数字电压表头的设计与制作毕业设计.pdf

1/45摘摘要要本课题是利用单片机设计一个数字电压表，能够测量 025V 之间的直流电压值，四位数码管显示。外界电压模拟量输入到 A/D 转换部分的输入端，通过ADC0832 转换变为数字信号，输送给单片机。然后由单片机给数码管数字信号，控制其发光，从而显示数字该系统以 STC89C52 单片机做为主控芯片，由单片机最小系统、ADC 电压采集模块、数码管显示模块、按键模块和电源模块组成。LM7805 稳压芯片，使得测量电压非常稳定。外部测量和内部测量可以通过两个按键切换。该系统的数字电压表电路简单,并在四位 LED 数码管上显示电压值。所用的元件较少,成本低,调节工作可实现自动化。关键字：关键字：单片机；STC89C52;数字电压表；ADC0832，四位数码管。2/45目录摘要.1第 1 章引言.11.1设计概述.11.2设计目标与意义.21.3章节安排.3第 2 章方案论证与选型.42.1设计任务分析.42.2方案论证与选择.42.2.1方案一.42.2.2方案二.42.3方案确定.5第 3 章硬件电路设计.63.1原理分析.63.2数字电压表电路总体框图.63.3主控制模块.63.3.1STC89C52 单片机主要特性.73.3.2主控制模块.103.3.3时钟电路的设计.113.3.4 复位电路的设计.123.4ADC0832 模数转换器模块.123.4.1ADC0832 与单片机的接口电路.153.5按键电路设计.153.6数码管显示电路设计.153.7电源电路设计.163.8原理图.173.9万能板布局布线.17第 4 章软件设计.204.1软件总体设计.204.2软件模块说明.214.2.1显示子程序模块说明.214.2.2A/D 转换子程序.224.3小结.24第 5 章产品调试.255.1调试的设备.255.2调试步骤.255.3故障分析.255.4调试结果.26第 6 章产品使用说明.276.1功能描述.273/456.2使用说明.27第 7 章心得体会.29致谢.30参 考 文 献.31附 录.32张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书1第 1 章引引言言1.11.1设计概述设计概述数字电压表(简写为 DVM)就是在精密电测量技术、计算技术、自动化技术和电子技术的基础上产生和发展起来的。数字式仪表是能把连续的被测量自动地变成断续的、用数字编码方式的、并以十进制数字自动显示测量结果的一种测量仪表。这是一种新型仪表，它把电子技术、计算技术、自动化技术的成果与精密电测量技术密切的结合在一起。成为仪器、仪表领域中独立而完整的一个分支。数字电压表是通用仪器中使用较广泛的一种测试仪器，很多电量或非电量经变化后都用可数字电压表完成测试。因此，数字电压表被广泛地应用于科研和生产测试中。本文将介绍一种以单片机为核心的电压测量仪表，它能够测量电压量，能够自动进行量程选择，并且测量结果能够通过数码管显示，从而具有一定的智能性。回顾一下电压表的发展过程，大致可分为以下三个阶段:数字化阶段。5060 年代中期，电压表的特点是运用各种原理实现模数(AD)转换即将模拟量转化成数字量，从而实现测量仪表的数字化。高准确度阶段。由于精密电测量的需要，电压表开始向高准确度、高位数方向发展，出现了所谓复合型原理的仪表。智能化阶段。60 年代末期，电子技术和工艺结构有了飞跃的发展，而大规模集成电路(LSI)与计算机技术相结合的产物是微处理器(简写为P)。1972 年，美国 Intel 公司首创微处理器，不久即研制出微处理器式数字电压表，实现了电压表数据处理自动化和可编程序。因为带有存贮器并使用软件，所以可进行信息处理，可通过标准接口组成自动测试系统(简写为 ATS)。这些仪表除了完成原有电压表的各种功能外，还能够自校、自检，保证了自动测量的高准确度，实现了仪器、仪表的所谓“智能化”。当前，智能表发展十分迅速，而微处理式电压表在智能仪表中占的比重最大。智能化的电压表为实现各种物理量的动态测量提供了可能。智能化数字电压表有以下几个突出的本领：可以程序控制利用事先编好的程序，可以让数字仪表自动按程序进行操作。在测量时可以按程序完成自动校准、自动调零、自选量程，然后进行自动测量。测量得到的数据又可以按程序进行自动计算、自动判断后进行自动调节和自动控制，并把数据按要求送往数据处理中心。在测量系统发生故障时或者利用测量的间隙，它又有自动诊断、自动排除故障的能力。所有这些工作又都是严格地按规定好的程序自动进行，不需要人的干预。人在做测量工作时还可能因为精神张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书2因素引入各种人为的误差甚至造成重大失误，而这种自动测量却可以二十四小时不停地工作，且出错概率小。