedcharOverFlag=0;//超量程標(biāo)志/**********延時約150us************/voiddelay(unsignedchari){ 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