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1、哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）-I-摘 要数字电压表是采用数字化测量设计的电压仪表。目前，其作为数字化仪表的基础和核心，已被广泛应用于电子和电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等领域，显示出强大的生命力。与此同时，数字电压表扩展而成的各种通用及专用仪器仪表，也将电量及非电量测量技术提高到崭新水平。本设计为直流数字电压表。利用 MCS-51 单片机 AT89C51 借助软件实现数字显示功能、自动校准、LED 显示，A/D 转换器采用 ADC0808 构成数模转换电路。该电压表测量范围在 05V。由于采用高性能的单片机芯片为核心，同时
2、利用 LED 数码管为显示设备，这样就使显示清晰直观、读数准确，减少了因为人为因素所造成的测量误差事件，同时提高了测量的准确度。关键词：关键词：AT89C51；A/D 转换；转换；LED哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）-II-目 录摘 要.I第 1 章 绪论 .21.1 研究背景.21.2 数字电压表的主要特点.31.3 设计要求和指标.5第 2 章 方案的选择和论证 .62.1 方案选择.62.2 方案论证.7本章小结.7第 3 章 硬件电路设计 .83.1 系统主控电路.83.1.1 单片机 AT89C51 .83.1.2 时钟电
3、路 .103.1.3 复位电路 .113.2 A/D 转换电路.123.2.1 ADC0808 简介.143.2.2 A/D 转换电路设计 .153.3 显示电路.153.3.1 常用显示器件 .163.3.2 LED 简介.16本章小结.17第 4 章 系统软件设计 .184.1 主程序设计.184.2 A/D 转换程序.19本章小结.19第 5 章 系统仿真与调试 .20哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）-III-5.1 系统仿真.205.1.1 Proteus 简介 .205.1.2 功能及特点 .205.2 局部调试.205.2
4、.1 硬件调试 .215.2.2 软件调试 .215.3 整机调试.22本章小结.22结 论 .23致 谢 .24参考文献 .25附录 1 系统源程序 .26附录 2 仿真电路图 .30附录 3 元件清单 .31哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）-2-第 1 章 绪论1.1 研究背景智能仪器是仪器仪表的一种。近年来，计算机技术及微电子器件在工程技术中应用十分广泛。在此基础上发展起来的智能仪表，无论是在测量的准确性、灵敏度、可靠性、自动化程度、运用功能方面还是在解决测量技术与控制技术问题的深度及广度方面都有了很大的发展，以一种崭新的面貌展
5、现在人们的面前。数字电压表是在此基础上发展起来，并被广泛的应用。数字电压表(Digital Voltmeter)简称 DVM，它是智能仪器中最常见的，是采用数字化测量技术，把连续的模拟量（直流输入电压）转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。这种电子测量的仪表之所以出现，一方面是由于电子计算机的应用逐渐推广到系统的自动控制实验研究的领域，提出了将各种被观测量或被控制量转换为数码的要求，即为了实时控制及数据处理的需要；另一方面，也是电子计算机的发展，带动了脉冲数字电路技术的进步，为数字化仪表的出现提供了条件。所以，数字化测量仪表的产生与发展与电子计算机的发展是密切相关的；同时，为革新电子测
6、量中的繁琐和陈旧方式也催促了它的飞速发展。如今，它又成为向智能化仪表发展的必要桥梁。如今，数字电压表已绝大部分取代了传统的模拟指针式电压表。因为传统的指针式电压表功能单一、精度低，不能满足数字化时代的需求。数字电压迄今已有 40 多年的发展史。目前，由各种单片机、A/D 转换器构成的数字电压表，已被广泛应用于电子及电子测量、工业自动化仪表、自动测试的系统等领域，显示出强大的生命力。由于电子技术、大规模集成电路及计算机的发展，人们不久就研制出微处理器数字电压表，实现了 DVM 数据处理自动化和可编程序。因为带有存储器并使用软件支持，所以可以进行信息处理，可通过标准接口组成自动测试系统。除了完成原