有自校和自动修正误差的能力数字电压表的突出优点是准确度高，但为了取得高准确度，数字电压表也付出了很高的代价：不得不使用一些高精度、高稳定度的元器件和使用各种复杂的电路。数字电压表智能化以后，由于它有记忆、判断、运算和贮存数据的功能，因此它可以在测量的间隙中，自动对工作条件(如温度、湿度气压、频率等)的变化按给定的关系式进行计算，求出修正值。再根据误差理论按编好的程序对测得的一系列数据自动进行计算并求出整个测量系统的误差，最后把它存进存贮器。在下一个测量周期内，智能电压表能从测得的结果中自动地扣除这个系统误差。这样，就可以不再使用那些复杂的电路和高精度、高稳定度的元器件而同样可以得到很高的测量准确度。再加上双积分电路可以集成化，于是使得智能化的数字电压表体积缩小、结构简化、成本降低，而质量仍很高，这对提高数字电压表的准确度和推动数字仪表的普及是极有利的。自动变换数据由于智能化仪表有运算功能，因此它能测量一些简单的数据，通过推算的办法，求出一些复杂或难以测量的数据来。例如我们可以从测量的电容量 c 或电感量 L 通过关系式求出 Q 值、频率、周期、波形等等。这对简化测量方法是很有用的。有自检、自我修复能力智能电压表可以按程序对仪表进行自检，如果发现了故障还可以立即转入自我修复程序，自动找出故障并修复。有些不允许停止控制的仪表(炼钢护、化工反应炉、飞行器等)，可以把关键部分的备件放进仪表内，当自检时发现故障后，它会立即自动转换到备用电路上工作，保证控制不间断。由于智能仪表的这些优点，从上世纪七十年代末开始，各国的数字仪表已转向智能化仪表生产。进入八十年代后，除了普及型的数字电压表外，高档的数字电压表都已改为带微处理器的数字电压表。1.21.2设计目标与意义设计目标与意义(一)研究的目标：随着我国现代化建设的发展，电子检测产品日新月异，特别是单片机的出现，正在引起测量控制仪表领域的新的技术革命。数字电压表则利用单片机技术结合A/D转换芯片，把连续的模拟量转换成不连续、离散的数字形式并加以显示仪表。目前，有各种单片机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，示出了强大的生命力。(二)研究的意义：张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书3基于在对单片机研究的基础上，本文提出了一种以 STC89C52 为核心构成数字电压表的看法 STC89C52 是鸿金公司生产的低电压、高性能 8 位单片机，片内含 2KB 的可反复擦写的只读程序存储器 128 bytes 的随机存储数据存储器（RAM），器件采用高密度，非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS-51 指令系统，片内置通用中央处理器和 flash 存储单元。因此，在此基础上进行了数字电压表的工作，给出数字电表的软件和硬件的设计。考虑到存在的各种干扰对系统的影响，从软件和硬件设计方面进行分析，采用相应的措施以增强系统的抗干扰能力。1.31.3章节安排章节安排本设计报告大致可分为三大部分：第一部分包含第一章和第二章；第二部分包含第三章至第五章，第三部分第七章。本文第一章是引言，介绍了毕业设计数字电压表的发展历史，数字电压表的作用和数字电压表的必要性。第二章列举了毕业设计中供电模块、定时整形显示模块、传感器可选择的几个方案，并从中选择了相对优秀并实用的方案，并根据此方案完成了毕业设计成品，和毕业论文。第三章是毕业设计的硬件设计，主控模块，包括原理图等。第四章是毕业设计的仿真电路。第五章是毕业设计的整体的调试和调试的结果。第六章是毕业设计成品简单的使用说明。七章是本人对于这次做毕业设计的心得体会。本设计报告大致可分为 3 部分：第一部包含第一章至第三章，给出引言、方案论证与选择、硬件电路设计；第二部分包含第四章至第六章，给出软件设计、产品调试、产品使用说明；第三部分包括第七章，是对设计成果的总结及心得体会。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书4第第 2 2 章章方案论证与选型方案论证与选型2.12.1设计任务分析设计任务分析本课题设计的是数字电压表，为了完成设计要求，我们需要采用单片机；STC89C52；ADC0832，四位数码管。2.22.2方案论证与选择方案论证与选择经过对设计任务的分析，我们设计了两套方案可以完成设计要求，如下：2.2.1 方案一采用 5V 蓄电池为系统供电。蓄电池具有较强的电流驱动能力以及稳定的电压输出性能。但是蓄电池的体积过于庞大，在使用极为不方便。因此我们放弃了此方案。采用可编程逻辑器件 CPLD 作为控制器。