湖北理工学院 毕业设计（论文）摘 要本论文介绍了一种基于单片机的简易数字电压表的设计。该设计主要由三个模块组成：A/D转换模块，数据处理模块及显示模块。A/D转换主要由芯片ADC0809来完成，它负责把采集到的模拟量转换为相应的数字量在传送到数据处理模块。数据处理则由芯片STC89C52来完成，其负责把ADC0809传送来的数字量经过一定的数据处理，产生相应的显示码送到显示模块进行显示；此外,它还控制着ADC0809芯片工作。该系统的数字电压表电路简单，所用的元件较少，成本低，且测量精度和可靠性较高。此数字电压表可以测量0-5V的0-7路模拟直流输入电压值，并通过一个四位一体的7段数码管显示出来。 关键词 单片机；数字电压表；A/D转换；STC89C52ABSTRACTThis paper which introduces a kind of simple digital voltmeter is based on single-chip microcontroller design. The circuit of the voltage meter is mainly consisted of three mould pieces: A/D converting mould piece, A/D converting is mainly completed by the ADC0809, it converts the collected analog data into the digital data and transmits the outcome to the manifestation controlling mould piece. Data processing is mainly completed by the STC89C52 chip, it processes the data produced by the ADC0809 chip and generates the right manifestation codes, also transmits the codes to the manifestation controlling mould piece. Also, the STC89C52 chip controls the ADC0809 chip to work. The voltmeter features in simple electrical circuit, lower use of elements, low cost, moreover, its measuring precision and reliability. The voltmeter is capable of measuring voltage inputs from zero to seven route ranging from 0 to 5 volt, and displaying the measurements though a digital code tube of 7 pieces of LED.Keywords Single-chip microcontroller; Digital voltmeter; A/D converter; STC89C52目 录摘要1 绪论11.1 研究背景及其意义11.2 该课题研究的主要内容11.3系统总体设计方案的确定22 数据采集显示系统的硬件设计32.1单片机最小系统32.1.1单片机概述32.1.2单片机引脚介绍32.1.3时钟电路52.1.4复位电路52.2数据采集电路72.2.1 ADC0809的介绍72.2.2 ADC0809工作过程82.3显示电路102.4 按键电路及总体硬件电路的确定113 数据采集显示系统的软件设计133.1 系统主程序设计133.2显示子程序设计153.3 按键子程序设计163.4 A/D转换子程序设计174 仿真与制作194.1 系统的仿真194.1.1 系统原理图的绘制194.1.2 程序调试214.1.3显示结果及误差分析214.2 实物制作234.2.1 材料准备244.2.2 制作过程254.3 本系统优化分析27总 结28致 谢29参 考 文 献30附录一31附录二35371 绪论1.1 研究背景及其意义数据采集显示系统起始于20世纪50年代，随着其不断的应用和发展，受到了人们越来越广泛的关注，尤其是单片机数据采集显示系统技术发展，在各个领域中得到了广泛应用。上个世纪中后期，微型计算机有了长足的发展，数据采集系统与采集器和各种仪表仪器有了更紧密的联系。为此通过改良后数据采集系统不仅有着优良的性能，更是超越了传统的专用数据采集系统和单纯的自动检测仪表，并获得较快的发展。尽管现在以微机为核心的可编程数据采集与处理采集技术的发展方向得到了迅速的发展，而且组成一个数据采集系统只需要一块数据采集卡，把它插在微机的扩展槽内并辅以应用软件，就能实现数据采集功能，但这并不会对基于单片机为核心的数据采集系统产生影响。相对于数据采集板卡成本和功能的限制，单片机具多功能、高效率、高性能、低电压、低功耗、低价格等优点，而双单片机又具有精度较高、转换速度快、能够对多点同时进行采集，因此能够开发出能满足实际应用要求的、电路结构简单的、可靠性高的数据采集系统。