7、有 DVM 的各种功能外，还能够自校、自检，保证了自动测量的高标准确度，实现了仪器、仪表的智能化。当前，智能化仪表法十分速度，而微处哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）-3-理式 DVM 在智能仪表中占的比重最大，智能化的 DVM 为实现各种物理量的动态测量提供了可能。与此同时，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数字电压表的特点：显示清晰直观，读书准确。传统的模拟式仪表必须借助于指针和刻度盘进行读数，在读数过程中不可避免地会引入认为的测量误差，并且容易造成视觉疲劳。数字电压表则采用先进
8、的数显技术，使测量结果一目了然，只要仪表不发生跳数现象，测量结果就是唯一的。不仅保证读数的客观性与准确性，还符合人们的读数习惯，能缩短读数和记录的时间。在电量的测量中，电压、电流和频率是最基本的三个被测量。其中，电压量的测量最为经常。随着电子技术的发展，更是经常需要测量高精度的电压，所以数字电压表就成为一种必不可少的测量仪器。另外，由于数字式仪器具有读数准确方便、精度高、误差小、灵敏度高、分辨率高、测量速度快等特点而倍受用户青睐。数字电压表就是基于这种需求而发展起来的，是一种必不可少的电子仪器仪表。1.2 数字电压表的主要特点数字电压表简称 DVM（Digital Voltmeter） 。它是
9、采用数字化测量技术，把连续的模拟量（直流输入电压）转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。智能数字电压表则是大规模集成电路，显示技术，计算机技术，自动测试技术的产品。数字电压表主要有以下特点：1、显示清晰，直观，读数清楚传统的模拟式电压表必须借助于指针和刻度盘进行读数。在读数过程中，不可避免的会引入认为的误差，并且还容易造成视觉疲劳。数字电压表则采用先进的数字显示技术，使显示结果一目了然。只要仪表不发生跳变现象，测量结果就是唯一的。不仅保证了读数的客观性与准确性，还符合人们的读数习惯，能够缩短读数和记录的时间。2、准确度高数字电压表的准确度是测量结果中系统误差与随机误差的结合。它表示测量
10、结果与真值的一致程度，也反映测量误差的大小。一般讲，准确度越高，测量误差越小，反之则越大。根据准确度的高低，可将数字电压表分成若干等级。直流数字电压表共分哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）-4-为 11 个等级：0.0005，0.001，0.002，0.005，0.01，0.02，0.05，0.1，0.2，0.5，1.0。3、分辨率高数字电压表在最低电压量程上末位 1 个字所对应的电压值，称作仪表的分辨力。它反映出仪表的灵敏度的高低。分辨力是指所能显示的最小数字与最大数字之比，通常用百分数来表示。4、测量范围宽多量程数字电压表通常可测
11、01000V 的直流电压，配上高压探头还可测量几千伏的电压。5、测量速度快数字电压表在每秒钟内被测电压的测量次数，叫测量速率，单位是“次/s” 。它主要取决于 A/D 转换器的转换速率。6、输入阻抗高数字电压表具有很高的输入阻抗。这样在测量时从被测电路上吸取的电流极小，不会影响被测信号源的工作状态，由此可减少小信号源内带来的附加误差。7、集成度高，微功耗新型数字电压表普通采用 CMOS 大规模集成电路，整机功耗很低。8、抗干扰能力强噪声干扰大致分为两类：一类是串模干扰，干扰电压与被测量信号串连后加至仪表的输入端，另一类是共模干扰，干扰电压同时加于仪表的两个输入端。衡量仪表干扰能力的技术指标也有
12、两个：串模抑制比和共模抑制比。高档数字电压大多采用数字滤波和浮地保护等技术，进一步提高了抗干扰能力，其共模抑制比可达 100-80dB，串模抑制比为 100dB 左右。目前数字电压表正进入一个蓬勃发展的新时期。一方面它开拓了电子测量领域的先河，另一方面它本身正朝着高准确度，智能化，低成本的方向发展。1、采用新技术，开发新产品数字电压表的新产品总是依托新技术而问世的。近些年来，新技术的涌现，不断的被采用，迅速转化成生产力。2、单片专用 IC 的广泛应用集成电路强大的生命力在于应用。目前国内外都在积极开发供数字仪表使用的单片专用 IC，为研制高性价比数字电压表以及智能仪器创造了条件。3、多重显示仪
13、表哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）-5-多重显示仪表能同时显示同一被测信号的两种不同参数，例如交换电压值与频率值。4、广泛采用新器件，新工艺近年来，电子模块，电子模板，表面安装元件，超小型集成电路等新器件正越来越广泛的用于数字电压表中。此外，数字电压表在安装工艺，外观设计，安全性，可靠性等方面也在不断改进，日趋完善。1.3 设计要求和指标1、电路要求数字电压表可以显示清晰、直观、读数准确、准确度高、分辨力高、测量速度快、输入阻抗高、集成度高、微功耗和抗干扰能力强等特点。2、技术指标（1）4 位数码管显示，即精确到百分位；（2）电压测量