CPLD 可以实现各种复杂的逻辑功能、规模大、密度高、体积小、稳定性高、IO 资源丰富、易于进行功能扩展。采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模控制系统的控制核心。但本系统不需要复杂的逻辑功能，对数据的处理速度的要求也不是非常高。且从使用及经济的角度考虑我们放弃了此方案。采用矩阵式键盘，此类键盘采用矩阵式行列扫描方式，优点是当按键较多时可降低占用单片机的 I/O 口数目，缺点为电路复杂且会加大编程难度。采用 LCD 液晶进行显示。LCD 由于其显示清晰，显示内容丰富、清晰，显示信息量大，使用方便，显示快速而得到了广泛的应用。单对于此系统我们不需要显示丰富的内容，而且 LCD 液晶价格贵，因此我们放弃了此方案。2.2.2 方案二采用 6 节 1.5 V 干电池共 9V 做电源，经过 LM7805 的电压变换后为单片机，传感器供电。经过实验验证系统工作时，单片机、传感器的工作电压稳定能够满足系统的要求，而且电池更换方便。采用 STC89C52 单片机作为整个系统的核心，用其控制水温测量控制系统，以实现其既定的性能指标。充分分析我们的系统，其关键在于实现水温的自动控张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书5制，而在这一点上，单片机就显现出来它的优势控制简单、方便、快捷。这样一来，单片机就可以充分发挥其资源丰富、有较为强大的控制功能及可位寻址操作功能、价格低廉等优点。STC89C52 单片机具有功能强大的位操作指令，I/O口均可按位寻址，程序空间多达 8K，对于本设计也绰绰有余，更可贵的是STC89C52 单片机价格非常低廉。采用独立式按键电路，每个按键单独占有一根 I/O 接口线,每个 I/O 口的工作状态互不影响，此类键盘采用端口直接扫描方式。缺点为当按键较多时占用单片机的 I/O 口数目较多，优点为电路设计简单，且编程相对比较容易。采用数码管进行显示。数码管由于显示速度快，使用简单，显示效果简洁明了而得到了广泛应用。2.32.3 方案确定方案确定经过反复比较论证后决定，采用方案二。因为方案二中的干电池更换方便；单片机操作方便，快捷，价格低廉；独立按键设计方便，可单独对每个 I/O 口工作，相对简单；数码管显示速度快，成本低，应用方便使用简单，而且我对于方案二中所用到的元器件更熟悉，且对于功能的实现更容易，所以决定选用方案二实现本设计。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书6第第 3 3 章章硬件电路设计硬件电路设计3.13.1原理分析原理分析使用单片机 AT89C52 和 ADC0832 设计一个数字电压表，能够测量 025V 之间的直流电压值，两位数码显示。在单片机的作用下，能监测两路的输入电压值，用 8 位串行 A/D 转换器，8 位分辨率，逐次逼近型，基准电压为 5V；能用两位LED 进行轮流显示或单路选择显示，显示精度 0.1 伏。3.23.2数字电压表电路总体框图数字电压表电路总体框图数字电压表电路结构总体框图如（图 3-1）所示：图 3-1 数字电压表总体框图3.33.3主控制模块主控制模块主控模块模块在整个系统中起着统筹的作用，需要检测键盘，温度传感器等各种参数，同时驱动液晶显示相关参数，在这里我们选用了 51 系列单片机中的STC89C52 单片机作为系统的主控芯片。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书751系列单片机最初是由Intel 公司开发设计的，但后来Intel 公司把51 核的设计方案卖给了几家大的电子设计生产商，譬如 SST、Philip、Atmel 等大公司。因此市面上出现了各式各样的均以 51 为内核的单片机。这些各大电子生产商推出的单片机都兼容 51 指令、并在 51 的基础上扩展一些功能而内部结构是与 51 一致的。STC89C52 有 40 个引脚，4 个 8 位并行 I/O 口，1 个全双工异步串行口，同时内含 5 个中断源，2 个优先级，2 个 16 位定时/计数器。STC89C52 的存储器系统由 4K 的程序存储器(掩膜 ROM)，和 128B 的数据存储器(RAM)组成。STC89C52 单片机的基本组成框图见图 3-2。图 3-2 STC89C52 单片机结构图3.3.1 STC89C52 单片机主要特性1.一个 8 位的微处理器(CPU)。2.片内数据存储器 RAM(128B)，用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据等，SST89 系列单片机最多提供 1K 的 RAM。3.