畢業(yè)論文--基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)

1、<p>　　2013屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文</p><p>　　題目：基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)</p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　姓 名： </p><p>　　學(xué) 院： 計(jì)算機(jī)學(xué)院 </p><p>　

2、　指導(dǎo)老師： </p><p>　　專 業(yè)： 09生物醫(yī)學(xué)工程 </p><p><b>　　2013年5月9日</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文介紹了一種利用單片機(jī)設(shè)計(jì)的數(shù)字電壓表，能夠測(cè)量0～5V之間的直流電壓值，

3、并通過(guò)一個(gè)四位一體的7段數(shù)碼管顯示出來(lái)。該系統(tǒng)的數(shù)字電壓表電路簡(jiǎn)單，所用的元件較少，成本低，且測(cè)量精度和可靠性較高。外界電壓模擬量輸入到A/D轉(zhuǎn)換部分的輸入端，通過(guò)ADC0809轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，輸送給單片機(jī)，然后由單片機(jī)給數(shù)碼管數(shù)字信號(hào)，控制其發(fā)光，從而顯示數(shù)字。</p><p>　　關(guān)鍵詞： AT89S52； ADC0809； LED顯示器；數(shù)字電壓表</p><p><b>

4、;　　Abstract</b></p><p>　　This paper which introduces a kind of simple digital voltmeter is based on signle -chip microcontroller design. capable of measuring between 0-5V DC voltage, four digital d

5、isplay, and displaying the measurements though a digital code tube of 7 piece </p><p>　　-s of LED. The voltmeter features in simple electrical circuit, lower use of elements, low cost, moreover, its measurin

6、g precision and reliability. External analog voltage in -put to the A / D conversion part of the input of the conversion into digital signal throu -gh the ADC0809, transmission to the microcontroller. And then by the mic

7、rocontrolle -r to the digital control digital signal, control the light, so the displayed number.</p><p>　　Key words: AT89S51; ADC0809; four digital; digital voltmete</p><p><b>　　目

8、錄</b></p><p>　　緒 言...................................................1</p><p>　　第一章 設(shè)計(jì)總體方案.........................................2</p><p>　　1.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求...................

9、......................2</p><p>　　1.2 設(shè)計(jì)思路..................................................2</p><p>　　1.3 設(shè)計(jì)方案................................................2</p><p>　　1.4 設(shè)計(jì)目的與

10、意義..........................................3</p><p>　　第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)..........................................4</p><p>　　2.1 AT89S52的功能介紹.................................... ...4</p><p&

11、gt;　　2.1.1 簡(jiǎn)單概述..........................................4</p><p>　　2.1.2 AT89S52的引腳介紹 ................................4</p><p>　　2.1.3 主要功能特性.........................................7</p

12、><p>　　2.2 A/D 轉(zhuǎn)換器...........................................8</p><p>　　2.2.1 ADC0809的簡(jiǎn)單介紹..................................8</p><p>　　2.2.2 ADC0809引腳及功能............................

13、.......8</p><p>　　2.2.3 ADC0809的結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)換原理.............................9</p><p>　　2.3 復(fù)位電路和時(shí)鐘電路....................................10</p><p>　　2.3.1 復(fù)位電路設(shè)計(jì)..........................

14、........... 10</p><p>　　2.3.2 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)......................................11</p><p>　　2.4 LED顯示器........................................... 12</p><p>　　2.4.1 LED的基本結(jié)構(gòu)............

15、........................ 12</p><p>　　2.4.2 LED顯示器工作原理.................................12</p><p>　　2.4.3 LED顯示器與單片機(jī)接口設(shè)計(jì)......................... 13</p><p>　　2.5 總體電路設(shè)計(jì)............

16、............................. 14</p><p>　　第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)...................................... 15</p><p>　　3.1 主程序設(shè)計(jì).......................................... 15</p><p>　　3.2 A/D轉(zhuǎn)換子程序

17、設(shè)計(jì).................................... 15</p><p>　　3.3 顯示子程序設(shè)計(jì)........................................ 16</p><p>　　第四章 系統(tǒng)的調(diào)試與分析.................................. 17</p><p>　　4.1 硬

18、件與軟件的調(diào)試..................................... 17</p><p>　　4.2 仿真電路圖........................................... 18</p><p>　　4.3 顯示結(jié)果及誤差分析.....................................19</p><p&

19、gt;　　4.3.1 顯示結(jié)果......................................... 19</p><p>　　4.3.2 誤差分析..........................................21</p><p>　　結(jié)論.....................................................22&l

20、t;/p><p>　　致謝.....................................................23</p><p>　　參考文獻(xiàn).................................................24</p><p>　　附錄A 元器件清單...............................

