1、目录摘要 1 引言 2一、 系统 方案 选择 和论 证 21.1设计要求21.2.系统基本方案2二、 系统 硬件 设计 与实 现 52.1. 系统硬件概述52.2.主要单元电路的设计52.3显示模块72.4A/D转换模块92.5声光报警模块112.6量程选择模块12三、 系统的软件 设计 133.1 系统 软件 概述 133.2 数字 电压 表总 程序 流程 图 133.3 子程 序的 设计 15四 、 系 统 测 试 184.1 测试 仪器 与设 备 184.2 指标 测试 与误 差分 析 184.3 测试 结果 分析 与结 论 18五 、 总 结 195.1 作品 总结 195.2自我总结
2、 19六 、 致 谢 词 19七 、 参 考 文 献 19附录 一： 系统电 路图 20 附录 二： 系统程序 清单 211简 易 数 字 电 压 表的设计摘 要 ： 在 电 子 信 息 科 技 高 速 的 时 代 ， 数 码 产 品 成 为 时 代 的 主 旋 律 。 因 为其 使 用 便 捷 ， 显 示 清 晰 直 观 ， 功 能 强 大 所 以 越 来 越 备 受 人 们 的 青 睐 和 应 用 。简 易 数 字 电 压 表 是 一 种 实 时 测 试 电 压 变 化 量 的 数 码 智 能 产 品 。 该 系 统 由AT89S52 单 片 机 系 统 、 转 换 模 块 、 LED动
3、态 显 示 模 块 、 电 源 模 块 、 量程 选 择 模 块 和 报 警 系 统 组 成 。 该 系 统 能 完 成 电 压 量 的 采 集 、 转 换 、 手动 量 程 切 换 、 实 时 显 示 采 集 到 电 压 量 和 声 光 提 示 等 功 能 。 依 据 实 际 的 情 况 还可 以 添 加 自 动 量 程 切 换 功 能 。 本 系 统 成 本 低 廉 ， 功 能 实 用 它 以 可 靠 的 性 能 、便 捷 的 使 用 和 极 低 的 功 耗 特 性 而 获 得 广 阔 的 市 场 前 景 。关 键 词 ： AT89S52 数 码 产 品 LED 动 态 扫 描 转 换 功
4、 能 实 用2引言数字电压表（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。一 、 系 统 方 案 选 择
5、 和 论 证1.1、 设 计 要 求1.1.1 基 本要求：电压 测量 范围 05V ；能用 数码 管显 示电 压值 ；测量 精度达 0.1V；要求 系统 具备 复位 功能 ；自制 直流 稳压 电源 ；系统 具备 自检 功能 。1.1.2 发 挥部分：电压 测量 范围 520V ；同时 采集 8 路信 号分 时显 示；电压 表具备 20V 超量 程报 警功 能；测量 精度 ： 0 5V内可 调可达 0.02V，5 20V 可达0.1V ；电压 表具 备抑 制脉 冲干 扰的 能力 ；尽可 能减 少芯 片的 使用 节约 成本 ；其他 发挥 。1.2、 系 统 基 本 方 案1.2.1 简 易数字电
6、压表系统框图如图 131.2.2主控部分的选择方案 一： 用以AT89 S52为核 心的 单片 机控 制 系统 方案 ，AT89 S52具有 较大 程序存储 空 间 和数 据存 储空 间能 满足 用户 的需 要易 于实 现功 能拓 展， AT89S52内部 置有 ISP 在 线 编程 技 术可以 应用 下载 线直 接连 到计 算机 的并 口相 连就 可烧 写程 序, 可代替市 场 上 专用 的程 序烧 写器 , 既经 济又 实用 ，从 而提 高了 系统 性价 比。方案 二： 用AT89 C51作为 主控 制系 统易 于实 现对 程序 的编 写但 是用 户在 编写 较长 程序 时 ,它 的 程序
