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1、摘 要单片机是一种集成电路芯片，随着计算机在社会领域的渗透， 单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。由于单片机具有简单实用、高可靠性、良好的性能价格比以及体积小等优点，已经在各个技术领域得到了迅猛发展。数字电压表（简称DVM），它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。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，采用单片机的
2、数字电压表，由精度高、抗干扰能力强，可扩展性强、集成方便，还可与PC进行实时通信。目前，由各种单片A/D 转换器构成的数字电压表，已被广泛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，示出强大的生命力。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。本设计重点介绍单片A/D 转换器以及由它们构成的基于单片机的数字电压表的工作原理。关键词：单片机， 数字电压表， A/D 转换器， 电压测量AbstractSCM is a kind of integrated circuit chips, along with the compu
3、ter in the social sector penetration and MCU application is continuously to the deepening, and pushing the traditional control test on the new beneficial update. In real time detection and automatic control of the microcomputer application system, the microcontroller is often as a core component to
4、use, only single chip microcomputer aspects knowledge is not enough, should according to the specific hardware structure, and the view of the specific application of the characteristics of the object software combination to be perfect. Because single chip has a simple practical, high reliability, go
5、od performance to price and the advantages of small size, had been in each technology has developed rapidly development.Digital voltmeter (hereinafter referred to as DVM), it is using digital measurement technique, the continuous analogue (dc input voltage) converted into digital form of discontinuo
6、us, discrete and to show appearance. The traditional pointer type voltmeter and low accuracy of single function, and cant meet the needs of the digital age, the digital voltmeter by single chip microcomputer, the high precision and strong anti-interference, extensibility, integration is convenient,
7、still can and PC for real-time communication. At present, by all sorts of single piece of A/D converter in the composition of the digital voltmeter, has been widely used in the electronics and electrical measurement, industrial automation instrument, automatic test system, intelligent measurement fi
