[學(xué)士論文]畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的數(shù)字電壓表.doc

畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 設(shè)計(jì)(論文)題目： 基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的 數(shù)字電壓表 專 業(yè)： 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 2010 年 3 月 1 日 重慶電子工程職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)重慶電子工程職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 學(xué) 生 姓 名 學(xué)號(hào) 班級(jí) 專業(yè) 設(shè)計(jì)（或論文）題目基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的數(shù)字電壓表 指導(dǎo)教師姓名職 稱 聯(lián)系方式備 注 設(shè)計(jì)內(nèi)容： 1設(shè)計(jì)一款基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的直流數(shù)字電壓表。 2主要功能： （1）可測(cè)量 050V 直流電壓，分辨率 0.02V； （2）具有數(shù)碼管或 LCD 顯示電壓值功能； （3）具有量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能； （4）能實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)的分時(shí)測(cè)量（可選項(xiàng)） 。 進(jìn)度安排： 第 5 周：查詢資料和制定方案； 第 79 周：電路設(shè)計(jì)與仿真； 第 1011 周：軟件設(shè)計(jì)與仿真； 第 1215 周：樣機(jī)聯(lián)調(diào)與撰寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告； 第 1617 周：參加答辯。 主要參考文獻(xiàn)、資料(寫(xiě)清楚參考文獻(xiàn)名稱、作者、出版單位)： 1徐愛(ài)鈞智能化測(cè)量控制儀表原理與設(shè)計(jì)（第二版） 北京航空航天大學(xué)出版社，2004 2吳金戌，沈慶陽(yáng)8051 單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用郭庭吉清華大學(xué)出版社，2002 3黃智偉全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽訓(xùn)練教程電子工業(yè)出版社，2004 4汪德彪MCS-51 單片機(jī)原理及接口技術(shù)（第一版） 電子工業(yè)出版社，2003 審 批 意 見(jiàn) 教研室負(fù)責(zé)人： 年 月 日 備注：任務(wù)書(shū)由指導(dǎo)教師填寫(xiě)，一式二份。其中學(xué)生一份，指導(dǎo)教師一份。 I 目 錄 摘 要1 第 1 章 緒論2 第 2 章 方案設(shè)計(jì)3 2.1 方案選擇.3 2.1.1 量程轉(zhuǎn)換方案設(shè)計(jì).3 2.1.2 顯示部分方案設(shè)計(jì).3 2.2 方案論證.4 第 3 章 硬件設(shè)計(jì)5 3.1 單片機(jī)控制模塊設(shè)計(jì).5 3.1.1 時(shí)鐘電路.5 3.1.2 復(fù)位電路.5 3.2 量程轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì).6 3.2.1 電路選擇.6 3.2.2 工作原理及換算關(guān)系.6 3.3 逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì).6 3.3.1 ADC0808 簡(jiǎn)介 .6 3.3.2 A/D 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) .8 3.4 顯示模塊設(shè)計(jì).9 3.4.1 LCD 顯示模塊 .9 3.4.2 LCD1602 的引腳功能 .9 3.4.3 LCD1602 的顯示操作 .9 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).14 4.1 主程序設(shè)計(jì)14 4.2 A/D 轉(zhuǎn)換程序 15 4.3 中斷服務(wù)程序15 第 5 章 系統(tǒng)仿真與調(diào)試.16 II 5.1 分局部調(diào)試16 5.2 整機(jī)調(diào)試16 5.3 系統(tǒng)仿真17 結(jié) 論.18 致 謝.19 參考文獻(xiàn).20 附錄 系統(tǒng)源程序.21 附錄 整機(jī)原理圖.31 第 1 頁(yè) 共 31 頁(yè) 摘 要 電壓表是測(cè)量?jī)x器中不可缺少的設(shè)備，目前廣泛應(yīng)用的是采用專用集成電路實(shí) 現(xiàn)的數(shù)字電壓表。