7、 存储 空间 和数 据存 储空 间不 能满 足需 求， 且 其 不支持ISP在线 编程 技术 ， 需 要 专用 的烧 写器 来烧 写程 序， 故成 本高 ，进 而降 低了 系统 性价 比。方案三：应 用ICL7107集成芯片 制作 的方案。 ICL7107是一块应用非常广泛的集成电路。 它 包含 3 1/2 位数字A/D转换 器， 可 直 接驱动LED数码 管， 内 部 设有参考 电 压 、 独 立模拟开 关、 逻 辑 控制 、 显 示 驱动 、 自 动 调零 功能 等。 ICL7107是一种 制 作 数字 电压 表典 型的 应用电 路。 由 于 该集 成 芯 片在 使用 上有 一定 的局 限
8、性 ，不 可 编程 故不 能实 现功 能 拓 展， 无 法 满 足作 品的 设 计 要求 故不 可取 。综合 以上 三种 方案 分析 ，采用 AT89S52作为 主控 制系 统， 可以 大大 提高 系统功能 的性能 指 标， 还可 以简 化系 统电 路， 成本 低， 故采 用方 案一 。1.2.3 显示 器的 选择方案 一： 运 用 液晶 显示 器主 要能 显示 大量 的文 字、 数 字 和图 形， 而 且 清晰 化程 度高 ， 成本高 。而 此作 品主 要是 简单 的显 示数 字 ， 故不 采纳方案 二： 运用 点阵 显示 器主 要能 显示 文字 、数 字， 但其 内部 结构 较为 复杂 ，
9、不 易连 接， 故不 使用 它。方案 三： 运 用 数码 管显 示器 显示 数字 比较 直观 ， 且 其 在使 用方 面连 线比 较简 单、 成 本 低 。 综合 各方 面考 虑系 统的 性价 比故 采用 方案 三。1.2.4 A/D 转换 器的选 择方案一：采用双积分A/D转换器MC14433 ，它有多路调制的BCD码输出端和超量程输出端，采用动态扫描显示，便于实现自动控制。但芯片只能完成A/D转换功能，要实现显示功能还需配合其它驱动芯片等，使得整部分硬件电路板布线复杂，加重了电路设计和 实际 焊接 的工 作。4方案二：采用A/D转换 芯片ADC0809 。 ADC0809是一块8路8位模数
10、转换 芯片，将模拟电路和数字电路集成在一个有28个功能端的电路内，包 A/D 转 换 、 逻 辑 控 制 译码驱动等电路， 其转换时间为100S左右，符合作品8路采集要求且电路设计简单，电路 板布 线不 复杂 ，便 于焊 接、 调试 。综上 所述 ， 故采用 方案 二。5二 、 系 统 的 硬 件 设 计 与 实 现2.1系统硬件概述该作 品由 六大 部分 组成 ， 分 别 是主 控模 块、 A/D转换 模块 、 显 示 模块 、 声 光报警模 块 、 量程 选择 模块 ，直 流稳 压电 源模 块。2.2 主 要 单 元 电 路 的 设 计2.2.1 主控 模块数字 电压 表的 控制 模块 采
11、用A T89S52单片 机， AT89S52是D IP-40集成 电路 芯片 ，该 芯 片有4个八 位并 行的 双向I /O口， 分别为 P0、P1 、P2 、 P3 口。 如图 （ 2）示 。20引脚为接地端；40引脚为电源端；31引脚需要接羔电位使单片机选用内部程序存储器；18、19 脚接 上一个 12MHZ 的晶 振为 单片 机提 供时 钟信 号， 第9脚为 复位引脚 ， 单 片 机 只 有满 足 这 些 条件 才能 正常 工作 。 这次 作品 我们在 P0口接 上一 个蜂 鸣器 和一 个发 光 二 极管 ，作 为 声 光报 警。 在 P1 口接 上七 段译 码器 74LS47 来提 供
12、给 LED的显 示， 在 P3口的 P3.2， P3.4， P3.5分别 接上 两 个 按键 开关 和一 个发 光二 极管 起到 手动 切换 通 道 的作 用。图（ 2）62.2.2系统核心部分 闪电存储型器件 AT89S52AT89S52具有下列主要性能：8KB 可改编程序 Flash 存储器（可经受 1000 次的写入/擦除周期）全静态工作：0Hz24MHz三级程序存储器保密1288 字节内部 RAM32 条可编程 I/O 线2 个 16 位定时器/计数器6 个中断源可编程串行通道片内时钟振荡器2.2.3AT89S52 的引脚及功能AT89S52 单片机的管脚说明如上图所示。(1)主要电源