14、范围：05V；（3）精确度达到0.5%哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）-6-第 2 章 方案的选择和论证2.1 方案选择设计数字电压表有很多种的设计方法，方案是多种多样的。由于规模集成电路数字芯片的告诉发展，各种数字芯片品种多样，导致对模拟数据的采集部分的不一致性，进而又使对数据的处理及显示的方式的多样性。又由于在现实的工作生活中，电压表的测量测程范围是比较大的，所以必须要对输入电压作分压处理，而各个数据处理芯片的处理电压范围不同，则各种方案的分段也不同。下面介绍两种数字电压表的设计方案。1.由数字电路及芯片构建这种设计方案是由模拟电
15、路与数字电路两大部分组成，模拟部分包括输入放大器、A/D 转换器和基准电压源；数字部分包括计数器、译码器、逻辑控制器、振荡器和显示器。其中，A/D 转换器是它的核心器件，它将输入的模拟量转换成数字量。模拟电路和数字电路是相互联系的，由逻辑控制电路产生控制信号，按规定的时序将 A/D 转换器逐个组模拟开关接通或断开，保证 A/D 转换正常进行。A/D 转换结果由计数译码电路变成段码，最后驱动显示器显示出相应的数值。此方案设计其优点是：设计成本低，能够满足一般的电压测量。但设计不灵活，都是采用纯硬件电路，很难将其在原有的基础上进行扩展。2由单片机系统及 A/D 转换芯片构成这种方案是利用单片机系统
16、与模数转换芯片、显示模块等的结合后，组成数字电压表。由于单片机的发展已经成熟，利用单片机系统的软硬件结合，可以组装出应用电路来。此方案的原理是模数(A/D)转换芯片的基准电压端，被测量电压输入端分别输入基准电压和被测电压。模数(A/D)转换芯片将被测量电压输入端所采集到的模拟电压信号转换成相应的数字信号，然后通过对单片机系统进行软件编程，使单片机系统能按规定的时序来采集这些数字信号，通过一定的算法计算出被测量电压的值，最后单片机系统将计算好了的被测电压值按一定的时序送入显示电路模块加以显示。此方案不仅能够继承上一种方案的各种优点，还能改进上一种设计方案设计不灵活，难以在原基础上进行功能扩展等不
17、足。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）-7-2.2 方案论证方案 2 不仅能够继承方案 1 的各种优点，还能改进方案 1 设计方案设计不灵活，难于在原基础上进行功能扩展等不足。经过以上方案设计，决定采用如图 2-1 所示方案。单片机晶振电路复位电路4 位显示A/D 转换输入电路图 2-1 方案设计本章小结本章主要介绍了课题的设计方案，提出了两种方案。此次毕业设计采用了方案二，本文是采用 ADC0808 芯片做 A/D 转换器。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）-8-第 3 章 硬
18、件电路设计3.1 系统主控电路单片机控制模块的作用是为控制各单元电路的运行并完成数据的换算或处理，主要由单片机、时钟电路、复位电路组成。3.1.1 单片机AT89C51AT89C51单片机采用 MCS-51 系列单片机 AT89C51。它是美国 ATMEL 公司生产的低电压，高性能 CMOS8 位单片机，片内含 4k bytes 的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和 128 bytes 的随机存取数据存储器（RAM） ，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS-51 指令系统，片内置通用 8 位中央微处理器（CPU）和 Flash 存储单元，功能强大
19、AT89C51 单片机可提供多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）-9-图 3-1 AT89C51 引脚图P0 口：P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口，也即地址、数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。P1 口：P1 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“1” ，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入