21、.........25</p><p>　　附錄B 源程序清單........................................26</p><p>　　附錄C 電路實(shí)物圖........................................29</p><p><b>　　緒 言</b></p>&

22、lt;p>　　數(shù)字電壓表（Digital Voltmeter）簡(jiǎn)稱DVM，它是采用數(shù)字化測(cè)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。傳統(tǒng)的指針式電壓表功能單一、精度低，不能滿足數(shù)字化時(shí)代的需求，采用單片機(jī)的數(shù)字電壓表，由精度高、抗干擾能力強(qiáng)，可擴(kuò)展性強(qiáng)、集成方便，還可與PC進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。目前，由各種單片A/D 轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)字電壓表，已被廣泛用于電子及電工測(cè)量、工業(yè)自動(dòng)化儀表、自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)

23、等智能化測(cè)量領(lǐng)域，示出強(qiáng)大的生命力。同時(shí)，由DVM擴(kuò)展而成的各種通用及專用數(shù)字儀器儀表，也把電量及非電量測(cè)量技術(shù)提高到嶄新水平。目前，數(shù)字電壓表的內(nèi)部核心部件是A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換的精度很大程度上影響著數(shù)字電壓表的準(zhǔn)確度，因而，以后數(shù)字電壓表的發(fā)展就著眼在高精度和低成本這兩個(gè)方面。</p><p>　　本文是以基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)為研究?jī)?nèi)容，本系統(tǒng)主要包括三大模塊：轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊及顯示模塊。其中，A

24、/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AT89S52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4位數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示數(shù)字電壓信號(hào)，測(cè)量的4路輸入直流電壓范圍是0～5V。</p><p>　　第一章 設(shè)計(jì)總體方案</p><p>　　1.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求</p><p>　　利用單片機(jī)AT89S52與A/D轉(zhuǎn)換器件ADC0809設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電壓

25、表，能夠測(cè)量0～5V之間的直流電壓值，并用4位數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示該電壓值。</p><p><b>　　1.2 設(shè)計(jì)思路</b></p><p>　　1 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選擇AT89S52單片機(jī)為核心控制器件。</p><p>　　2 A/D轉(zhuǎn)換采用ADC0809，與單片機(jī)的接口為P1口和P2口的高四位引腳。</p><p&

26、gt;　　3 電壓顯示采用4位一體的LED數(shù)碼管。</p><p>　　4 LED數(shù)碼的段碼輸入,由并行端口P0產(chǎn)生；位碼輸入，用并行端口P2低四位產(chǎn)生。</p><p><b>　　1.3 設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　硬件電路設(shè)計(jì)由6個(gè)部分組成; A/D轉(zhuǎn)換電路，AT89S52單片機(jī)系統(tǒng)，LED顯示系統(tǒng)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路以及

27、測(cè)量電壓輸入電路。硬件電路設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。 </p><p>　　圖1.1 數(shù)字電壓表系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　1.4 設(shè)計(jì)目的與意義</p><p><b>　　設(shè)計(jì)目的：</b></p><p>　　1 進(jìn)一步熟悉和掌握單片機(jī)AT89S52的結(jié)構(gòu)和工作原理；</p><p&g

28、t;　　2 掌握ADC0809芯片的特性，控制方法及單片機(jī)的接口技術(shù)；</p><p>　　3 掌握以單片機(jī)為核心的電路設(shè)計(jì)的基本方法和技術(shù)；</p><p>　　4 通過(guò)實(shí)際程序設(shè)計(jì)和調(diào)試，掌握模塊化程序設(shè)計(jì)的方法和調(diào)試技術(shù)。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)意義：</b></p><p>　　通過(guò)完成一個(gè)包括電

29、路設(shè)計(jì)和匯編程序編寫(xiě)的完整過(guò)程，解開(kāi)發(fā)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的全過(guò)程，強(qiáng)化鞏固所學(xué)知識(shí)，為以后的學(xué)習(xí)和工作打下基礎(chǔ)。</p><p>　　第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 AT89S52單片機(jī)引腳功能介紹</p><p>　　2.1.1 簡(jiǎn)單概述</p><p>　　單片機(jī)是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)將具有數(shù)據(jù)處理

30、能力的中央處理器、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、輸入/輸出電路，可能還包括定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行通信口、顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈沖調(diào)制電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器等電路集成到一片芯片上，構(gòu)成一個(gè)既小而又完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。</p><p>　　AT89S52是低電壓、高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4K bytes的反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器和128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)M

31、CS—52令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和FLASH存儲(chǔ)單元。</p><p>　　2.1.2 AT89S52的引腳介紹</p><p>　　要想掌握AT89S52單片機(jī)，應(yīng)該首先了解AT89S52的引腳。89S52系列及89S52系列中各種型號(hào)芯片的引腳是互相兼容的。目前AT89S52單片機(jī)多采用40只引腳的雙列直插封裝方式，AT89S52的引腳分布圖如圖2.1.2所示 。

32、</p><p>　　圖2.1.1 AT89S52的引腳分布圖</p><p>　　1 電源引腳 </p><p>　　電源引腳接入單片機(jī)的工作電源。</p><p>　?。?）Vcc(40引腳）：+5V電源。</p><p>　?。?）GND(20引腳)：接地。<

33、;/p><p><b>　　2 時(shí)鐘引腳</b></p><p>　?。?） XTAL1(19引腳): 片內(nèi)振蕩器反相放大器和時(shí)鐘發(fā)生器電路的輸入端。使用片內(nèi)振蕩器時(shí)，該引腳連接外部石英晶體和微調(diào)電容。</p><p>　?。?） XTAL2(20引腳)：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。使用片內(nèi)振蕩器時(shí)，該引腳連接外部石英晶體和微調(diào)電容，采用外接時(shí)