8、eld, shows A strong vitality. At the same time, the expansion of DVM into general and special digital instruments, the power and the power measurement technology to a new level.This design emphasis of single A/D converter and by they constitute of the digital voltmeter based on single chip microcomp
9、uter principle of work.Key words: SCM Digital voltmeter A/D converter Voltage measurementii目 录摘 要iAbstractii1 绪 论11.1 研究背景及意义11.2 单片机简介11.3 单片机的应用领域及发展趋势31.4 研究内容32 数字电压表42.1 数字电压表的特点42.2 数字仪表的发展趋势53 系统总体设计73.1 总体方案设计73.2 设计原理分析73.2.1 单片机AT89S5173.2.2 AT89S51的特点83.2.3 ADC0809工作原理83.3 硬件电路设计83.3.1 复位
10、电路83.3.2 晶振电路93.3.3 测量、转换电路设计103.3.4 显示电路设计133.3.5 电源电路174 系统程序的设计184.1 主程序设计184.2 初始化程序184.3 显示子程序184.4 A/D转换测量子程序194.5 源程序20结 论21参考文献22致 谢23附 录241 绪 论1.1 研究背景及意义 数字电压表（Digital Voltmeter）简称DVM，它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。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，采用单片机的数字电压表，由精度高、抗干扰能力强，可
11、扩展性强、集成方便，还可与PC进行实时通信。目前，由各种单片A/D 转换器构成的数字电压表，已被广泛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，展示出强大的生命力。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。新型数字电压表以其高准确度、高可靠性、高分辨率、高性价比等优良特性倍受人们的青睐。目前，数字电压表作为数字化仪表的基础与核心，已被广泛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，由电压表扩展而成的各种通用及专用仪表（含数字万用表），也将电量及非电量测量技术提高到崭新水平。本设
12、计重点是A/D 转换器以及由它们构成的基于单片机的数字电压表的工作原理数字电压表是诸多数字化仪表的核心和基础，电压表的数字化是将连续的模拟量如直流电压转换成不连续的离散的数字形式并加以显示，这有别于传统的以指针加刻度盘进行读数的方法，避免了读数的视差和视觉疲劳。目前数字万用表的内部核心部件是A/D转换器，转换器的精度很大程度上影响着数字万用表的准确度，本设计A/D 转换器采用ADC0809对输入模拟信号进行转换，控制核心AT89C51再对转换的结果进行运算和处理，最后驱动输出装置显示数字电压信号。1.2 单片机简介单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模技术把具有数据处理能力(如算术运算，逻辑运
13、算、数据传送、中断处理)的微处理器(CPU)，随机存取数据存储器(RAM)，只读程序存储器(ROM)，输入输出电路(I/O口)如图1.1所示，可能还包括定时计数器，串行通信口(SCI)，显示驱动电路(LCD或LED驱动电路)，脉宽调制电路(PWM)，模拟多路转换器及A/D转换器等电路集成到一块单块芯片上，构成一个最小而完善的计算机系统。这些电路能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。图1.1单片机控制系统的组成 由此来看，单片机有着微处理器所不具备的功能，它可单独地完成现代工业控制所要求的智能化控制功能，这是单片机最大的特征。然而单片机又不同于单板机，芯片在没有开发前，