20、口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时，会输出一个电流。P2 口：P2 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“1” ，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。P3 口：P3 口是一组带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O。P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对 P3 口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的 P3
21、口将用上拉电阻输出电流。RST:复位输入。当振荡器工作时，RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。ALE:当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的 8 位字节。即使不访问外部存储器，ALE 仍以时钟振荡频率的 1/6 输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。EA：外部访问允许。欲使 CPU 仅访问外部程序存储器（地址为 0000H-FFFFH） ，EA 端必须保持低电平（接地） 。XTAL1：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。主要性能参数：1.与 MCS-51 产品指令系统完全
22、兼容；2.4k 字节可重擦写Flash 闪速存储器；3.1000 次擦写周期；4.全静态操作：0Hz-24Hz；5.三级加密程序存储器；6.128*8 字节内部 RAM；7.32 个可编程 I/O 口；8.2 个 16 位定时、计数器；9.6 个中断源；10.可编程串行 UART 通道；11.低功耗空闲和掉电模式。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）-10-3.1.2 时钟电路单片机内部每个部件要想协调一致地工作，必须在统一口令时钟信号的控制下工作。单片机工作所需要的时钟信号有两种产生方式，即内部时钟方式和外部时钟方式。图 3-2 是内部
23、时钟方式：单片机内部有一个构成振荡器的增益反相放大器，引脚 XTAL1 和 XTAL2 分别是此放大器的输入端和输出端，这个放大器与作为反馈元件的片外晶振一起构成自激振荡器。在该图中，电容 C2和 C3 取 30pF，晶体的震荡频率取 12Mhz，晶体震荡频率高，则系统的时钟频率也高，单片机运行速度也就快。实际连接如图 3-1 所示。图 3-2 系统时钟电路3.1.3 复位电路AT89C51 的复位电路如图 3-3 所示。当单片机通电，立即复位。电容 C 和电阻 R9 实现上电自动复位。复位也是使单片机退出低功耗工作方式而进入正哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应
24、用技术学院毕业设计（论文）-11-常状态的一种操作。图 3-3 系统复位电路3.2 A/D 转换电路A/D 转换器是 DVM 的心脏，利用它可将模拟量转换为数字量。在 A/D 转换器中，因为输入的模拟信号在时间上是连续量，而输出的数字信号时离散量，所以进行转换时必须在一系列选定的瞬间对输入的模拟洗好取样，然后再把这些取样值转换为输出的数字量。因此，一般的 A/D 转换过程是通过取样、保持、量化、编码这四个步骤完成的。目前，A/D 转换器的类型多达数十种，其中常见形式见表 3-1。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）-12-图 3-1 常见
25、的 A/D 转换器类型形式积分型双积分式，多重积分式，电荷平衡式斜坡型斜坡（V/T）式，阶梯斜坡式，多斜式比较型逐次比较式，跟随比较式，余数再循环比较式脉宽型脉冲宽度调制式（PWM）复合型积分斜坡式，两次取样式，多次取样式单片 A/D 转换器是采用 CMOS 工艺，将模拟电路与数字电路集成在同一芯片上，并且能配数显器件显示 A/D 转换结果的专用集成电路。80 年代以来，随着 CMOS 大规模集成电路和超大规模集成电路的发展，各种新型单片 A/D 转换器竞相问世。这类芯片集成度高，功能完善，价格较低，能以最简方式构成一块数字仪表或测试，被广泛用于新型数字仪表、智能仪器中。其共同特点是测量准确的