34、鐘源時(shí)，引腳XTAL1接收 外部時(shí)鐘振蕩器的信號(hào)，XTAL2懸空。XTAL1和XTAL2的電源接入方式如圖2.1.2所示：</p><p>　　圖2.1.2 電源接入方式</p><p><b>　　3 控制引腳</b></p><p>　?。?）復(fù)位RST(9引腳)</p><p>　　復(fù)位線，可以使

35、89S52處于復(fù)位(即初始化)工作狀態(tài)。在振蕩器運(yùn)行時(shí)，有持續(xù)時(shí)間大于2個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腳時(shí)，就能使該單片機(jī)復(fù)位，只要這個(gè)腳保持高電平，51芯片便循環(huán)復(fù)位。</p><p>　　在單片機(jī)正常工作時(shí)，此引腳應(yīng)為≤0.5V的低電平。</p><p>　　（2）/Vpp(31引腳)</p><p>　　為外部程序存儲(chǔ)器訪問(wèn)允許控制端。當(dāng)它

36、為高電平時(shí)，單片機(jī)讀片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，在PC值超過(guò)0FFFH后將自動(dòng)轉(zhuǎn)向外部程序存儲(chǔ)器。當(dāng)它為低電平時(shí)，只限定在外部程序存儲(chǔ)器，地址為0000H~FFFFH。Vpp為該引腳的第二功能，為</p><p><b>　　編程電壓輸入端。</b></p><p>　?。?）ALE/(30引腳)</p><p>　　ALE為低八位地址鎖存允許信號(hào)。在訪問(wèn)

37、外部存儲(chǔ)器時(shí)，89S52的CPU在P0.0-P0.7引腳線去傳送隨后而來(lái)的片外存儲(chǔ)器讀/寫(xiě)數(shù)據(jù)。在不訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，89S52自動(dòng)在ALE線上輸出頻率為時(shí)鐘振蕩器頻率fosc的1/6的脈沖序列。該脈沖序列可以作為外部時(shí)鐘源或定時(shí)脈沖使用。為該引腳的第二功能，在對(duì)片內(nèi)存儲(chǔ)器編程時(shí)，此引腳為編程脈沖輸入端。</p><p><b>　?。?）(29引腳)</b></p><

38、p>　　片外程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。在單片機(jī)讀片外程序存儲(chǔ)器時(shí)，89S52自動(dòng)在此引腳線上產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖，作為片外程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。</p><p><b>　　4 I/O口引腳</b></p><p>　　（1） P0口：(pin39-pin32為P0.0-P0.7輸入輸出腳)</p><p>　　P0是一個(gè)8位漏極開(kāi)路型雙向I

39、/O口。P0口具有兩種功能：第一，P0口可以作為通用的I/O口使用，用于傳輸CPU的輸入/輸出數(shù)據(jù)，需要加上上拉電阻。當(dāng)作為普通的I/O輸入時(shí)，應(yīng)該先向端口的輸出鎖存器寫(xiě)入1。P0口可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型TTL負(fù)載。第二，P0口在CPU訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)用于傳送片外存儲(chǔ)器的低8位地址，然后傳送CPU對(duì)片外存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)。</p><p>　?。?） P1口：（Pin1-Pin8為P1.0-P1.7輸入輸出腳）</p

40、><p>　　P1口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0口。P1口能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載。其中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(shí)，P1.0-P1.7的功能和P0口的第一功能相同，也用于傳送用戶的輸入和輸出數(shù)據(jù)。</p><p>　?。?） P2口：（Pin21-Pin28為P2.0-P2.7輸入輸出腳）</p><p>　　P2口是一個(gè)

41、帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載。這組引腳可以作為通用I/O口使用，也用于傳送用戶的輸入和輸出數(shù)據(jù)。當(dāng)89S52擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器及I/O口時(shí)，P2口用于輸出片外存儲(chǔ)器的高8位地址。</p><p>　?。?） P3口：（Pin10-Pin17為P3.0-P3.7輸入輸出腳）</p><p>　　P3口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS

42、TTL負(fù)載，這組引腳可以作為通用的I/O口使用。當(dāng)作為普通的I/O口輸入時(shí)，應(yīng)該先向端口的輸出鎖存器寫(xiě)入1。這8個(gè)引腳還用于專門(mén)的第二功能即控制功能。端口置1時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。對(duì)內(nèi)部Flash程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接控制信息。P3口第二功能如下表1示。</p><p>　　表1 P3口的第二功能</p><p>　　2.1.3 主要功能特性</p>

43、<p>　　1、 4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器。 </p><p>　　2、 32個(gè)雙向I/O口；128×8位內(nèi)部RAM 。</p><p>　　3、 2個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷，時(shí)鐘頻率0-24MHz。 </p><p>　　4、 可編程串行通道。 </p><p>　　5、 5個(gè)中斷源。 </p>&l

44、t;p>　　6、 2個(gè)讀寫(xiě)中斷口線。 </p><p>　　7、 低功耗的閑置和掉電模式。</p><p>　　8、 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。</p><p>　　2.2 A/D轉(zhuǎn)換器</p><p>　　2.2.1 ADC0809的簡(jiǎn)單介紹</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換器（ADC）的作用就是把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)