14、它只是具备功能极强的超大规模集成电路，如果赋予它特定的程序，它便是一个最小的、完整的微型计算机控制系统，它与单板机或个人电脑(PC机)有着本质的区别，单片机的应用属于芯片级应用，需要我们了解单片机芯片的结构和指令系统以及其它集成电路应用技术和系统设计所需要的理论和技术，用这样特定的芯片设计应用程序，从而使该芯片具备特定的功能。 不同的单片机有着不同的硬件特征和软件特征，即它们的技术特征均不尽相同，硬件特征取决于单片机芯片的内部结构，我们要使用某种单片机，必须了解该型产品是否满足需要的功能和应用系统所要求的特性指标。这里的技术特征包括功能特性、控制特性和电气特性等等，这些信息需要从生产厂商的技术
15、手册中得到。软件特征是指指令系统特性和开发支持环境，指令特性即我们熟悉的单片机的寻址方式，数据处理和逻辑处理方式，输入输出特性及对电源的要求等等。开发支持的环境包括指令的兼容及可移植性，支持软件(包含可支持开发应用程序的软件资源)及硬件资源。要利用某型号单片机开发自己的应用系统，掌握其结构特征和技术特征是必须的。单片机控制系统能够取代以前利用复杂电子线路或数字电路构成的控制系统，可以软件控制来实现，并能够实现智能化，现在单片机控制范畴无所不在，例如通信产品、家用电器、智能仪器仪表、过程控制和专用控制装置等等，单片机的应用领域越来越广泛。诚然，单片机的应用意义远不限于它的应用范畴或由此带来的经济
16、效益，更重要的是它已从根本上改变了传统的控制方法和设计思想。是控制技术的一次革命，是一座重要的里程碑。1.3 单片机的应用领域及发展趋势单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴：（1）在智能仪器仪表上的应用（2）在工业控制中的应用（3）在家用电器中的应用（4）在计算机网络和通信领域中的应用。现在可以说单片机是百花齐放，百家争鸣的时期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机，从8位、16位到32位，数不胜数，应有尽有，有与主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供广阔的天地。纵观单
17、片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势，大致有：低功耗CMOS化、微型单片化、主流与多品种共存。1.4 研究内容按系统功能要求，决定控制系统采用AT89S51单片机，A/D转换采用ADC0809.系统除能确保实现要求的功能外，还可以方便地进行其功能的扩展。本文采用AT89s51作为核心元件，AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP（In-system programmable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8
18、位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。 研究设计一个以AT89C51单片机为主控芯片，A/D转换采用ADC0809 的数字电压表。其基本工作原理是将被测电压信号，送入A/D转换器进行转换，然后送到单片机中进行数据处理，处理后得到的电压值再送到LED中显示。本设计从各个角度分析了由单片机组成的数字电压表的设计过程及个部分电路的组成及其原理，并且分析了程序如何驱动单片机及儿时系统运行起来的原理及方法。本设计主要分为两部分：硬件电路及软件程序。而硬件电路又大可分为A D转换电路、LED显示电路，各部分电路的设计
19、及原理将会在硬件电路设计部分详细介绍；程序的设计使用汇编语言编程。2 数字电压表数字电压表简称DVM，它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。2.1 数字电压表的特点1显示清晰直观，读数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的会引入人为的测量误差。数字电压表则采用先进的数显技术，使测量结果一目了然，只要仪表不发生跳读现象，测量结果就是唯一的。新型数字电压表还增加了标志符显示功能，包括测量项目、符号单位和特殊符号、为解决DVM不能反映被测电压的连续变化过程以及变化趋势这一难题，一种数字/模拟条图仪表业已
20、问世。模拟图条（Anal of Bargraph）有双重含义：第一，被测量为模拟量；第二，利用条状图形来模拟被测量的大小及变化趋势。这类仪表将数字显示与高分辨率模拟条图显示集于一身，兼有DVM与模拟电压表之优点。智能数字电压表均带微处理器和标准接口，可配合计算机和打印机进行数据处理或自动打印，构成完整的测试系统。2显示位数显示位数通常为31/2位、32/3位、33/4/位、41/2位、43/4位、51/2位、61/2位、71/2位、81/2位共9种。判定数字仪表的位数有两条原则：能显示09所有数字的位是整数位；分数位的数值是以最大显示值中最高位数字为分子，用满量程时最高数字作分母。例如，某数字