26、高、分辨力强、外围电路简单、耗电省、体积小、成本低、具有很高的性价比。逐次逼近式 A/D 转换器属于直接型 A/D 转换器，它能把输入的模拟电压直接转换为输出的数字代码，而不需要经过中间变量，主要由比较器、环形分配器、控制门、寄存器与 D/A 转换器组成。常用的 A/D 芯片有 ADC0808、AD0832、TLC2543C 等几种。下面简单介绍一下这三个芯片。ADC0808 是采样分辨率为 8 位的、以逐次逼近原理进行模/数转换的器件。其内部有一个 8 通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8 路模拟输入信号中的一个进行 A/D 转换。ADC0808 是 ADC0809 的简
27、化版本，功能基本相同。一般在硬件仿真时采用 ADC0808 进行 A/D 仿真，实际使用时采用 ADC0809 进行 A/D 转换。AD0832 是一个 8 位 D/A 转换器芯片，单电源供电。CMOS 工艺，低功耗。它由一个 8 位输入寄存器、1 个 8 位 DAC 寄存器和一个 8 位 D/A 转换器组成。可支持单端输入通道和一个差分输入通道。它易于和微处理器接口或独立使用；可满量程工作；可用地址逻辑多路器选择各输入通道TLC2543 是 TI 公司的 12 位串行模数转换器，使用开关电容逐次逼近技术完成 A/D 转换过程。每个器件有三个控制输入端，片选，输入/输出时钟以及地址输入端。它可
28、以从主机告诉传输转换数据。它有告诉的转换，通用的控制哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）-13-能力，具有简化比率转换，刻度以及模拟电路与逻辑电路和电源噪声隔离，耐高温等特点。由于是串行输入结构，能够节省 51 系列单片机 I/O 资源；且分辨率较高，因此在仪器仪表中有较为广泛的使用。3.2.1 ADC0808 简介图 3-4 ADC0808 引脚图IN0IN7：8 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 8 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
29、内部的地址锁存器。D0D7：8 位数据输入端。A/D 转换结果由这 8 根线传送给单片机。OE：允许输出信号。当 OE=1 时，即为高电平，允许输出锁存器输出数据。START：启动信号输入端。START 为正脉冲，其上升沿清楚 ADC0808 的内部的各存储器，其下降沿启动 A/D 开始转换。EOC：转换完成信号。当 EOC 上升为高电平时，表明内部 A/D 转换已完成。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）-14-3.2.2 A/D 转换电路设计集成模数转换芯片 ADC0808 实现的 A/D 转换电路如图 3-5 所示。被测信号由 AD
30、C0808 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。图 3-5 ADC0808 与单片机的连接3.3 显示电路现代化科研和生产体系是以自动化为特征，面向自动化的过程控制及结果的显示，主要是借助于数字和符号的显示器件。数字仪表显示器件，是将信息读数转换为可视信息的期间，最终以数字形式显示读数的期间。显示方式和显示器件的选择不仅与读数的清晰、美观与否有直接关系，而且关系到仪表的整哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）-15-机结构、电源功率、测量速度、显示时间以及操作维护等技术性能。3.3.1 常用显示器件本次设计
31、中有显示模块，而常用的显示器件比较多，有数码管，LED 点阵，1602 液晶，12864 液晶等。数码管是最常用的一种显示器件，它是由几个发光二极管组成的 8 字段显示器件，其特点是价格非常的便宜，使用也非常的方便，显示效果非常的清楚。小电流下可以驱动，发光响应时间极短，体积小，重量轻，抗冲击性能好，寿命长，但数码管只能显示 0-9 的数据，不能够显示字符。这也是数码管的不足之处。LED 点阵显示器件是由好多个发光二极管组成的。具有高亮度，功耗低，视角大，寿命长，耐湿、冷、热等特点，LED 点阵显示器件可以显示数字，英文字符，中文字符等。1602 液晶是工业字符型液晶，能够同时显示 16*2