本系統(tǒng)以 AT89C51 單片機(jī)為核心，以逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0808、液晶顯示器 LCD1602 為主體，設(shè)計(jì)了一款簡(jiǎn)易的數(shù)字電壓表，能夠測(cè)量 050V 的直流電壓，最小分辨率為 0.02V。 關(guān)鍵詞 AT89C51 單片機(jī)；電壓測(cè)量；A/D 轉(zhuǎn)換；LCD1602 液晶顯示 第 2 頁(yè) 共 31 頁(yè) 第 1 章 緒論 數(shù)字電壓表的基本工作原理是利用 A/D 轉(zhuǎn)換電路將待測(cè)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字 信號(hào)，通過(guò)相應(yīng)換算后將測(cè)試結(jié)果以數(shù)字形式顯示出來(lái)的一種電壓表。較之于一般 的模擬電壓表，數(shù)字電壓表具有精度高、測(cè)量準(zhǔn)確、讀數(shù)直觀、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。 電壓表的數(shù)字化測(cè)量，關(guān)鍵在于如何把隨時(shí)連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量， 完成這種轉(zhuǎn)換的電路叫模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D） 。數(shù)字電壓表的核心部件就是 A/D 轉(zhuǎn)換器， 由于各種不同的 A/D 轉(zhuǎn)換原理構(gòu)成了各種不同類(lèi)型的 DVM。一般說(shuō)來(lái)，A/D 轉(zhuǎn)換 的方式可分為兩類(lèi)：積分式和逐次逼近式。 積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器是先用積分器將輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換成時(shí)間或頻率，再將其 數(shù)字化。根據(jù)轉(zhuǎn)化的中間量不同，它又分為 U-T（電壓-時(shí)間）式和 U-F（電壓-頻率） 式兩種。 逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器分為比較式和斜坡電壓式，根據(jù)不同的工作原理，比較 式又分為逐次比較式及零平衡式等。斜坡電壓式又分為線性斜坡式和階梯斜坡式兩 種。 在高精度數(shù)字電壓表中，常采用由積分式和比較式相結(jié)合起來(lái)的復(fù)合式 A/D 轉(zhuǎn) 換器。本設(shè)計(jì)以 AT89C51 單片機(jī)為核心，以逐次比較型 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0808、液 晶顯示器 LCD1602 為主體，構(gòu)造了一款簡(jiǎn)易的數(shù)字電壓表，能夠測(cè)量 1 路 050V 直流電壓，最小分辨率 0.02V。 第 3 頁(yè) 共 31 頁(yè) 第 2 章 方案設(shè)計(jì) 實(shí)現(xiàn)數(shù)字電壓表的方案較多，目前廣泛采用的是基于 74 系列邏輯器件方案，本 設(shè)計(jì)將介紹基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的方案。 74 系列邏輯器件方案采用雙積分電路+液晶顯示器+邏輯電路+定時(shí)采樣電路+數(shù) 據(jù)處理實(shí)現(xiàn)，被測(cè)電壓信號(hào)由信號(hào)輸入端加到測(cè)量系統(tǒng)，進(jìn)行預(yù)處理后送到后級(jí)電 路。 單片機(jī)系統(tǒng)方案此方案采用輸入處理電路+ADC0808+AT89C51+液晶顯示實(shí)現(xiàn)， 被測(cè)信號(hào)由 ADC0808 模擬輸入端輸入，單片機(jī)采集轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，將轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送出顯示。 