21、仪表的最大显示值为1999，满量程计数值为2000，这表明该仪表有3个整数位，而分数位的分子为1，分母是2，故称之为31/2位，读作三位半。 3准确度高准确度是测量结果中系统误差与随机误差的综合。4分辨率高数字电压表在最低电压量程上末位1个字所代表的电压值，称为仪表的分辨力，它反映仪表灵敏度的高低。分辨力随显示位数的增加而提高。分辨率是指所能显示的最小数字（零除外）与最大数字的百分比。例如31/2位DVM的分辨率为1/19990.05。需要指出，分辨力与准确度属于两个不同的观念。从测量角度看，分辨力是虚指标（与测量误差无关），准确度才是实指标（代表测量误差的大小）。5测量范围宽多量程DVM一般
22、可测量01000V直流电压，配上高压探头还可测上万伏的高压。6扩展能力强在数字电压表的基础上，还可扩展成各种通用及专用数字仪表、数字多用表（DMM）和智能仪表，以满足不同的需要。7测量速度快数字电压表在每秒钟内对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，其倒数是测量周期。8输入阻抗高数字电压表具有很高的输入阻抗，通常为10M10000M，最高可达1T。9集成度高，微功耗新型数字电压表普遍采用CMOS大规模集成电路，整机功耗很低。10抗干扰能力强51/2位以下的DVM大多采用积分式A/D转换器，其串模抑制比、共模抑制比各别可达100dB、80120dB。高
23、档DVM还采用数字滤波、浮地保护等先进技术，进一步提高了抗干扰能力，共模抑制比可达180dB。 2.2 数字仪表的发展趋势采用新技术、新工艺，由LSI和VLSI构成的新型数字仪表及高档智能仪器的大量问世，标志着电子仪器领域的一场革命，也开创了现代电子测量技术的先河。 具体来说测量控制与仪器仪表的国际发展趋势，可以总结为以下主要特点：1、技术指标不断提高就如奥林匹克运动的口号是更高、更快、更强一样，测量控制与仪器仪表在提高测量控制的技术指标和功能上是永远的追求，测量控制与仪器仪表的技术指标水平是一个国家测量控制与仪器仪表水平的量化标志。提高产品环境适应性，根据不同用户的要求，有高温、高湿、高尘、
24、腐蚀、振动、冲击、电磁场、辐射、深水、雨淋、高电压、低气压等条件下的适应性。 2、新的科学研究成果和发现如信息论、控制论、系统工程理论，微观和宏观世界研究成果及大量高新技术如微弱信号提取技术，计算机软、硬件技术，网络技术，激光技术，超导技术，纳米技术等均成为测量控制与仪器仪表科学技术发展的重要动力。仪器仪表不仅本身已成为高技术的新产品，而且利用新原理、新概念、新技术、新材料和新工艺等最新科技成果集成的装置和系统层出不穷。3、测量单元微小型化、智能化测量控制与仪器仪表大量采用新的传感器、大规模和超大规模集成电路、计算机及专家系统等信息技术产品，不断向微小型化、智能化发展，从目前出现的“芯片式仪器
25、仪表”，“芯片实验室”、“芯片系统”等看，测量单元的微小型化和智能化将是长期发展趋势。从应用技术看，微小型化和智能化测量单元的嵌入式连接和联网应用技术得到重视。4、测控范围向立体化、全球化扩展，测量控制向系统化、网络化发展随着仪器仪表所测控的既定区域不断向立体化、全球化甚至星球化发展，仪器仪表和测控装置已不再呈单个装置形式，它必然向测控装置系统化、网络化方向发展。5、便携式、手持式以至个性化仪器仪表大量发展随着生产的发展和人民生活水平的提高，人们对自己的生活质量和健康水平日益关注，检测与人们生活密切相关的各类商品、食品质量的仪器仪表，预防和治疗疾病的各种医疗仪器是今后发展的一个重要趋势。科学仪
26、器的现场化、实时在线化，特别是家庭和个人使用的健康状况和疾病警示仪器仪表将有较大发展。受体制、机制、经济及科技综合水平、管理、人才等条件的制约，企业“多、散、弱”，科技开发能力不强，产品稳定性、可靠性有差距，市场出现高中档产品以三资和进口为主，中低档产品以中资企业为主的局面，而且由于市场规模、人力成本、行业基础等比较优势，一些量大、面广的产品将成为生产和出口的主力。国内仪器仪表技术应用现状及最新发展速度相对较慢。目前，我国数字压力表等仪器仪表行业现状门类齐全，有一定行业基础，在发展中国家，属“上游”，但与发达国家差距明显。3 系统总体设计3.1 总体方案设计系统的总体方案设计如图3.1所示。包
27、含测量电路，A/D转换电路，单片机数据处理电路，和LED显示电路。 图3.1 数字电压表的组成框图被测得的电压信号送入A/D转换器进行转换，转换后的数字信号送入单片机进行数据处理，最终将数据处理后得到的电压值送到LED中进行显示。3.2 设计原理分析3.2.1 单片机AT89S51AT89S51单片机是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4K bytes的可系统编程的Flash只读程序存储器，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8051指令系统及引脚。它集Flash程序存储器，既可在线编程（ISP）也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器