13、引脚VCC 电源端GND 接地端(2)外接晶体引脚 XTAL1 和 XTAL2XTAL1 接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是构成片内振荡器的反相 放大器的输入端。 当 采用外部振荡器时， 该 引脚接收振荡器的信号， 既 把此信号直接 接到内部时钟发生器的输入端。XTAL2 接外部晶体的另一个引脚。在单片机内部，它是上述振荡器的反相放大器的输出端。采用外部振荡器时，此引脚应悬浮不连接。(3)控制或与其它电源复用引脚 RST、ALE/PROG、/PSEN 和/EA/VPPRST 复位输入端。当振荡器运行时， 在 该引脚上出现两个机器周期的高电平 将使单片机复位。ALE/PROG 当访问外部存
14、储器时， ALE（地址锁存允许） 的 输出用于锁存地址的低位字节。 即使不访问外部存储器， ALE 端仍以不变的频率 （此频率为振荡器频 率的1/6） 周期性地出现正脉冲信号。 因 此， 它可用作对外输出的时钟，或 用于定 时 目的 。 然而要注意的是： 每 当访问外部数据存储器时， 将跳过一个 ALE 脉冲。 在对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（/PROG）。 /PSEN 程 序 存 储 允 许 （ /PSEN） 输 出 是 外 部 程 序 存 储 器 的 读 选 通 信 号 。当 AT89S52/LV52 由外部程序存储器取指令 （ 或常数） 时 ， 每 个机器周期两次
15、/PSEN 有效（既输出 2 个脉冲）。 但 在此期间内， 每 当访问外部数据存储器时，这两次有效的 /PSEN 信号将不出现。/EA/VPP 外部访问允许端。 要使CPU只访问外部程序存储器 （地址为 0000HFFFFH）,则 /EA 端必须保持低电平（接到 GND端）。当EA端保持高电平7端口 引脚 兼 用 功 能P3.0 RXD （串 行 输 入口 ）P3.1 TXD （串 行 输 出口 ）P3.2 /INT0 （外 部中断 0）P3.3 /INT1 （外 部中断 1）P3.4 T0 （ 定时器 0 的外 部 输 入）P3.5 T1 （定 时器 1 的外 部输 入）P3.6 /WR （
16、外 部 数 据存 储器 写选 通）P3.7 /RD （外 部 数 据存 储器 读选 通）（接 VS端）时，CPU 则执行内部程序存储器中的程序。(4)输入/输出引脚 P0.0 P0.7、P1.0P1.7、P2.0 P2.7 和 P3.0P3.7P0 端口（P0.0 P0.7） P0 是一个 8 位漏极开路型双向 I/O 端口。作为输出口用时， 每 位能以吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 输入， 对 端口写 1 时， 又 可作高阻抗输入端用。P1 端 口 （ P1.0 P1.7） P1 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O端口。P1的输出缓冲器可驱动 （吸收或输出电流方式） 4 个 T
17、TL 输入。 对端口写 1 时，通 过 内部的上拉电阻把端口拉到高电位， 这 时可用作输入口。 作 输入口时， 因 为有内部的上 拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。P2 端口 （P2.0P2.7 ） P2 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O端口。P2的输出缓冲器可驱动 （吸收或输出电流方式） 4 个 TTL 输入。 对端口写 1 时，通 过 内部的 上 拉 电 阻 把 端 口 拉 到 高 电 位 ， 这 时 可 用 作 输 入 口 。 P2 作输 入 口 使 用时 ， 因 为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。P3 端口（P3.0 P3.7）P3