2.1 方案選擇 2.1.1 量程轉(zhuǎn)換方案設(shè)計(jì) 方案一：考慮到 ADC0808 的八路模擬量輸入通道本質(zhì)上也是模擬開(kāi)關(guān)，因此 可以利用其八個(gè)模擬通道中的三個(gè)作為量程轉(zhuǎn)換器，即根據(jù)通道對(duì)應(yīng)的電壓測(cè)量范 圍確定對(duì)應(yīng)的電壓放大倍數(shù)設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的前置放大電路。 方案二：選用模擬開(kāi)關(guān)芯片 4066 實(shí)現(xiàn)量程轉(zhuǎn)換。4066 集成了 4 個(gè)模擬開(kāi)關(guān)， 每一路開(kāi)關(guān)都有一個(gè)控制端控制對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)的通斷。用單片機(jī)對(duì)控制端進(jìn)行控制，實(shí) 現(xiàn)不同量程的轉(zhuǎn)換。 方案三：利用手動(dòng)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)量程轉(zhuǎn)換。該方案可簡(jiǎn)化控制程序，減小系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)， 縮短反應(yīng)時(shí)間，不足之處在于操作麻煩。 終上所述：方案三所需元件少、成本低且易于實(shí)現(xiàn)，可選此方案。 2.1.2 顯示部分方案設(shè)計(jì) 方案一：用液晶 LCD1602 來(lái)顯示電壓讀數(shù)可進(jìn)行片選，實(shí)現(xiàn)液晶的動(dòng)態(tài)點(diǎn)亮。 因?yàn)橹恍枰黄壕Ь涂梢酝瓿涩F(xiàn)示工作，所以當(dāng)單片機(jī)控制前兩個(gè)控制端時(shí)，最高 位控制端應(yīng)接地。用軟件作為液晶的驅(qū)動(dòng)顯示，且具體譯碼由軟件控制。 方案二：同方案一選用 ADC0808 進(jìn)行片選，在譯碼驅(qū)動(dòng)部分選用液晶 LCD1602，用軟件譯碼。 第 4 頁(yè) 共 31 頁(yè) 終上所述：由于兩個(gè)方案都可以實(shí)現(xiàn)同樣的功能，但方案二設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、系統(tǒng)開(kāi) 銷(xiāo)小、反應(yīng)速度較快，因此選擇此方案。 2.2 方案論證 經(jīng)過(guò)以上方案設(shè)計(jì)，決定采用如圖 2-1 所示方案。 圖 2-1 系統(tǒng)框圖 第 5 頁(yè) 共 31 頁(yè) 第 3 章 硬件設(shè)計(jì) 3.1 單片機(jī)控制模塊設(shè)計(jì) 單片機(jī)控制模塊的作用是為控制各單元電路的運(yùn)行并完成數(shù)據(jù)的換算或處理， 主要由單片機(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路組成。 3.1.1 時(shí)鐘電路 單片機(jī)工作的時(shí)間基準(zhǔn)是由時(shí)鐘電路提供的，在單片機(jī)的 XTAL1 和 XYAL2 兩 個(gè)管腳接一只晶振及兩只電容就構(gòu)成了單片機(jī)的時(shí)鐘電路，電路中電容器和對(duì) 1 C 2 C 振蕩頻率有微調(diào)作用，通常取(3010)pF 石英晶體選擇 6MHz 或 12MHz 都可以。時(shí) 鐘電路如圖 3-1 所示。 圖 3-1 系統(tǒng)時(shí)鐘電路 圖 3-2 系統(tǒng)復(fù)位電路 3.1.2 復(fù)位電路 單片機(jī)的 RST 管腳為主機(jī)提供了一個(gè)外部復(fù)位信號(hào)輸入口。復(fù)位信號(hào)是高電平 有效，高電平有效的持續(xù)時(shí)間為 2 個(gè)機(jī)器周期以上。單片機(jī)的復(fù)位方式可由手動(dòng)復(fù) 位方式完成。電阻、電容器的參考值=10K、=10uF、=0.01uF。復(fù)位電路 1 R 1 C h C 如圖 3-2 所示。 第 6 頁(yè) 共 31 頁(yè) 3.2 量程轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì) 3.2.1 電路選擇 圖 3-3 量程轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) 圖 3-4 衰減輸入電路 輸入電路的作用是把不同量程的被測(cè)電壓，規(guī)范到 A/D 轉(zhuǎn)換器所要求的電壓值。 數(shù)字電壓表所采用的是逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 ADC0808，它要求輸入電壓 0- 2V。