45、字量，以便于計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。ADC0809是一種逐次比較型8路模擬輸入、8位數(shù)字量輸出的典型A/D轉(zhuǎn)換器。ADC0809一共有28個(gè)引腳，采用雙列直插式封裝，其引腳分布圖如圖2.2.1所示。</p><p>　　圖2.2.1 ADC0809引腳分布圖</p><p>　　2.2.2 ADC0809引腳及功能</p><p>　　1、 IN0-IN7（8條）：8路模

46、擬信號(hào)輸入端。</p><p>　　2、地址輸入和控制線（4條）</p><p>　　ALE:地址鎖存允許輸入線，高電平有效，當(dāng)ALE為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將ADDA,ADDB,ADDC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由轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。</p><p>　　ADDA,ADDB,ADDC:3位地址輸入線,控制8路模擬通道的切換。它們分別

47、與地址線或數(shù)據(jù)線相連，三位編碼對(duì)應(yīng)8個(gè)通道地址端口，A、B、C=000—111分別對(duì)應(yīng)IN0—IN7通道的地址端口。其對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2所示。</p><p>　　表2 ADC0809的通道選擇</p><p>　　3、 START：A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)輸入端，當(dāng)START上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)換期間，START應(yīng)保持低電平。</p>&

48、lt;p>　　4、 EOC:為輸出允許控制信號(hào)，高電平有效，表示A/D轉(zhuǎn)換已結(jié)束，數(shù)字量已鎖入三態(tài)輸出鎖存器，否則表明正在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。</p><p>　　5、 D0—D7：數(shù)字量輸出端，D0高位。</p><p>　　6、 OE：輸出允許控制端，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)。高電平有效。</p><p>　　7、 Vcc、GND: V

49、cc為主電源輸入端，GND為接地端，一般REF+與Vcc連接在一起，REF-與GND連接在一起。</p><p>　　8、 CLK：時(shí)鐘信號(hào)輸入端。</p><p>　　2.2.3 ADC0809的結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)換原理</p><p>　　ADC0809采用逐次比較的方法完成A/D轉(zhuǎn)換，由單一的+5V電源供電。片內(nèi)帶有鎖存功能的8路選1的模擬開(kāi)關(guān)，由A、B、C的編碼來(lái)決

50、定所選的通道。ADC0809完成一次轉(zhuǎn)換需100μs左右，它具有輸出TTL三態(tài)鎖存緩沖器，可直接連接到AT89S52的數(shù)據(jù)總線上。通過(guò)適當(dāng)?shù)耐饨与娐?，ADC0809可對(duì)0—5V的模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。ADC0809 的結(jié)構(gòu)框圖如圖2.2.2所示。</p><p>　　圖2.2.2 ADC0809 的結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　2.3 復(fù)位電路和時(shí)鐘電路</p><p&

51、gt;　　2.3.1 復(fù)位電路設(shè)計(jì)</p><p>　　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(kāi)始工作。AT89S52有一個(gè)復(fù)位引腳RST,采用施密特觸發(fā)輸入。只需要給AT89S52的復(fù)位引腳RST加上大于2個(gè)機(jī)器周期（即24個(gè)是時(shí)鐘震蕩周期）的高電平就可以使89S52復(fù)位。在運(yùn)行中，外界干擾等因素可能會(huì)使單片機(jī)的程序陷入死循環(huán)狀態(tài)或“跑飛”，也需按復(fù)位鍵

52、使RST腳為高電平，從而得到重新啟動(dòng)。復(fù)位完成后，如果RST端繼續(xù)保持高電平，AT89S52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)。</p><p>　　單片機(jī)的復(fù)位方式有上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種，本實(shí)驗(yàn)運(yùn)用到的復(fù)位電路是最簡(jiǎn)單的上電復(fù)位電路。上電自動(dòng)復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容沖電來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)電源接通時(shí)，只要Vcc的上升時(shí)間不超過(guò)1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位。上電復(fù)位電路如圖

53、2.3.1所示。</p><p>　　圖2.3.1 復(fù)位電路</p><p>　　2.3.2 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)</p><p>　　時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生AT89S52單片機(jī)工作時(shí)所必需的時(shí)鐘控制信號(hào)。89S52單片機(jī)的內(nèi)部電路在時(shí)鐘信號(hào)控制下，嚴(yán)格按照時(shí)序執(zhí)行指令進(jìn)行工作。常用的時(shí)</p><p>　　鐘電路設(shè)計(jì)有兩種方式，內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘

54、方式。</p><p>　　本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用的是內(nèi)部時(shí)鐘方式，AT89S52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，這兩個(gè)引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。此電路的外部電路簡(jiǎn)單，只需要一個(gè)晶振和 2個(gè)電容即可。電路中，電容器C1和C2對(duì)震蕩頻率有微調(diào)作用，通常的取值范圍是30±10pF，在這個(gè)系統(tǒng)中選擇了30

55、PF；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)震蕩頻率，在本系統(tǒng)中選擇的是12MHz，因而時(shí)鐘信號(hào)的震蕩頻率為12MHz。89S52內(nèi)部時(shí)鐘方式的電路如圖2.3.2所示。</p><p>　　圖2.3.2 內(nèi)部時(shí)鐘電路</p><p>　　2.4 LED顯示器</p><p>　　2.4.1 LED的基本結(jié)構(gòu)</p>&