片内程序存储器 ROM(4KB)，用以存放程序、一些原始数据和表格。但也有一些单片机内部不带 ROM/EPROM，如 8031，8032，80C31 等。目前单片机的发展趋势是将 RAM 和 ROM 都集成在单片机里面，这样既方便了用户进行设计又提高了系统的抗干扰性。SST 公司推出的 89 系列单片机分别集成了 16K、32K、64KFlash 存储器，可供用户根据需要选用。4.四个 8 位并行 IO 接口 P0P3，每个口既可以用作输入，也可以用作输出。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书85.两个定时器计数器，每个定时器计数器都可以设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制。为方便设计串行通信，目前的 52 系列单片机都会提供 3 个16 位定时器/计数器。6.五个中断源的中断控制系统。7.一个全双工 UART(通用异步接收发送器)的串行 IO 口，用于实现单片机之间或单机与微机之间的串行通信。8.片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接。最高允许振荡频率为 12MHz。图 3-3 STC89C52 单片机管脚图部分引脚说明：1.时钟电路引脚 XTAL1 和 XTAL2：XTAL2(18 脚)：接外部晶体和微调电容的一端；片内它是振荡电路反相放大器的输出端，振荡电路的频率就是晶体固有频率。若需采用外部时钟电路时，该引脚输入外部时钟脉冲。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书9要检查振荡电路是否正常工作，可用示波器查看 XTAL2 端是否有脉冲信号输出。XTAL1(19 脚)：接外部晶体和微调电容的另一端；在片内它是振荡电路反相放大器的输入端。在采用外部时钟时，该引脚必须接地。2.控制信号引脚 RST,ALE,PSEN 和 EA：RST/VPD(9 脚)：RST 是复位信号输入端，高电平有效。当此输入端保持备用电源的输入端。当主电源 Vcc 发生故障，降低到低电平规定值时，将5V 电源自动两个机器周期(24 个时钟振荡周期)的高电平时，就可以完成复位操作。RST 引脚的第二功能是 VPD,即接入 RST 端，为 RAM 提供备用电源，以保证存储在 RAM 中的信息不丢失，从而合复位后能继续正常运行。ALE/PROG(30 脚)：地址锁存允许信号端。当 8051 上电正常工作后，ALE 引脚不断向外输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率 fOSC 的 1/6。CPU 访问片外存储器时，ALE 输出信号作为锁存低 8 位地址的控制信号。平时不访问片外存储器时，ALE 端也以振荡频率的 1/6 固定输出正脉冲，因而 ALE 信号可以用作对外输出时钟或定时信号。如果想确定 8051/8031 芯片的好坏，可用示波器查看 ALE 端是否有脉冲信号输出。如有脉冲信号输出，则8051/8031 基本上是好的。ALE 端的负载驱动能力为 8 个 LS 型 TTL(低功耗甚高速 TTL)负载。此引脚的第二功能 PROG 在对片内带有 4KB EPROM 的 8751 编程写入(固化程序)时，作为编程脉冲输入端。PSEN(29 脚)：程序存储允许输出信号端。在访问片外程序存储器时，此端定时输出负脉冲作为读片外存储器的选通信号。此引肢接 EPROM 的 OE 端(见后面几章任何一个小系统硬件图)。PSEN 端有效，即允许读出 EPROMROM 中的指令码。PSEN 端同样可驱动 8 个 LS 型 TTL 负载。要检查一个 8051/8031 小系统上电后 CPU 能否正常到 EPROMROM 中读取指令码，也可用示波器看 PSEN 端有无脉冲输出。如有则说明基本上工作正常。EA/Vpp(31 脚)：外部程序存储器地址允许输入端/固化编程电压输入端。当EA 引脚接高电平时，CPU 只访问片内 EPROM/ROM 并执行内部程序存储器中的指令，但当 PC(程序计数器)的值超过 0FFFH(对 8751/8051 为 4K)时，将自动转去执行片外程序存储器内的程序。当输入信号 EA 引脚接低电平(接地)时，CPU 只访问外部 EPROM/ROM 并执行外部程序存储器中的指令，而不管是否有片内程序存储器。对于无片内 ROM 的 8031 或 8032,需外扩 EPROM，此时必须将 EA 引脚接地。此引脚的第二功能是 Vpp 是对 8751 片内 EPROM 固化编程时，作为施加较高编程电压(一般 12V21V)的输入端。3.