本儀表設(shè)計(jì)的是 0-50V 電壓，靈敏度高所以可以不加前置放大器，只需衰減 器，如圖所示 9M、900K、90K、和 10K 電阻構(gòu)成 1/10、1/100、1/1000 的衰 減器。衰減輸入電路可由開(kāi)關(guān)來(lái)選擇不同的衰減率，從而切換檔位。 3.2.2 工作原理及換算關(guān)系 如上圖通過(guò)電阻網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)電壓衰減測(cè)量的輸入阻抗約為 R4、R5、R6。1 端、2 端 單獨(dú)合上時(shí)，Vout的大小分別是：1 腳單獨(dú)合上 Vout=Vin1；2 腳單獨(dú)合上 Vout= Vin(R4+ R5+ R6)/(R3+ R4+ R5+ R6)。 由上式可以看出，Vout在一定范圍時(shí)電阻網(wǎng)絡(luò)衰減程度越大其可輸入電壓 Vin。 量程調(diào)節(jié)，只要把 R5，R6的參數(shù)選好然后，由開(kāi)關(guān) 1 端、2 斷選擇測(cè)量電壓輸 出端即完成量程選定。 3.3 逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì) 逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器屬于直接型 A/D 轉(zhuǎn)換器，它能把輸入的模擬電壓直接轉(zhuǎn) 換為輸出的數(shù)字代碼，而不需要經(jīng)過(guò)中間變量。主要由比較器、環(huán)形分配器、控制 門(mén)、寄存器與 D/A 轉(zhuǎn)換器組成。 3.3.1 ADC0808 簡(jiǎn)介 1ADC0808 引腳功能 第 7 頁(yè) 共 31 頁(yè) 2 -1MSB 21 ADD B 24 ADD A 25 ADD C 23 VREF(+) 12 VREF(-) 16 IN3 1 IN4 2 IN5 3 IN6 4 IN7 5 START 6 2 -5 8 EOC 7 OUTPUT ENABLE 9 CLOCK 10 VCC 11 2 -2 20 GND 13 2 -7 14 2 -6 15 2 -8LSB 17 2 -4 18 2 -3 19 IN2 28 IN1 27 IN0 26 ALE 22 圖 3-5 ADC0808 引腳圖 IN0IN7：8 路模擬量輸入。A、B、C：3 位地址輸入，2 個(gè)地址輸入端的不同 組合選擇八路模擬量輸入。 ALE：地址鎖存啟動(dòng)信號(hào)，在 ALE 的上升沿，將 A、B、C 上的通道地址鎖存 到內(nèi)部的地址鎖存器。 D0D7：八位數(shù)據(jù)輸出線，A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果由這 8 根線傳送給單片機(jī)。 OE：允許輸出信號(hào)。當(dāng) OE=1 時(shí)，即為高電平，允許輸出鎖存器輸出數(shù)據(jù)。 START：?jiǎn)?dòng)信號(hào)輸入端，START 為正脈沖，其上升沿清除 ADC0808 的內(nèi)部 的各寄存器，其下降沿啟動(dòng) A/D 開(kāi)始轉(zhuǎn)換。 EOC：轉(zhuǎn)換完成信號(hào)，當(dāng) EOC 上升為高電平時(shí)，表明內(nèi)部 A/D 轉(zhuǎn)換已完成。 2ADC0808 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0808 由八路模擬開(kāi)關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、 D/A 轉(zhuǎn)換器、寄存器、控制電路和三態(tài)輸出鎖存器等組成。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 3-6 所 示。 第 8 頁(yè) 共 31 頁(yè) 圖 3-6 ADC0808 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 3.3.2 A/D 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 集成摸數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 ADC0808 實(shí)現(xiàn)的 A/D 轉(zhuǎn)換電路如圖 3-7 所示，被測(cè)信號(hào)由 ADC0808 模擬輸入端輸入，完成 A/D 轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)，經(jīng)相應(yīng)處理后送出顯示。 圖 3-7 ADC0808 與單片機(jī)的連接 第 9 頁(yè) 共 31 頁(yè) 3.4 顯示模塊設(shè)計(jì) 3.4.1 LCD 顯示模塊 LCD 顯示器分為字段顯示和字符顯示兩種。