56、lt;p>　　LED是發(fā)光二極管的縮寫(xiě)。LED由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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。在單片機(jī)中常用的是八段數(shù)碼顯示器。每一段對(duì)應(yīng)一個(gè)發(fā)光二極管。其中7個(gè)長(zhǎng)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(guò)不同的組合可用來(lái)顯示各種數(shù)字。這種LED顯示器可以分為共陰極和共陽(yáng)極兩種。共陰極LED顯示器的所有陰極

57、連接在</p><p>　　一起并接地，高電平有效；共陽(yáng)極LED顯示器的所有陽(yáng)極連接在一起并接正電壓，低電平有效。8段LED結(jié)構(gòu)及外形如圖2.4所示。</p><p>　　圖2.4.1 8段LED結(jié)構(gòu)及外形圖</p><p>　　2.4.2 LED顯示器工作原理</p><p>　　由N個(gè)LED顯示塊可以拼接成N位的LED顯示器。在本設(shè)計(jì)

58、中，選擇4位一體的數(shù)碼型LED顯示器，簡(jiǎn)稱“4-LED”。LED顯示器有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種顯示方式，本系統(tǒng)采用的是LED動(dòng)態(tài)顯示方式，它的所有位的段碼線的相應(yīng)段并聯(lián)在一起，有一個(gè)8位I/O口控制，而各位的共陽(yáng)極或共陰極分別由相應(yīng)的I/O線控制，形成各位的分時(shí)選通。</p><p>　　4-LED是一個(gè)共陰極接法數(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，SEG1、2、3、4分別是每一位

59、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</p><p>　　段輸出引腳在內(nèi)部并聯(lián)后，引出到器件的外部。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位8段LED動(dòng)態(tài)顯示器的引腳圖如圖2..4.2所示。</p><p>　　圖2.4.2 4位8段LED顯示器引腳圖</p><p>

60、;　　2.4.3 LED顯示器與單片機(jī)接口設(shè)計(jì)</p><p>　　由于單片機(jī)的并行口不能直接驅(qū)動(dòng)LED顯示器，所以一般情況下，須采用專用的驅(qū)動(dòng)電路芯片，使之產(chǎn)生足夠大的電流，顯示器才能正常工作。如果驅(qū)動(dòng)電路能力差，即負(fù)載能力不夠時(shí)，顯示器亮度就低，而且驅(qū)動(dòng)電路長(zhǎng)期在超負(fù)荷下運(yùn)行容易損壞。此系統(tǒng)是在LED驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)上，利用單片機(jī)P0口上外接的上拉電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)，即將LED的A-G段顯示引腳和DP小數(shù)點(diǎn)顯示引腳并

61、聯(lián)到P0口與上拉電阻之間，這樣，就可以加大P0口作為輸出口的驅(qū)動(dòng)能力，使得LED能按照正常的亮度顯示出數(shù)字，如圖2.4.3所示。 </p><p>　　圖2.4.3 LED與單片機(jī)接口間的設(shè)計(jì)</p><p>　　2.5 總體電路設(shè)計(jì)</p><p>　　經(jīng)過(guò)以上的設(shè)計(jì)過(guò)程，可設(shè)計(jì)出基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表硬件電路原理圖如圖2.5所示。</p>&l

62、t;p>　　圖2.5 基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表電路圖</p><p>　　數(shù)字電壓表的硬件電路已經(jīng)設(shè)計(jì)完成，就可以選取相應(yīng)的芯片和元器件，利用Proteus軟件繪制出硬件的原理，并仔細(xì)地檢查修改，直至形成完善的硬件原理圖。</p><p>　　第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 主程序設(shè)計(jì)</p><p>　　主程序包

63、含初始化部分、A/D轉(zhuǎn)換子程序和顯示子程序。流程圖如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 主程序流程圖</p><p>　　3.2 A/D轉(zhuǎn)換子程序設(shè)計(jì)</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換子程序用來(lái)控制對(duì)輸入的模塊的電壓信號(hào)的采集測(cè)量，并將讀取的轉(zhuǎn)換結(jié)果存入相應(yīng)的內(nèi)存單元，其部分轉(zhuǎn)換流程圖如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2

64、 A/D轉(zhuǎn)換部分流程圖</p><p>　　3.3 顯示子程序設(shè)計(jì)</p><p>　　顯示子程序采用動(dòng)態(tài)掃描實(shí)現(xiàn)4位數(shù)碼管的數(shù)值顯示。在本設(shè)計(jì)中，為了簡(jiǎn)化硬件設(shè)計(jì)，主要采用軟件定時(shí)的方式，通過(guò)軟件延時(shí)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)5ms的延時(shí)。顯示子程序流程圖如圖3.3所示。</p><p>　　圖3.3 顯示子程序流程圖</p><p>　　第四章

65、系統(tǒng)的調(diào)試與分析</p><p>　　4.1 硬件與軟件的調(diào)試</p><p>　　在完成系統(tǒng)的硬件與軟件設(shè)計(jì)之后，接下來(lái)必須進(jìn)行系統(tǒng)硬件與和軟件的調(diào)試，才能使系統(tǒng)正常運(yùn)行。硬件調(diào)試的主要任務(wù)是排除硬件故障，軟件調(diào)試的主要任務(wù)是利用開(kāi)發(fā)工具Proteus和keil進(jìn)行在線仿真調(diào)試，發(fā)現(xiàn)和糾正程序的錯(cuò)誤，同時(shí)也能發(fā)現(xiàn)硬件的故障。</p><p>　　軟件調(diào)試是一個(gè)模

