基于单片机的数字电压表设计和实现电气工程专业.doc

基于单片机的数字电压表设计 摘 要 数字电压表即Digital Voltage Meter也简称为DVM，它对电子电路进行现场的检测与测量主要用到的是数字化的测量技术，同时还能够把连续的模拟信号转换成不连续、离散的数字信号并且还能够显示出来的一种仪表。由于数字化时代的标准与需求，让我们觉得在生活里常见的指针式电压表的功能单一、精度粗略、抗干扰能力弱，因此我们设计了基于单片机的数字电压表，数字电压表具有功能完备、精度较高、抗干扰能力较强、使用简单等优点，同时还能够和PC之间实时通信。本文中A/D转换器使用了ADC0832主要作用是将连续、离散的电压模拟量转换为不连续的数字量，单片机使用了STC89C52主要作用是对A/D转换器中传输的信号进行处理，同时还对该芯片进行控制，待测量电压范围可扩展为0~9V。 关键词：ADC0832；STC89C52；数字电压表；基于单片机 Abstract Digital voltmeter that is also referred to as Digital Voltmetr DVM, which uses digital measurement technology for inspection and measurement field of electronic circuit, also a meter continuous analog signal into a non continuous, discrete digital signal form to display. Because we in the life of common analog voltage meter single function, precision rough, weak anti-interference ability, can achieve the digital age standards and requirements, so we design a digital voltage meter based on MCU, digital voltage meter has the advantages of complete function, high precision, strong anti-interference ability, easy to use, real-time communication at the same time can also and PC between. In this paper, A/D converter ADC0832 is used in the main role is to be continuous, discrete voltage analog to digital conversion is not continuous, the use of STC89C52 MCU main function is to process the signal transmission in the A/D converter, but also to control the chip to measure the voltage range can be extended to 0~9V. Key words: ADC0832; STC89C52; digital voltmeter; based on SCM 目 录 TOC \o "1-3" \h \z \u 1 前言 1 1.1 设计的基本原理 1 1.2 设计的基本方案 1 2 单片机的总述 2 2.1 单片机的介绍 2 2.2 单片机的特征 2 2.3 单片机的应用 3 3 硬件的设计 3 3.1 单片机的选择 3 3.1.1 STC89C52主要特性 4 3.1.2 STC89C52引脚说明 4 3.1.3 STC89C52内部振荡器的特性 7 3.2 模/数（A/D）转换器的选择 7 3.2.1 ADC0832的主要特性 7 3.2.2 ADC0832引脚说明 8 3.2.3 连接电路 8 3.3 LED数码管介绍 9 3.3.1 数码管电路的设计 10 3.4 电源电路 10 4 软件的设计 11 4.1 初始化子程序 12 4.2 模数转换子程序 12 4.3 用Protel99绘制电路原理图 13 4.4 用Keil C51进行程序编程 13 5.系统焊接与安装应注意的事项 13 参考文献 15 附录1 电路原理图 16 附录2 仿真图 17 附录3 元件清单 18 附录4 源程序 19 谢 辞 27 1 前言 在很多电路参数中，元器件的工作状态、电路特征形式等都是通过电压量表示出来的，因此电压测量是电参量测量的最基本、最常见的测量形式与手段。另外，像温度、压力以及振动等都是将其变为电压量来间接测量出来的，因此可以看出电压测量在这两种参量测量中的重要地位。由此我们可以看出电压测量在测量领域的重要性。随着当今时代的快速发展，我们进入了数字信息时代。市面上出现了各种各样的数码产品，但是单片机却是各种各样数码产品不可或缺的一部分，随着单片机的出现，我国测量仪表控制领域已经开始了一场新的技术革命。单片机其实就是一台电脑，区别于我们所熟知的电脑是因为它是一台微型电脑，麻雀虽小但是五脏俱全，它的内部具有和电脑相似的模块，例如CPU、Ram、Rom、并行总线、输入输出接口等。用程序实现对单片机的控制，为了达到不同的功能和目的我们主要是修改单片机内原来的程序。从这里我们可以看出单片机是非常简单、经济、实用的，同一块单片机只需要修改其程序就可以实现不同的功能这也是单片机在现金广为流传的一种原因。