输入/输出端口 P0/P1/P2/P3：P0 口(P0.0P0.7，3932 脚)：P0 口是一个漏极开路的 8 位准双向 I/O 口。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书10作为漏极开路的输出端口，每位能驱动 8 个 LS 型 TTL 负载。当 P0 口作为输入口使用时，应先向口锁存器(地址 80H)写入全 1,此时 P0 口的全部引脚浮空，可作为高阻抗输入。作输入口使用时要先写 1,这就是准双向口的含义。在 CPU 访问片外存储器时，P0 口分时提供低 8 位地址和 8 位数据的复用总线。在此期间，P0 口内部上拉电阻有效。P1 口(P1.0P1.7，18 脚)：P1 口是一个带内部上拉电阻的 8 位准双向 I/O口。P1 口每位能驱动 4 个 LS 型 TTL 负载。在 P1 口作为输入口使用时，应先向P1 口锁存地址(90H)写入全 1,此时 P1 口引脚由内部上拉电阻拉成高电平。P2 口(P2.0P2.7，2128 脚)：P2 口是一个带内部上拉电阻的 8 位准双向I/O 口。P 口每位能驱动 4 个 LS 型 TTL 负载。在访问片外 EPROM/RAM 时，它输出高 8 位地址。P3 口(P3.0P3.7，1017 脚)：P3 口是一个带内部上拉电阻的 8 位准双向I/O 口。P3 口每位能驱动 4 个 LS 型 TTL 负载。P3 口与其它 I/O 端口有很大的区别，它的每个引脚都有第二功能，如下：P3.0：(RXD)串行数据接收。P3.1：(RXD)串行数据发送。P3.2：(INT0#)外部中断 0 输入。P3.3：(INT1#)外部中断 1 输入。P3.4：(T0)定时/计数器 0 的外部计数输入。P3.5：(T1)定时/计数器 1 的外部计数输入。P3.6：(WR#)外部数据存储器写选通。P3.7：(RD#)外部数据存储器读选通。3.3.23.3.2主控制模块主控制模块主控制最系统电路如图3-4所示。单片机最小系统包括单片机、复位电路、时钟电路构成。STC89C52 单片机的工作电压范围：4V-5.5V,所以通常给单片机外界 5V 直流电源。连接方式为单片机中的 40 脚 VCC 接正极 5V，而 20 脚 VSS 接电源地端。复位电路就是确定单片机的工作起始状态，完成单片机的启动过程。单片机接通电源时产生复位信号，完成单片机启动确定单片机起始工作状态。当单片机系统在运行中，受到外界环境干扰出现程序跑飞的时候，按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。一般有上电自动复位和外部按键手动复位，单片机在时钟电路工作以后，在 RESET 端持续给出 2 个机器周期的高电平时就可以完成复位操作。本设计采用的是外部手动按键复位电路，需要接上上拉电阻来提高输出高电平的值。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书11时钟电路好比单片机的心脏，它控制着单片机的工作节奏。时钟电路就是振荡电路，是向单片机提供一个正弦波信号作为基准，决定单片机的执行速度。XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出，该反向放大器可以配置为片内振荡器。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2 应不接。因为一个机器周期含有 6个状态周期，而每个状态周期为 2 个振荡周期，所以一个机器周期共有 12 个振荡周期，如果外接石英晶体振荡器的振荡频率为 12MHZ，一个振荡周期为 1/12us。图 3-4 最小系统电路3.3.33.3.3时钟电路的设计时钟电路的设计XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。因为一个机器周期含有 6 个状态周期，而每个状态周期为 2 个振荡周期，所以一个机器周期共有 12 个振荡周期，如果外接石英晶体振荡器的振荡频率为12MHZ，一个振荡周期为 1/12us，故而一个机器周期为 1us。如图 3-5 所示为时钟电路。图 3-5 时钟电路图张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书123.3.43.3.4 复位复位电路的设计电路的设计复位方法一般有上电自动复位和外部按键手动复位，单片机在时钟电路工作以后,在 RESET 端持续给出 2 个机器周期的高电平时就可以完成复位操作。例如使用晶振频率为 12MHz 时，则复位信号持续时间应不小于 2us。本设计采用的是自动复位电路。如图 3-6 示为复位电路。