66、塊接一個(gè)模塊進(jìn)行的。首先單獨(dú)調(diào)試各子程序是否能夠按照預(yù)期的功能，接口電路的控制是否正常。最后調(diào)試整個(gè)程序。尤其注意的是各模塊間能否正確的傳遞參數(shù)。首先是檢查數(shù)碼管顯示模塊程序，觀察數(shù)碼管上是否能夠顯示相應(yīng)的字符；其次是檢查A/D轉(zhuǎn)換模塊程序?？梢栽谟布娐返妮斎攵溯斎胍阎膸讉€(gè)電壓，分別觀察數(shù)碼管上是否顯示相應(yīng)的電壓值；然后檢查數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換模塊程序。</p><p>　　以下是對(duì)系統(tǒng)硬件與軟件調(diào)試所進(jìn)行的主要檢查工

67、作：</p><p>　　1 利用設(shè)計(jì)好的電路原理圖，在用電烙鐵焊接好電路之后，我們用數(shù)字萬(wàn)用表進(jìn)行了逐一對(duì)點(diǎn)的檢查，檢查各線路間是否有短路或者開(kāi)路的故障；</p><p>　　2 檢測(cè)芯片管座與芯片管座之間的對(duì)應(yīng)引腳是否連接正確，以及檢查是否導(dǎo)通或者截止；</p><p>　　3 檢查輸入電源線是否與電路中的對(duì)應(yīng)點(diǎn)的電源線連接正確，檢查電路中的接地點(diǎn)是否全部

68、接地；</p><p>　　4 根據(jù)設(shè)計(jì)的電路圖應(yīng)用Proteus軟件畫(huà)出電路模型，檢查仿真的電路元器件是否正確以及是否連接有誤；</p><p>　　5 利用keil軟件對(duì)所編寫(xiě)的程序進(jìn)行編譯、鏈接，如果沒(méi)有錯(cuò)誤和警告便生成（.hex）文件，并且用編程器將生成的（.hex）文件寫(xiě)入AT89S52芯片。</p><p>　　6 將寫(xiě)入程序的AT89S52芯片插

69、入單片機(jī)插槽中，觀看數(shù)碼管是否正常發(fā)光并且進(jìn)行系統(tǒng)總的調(diào)試。</p><p>　　4.2 仿真電路圖</p><p>　　基于ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字電壓表的仿真電路圖如下圖4.2所示。</p><p>　　圖4.2 系統(tǒng)仿真電路圖</p><p>　　4.3 顯示結(jié)果及誤差分析</p><p>　　4.3

70、.1 顯示結(jié)果</p><p>　　1 當(dāng)IN0輸入電壓值為+1.00V時(shí)，顯示結(jié)果如圖4.3.1所示。測(cè)量誤差為0.02V。</p><p>　　圖4.3.1 輸入電壓為+1.00V時(shí)，LDE的顯示結(jié)果</p><p>　　2 當(dāng)IN0輸入電壓值為+2.50V時(shí)，顯示結(jié)果如圖4.3.2所示。測(cè)量誤差為0.04V。</p><p>　

71、　圖4.3.2 輸入電壓為+2.50V時(shí)，LDE的顯示結(jié)果</p><p>　　3 當(dāng)IN0輸入電壓值為+4.00V時(shí)，顯示結(jié)果如圖4.3.2所示。測(cè)量誤差為0.08V。</p><p>　　圖4.3.3 輸入電壓為+4.00V時(shí)，LDE的顯示結(jié)果</p><p>　　4.3.2 誤差分析</p><p>　　本設(shè)計(jì)可以測(cè)量的電壓范圍

72、是0—5V。通過(guò)以上仿真測(cè)量結(jié)果可得到基于AT89S52單片機(jī)的數(shù)字電壓表與標(biāo)準(zhǔn)電壓表對(duì)比測(cè)試，測(cè)試對(duì)比表如下表4所示。其中，表中的標(biāo)準(zhǔn)電壓表值采用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)得。</p><p>　　表4 標(biāo)準(zhǔn)電壓值與電壓表測(cè)量值對(duì)比表</p><p>　　從上表中可以看出，基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表所測(cè)得的值比標(biāo)準(zhǔn)電壓表偏大0—0.1V之間。這種誤差可以通過(guò)校正ADC0809的基準(zhǔn)電壓來(lái)解決。因?yàn)樵撾妷?/p>

73、表設(shè)計(jì)時(shí)直接用5V的供電電源作為基準(zhǔn)電壓，所以電壓有可能有偏差。另外，還可以用軟件編程來(lái)校正測(cè)量值。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的努力，我的畢業(yè)論文——基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表終于完成了。這次設(shè)計(jì)是以AT89S52單片機(jī)為控制核心，通過(guò)集成模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0809將被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)單片機(jī)內(nèi)部程序處理后，由L