32、即 32 个字符。1602 液晶模块内部的字符发生存储器已经存储了 160 个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号等，每一个字符都有一个固定的代码。使用时直接编写软件程序按一定的时序驱动即可。它的特点是显示字迹清楚价格相对便宜。12864 液晶也是一种工业字符型液晶。它不仅能够显示 1602 液晶所可以显示的字符、数字等信息，而且还可以显示 8*4 个中文汉字和一些简单的图片，显示信息也非常的清楚。使用时也直接编写软件程序按一定的时序驱动即可。不过它的价格比 1602 液晶贵很多。3.3.2 LED 简介在本次设计中采用的是 4 段 LED 数码管来显示电压
33、值。LED 具有耗电低、亮度高、视角大、线路简单、耐震及寿命长等优点。它由 4 个发光二极管组成，其中 7 个按8字型排列，另一个发光二极管为圆点形状，位于右下角，常用于显示小数点，把 8 个发光二极管连在一起，公共端接高电平，叫共阳极接法，相反，公共端接低电平叫共阴极接法。我们采用共阳极接法，当发光二极管导通时，相应的一段笔画或点就发亮，从而形成不同的发光字符。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）-16-根据设计要求，显示电路需要至少 4 位 LED 数码管显示电压值。如图 3-5。利用单片机的 I/O 口驱动 LED 数码管的亮灭。设
34、计中由 P0 口驱动 LED 的段码显示，即显示字符，由 P2 口选择 LED 位码，即选择点亮哪位 LED 来显示。图 3-5 4 位一体 LED 数码管本章小结本章主要介绍了各个电路的组成、设计思想。单片机是本电路的核心元件。单片机又称微控制器或嵌入式控制器，而现在的智能家电无一例外是采用微控制器来实现的。在本章中，可以查到电路所需芯片的引脚排列及其对应的功能。通过本章的介绍，我们可以了解各种芯片在电路中的作用。第 4 章 系统软件设计哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）-17-4.1 主程序设计开始选择 ADC0808 的转换通道设
35、置定时器，提供时钟信号启动 A/D 转换输出转换结果数值转换转换是否结束N显示Y图 4-2 主程序流程图主程序主要负责各个模块的初始化工作：设置定时器、寄存器的初值，启动 A/D 转换，读取转换结果，控制数码管显示等，其流程图如图 4-2 所示。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）-18-4.2 A/D 转换程序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
36、 4-3 所示。开始设置模拟输入口启动转换转换完？输出数值处理NY图 4-3 A/D 转换程序流程图本章小结本章主要介绍了系统软件的工作原理，把电路的各部分做了全面的总结，使其更透彻的了解。第 5 章 系统仿真与调试哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）-19-5.1 系统仿真5.1.1 Proteus 简介Proteus 软件是英国 Labcenter eletronics 公司出版的 EDA 工具软件。它不仅具有其它 EDA 工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。Proteus 是世界上
37、注明的 EDA 工具，从原理布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到 PCB 设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB 设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持 8051、HC11、AVR、ARM、8086 等。在编译方面，它也支持 Keil 等多种编译器。5.1.2 功能及特点1、功能（1）原理布图（2）PCB 自动或人工布线（3）SPICE 电路仿真2、特点（1）互动的电路仿真（2）仿真处理器及其外围电路5.2 局部调试完成了系统的硬件设计、制作和软件编程之后，要使系统能够按设计意图正常运行，必须进行调试。5.2.1 硬
38、件调试硬件调试的主要任务是排除硬件故障，其中包括设计的错误和工艺性故障哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）-20-等。1、通电前的检查通电前的检查，主要有三个方面的内容。（1）检查元器件安装是否正确，尤其要注意晶体管的型号，电容器的耐压和极性，电阻的阻值和图纸上是否一致。（2）检查器件与电路板所用导线接触是否良好。（3）检查电路接线是否有误。根据电路图和导线图，用万用表逐根导通测试。经过这三个方面的检查后，方可进行通电调试。2、通电后的检查直观观察：在电路的连接检查无误后，要先调好所需要的电源电压，然后才能给电路通电。观察电路是否有发热等