其中字段顯示與 LED 顯示相似， 只要送對(duì)應(yīng)的信號(hào)到相應(yīng)的管腳就能顯示。字符顯示是根據(jù)需要顯示基本字符。本 設(shè)計(jì)采用的是字符型顯示。 系統(tǒng)中采用 LCD1602 作為顯示器件輸出信息。與傳統(tǒng)的 LED 數(shù)碼管顯示器件 相比，液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等優(yōu)點(diǎn)，而且不需要外加 驅(qū)動(dòng)電路，現(xiàn)在液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最常用的顯示器件了。 LCD1602 可以顯示 2 行 16 個(gè)漢字。 3.4.2 LCD1602 的引腳功能 LCD1602 模塊的引腳如圖 3-8 所示，其引腳功能如下： RS：數(shù)據(jù)和指令選擇控制端，RS=0 命令狀態(tài)；RS=1 數(shù)據(jù) R/W：讀寫(xiě)控制線，R/W=0 寫(xiě)操作；R/W=1 讀操作 A：背光控制正電源 K：背光控制地 E：數(shù)據(jù)讀寫(xiě)操作控制位，E 線向 LCD 模塊發(fā)送一個(gè)脈沖，LCD 模塊與單片機(jī) 間將進(jìn)行一次數(shù)據(jù)交換 DB0DB7：數(shù)據(jù)線，可以用 8 位連接，也可以只用高 4 位連接，節(jié)約單片機(jī) 資源。 VDD：電源端 VEE：亮度控制端（1-5V） VSS：接地端 圖 3-8 LCD1602 模塊 3.4.3 LCD1602 的顯示操作 1四種基本操作 LCD 有四種基本操作，具體如表 3-1 所示。 VSS VDD VO RS R/W E DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7 A K LCD 模 塊 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 第 10 頁(yè) 共 31 頁(yè) 表 3-1 LCD 與單片機(jī)之間有四種基本操作 (1)讀狀態(tài)字 執(zhí)行讀狀態(tài)字操作，如表 3-1 滿足 RS=0，R/W=1。根據(jù)管腳功能，當(dāng)為有效電 平時(shí)，狀態(tài)命令字可從 LCD 模塊傳輸?shù)綌?shù)據(jù)總線。同時(shí)可以保持一段時(shí)間，從而實(shí) 現(xiàn)讀狀態(tài)字的功能。讀狀態(tài)字流程如圖 3-9 所示。 圖 3-9 讀入狀態(tài)字流程圖 (2)命令字 表 3-2 所示為命令字，其主要介紹了指令名稱、控制信號(hào)及控制代碼。其指令 名稱是指要實(shí)現(xiàn)的功能；控制代號(hào)是采用的十六進(jìn)制的數(shù)值表示的。 1）清零操作是指輸入某命令字后即能將整個(gè)屏幕顯示的內(nèi)容全部清除； 2）歸 home 位：將光標(biāo)送到初始位；其中的號(hào)為任意，高低電平均可； 3）輸入方式：設(shè)光標(biāo)移動(dòng)方向并指定整體顯示，是否移動(dòng)。I/D=0：減量方式， S=1：移位方式，S=0：不移位； 4）顯示狀態(tài)：D 指設(shè)置整體顯示開(kāi)關(guān)；C 指設(shè)置光標(biāo)顯示開(kāi)關(guān)；B 指設(shè)置光標(biāo) 的字符閃耀； 5）光標(biāo)畫(huà)面滾動(dòng)：R/L 指右移或左移；S/C 指移動(dòng)總體或光標(biāo)； 6）功能設(shè)置：DL 接口數(shù)位，L 指顯示行數(shù)，F(xiàn) 顯示字型；如 DL=1：8 位 =0，4 位 N=1：2 行=0：1 行，G=1：510=0：57(點(diǎn)陣) RSR/W操作 00寫(xiě)命令操作(初始化，光標(biāo)定位等) 01讀狀態(tài)操作(讀忙標(biāo)志位) 10寫(xiě)數(shù)據(jù)操作(要顯示內(nèi)容) 11讀數(shù)據(jù)操作(可以把顯示存儲(chǔ)區(qū)中的數(shù)據(jù)反讀出來(lái)) 第 11 頁(yè) 共 31 頁(yè) 7）CGRAM 地址設(shè)制：相當(dāng)于一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，可以在其中選擇所需要的符號(hào)； 8）DDRAM 地址設(shè)制：顯示定位； 9）讀 BF 和 AC：B 為最高位忙的標(biāo)志，F(xiàn) 為標(biāo)志位； 10）寫(xiě)數(shù)據(jù)：將數(shù)據(jù)按要求寫(xiě)入到對(duì)應(yīng)的單元； 