74、ED顯示器顯示測(cè)量結(jié)果?；趩纹瑱C(jī)的數(shù)字電壓表使用性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、外接元件少。在實(shí)際應(yīng)用工作性能好，測(cè)量電壓準(zhǔn)確，精度高。本文設(shè)計(jì)詳細(xì)說(shuō)明數(shù)字電壓表從原理圖的設(shè)計(jì)、電路圖的仿真再到軟件的調(diào)試的過(guò)程。</p><p>　　通過(guò)本次設(shè)計(jì)，我對(duì)單片機(jī)這門(mén)課有了更深的了解，無(wú)論是在硬件連接方面還是在軟件編程方面。我還學(xué)會(huì)了Proteus和Keil軟件的使用方法，掌握了從方案的設(shè)計(jì)、功能模塊的劃分、原理圖的設(shè)計(jì)和電

75、路圖的仿真的設(shè)計(jì)流程，積累了不少經(jīng)驗(yàn)。本次設(shè)計(jì)在調(diào)試過(guò)程中我也遇到很多問(wèn)題，硬件上的理論知識(shí)學(xué)得不夠扎實(shí)，對(duì)電路的仿真方面也不夠熟練。要想設(shè)計(jì)一個(gè)成功的電路，就要求對(duì)硬件系統(tǒng)中的各個(gè)組件部分有充分的理解和研究，我通過(guò)耐心、堅(jiān)持的毅力，大量查閱資料，請(qǐng)教老師，通過(guò)不斷的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，終于完成了此次設(shè)計(jì)。</p><p>　　總之，這次電路的設(shè)計(jì)和仿真，基本上達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。在收獲知識(shí)的同時(shí)，我收獲了閱歷，收獲了成熟

76、與合作，還充分培養(yǎng)了自己獨(dú)立思考和動(dòng)手操作的能力。我明白了只有通過(guò)不斷地學(xué)習(xí)和實(shí)踐才能完成知識(shí)的積累，才能更好的提高自己并且取得更好的成績(jī)。在以后的實(shí)踐中，我將繼續(xù)努力學(xué)習(xí)電路設(shè)計(jì)方面的理論知識(shí)，并理論聯(lián)系實(shí)際，爭(zhēng)取在電路設(shè)計(jì)方面能有所提升。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　時(shí)光匆匆如流水，轉(zhuǎn)眼間便是大學(xué)畢業(yè)時(shí)節(jié)。遙想入學(xué)之時(shí)，恍如隔

77、日，不免感嘆時(shí)光易逝，韶華難追。離校日期日趨臨近，畢業(yè)論文的完成也隨之進(jìn)入了尾聲，從開(kāi)始進(jìn)入課題到論文的順利完成，一直都離不開(kāi)老師、同學(xué)、朋友給我的熱情幫助，在這里我要對(duì)四年來(lái)給予我關(guān)心與支持的良師益友和親人們致以最誠(chéng)摯的謝意!</p><p>　　大學(xué)四年時(shí)光，我要感謝我的家人對(duì)我大學(xué)四年學(xué)習(xí)的默默支持，是他們不畏生活的艱辛給我提供了一個(gè)良好的生活保障，時(shí)時(shí)刻刻給予我無(wú)私的奉獻(xiàn)；我要感謝我的母校江西中醫(yī)學(xué)院給了

78、我在大學(xué)四年學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，讓我在這里得到了各個(gè)方面的提高；我要感謝四年來(lái)所有任課老師的關(guān)心與鼓勵(lì)，老師們課堂上的激情洋溢，課堂下的諄諄教誨，我會(huì)記在心。我更要感謝的是四年來(lái)一直陪伴在我身邊的同學(xué)跟室友，是你們讓我的生活多姿多彩，充滿了無(wú)限的樂(lè)趣和濃濃的情誼，你們的笑容，我收獲的最大的快樂(lè)，你們無(wú)微不至的關(guān)愛(ài)和照顧，無(wú)不讓我感動(dòng)于心。</p><p>　　在這次畢業(yè)論文設(shè)計(jì)中，我的指導(dǎo)老師**老師給予了我很大的支持。

79、是*老師在忙碌的教學(xué)工作中擠出時(shí)間來(lái)審閱、修改我的論文，為我提出了有益的建議和意見(jiàn)，在此我要向*老師表示我崇高的敬意和深深的感謝！</p><p>　　我想，再多的言語(yǔ)也表達(dá)不了我此時(shí)的心情了，這四年，我收獲了太多太多，這段時(shí)光是值得我用一生去回味去感悟的人生歷程。大學(xué)生涯即將離我遠(yuǎn)去，可我知道前面的路還長(zhǎng)，我要用我積淀下來(lái)的一切去面對(duì)未來(lái)的機(jī)遇跟挑戰(zhàn)，我相信因?yàn)橛心銈?，我的人生路?huì)走得無(wú)限輝煌！</p&g

80、t;<p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 朱清慧、張鳳蕊、翟天嵩、王志奎. 《Proteus教程—電子線路設(shè)計(jì)、制版與仿真》（第二版）. 北京：清華大學(xué)出版社，2011年6月</p><p>　　[2] 張毅剛、彭喜元. 《單片機(jī)原理與應(yīng)用設(shè)計(jì)：?jiǎn)纹瑱C(jī)與嵌入式系統(tǒng)》. 北京：電子工業(yè)出版社，2011年5月</p>