单片机从1971年诞生到现如今，已经经历了三个阶段，分别是SCM、MCU、SOC，它们各自有各自的优缺点，但是都无法改变单片机简单、经济的特点以及在这个时代发挥的作用。我们现在可以在市面上见到的单片有：AVR单片机、Motorola单片机、Micro Chip单片机、8051单片机、NS单片机等。本次设计中使用的是STC89C52单片机，主要作用是将连续的模拟信号转换为不连续、离散的数字信号，以便于使用者能够清晰的读出被测物品的电压值。 1.1 设计的基本原理 本次设计主要是利用单片机来控制模数（A/D）转换器将所测物品的电压显示在数码管上，也就是将连续的模拟量转换成离散、不连续的数字量显示在数码管上，给人一种非常直观的印象。根据单片机中所编写的程序，我们可以很轻松地测量物品的电压捕捉到，然后再通过模数转换器将捕捉到的模拟量转换为数字量，最后将其反馈给LED数码管，这样我们便可以很直观的知道被测物品的电压。本次基于单片机的数字电压表设计既可以简单方便地测量电压又符合我们数字化时代的潮流。 1.2 设计的基本方案 本次设计的主要思路是将单片机、数据转换装置、LED数码管显示模块、开关模块和电源模块等连接起来，软件则主要是通过在单片机中编写程序从而来控制整个系统的运行。首先，需要给单片机加一个电压，然后，对准备好的电压开始测量，其中数据转换装置主要是将模拟的电压信号转变为数字信号，之后，将该信号传送至单片机中通过事先编写好的程序经过一系列的运行与计算最终将所测量的电压值以数字的形式显示在数码管之上。如下图1所示为该系统的主要组成框图。 图1 基于单片的数字电压表基本组成 2 单片机的总述 我们在生活中的各个领域都可以用到计算机，比如在学校的实验室、汽车、航空、电话、传真、视频等。在工业控制领域计算机一般用于对整个系统的控制与检测，我们经常在生活中使用到的带键盘、带鼠标的台式计算机或者笔记本电脑大多用于大型设备的生产和检测过程中，而小型设备的生产与检测过程由于这种计算机体积过大、价格昂贵等一系列缺点则并不适合，所以我们研究出来了单片微型计算机即单片机。 2.1 单片机的介绍 单片机的问世主要归功于微处理器在此之前被研究成功。单片机是新型电子技术发展的产物，归为第四代电子计算机。单片机和计算机及其相似比如CPU、RAM、ROM、定时器/计数器以及I/O电路等计算机所拥有的部件单片机也拥有。 2.2 单片机的特征 （1） 体积小、价钱低廉、容易量产。能够很容易地在各种智能设备中得到应用。 （2） 可靠性相当好，在很多恶劣的环境中它都可以生存下去，能够在-50摄氏度到+150摄氏度范围内工作。 （3） 有很强的控制以及扩展能力。 （4） 可以很轻松地实现多机与分布式控制。 2.3 单片机的应用 现在每一个行业，每一个领域我们都能够或多或少地见到单片机的影子。例如导航装置，计时装置，工业生产中对数据实时检测的装置，还有一些智能仪器、电子玩具等，这些都离不开单片机。另外，在各种大型电器中也能看到单片机的身影。这种模块化应用可以说很完美地将电路体积减小，使电路变简单，使损坏和错误降低，在替换的时候更加容易。这就是单片机在我们现实生活中的应用，几乎出现在我们生活的方方面面。如下图2、3所示，单片机在我们实际生活中应用的举例。 2 汽车导航系统 3 电子血压计 3 硬件的设计 3.1 单片机的选择 每一个关于单片机方面的设计，都涉及到一个问题那就是：单片机芯片的选取问题。当然，本次设计也不例外也涉及到了对单片机芯片的选取，例如:怎么选取单片机芯片、选取何种单片机芯片等等。现如今市面上的单片机种类可以说是多种多样，比如有通用型和专用型单片机，其中专用型的单片机实用领域相当窄小，只能被特定的商品所实用，也就是说这种类型的单片机在出场时内部程序就被设置为无法修改，我们在以后的使用过程中不能再对其内部的程序进行修改，这一类型的单片机制造成本一般较低，与之相反的是通用型单片机在使用的过程中我们随时可以对其内部的程序进行修改使之实现不同的功能，这一类型的单片机用途较为广泛，生产成本相对专用型单片机也相对比较高。另外通用型单片机又按照它们数据总线的宽度差异又有很多种类型，它们之间的区别主要体现在运算速度的快慢之上，例如计算（200+300）如果使用8位单片机则需要完成两次8位加法运算才能够整合，因为2的8次方等于256，然而8位单片机处理一次最大才是255，所以需要两次才能完成。但是如果使用16位单片机的话则只需要一次即可完成，根据上述原理我们可以知道2的16次方等于65536远远大于（200+300）这个数值，因此只需要一次即可完成运算。考虑到本次设计方方面面的因素可以发现8位单片机应经能够完全满足本次设计的需求。现在，在8位单片机中我们使用最多的就是intel的51系列的单片机，51单片机主要有以下特点： 1. 为了方便人们携带，51单片机的体积设置较为小巧。 2. 为了提高51单片机的可靠性，单片机的集成度相对较高。 3. 控制能力和扩展性能都非常好，很容易构成各种我们想要的应用系统。 4. 在供电的时候不需要另外再接直流电源，只需要用USB线直接连接到电脑接口上即可。 5. 按位处理是51系列的特色所以也被唤作位处理器。 6. 在价格方面51系列单片机相对AVR、PIC等系列单片机较低。 所以本次设计使用的是51系列中的STC89C52单片机，STC89C52单片机继承了51单片机的所有优点，同时STC89C52单片机还拥有自己独一无二的优点，例如： 1. STC89C52单片机内部带一个8K的FPEROM的存储器 2. STC89C52通过内部的高增益反向放大器来实现单片机的时钟电路 在本次设计中数据存储、程序运行和硬件设备、电路的连接都要靠单片机来实现。一方面，将A/D转换器、LED数码管、蜂鸣器等硬件设备连接起来，另一方面，单片机通过其内部编写进去的程序实现对整个设计的输入、输出信号进行控制、传输、检测等功能。 3.1.1 STC89C52主要特性 （1