39、异常现象。静态测量：先不加信号，用万用表测量电路的 Vcc 与地之间的电压，测量晶体管的静态工作点是否符合要求。采用动态逐级检查。在输入端加入一个有规律的信号，按信号流程用示波器一次观测各波形是否符合要求。采用替换法检查，更换同型号元器件来发现器件故障。5.2.2 软件调试软件调试的任务是利用开发工具进行在线仿真调试，发现和纠正程序的错误，同时也能发现硬件的故障。软件调试是一个模块一个模块进行的。首先单独调试各子程序是否能够按照预期的功能，接口电路的控制是否正常，最后调试整个程序，尤其注意的是各模块间能否正常的传递参数。1.检查 LED 显示模块程序。观察在 LED 上是否能够显示相应的字符。
40、2.检查 A/D 转换模块程序。可以在硬件电路的输入端输入已知的电压，观察 LED 上是否显示相应的电压值。3.检查数据的转换模块程序。5.3 整机调试该系统存在硬件和软件的紧密联系。软硬件都调试通过后，整个系统连接扔会存在很多麻烦。首先检查 A/D 部分，然后是单片机，最后是数码管，依次哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）-21-排除障碍。当相应的各模块都正确后，将程序下载到单片机。接上电源运行，再检查所有功能。观察是否跟预期的一样，如果一样。说明设计成功完成。本章小结本章对各部分单元电路的安装及调试做了具体的介绍，从而使电路的安装非常
41、明了，并且对在调试过程中所遇到的问题进行分析。结 论哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）-22-在本次毕业设计中，又一次的重新温习了以前学习的科学文化知识，给即将走向工作岗位的我们又上了一堂精彩的课。通过这次毕业设计，掌握了单片机、ADC0808、数码管、三极管、电容等工作原理及其应用；熟练使用相关的实验仪器和设备，能使用相关软件设计电路图并进行仿真；让我了解了设计电路的程序，使我对模拟电子技术在实践中的应用有了更深刻的理解；对protues 有乐深入的了解，能独立完成电路图的绘制， 。在设计电路过程中，充分了解各元器件的功能作用；把课本
42、知识变得生动有趣，让我对电路都有了了解，激发了学习的积极性。由于本设计使用的是高效的 51 系列单片机作为核心的测量系统，以及高精度、高速度、高抗干扰的 A/D 转换器，使得本直流电压表具有精度高、灵敏度强、性能可靠、电路简单、成本低的特点。因为平时所需要测量的被测量电压值不是一个定值，多多少少都有一个微小的变化。通过此设计可知在单片机系统开发过程应注意一下事项：1.硬件的选择。选择适合设计目的的元器件是一个重要的设计环节，不能以元器件是否是最高性能作为选择元器件的标准，往往高性能器件的价格也是较高的。应根据项目设计的需要选择元器件，能够满足设计需要作为标准选择元器件。2.因为单片机系统设计是
43、硬件和软件相结合的设计，所以系统的硬件和软件必须金币配合，协调一致。应不断调整软硬件设计，以提高系统工作效率。单片机的应用如今已经是在工业、电子等方面展示出了它的优越性。利用单片机在设计电路逐渐成了趋势，它与外围电路再加上软件程序就可以构建任意的产品，使得本设计成为现实。随着单片机的日益发展，它必将在未来显示出更大的活力。对于直流数字电压表而言，功能将会越来越强大。致 谢通过这一阶段的努力，我的毕业论文数字电压表终于完成了，这意味哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）-23-着大学生活即将结束。在大学阶段，我在学习上和思想上都受益匪浅，这除
44、了自身的努力外，与各位老师、同学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的。本人是在赵建新老师得精心指导下完成的。在此向他表示衷心的感谢。同时感谢同学的鼓励和帮助，让我顺利完成本次设计任务。通过短暂的毕业设计，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了一些困难，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，我都一一克服了，这些都是一种收获，最让我感到高兴的是终于按质按量的完成了毕业设计。感谢我的指导老师，赵老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我学习、工作中的榜样；他循循善诱的教导和不拘一格的思想给予我无尽启迪。本次毕业设计的每一个细节都离不开您的细心教导。写作毕业论文是一