11）讀數(shù)據(jù)：讀相應(yīng)單元內(nèi)的數(shù)據(jù)； 表 3-2 命令字 控制信號(hào) 控制代碼 指令名稱 RS RW D7 D6D5D4D3D2D1D0 清屏0000000001 歸 HOME 位000000001* 輸入方式設(shè)制00 0 00001I/DS 顯示狀態(tài)設(shè)制0000001DCB 無(wú)標(biāo)畫(huà)面滾動(dòng)000001S/CRL* 功能設(shè)置00001DLNF* CGRAM 地址設(shè)制0001A5A4A3A2A1A0 DDRAM 地址設(shè)制001A6A5A4A3A2A1A0 讀 BF 和 AC01 BF AC6AC5AC4AC3AC2AC1AC0 寫(xiě)數(shù)據(jù)10數(shù) 據(jù) 讀數(shù)據(jù)11數(shù) 據(jù) (3)寫(xiě)命令字 由表 3-2 可知當(dāng) RS=0，R/W=0 時(shí)，才可以通過(guò)單片機(jī)或用戶指令把數(shù)據(jù)寫(xiě)到 LCD 模塊，此時(shí)就對(duì) LCD 進(jìn)行調(diào)制。可采用查詢方式：先讀入狀態(tài)字，再判斷忙 標(biāo)志位，最后寫(xiě)命令字。圖 3-10 所示為寫(xiě)命令字的流程圖。 第 12 頁(yè) 共 31 頁(yè) 圖 3-10 寫(xiě)命令字流程圖 1）定義光標(biāo)位置 顯示數(shù)據(jù)的某位，就是把顯示數(shù)據(jù)寫(xiě)在相應(yīng)的 DDRAM 地址中，DDRAM 地址 占 7 位。Set DDRAM address 命令如表 3-3 所示。光標(biāo)定位，寫(xiě)入一個(gè)顯示字符 后，DDRAM 地址會(huì)自動(dòng)加 1 或減 1，加或減由輸入方式設(shè)置。 表 3-3 Set DDRAM address 命令 RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0 001AC6AC5AC4AC3AC2AC1AC0 第 1 行 DDRAM 地址與第 2 行 DDRAM 地址并不連續(xù)，如表 3-4 所示。 表 3-4 DDRAM 地址 row12345141516 line180H81H82H83H84H8dH8eH8fH line20c0H0c1H0c2H0c3H0c4H0cdH0ceH0cfH 2）LCD 初始化 從通電開(kāi)始延時(shí)，先經(jīng)過(guò)判忙后再進(jìn)行功能設(shè)置，過(guò)一段時(shí)間后可以設(shè)制顯示 狀態(tài)（如設(shè)制行、位或陣列）再經(jīng)過(guò)延時(shí)清屏后才可以設(shè)置輸入方式，具體實(shí)現(xiàn)過(guò) 程如圖 3-11 所示。 第 13 頁(yè) 共 31 頁(yè) 圖 3-11 LCD 初始化流程圖 2LCD 顯示程序設(shè)計(jì) LCD 顯示程序的設(shè)計(jì)一般先要確定 LCD 的初始化、光標(biāo)定位、確定顯示字符 后，顯示流程如圖 3-12 顯示。 圖 3-12 LCD 顯示程序流程圖 第 14 頁(yè) 共 31 頁(yè) 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 根據(jù)需要，可將系統(tǒng)軟件按照功能劃分為 4 個(gè)模塊，分別是主程序模塊、A/D 轉(zhuǎn)換模塊、液晶顯示模塊、中斷服務(wù)程序模塊(改變顯示的小數(shù)點(diǎn)位置)，各模塊的 功能關(guān)系如圖 4-1 所示。編寫(xiě)系統(tǒng)軟件時(shí)，可首先編寫(xiě)各模塊的底層驅(qū)動(dòng)程序，而 后是系統(tǒng)聯(lián)機(jī)調(diào)試，編寫(xiě)上層主程序。 系統(tǒng)主程序 液晶管顯示 A/D 轉(zhuǎn)換 中斷服務(wù) . 圖 4-1 系統(tǒng)軟件框圖 4.1 主程序設(shè)計(jì) 圖 4-2 主程序流程圖 第 15 頁(yè) 共 31 頁(yè) 主程序主要負(fù)責(zé)各個(gè)模塊的初始化工作：設(shè)置定時(shí)器、寄存器的初值，啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，處理量程轉(zhuǎn)換響應(yīng)，控制液晶實(shí)時(shí)顯示等，其流程圖如 圖 4-2 所示。 4.2 A/D 轉(zhuǎn)換程序 A/D 轉(zhuǎn)換程序的功能是采集數(shù)據(jù)，在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中占有很高的地位。當(dāng)系統(tǒng) 設(shè)置好后，單片機(jī)掃描轉(zhuǎn)換結(jié)束管腳 P2.6 的輸入電平狀態(tài)，當(dāng)輸入為高電平則轉(zhuǎn)換 完成，將轉(zhuǎn)換的數(shù)值轉(zhuǎn)換并顯示輸出。