28、于单片芯片中，ATMEL公司的功能强大，低价AT89S51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。3.2.2 AT89S51的特点40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器 此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存R
29、AM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。3.2.3 ADC0809工作原理8路模拟信号由ADC0809的IN0IN7端输入，AT89S51单片机的ALE端口输出的脉冲信号送ADC0809的10脚作为ADC的时钟信号（产生CLK信号的方法就得用软件来产生）。A/D转换完成之后，从EOC端返回AT89S51一个转换结束信号，单片机随即用信号将A/D转换的数字输出从D0D7端经P0口数据总线读入自己的存储器中。A/D转换过程全部结束。再经软件程序转换成ag 7段码输出，驱动LED数码管。各位数码管由位控信
30、号P3.0、P3.1、P3.2、P3.3控制，由74LS245反相驱动将依次巡回点亮数码管。3.3 硬件电路设计3.3.1 复位电路 89C51单片机的复位是由外部的复位电路来实现的。最简单的上电自动复位电路，是通过外部复位电路的电容充电来实现的。只要Vcc的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位。当时钟频率选用6MHz时，C取22uF，R取1K。 除上电复位外，有时还需要按键手动复位。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中电平复位是通过RST端经电阻和电源Vcc接通而实现的，按键手动电平复位电路如图3.1。当时钟频率选用12MHz时，C选取22uF，R选择1000欧。复位电路如图3
31、.2所示，单片机系统常常有上电复位和操作复位两种。上电复位是指单片机上电瞬间，要在RST引脚上出现宽度大于10ms的正脉冲，才能使单片机进入复位状态。操作复位是指用户按下“复位”按钮使单片机进入复位状态。图3.2 复位电路3.3.2 晶振电路晶振是晶体振荡器的简称，在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络，电工学上这个网络有两个谐振点，以频率的高低分其中较低的频率是串联谐振，较高的频率是并联谐振。由于晶体自身的特性致使这两个频率的距离相当的接近，在这个极窄的频率范围内，晶振等效为一个电感，所以只要晶振的两端并联上合适的电容它就会组成并联谐振电路。这个并联谐振电路加到一
32、个负反馈电路中就可以构成正弦波振荡电路，由于晶振等效为电感的频率范围很窄，所以即使其他元件的参数变化很大，这个振荡器的频率也不会有很大的变化。晶振有一个重要的参数，那就是负载电容值，选择与负载电容值相等的并联电容，就可以得到晶振标称的谐振频率。一般的晶振振荡电路都是在一个反相放大器（注意是放大器不是反相器）的两端接入晶振，再有两个电容分别接到晶振的两端，每个电容的另一端再接到地，这两个电容串联的容量值就应该等于负载电容，请注意一般IC的引脚都有等效输入电容，这个不能忽略。一般的晶振的负载电容为15p或12.5p ，如果再考虑元件引脚的等效输入电容，则两个22p的电容构成晶振的振荡电路就是比较好
33、的选择。 晶体振荡器也分为无源晶振和有源晶振两种类型。无源晶振与有源晶振（谐振）的英文名称不同，无源晶振为crystal（晶体），而有源晶振则叫做oscillator（振荡器）。无源晶振需要借助于时钟电路才能产生振荡信号，自身无法振荡起来，所以“无源晶振”这个说法并不准确；有源晶振是一个完整的谐振振荡器。谐振振荡器包括石英（或其晶体材料）晶体谐振器，陶瓷谐振器，LC谐振器等。晶振与谐振振荡器有其共同的交集有源晶体谐振振荡器。 石英晶片所以能做振荡电路（谐振）是基于它的压电效应，从物理学中知道，若在晶片的两个极板间加一电场，会使晶体产生机械变形；反之，若在极板间施加机械力，又会在相应的方向上产生
34、电场，这种现象称为压电效应。如在极板间所加的是交变电压，就会产生机械变形振动，同时机械变形振动又会产生交变电场。一般来说，这种机械振动的振幅是比较小的，其振动频率则是很稳定的。但当外加交变电压的频率与晶片的固有频率（决定于晶片的尺寸）相等时，机械振动的幅度将急剧增加，这种现象称为压电谐振，因此石英晶体又称为石英晶体谐振器。 其特点是频率稳定度很高。石英晶体振荡器与石英晶体谐振器都是提供稳定电路频率的一种电子器件。石英晶体振荡器是利用石英晶体的压电效应来起振，而石英晶体谐振器是利用石英晶体和内置IC来共同作用来工作的。振荡器直接应用于电路中，谐振器工作时一般需要提供3.3V电压来维持工作。振荡器