45、次再系统学习的过程，毕业论文的完成，同样也意味着新的学习生活的开始。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）-24-参考文献1 李朝清.单片机原理及接口技术M.北京：北京航空航天大学出版社，2005.2 石东海.单片机数据通信技术从入门到精通M.西安：西安电子科技大学出版社，2002.3 张毅刚、彭喜源.MCS-51 单片机应用技术设计M.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，2002.4 黑杰克.Protel Schematic 99SE 电路设计M.上海：上海科技出版社，2001.1.5 何利民.单片机应用技术选篇M.北京：北京航空航天大学出版社
46、，2002.6 马家辰、孙玉德、张颖.MCS-51 单片机原理及接口技术M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2001.7 苏文平.电子电路应用实例精选M.北京:北京航空航天大学出版社，2001.3.8 沙占友.模拟与数字万用表检测及应用技术M.北京：电子工业出版社，2000.5.9 赵建领.51 系列单片机开发宝典M.北京：电子工业出版社，2007.4.10 佟云峰.单片机原理及其应用M.重庆：重庆大学出版社，2004.11 姜文波，何立伟.常用双积分 A/D 转换器自动量程转换接口电路J.仪表技术，2007.12 吕思忠.数字电路实验与课程设计.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2002.13 康
47、华光.电子技术基础.北京：高等教育出版社，2002.附录 1 系统源程序哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）-25-LED_0 EQU 30H ;存放三个数码管的断码LED_1 EQU 31HLED_2 EQU 32HADC EQU 35H ;存放 AD 转换后的数据ST BIT P3.2OE BIT P3.0EOC BIT P3.1ORG 0000HLJMP MAINORG 0030HMAIN:MOV LED_0,#00H ;给显示赋初值 0 MOV LED_1,#00H MOV LED_2,#00H SETB P3.4 SETB P3
48、.5 CLR P3.6 ;选择通道 3WAIT:CLR ST SETB ST CLR ST ;启动 AD 转换 JNB EOC,$ ;等待转换结束 SETB OE ;允许输入 MOV ADC,P1 ;暂存转换结束 CLR OE ;关闭输入 LCALL CONVERT ;调用数据处理子程序 LCALL DISPLAY ;调用显示子程序，显示转换的值 SJMP WAIT;*;将 AD 转换输出的数据转换成相应的电压值;*CONVERT:MOV A,ADC ;将 AD 转换结果转换成 BCD 码 MOV B,#51 ;255/51=5.00V哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大
49、学华德应用技术学院毕业设计（论文）-26- DIV AB MOV LED_2,A ;各位数字存入 LED_2 中 MOV A,B ;余数大于 19H，F0 为 1 乘法溢出，结果加 5 CLR F0 SUBB A,#1AH MOV F0,C MOV A,#10 MUL AB MOV B,#51 DIV AB JB F0,LOOP2 ADD A,#5LOOP2:MOV LED_1,A ;小数后的第一位存入 LED_1 中 MOV A,B CLR F0 SUBB A,#1AH MOV F0,C MOV A,#10 MUL AB MOV B,#51 DIV AB JB F0,LOOP3 ADD A,
50、#5LOOP3:MOV LED_0,A ;小数后的第二位存入 LED_0 中 RET;*;显示程序;*DISPLAY:MOV A,LED_0 ;数码显示子程序 MOV DPTR,#TABLE ;送段码表首地址 MOVC A,A+DPTR哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）-27- SETB P2.3 ;允许百位输出，该数码管为共阳极型 MOV P0,A ;将位段码送给 P0 口 LCALL DELAY ;调用延时程序 CLR P2.3 ;关闭百位显示 MOV A,LED_1 MOV DPTR,#TABLE ;送段码表首地址 MOVC A,