这就使得以单片机为核心的数据采集系统在许多领域得到了广泛的应用。1.2 该课题研究的主要内容数据采集技术是信息科学的重要分支之一, 它研究信息数据的采集、存储、处理以及控制等问题。它是对传感器信号的测量与处理, 以微型计算机等高技术为基础而形成的一门综合应用技术。数据采集是从若干个对象中获取信号信息的过程。数据采集监测技术越来越成为一门重要的检测技术, 并随着微型计算机技术的普及和快速发展,主要在工农业等场合需要同时监控压力、温度以及压力等领域得到广泛应用。数据采集系统是各个工业控制以及生产中必不可缺的环节之一,并应用该系统的一些相对独立的单片机系统功能来实现其性能,这是测控系统不可或缺的组成部分,整个性能的优劣将受到数据采集的性能特点直接影响，足可见数据采集系统的重要性。在温度、压力、流量的计算机控制系统中，必须进行数据采集，因此本设计采用MCS-51单片机作为控制器核心设计数据采集显示系统，采集的模拟信号可以是0-5V的8路电压，并在四位LED数码管上轮流显示或者单路显示，测量最小分辨率为0.019V，测量误差约为+-0.02V。具有自动检测功能、零点调整功能、具有抗干扰措施。利用MCS-51系列单片机设计简易数字电压表测量05v的8路输入电压值，并在四位LED数码管上轮流显示或单路选择显示。测量误差约为0.02V。1.3系统总体设计方案的确定根据设计要求，可以选择型号为STC89C52RC的单片机为系统核心控制器件，A/D转换采用ADC0809实现，各引脚分别与单片机的P1口和P3口相连，电压显示采用4位一体的共阴极LED数码管显示，LED数码管的段码输入由并行端口P0产生，位码输入由并行端口P2低四位产生。硬件电路设计由6个部分组成： A/D转换电路，STC89C52单片机系统，LED显示系统、时钟电路、复位电路以及测量电压输入电路。硬件电路设计框图如图2-1所示。时钟电路 复位电路A/D转换电路测量电压输入显示系统STC89C52 P1 P3 P0 P2图1-1 系统总体硬件设计框图2 数据采集显示系统的硬件设计单片机数据采集显示系统的硬件电路由时钟电路、复位电路、A/D转换器电路、单片机处理系统、及显示控制系统等组成。在各个硬件正确工作的前提下，通过单片机用软件程序的方式控制整个系统有条不紊的工作，从而达到预期的设计目的。2.1单片机最小系统2.1.1单片机概述单片机是一种集成的电路芯片块将各种微处理器和具有随机存取数据能力的数据存储器，以及各种电路集成到一块单片机上，构成一个最小然而很完善的计算机系统。这些电路能在软件的控制下准确快速的完成程序设计者事先规定的任务。总的而言单片机的特点可以归纳为以下几个方面：集成度高、存储容量大、外部扩展能力强、控制功能强、低电压、低功耗、性能价格比高、可靠性高这几个方面。单片机按内部数据通道的宽度，可分为4位单片机、8位单片机、16位单片机以及32位单片机。它们被应用在不同领域里，8位单片机由于功能强大，被广泛的应用在工业控制、智能接口、仪表仪器等各个领域。8位单片机在中、小规模应用场合仍占主流地位，代表了单片机的主要发展趋势，在应用单片机领域发挥越来越大的作用。随着网络技术、多媒体技术和通讯技术等现代高科技产品不断进入家庭，单片机中的32位系列将是未来单片机发展的主要方向。纵观单片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势：1.微型单片化2. 低功耗CMOS3、与多品种共存4、可靠性和应用水平越来越高2.1.2单片机引脚介绍在本设计中所使用的单片机型号为STC89C52，该单片机是一种具有8K可编程并具有可擦除功能Flash存储器，并具有低功耗和功能强大的微控制器芯片。STC公司生产的51系列单片机中主要具有以下标准功能： 4k、8k、16k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，STC89C52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。其引脚图，如图2-1所示图2-1 STC89C52引脚图由上图可以，此型号的单片机继承了传统的80C51一切功能和引脚外观，它一共有40个引脚，引脚又分为四类，其中有四个电源引脚，用来接入单片机的工作电源，工作电源又分主电源、备用电源和编程电源；还有两个时钟引脚XTAL1、XTAL2；还有由P0口、P1口、P2口、P3口的所有引脚构成的单片机的输入/输出（IO）引脚；最后一种是控制引脚，控制引脚有四条，部分引脚具有复位功能。综上所述，单片机的引脚特点是：1.单片机多功能，少引脚，使得引脚复用现象较多。2.单片机具有四种总线形式：P0和P2组成的16位地址地址总线，P0分时复用为8位数据总线；ALE、PSEN、RST、EA和P3口的INT0、INT1、T0、T1、WR、RD以及P1口的T2、T2EX组成控制总线；而P3口的RXD、TXD组成串行通信总线。在单片机最小系统中，若使单片机能够正常工作，时钟电路和复位电路是必不可少的，因此在设计硬件电路时对系统的时钟电路和复位电路进行合理设计也是非常重要的。2.1.3时钟电路单片机时钟内部有一个高增益反向放大器，用于构成时钟震荡电路，XTAL1为该放大器的输入端，XTAL2为放大器的