图 3-6 复位电路图3.43.4ADC0832ADC0832 模数转换器模数转换器模块模块ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种 8 位分辨率、双通道 A/D 转换芯片。由于它体积小，兼容性强，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。学习并使用 ADC0832 可是使我们了解 A/D 转换器的原理，有助于我们单片机技术水平的提高。ADC0832 具有以下特点：8 位分辨率；双通道 A/D 转换 输入输出电平与 TTL/CMOS 相兼容 5V 电源供电时输入电压在 0-5V 之间 工作频率为 250KHZ，转换时间为 32S 一般功耗仅为 15mW 8P、14PDIP（双列直插）、PICC 多种封装商用级芯片温宽为 0C +70C，工业级芯片温宽为-40C +85C芯片顶视图：张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书13图 3-7芯片顶视图芯片接口说明：CS_ 片选使能，低电平芯片使能。CH0 模拟输入通道 0，或作为 IN+/-使用。CH1 模拟输入通道 1，或作为 IN+/-使用。GND 芯片参考 0 电位（地）。DI 数据信号输入，选择通道控制。DO 数据信号输出，转换数据输出。CLK 芯片时钟输入。Vcc/REF 电源输入及参考电压输入（复用）。ADC0832 与单片机的接口电路：图 3-8 模数转换电路ADC0832 为 8 位分辨率 A/D 转换芯片，其最高分辨可达 256 级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在 05V 之间。芯片转换时间仅为 32S，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过 DI 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。单片机对 ADC0832 的控制原理：正常情况下 ADC0832 与单片机的接口应为 4 条数据线，分别是 CS、CLK、DO、DI。但由于 DO 端与 DI 端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书14以电路设计时可以将 DO 和 DI 并联在一根数据线上使用。当 ADC0832 未工作时其 CS 输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK 和 DO/DI 的电平可任意。当要进行 A/D 转换时，须先将 CS 使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端 CLK 输入时钟脉冲，DO/DI 端则使用 DI 端输入通道功能选择的数据信号。在第 1 个时钟脉冲的下沉之前 DI 端必须是高电平，表示启始信号。在第 2、3 个脉冲下沉之前 DI 端应输入 2 位数据用于选择通道功能。当此 2 位数据为“1”、“0”时，只对 CH0 进行单通道转换。当 2 位数据为“1”、“1”时，只对 CH1 进行单通道转换。当 2位数据为“0”、“0”时，将 CH0 作为正输入端 IN+，CH1 作为负输入端 IN-进行输入。当 2 位数据为“0”、“1”时，将 CH0 作为负输入端 IN-，CH1 作为正输入端 IN+进行输入。到第 3 个脉冲的下沉之后 DI 端的输入电平就失去输入作用，此后 DO/DI 端则开始利用数据输出 DO 进行转换数据的读取。从第 4 个脉冲下沉开始由 DO 端输出转换数据最高位 DATA7，随后每一个脉冲下沉 DO 端输出下一位数据。直到第 11 个脉冲时发出最低位数据 DATA0，一个字节的数据输出完成。也正是从此位开始输出下一个相反字节的数据，即从第 11 个字节的下沉输出 DATD0。随后输出 8 位数据，到第 19 个脉冲时数据输出完成，也标志着一次A/D 转换的结束。最后将 CS 置高电平禁用芯片，直接将转换后的数据进行处理。ADC0832 时序图：图 3-9 ADC0832 时序图作为单通道模拟信号输入时ADC0832的输入电压是05V且8位分辨率时的电压精度为 19.53mV。如果作为由 IN+与 IN-输入的输入时，可是将电压值设定在某一个较大范围之内，从而提高转换的宽度。但值得注意的是，在进行 IN+与IN-的输入时，如果 IN-的电压大于 IN+的电压则转换后的数据结果始终为 00H。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书153.4.1ADC0832 与单片机的接口电路ADC0832模数转换器与STC89C52单片机的接口电路如图3-10所示,其中P1是外部检测电压的接口，接在 ADC0832 的通道 1 接口，检测外部电压。