35、比谐振器多了一个重要技术参数为：谐振电阻（RR），谐振器没有电阻要求。RR的大小直接影响电路的性能，也是各商家竞争的一个重要参数。本设计采用12MHz晶振，并联两个30pF电容构成晶振电路。图3.3 单片机晶振电路晶振电路用于产生单片机工作所需的时钟信号，使用晶体震荡器时，c2,c3取值2040PF，使用陶瓷震荡器时c2,c3取值3050PF。在设计电路板时，晶振和电容应尽量靠近芯片，以减小分布电容，保证震荡器的稳定性。 3.3.3 测量、转换电路设计使用ADC0809作为数模转换元件，其引脚图如3.4所示 图3.4 ADC0809引脚图 ADC0809的主要特性：1）8路输入通道，8位AD转
36、换器，即分辨率为8位。 2）具有转换起停控制端。 3）转换时间为100s(时钟为640kHz时)，130s（时钟为500kHz时） 4）单个5V电源供电 5）模拟输入电压范围05V，不需零点和满刻度校准。 6）工作温度范围为-4085摄氏度 7）低功耗，约15mW。ADC0809的外部特性：ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，下面说明各引脚功能。 IN0IN7：8路模拟量输入端。 2-12-8：8位数字量输出端。 ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路 ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。 START： AD转换启动脉冲输入端，输入一
37、个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。 EOC： AD转换结束信号，输出，当AD转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。 OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当AD转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。 CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。 REF（+）、REF（-）：基准电压。 Vcc：电源，单一5V。 GND：地。A/D转换有集成电路ADC0809完成。ADC0809具有8路模拟输入端口，地址线(第23-25脚)可决定对哪一路模拟输入作A/D转换。第22脚位地址锁存控制，当
38、输入为高电平时，对地址信号进行锁存。第6脚位测试控制，当输入一个2宽高电平脉冲时，就开始A/D转换。第7脚为A/D转换结束标志，当A/D转换结束时，第7脚输出高电平。第9脚为A/D转换数据输出允许控制，当OE脚为高电平时，A/D转换数据从端口输出。第10脚为ADC0809的时钟输入端，利用单片机第30脚的分频晶振频率，再通过14024二分频得到1MHz时钟。单片机的P1、P3.0-P3.3端口作为4位LED数码管显示控制。P3.5端口用作单路显示/循环显示转换按钮。P3.6端口用作单路显示时选择显示的通道。P0端口用作A/D转换数据读入，P2端口用作ADC0809的A/D转换控制。图3.5 数
39、据转换系统电路图3.3.4 显示电路设计1.数码管简介LED数码管以发光二极管作为发光单元，颜色有单红，黄，蓝，绿，白，七彩效果，它属于一种照明装饰、亮化灯具。（1）LED数码管以发光二极管作为发光单元，颜色有单红，黄，蓝，绿，白，七彩效果。单色，分段全彩管可用大楼，道路，河堤轮廓亮化，LED数码管可均匀排布形成大面积显示区域，可显示图案及文字，并可播放不同格式的视频文件。通过电脑下flash、动画、文字等文件，或使用动画设计软件设计个性化动画，播放各种动感变色的图文效果； （2）可放在PCB电路板上按红绿兰顺序呈直线排列，以专用驱动芯片控制，构成变化无穷的色彩和图形。外壳采用阻燃PC塑料制作
40、，强度高，抗冲击，抗老化，防紫外线，防尘，防潮。LED 护栏管具有功耗小，无热量，耐冲击，长寿命等优点，配合控制器，即可实现流水，渐变，跳变，追逐等效果。如果应用于大面积工程中，连接电脑同步控制器，还可显示图案，动画视频等效LED数码全彩灯管可以组成一个模拟LED显示屏，模拟显示屏可以提供各种全彩效果及动态显示图像字符，可以采用脱机控制或计算机连接实行同步控制；可以显示各式各样的全彩动态效果。控制系统采用三泰VISS专用灯光编程软件编辑，数码管控制花样更改方便，只需将编辑生成的花样格式文件复制进CF卡即可，数码管控制器可以单独控制，也可多台联机控制，数码管安装编排方式任意，适合各种复杂工程需求