18、口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL 门电流。 当 P3 口写入“1”后 ， 它 们被内部上拉为高电平， 并用作输入。 作为输入， 由 于外部下拉为低电平， P3 口将输出电流， 这是由于上拉的缘故 。P3 口也可作为 AT89S52 的一些特殊功能，这些特殊功能见表 4-1 表 4-1 P3 端口的特殊功能2.3 显示 模块 2.2.1 显示 模块 芯片 介绍74L S47是一种 BCD输入 ， 开 路 输出的4线 七段 译码 器。 DCBA作为4线输 入，a g 作为七段输出，输出低电平有效。例如，输入D CBA=0011时a,b,c,d,g 等段输
19、出为低电平 ， 输 出显 示 十 进制数 3。 345引脚 为 功 能扩 展端 。 3脚L T是测 试灯 输入端。 作 用 是检查 数 码七 段显 示是 否都 能够 正常 发光 。当 LT=1， BI=1时，七 段显 示部 件全 部点 亮，显示 “日 ”字。译码器正常工作时L T=1。4脚R BI是动态灭灯输入端，作用是将数码管显 示 的 、 不 用的 零熄 灭。 5脚BI/RBO,BI是灭 灯输 入端 ， 当 BI=08时， 不 管 输入 如 何 ， ag均为1，数码管不显示。R BO 是动态灭灯输出端。作用是控制低位灭零信号。若 RBO=1， 说 明 本位 处于 显示 状态 ； 若R BO
20、=0且低 位为 零， 则低位 被熄 灭， 它于 BI组 成线与 关系345引脚 使用 时应 接上 高电 位。 管脚 信息与 LED 连接 如图 （3）所 示图（ 3） L ED 管脚 信息 如图 （4 ）图42.22 显示 模块 的连 接从 图 （ 5） 可 以 观察 到单 片机 P1口低4位连 接一 块七 段译 码器74L S47,由于74L S47是共 阳极 的七 段译 码器 所以 要选 用共 阳极 的数 码管 。 单 片机 P1.0P1.3的输 出信号经过74L S47译码后就可以驱动数码管显示相应的数字，另外在74L S47的输出与数码管之 间还 要接上7个470欧姆 的限 流电 阻，
21、 以防 止有 过大 的电 流流 过时 烧坏 数码 管。P1.4P1.7口接 于四个PN P三极 管的 基极 ， 四 个 三极 管分 别接 于六 个数码管 的 公 共端 ,通过由P1. 4P1.6口的输 出量 来控 制数 码管 的点 亮。 采用 PNP 型的三 极管 来 驱 动数 码管 ,在此 三极 管相 当于 一个 开关 的作 用。 依靠74L S47 七段 译 码 器和 四个PN P三极 管就 可以 实现数码 管的 动态 显示 。92.4 A/D转换 模块A/D转换器用于实现模拟量向数字量的转换，由于模数转换电路的种类很多，选 择A /D的转 换器 件主 要从 速度 、精 度和 价格 方 面
22、 考虑 。目 前最 常用 的是 双积 分式 和逐 次逼 近式A /D转换 器。 双 积 分式A /D转换 器的 优点 是转 换精 度高 ， 抗 干 扰性能好 ， 价格便宜；但转换速度较慢。因此这种转换器主要用于速度要求不高的场合。逐次逼近式A /D转换 器 是 一 种 速度 较快 、精 度较 高的 转换 器， 其转 换时 间大 约在 几微 秒到 微秒之 间 。 该 系统 采 用 的模 数转 换器 芯片为 ADC0809， 该 芯 片为 8 路模拟信 号 的 分时 采集， 片内有8路模 拟 选通 开关 ，以 及相 应的 通道 抵制 锁存 用译 码电路， 其 转 换时 间为100S左右 。2.4.1 ADC0809的 内部逻辑结构ADC0809的内 部逻 辑结 构图 如图 （ 6）所 示图中 多路 开关 可选通8个模 拟通 道， 允许8路模 拟量 分时 输入 ，共 用一个A /D 转换 器进 行 转 换 ， 这 是种 经济 的多 路采 集方 法。 地 址锁 存与 译码 电路 完成对A、 B、 C 3个 地址进 行 锁 存 译 码 ， 其 译 码 输 出 用 于 通 道 选 择 ， 其 转 换 结 果 通 过 三