RP1 是 10K的电位器，通过螺丝刀可以调节电位器的电压，接在 ADC0832 的通道 0 的接口。图 3-10 单片机的接口电路3.53.5按键按键电路设计电路设计简易电压表系统由两个按键，分别是检测内部电压和外部电压的切换。具体电路图如图 3-11 所示：图 3-113.63.6数码管显示电路设计数码管显示电路设计显示电路采用四位数码管显示，被测电压经过 A/D 转换器和单片机之后产生显示码，然后通过 R9-R12 电阻，再通过 Q1-Q4 三极管，送到数码管显示。三极管的作用就是驱动数码管显示，因为只有单片机无法使数码管显示。显示电路如图 3-12 所示：张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书16图 3-12 数码管显示电路3.73.7电源电路设计电源电路设计简易电压表系统采用 6 节 1.5 V 干电池共 9V 做电源，经过实验验证系统工作时，单片机、传感器的工作电压稳定能够满足系统的要求，而且电池更换方便。电源接口电路如图 3-13 所示，其中 P2 为电池接口，SW1 为电源开关，R14 为二极管的限流电阻，D1 为电源指示灯。图 3-13 电源部分电路图张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书173.83.8原理图原理图P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST9P3.0(RXD)10P3.1(TXD)11P3.2(INT0)12P3.3(INT1)13P3.4(T0)14P3.5(T1)15P3.6(WR)16P3.7(RD)17XTAL218XTAL119GND20(A8)P2.021(A9)P2.122(A10)P2.223(A11)P2.324(A12)P2.425(A13)P2.526(A14)P2.627(A15)P2.728PSEN29ALE/PROG30EA/VPP31(AD7)P0.732(AD6)P0.633(AD5)P0.534(AD4)P0.435(AD3)P0.336(AD2)P0.237(AD1)P0.138(AD0)P0.039VCC40U1AT89C51Y112MHzC230C330e1d2dp3c4g5S46b7S38S29f10a11S112U44-LEDVCCR1410KAAFFBBEEDDdpdpCCGGS4S3S2S1VCCVCC+C110uFR92.2KR102.2KR112.2KR122.2KbceQ19012bceQ49012bceQ29012bceQ39012S1S2S3S41234K1112233445566S1自锁开关CS1CH02CH13GND4DI5DO6CLK7Vcc.Vref8U3ADC083212P1表笔123456789RP1103C4104+C7220UF两个电池盒串联输入C6104+C5100UFIN12OUT3U2780512J14.5vVCCVCCRT1103VCC12J24.5v图 3-143.93.9万能板布局布线万能板布局布线遵循先难后易，先大后小的原则。根据要求将所有有定位要求的元件固定并锁定。再参考原理图根据信号流向规律，放置其他元件。布局保障总的连线尽可能的短。按照均匀分布，重心平衡，版面美观的标准来优化布局。相同结构电路部分尽可能采取对称布局。同类元件尽可能在 X 或 Y 方向上一致，以便于生产和调试。元件的放置要便于调试和维修，大元件边上不能放置小元件，需要调试的原件周围应有足够的空间。发热元件应有足够的空间以利于散热。使用同一种电源的元件应考虑尽量放在一起，以便于将来的电源分割。集成电路的去耦电容应尽量靠近芯片的电源脚，使之与电源和地之间形成张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书18回路最短。旁路电容应均匀分布在集成电路周围。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书19张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书20第第 4 4 章章软件设计软件设计4.14.1软件总体设计软件总体设计为了实现系统功能，软件采用了模块化的设计方法，整个系统由三个部分组成。系统软件的总体框架，主程序采用死循环结构，在其中调用了两个子程序，为 AD 转换子程序，动态显示子程序，首先，单片机片选 A/D 转换器，然后发出信号启动 A/D 转换。