81、;<p>　　[3] 周荷琴、吳秀清.《微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)》（第四版）.北京：中國(guó)科技技術(shù)大學(xué)出版社，2008年6月</p><p>　　[4] 徐惠民 安德寧 丁玉珍. 《單片微型計(jì)算機(jī)原理、接口及應(yīng)用》.北京:北京郵電大學(xué)出版社,2007年</p><p>　　[5] 于殿泓、王新年. 《單片機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教程》.西安電子科技大學(xué)出版社，2007年5月&

82、lt;/p><p>　　附錄A 元器件清單</p><p>　　附錄B 源程序清單</p><p>　　LED_0EQU30H ;個(gè)位</p><p>　　LED_1EQU31H ;十位</p><p>　　LED_2EQU32H ;百位</p&g

83、t;<p>　　LED_3EQU33H ;存放千位段碼</p><p>　　ADCEQU35H</p><p>　　CLOCKBITP1.4 ;定義0809時(shí)鐘位</p><p>　　STBITP1.5</p><p>　　EOCBITP1.6</p>

84、<p>　　OEBITP1.7</p><p><b>　　ORG00H</b></p><p>　　SJMPSTART</p><p><b>　　ORG0BH</b></p><p>　　LJMPINT_T0</p><p><b>　　

85、ORG30H</b></p><p>　　START:MOVLED_0,#00H</p><p>　　MOVLED_1,#00H</p><p>　　MOVLED_2,#00H</p><p>　　MOVDPTR,#TABLE ;段碼表首地址</p><p>　　MOVTMOD,#0

86、2H</p><p>　　MOVTH0,#245</p><p>　　MOVTL0,#00H</p><p>　　MOVIE,#82H</p><p><b>　　SETBTR0</b></p><p>　　WAIT:CLRST</p><p><b&g

87、t;　　SETBST</b></p><p>　　CLRST ;啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換</p><p>　　JNBEOC,$ ;等待轉(zhuǎn)換結(jié)果</p><p><b>　　SETBOE</b></p><p>　　MOVADC,P2 ;讀取A

88、D轉(zhuǎn)換結(jié)果</p><p><b>　　CLROE</b></p><p>　　MOVA,ADC ;AD轉(zhuǎn)換結(jié)果轉(zhuǎn)換成BCD碼</p><p><b>　　MOVR7,A</b></p><p>　　MOVLED_3,#00H</p><p>　　MO

89、VLED_2,#00H</p><p>　　MOVA,#00H</p><p>　　LOOP1:ADDA,#20H ;一位二進(jìn)制碼對(duì)應(yīng)20mV電壓值</p><p><b>　　DAA</b></p><p><b>　　JNCLOOP2</b></p><

90、p><b>　　MOVR4,A</b></p><p><b>　　INCLED_2</b></p><p>　　MOVA,LED_2</p><p>　　CJNEA,#0AH,LOOP4</p><p>　　MOVLED_2,#00H</p><p><

91、;b>　　INCLED_3</b></p><p>　　LOOP4:MOVA,R4</p><p>　　LOOP2:DJNZR7,LOOP1</p><p>　　ACALLBTOD1</p><p>　　LCALLDISP</p><p><b>　　SJMPWAIT&

92、lt;/b></p><p><b>　　ORG200H</b></p><p>　　BTOD1:MOVR6,A</p><p>　　ANLA,#0F0H</p><p><b>　　MOVR5,#4</b></p><p>　　LOOP3:RRA&l

93、t;/p><p>　　DJNZR5,LOOP3</p><p>　　MOVLED_1,A</p><p><b>　　MOVA,R6</b></p><p>　　ANLA,#0FH</p><p>　　MOVLED_0,A</p><p><b>　　

94、RET</b></p><p>　　INT_T0:CPLCLOCK ;提供0809時(shí)鐘信號(hào)</p><p><b>　　RETI</b></p><p>　　DISP:MOVA,LED_0 ;顯示子程序</p><p>　　MOVCA,@A+DPTR</p>

95、<p><b>　　CLRP1.3</b></p><p><b>　　MOVP0,A</b></p><p>　　LCALLDELAY</p><p><b>　　SETBP1.3</b></p><p>　　MOVA,LED_1</p>&

96、lt;p>　　MOVCA,@A+DPTR</p><p><b>　　CLRP1.2</b></p><p><b>　　MOVP0,A</b></p><p>　　LCALLDELAY</p><p><b>　　SETBP1.2</b></p>

97、<p>　　MOVA,LED_2</p><p>　　MOVCA,@A+DPTR</p><p><b>　　CLRP1.1</b></p><p><b>　　MOVP0,A</b></p><p>　　LCALLDELAY</p><p><b

98、>　　SETBP1.1</b></p><p>　　MOVA,LED_3</p><p>　　MOVCA,@A+DPTR</p><p><b>　　CLRP1.0</b></p><p><b>　　MOVP0,A</b></p><p>　　L

99、CALLDELAY</p><p><b>　　SETBP1.0</b></p><p><b>　　RET</b></p><p>　　DELAY:MOVR6,#10 ;延時(shí)5ms</p><p>　　D1:MOVR7,#250</p><p&g

100、t;<b>　　DJNZR7,$</b></p><p>　　DJNZR6,D1</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　TABLE:DB3FH,06H,5BH,4FH,66H;共陰數(shù)碼管7段值</p><p>　　DB6DH,7DH,07H,7FH,6FH&l