41、。数码管、控制器以及电源等以标准公母插头连接，方便快捷，并具有独特的外形设计，全新的户外防水结构。2. LED数码管构成LED数码管显示器是由发光二极管显示字段的显示器件，也称为数码管。其外形结构如图所示。它由8个发光二极管构成，通过不同的组合可用来显示0-9、A-F及小数点“.”等字符。数码管有共阴极和共阳极两种结构规格，如图3.6所示。图中电阻为外接。共阴极数码管的发光二极管阴极共地，当某发光二极管的阳极为高电平时，二极管点亮；共阳极数码管的发光二极管是阳极，并接高电平，对于需点亮的发光二极管将其阴极接低电平即可。对照图3.6中的字段:7段发光二极管,在加上1个小数点位,共计8段,因此提供
42、给LED显示器的字形码正好一字节。 图3.6(a) 共阴极 图3.6(b) 共阳极 图3.6（C）字段显示 3.显示方式（1）静态显示方式直接利用并行口输出。LED显示工作于静态显示方式时,各位的共阴极连接在一起接地;每位的段选线分别于一个8位的锁存输出相连。一般称之为静态显示,是由于显示器中的各位相互独立。而且各位的显示字符一经确定,相应锁存器的输出将维持不变,直到显示另一个字符为止。利用通信号串行输出。在实际应用中,多位LED显示时，为了简化电路，在系统不需要通信功能时，经常采用串行通信口工作方式0，外接移位寄存器74LS164、CD4094来实现静态显示。表3.1七段LED段选码表显示字
43、符共阴极段显示字符共阴极段03FHC39H106HD5EH25BHE79H34FHF71H466HP73H56DHU3EH67DH31H707Hy6EH87FH8.FFH96FH“灭”00HA77H/B7CH/（2）动态显示方式对多位LED显示器的动态显示，通常都时采用动态扫描的方法进行显示，即逐个循环点亮各位显示器。这样虽然在任一时刻只有一位显示器被点亮，但是由于间隔时间较短，且人眼具有视觉残留效应，看起来与全部显示器持续点亮一样。为了实现LED显示器的动态扫描，除了要给显示器提供的输入之外，还要对显示器加位选择控制，这就是通常所说的段控和位控。因此多位LED显示器接口电路需要有两个输出口，
44、其中一个用于输出8位控信号；另一个用于输出段控信号，其连接图如下： 3.7 LED显示电路 3.3.5 电源电路本设计选择三端集成稳压器0875及变压器，整流桥,滤波电容构成直流稳压电路。C1，C2，C3用来实现频率补偿，防止稳压器产生高频自激振荡和意志电路引入高频干扰，C4是电解电容，以减小稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰。D是保护二极管，当输入端短路时，给输出电容器C4一个放电通路，防止C4两端电压作用于稳压器，造成击穿而损坏。变压器采用220V-9V变压器，整流桥和保护二极管采用IN4001。图3.8 直流稳压电源电路4 系统程序的设计4.1 主程序设计在刚上电时，系统默认为循环显
45、示8个通道的电压值状态。当进行一次测量后，将显示每一通道的A/D转换值，每个通道的数据显示时间在1s左右。主程序在调用显示子程序与测量子程序之间循环。主程序流程图如图4.1所示 图4.1 主程序流程图 4.2 初始化程序系统上电时，初始化程序主要用来执行70H-77H内存单元清0和P2口置0等准备工作。4.3 显示子程序显示子程序采用动态扫描法实现4位数码管的数值显示。测量所得的A/D转换数据放在70H-77H内存单元中，测量数据在显示时须经过转换成为十进制BCD码放在78H-7BH单元中，其中7BH存放通道标志数。寄存器R3用作8路循环控制，R0用作显示数据地址指针。图4.2 显示子程序流程
46、图4.4 A/D转换测量子程序A/D转换测量子程序用来控制对ADC0809的8路模拟输入电压的A/D转换，并将对应的数值移入70H-77H内存单元。A/D转换测量子程序流程图如图4.3所示图4.3 A/D转换测量子程序流程图4.5 源程序（源程序见附录）结 论本设计研制历时近半年，通过和老师、同学充分合作共同努力已基本完成。在单片机数字电压表的设计中，完成的是硬件设计及调试实验，同时完成软件设计方面的工作。在硬件设计中主要工作是：设计硬件的结构框图，完成硬件的设计。如数据处理电路、显示电路。在硬件的设计过程中，数字电压表中关键技术是A/D转换电路的设计。在选择构成系统电路的元器件时，应着重考虑
47、其是否会影响系统的稳定性以及成本。本设计用单片机制作的数字电压表，能够把模拟的电压信号转换成数字电压信号并显示，方便人们直观准确的检测电压的变化。按系统功能要求，控制系统采用AT89S51单片机，A/D转换采用ADC0809.系统除能确保实现要求的功能外，还可以方便地进行其功能的扩展。本文采用AT89S51作为核心元件，AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP（In-system programmable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。 通过这次毕业设计，使我们明白了自