若有，即启动信号采集，对 A/D 转换器的数据输出口送来的数值进行存储，数据处理完之后，将电压数值送到数码管示出来。程序总体流程图如图 4-1 所示：图 4-1 总体流程图张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书214.24.2软件模块说明软件模块说明4.2.1 显示子程序模块说明显示模块实现系统所要求的显示功能，显示子程序流程图如下（图 4-2）所示：图 4-2数码管显示子程序如下：void display(void)P0=tabdis0;P2=0 xfe;/11011111delay(1);P2=0 xff;P0=tabdis1;DIAN=0;P2=0 xfb;/10111111delay(1);张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书22P2=0 xff;P0=tabdis2;P2=0 xef;/01111111delay(1);P2=0 xff;P0=tab10;P2=0 xbf;delay(1);P2=0 xff;4.2.2 A/D 转换子程序A/D 转换子程序用来控制对输入的模块电压信号的采集测量，并将对应的数值存入相应的内存单元，其转换流程图如图 4-3 所示。图 4-3 转换流程图A/D转换子程序如下：unsigned char adc0832(unsigned char CH)unsigned char i,test,adval;adval=0 x00;test=0 x00;张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书23Clk=0;/初始化DATI=1;_nop_();CS=0;_nop_();Clk=1;_nop_();if(CH=0 x00)/通道选择Clk=0;DATI=1;/通道0的第一位_nop_();Clk=1;_nop_();Clk=0;DATI=0;/通道0的第二位_nop_();Clk=1;_nop_();elseClk=0;DATI=1;/通道1的第一位_nop_();Clk=1;_nop_();Clk=0;DATI=1;/通道1的第二位_nop_();Clk=1;_nop_();Clk=0;DATI=1;for(i=0;i 8;i+)/读取前8位的值_nop_();adval=1;Clk=1;_nop_();张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书24Clk=0;if(DATO)adval|=0 x01;elseadval|=0 x00;for(i=0;i=1;if(DATO)test|=0 x80;elsetest|=0 x00;_nop_();Clk=1;_nop_();Clk=0;if(adval=test)/比较前8位与后8位的值，如果不相同舍去。若一直出现显示为零，请将该行去掉dat=test;nop_();CS=1;/释放ADC0832DATO=1;Clk=1;return dat;4.34.3小结小结主程序采用死循环结构，在其中调用了两个子程序，为 AD 转换子程序，数码管显示子程序。整个程序先由单片机片选 A/D 转换器，然后发出信号启动 A/D转换。在信号采集之后，单片机对 A/D 转换器的数据输出口送来的数值进行存储，然后将数据处理，然后将处理之后的电压数值送到数码管示出来。每个子程序都有自己的功能。A/D 转换子程序是用来控制对输入的模块电压信号的采集测量，并将对应的数值存入相应的内存单元。数码管显示子程序用来控制数码管显示 A/D 转换器和单片机 STC89C52 处理完之后的电压值。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书25第第 5 5 章章产品调试产品调试5.15.1调试的设备调试的设备名称型号数量万用表UT300一块可调电源MODEI一台一字螺丝刀一个杜邦线若干鳄鱼夹两个5.25.2调试步骤调试步骤测试时先使用万用表测试可调电源的电压作为被测电压的真实值。然后再使用数字电压表测量可调电源。当测量结果不准确时，可以使用一字螺丝刀调节电位器使数字电压表的测量结果更准确。具体的调试过程：具体的调试过程：（1）使用一字螺丝刀调节电位器。（2）然后按下按键使数字电压表重新测量结果。（3）然后观察测量结果与被测电压的真实值的误差。（4）根据误差的大小选择适当的幅度调节电位器。（5）当误差小于 5%时误差属于可以的范围。5.35.3故障分析故障分析数字电压表的调试过程中遇到的主要问题及分析解决:故障一：1.数码管都不亮。原因一：数码管不亮是三极管焊错了。解决方法：更换三极管 9012。原