若輸入為低電平，則繼續(xù)掃描。程序流程圖 如圖 4-3 所示。 圖 4-3 A/D 轉(zhuǎn)換程序流程圖 4.3 中斷服務(wù)程序 中斷服務(wù)程序的功能是為 ADC0808 提供時(shí)鐘信號(hào)，當(dāng)中斷發(fā)生時(shí)將 AT89C51 單片機(jī)的 P2.4 管腳將輸出信號(hào)取反，為 ADC0808 提供 12kHz 時(shí)鐘信號(hào)。 第 16 頁(yè) 共 31 頁(yè) 第 5 章 系統(tǒng)仿真與調(diào)試 在進(jìn)行電路的局部調(diào)試之后，我又進(jìn)行了系統(tǒng)整機(jī)調(diào)試。首先為 ADC0808 接 上+12V 的電壓，為其它芯片接上+5V 的工作電壓。另外還要輸入待測(cè)的模擬電壓， 該電壓從 200mV 以下的電壓開(kāi)始輸起，依次增大，直到達(dá)到待測(cè)電壓的上限 50V 為止，記錄測(cè)量數(shù)據(jù)并分析系統(tǒng)性能。 5.1 分局部調(diào)試 1檢查 ADC0808 是否工作 ADC0808 集成了三個(gè)控制端。如果某一控制端為高電平則對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)將接通。 為測(cè)量其是否工作，我們將它的三個(gè)控制端用導(dǎo)線引出分別接高低電平，發(fā)現(xiàn)測(cè)量 結(jié)果與理論分析結(jié)果一致，ADC0808 工作正常。 2各量程調(diào)節(jié) 這一步調(diào)試是建立在上述兩步調(diào)試的基礎(chǔ)上的。針對(duì)不同的檔位，我們通過(guò)接 入不同待測(cè)的模擬量來(lái)調(diào)節(jié)電壓。 5.2 整機(jī)調(diào)試 本系統(tǒng)的測(cè)試采用 Proteus 軟件，系統(tǒng)在 Proteus 軟件中仿真時(shí)使用的元件如表 5-1 所示。測(cè)試表明，系統(tǒng)運(yùn)行正常，能準(zhǔn)確將直流模擬信號(hào)的電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)值顯示， 并能精確到 5 位有效數(shù)字，達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。 表 5-1 元件名稱及屬性 序號(hào)元件名屬性序號(hào)元件名屬性 1AT89C51單片機(jī)7LM016LLCD1602 3CAP電容8ADC08088 位 A/D 轉(zhuǎn)換器 4CAP-ELEC電解電容9PULLUP上拉電阻 5CRYSTAL晶振10SW-POT44 路模擬開(kāi)關(guān) 6RES電阻1174LS02與非門(mén) 第 17 頁(yè) 共 31 頁(yè) 5.3 系統(tǒng)仿真 采用 Keil 編譯器進(jìn)行源程序編譯及仿真調(diào)試，調(diào)好程序后將目標(biāo)程序?qū)?Proteus 進(jìn)行軟硬件調(diào)試，基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的數(shù)字電壓表測(cè)試值見(jiàn)表 5-2 所示。 表 5-2 測(cè)試值與真實(shí)值 電壓表測(cè)得值/V0.000.3320.390.5070.9961.2501.5032.0002.480 絕對(duì)誤差/V0.00+0.02+0.01+0.02+0.01+0.01+0.03+0.00+0.01 電壓表測(cè)得值/V4.9805.079.9612.5015.0319.9229.8839.8449.80 絕對(duì)誤差/V+0.00+0.02+0.01+0.01+0.02+0.02+0.02+0.03+0.02 從表中可以看出，電壓表測(cè)得值誤差均在 0.02V 以內(nèi)，這與采用 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換 器所能達(dá)到的理論誤差精度相比較接近，因此在一般的應(yīng)用場(chǎng)合都可以滿足要求。 第 18 頁(yè) 共 31 頁(yè) 結(jié) 論 本設(shè)計(jì)以 AT89C51 單片機(jī)為控制核心，通過(guò)集成摸數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 ADC0808 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，由液晶顯示器 LCD1602 顯示測(cè) 量結(jié)果。 仿真測(cè)試表明，系統(tǒng)性能良好，測(cè)量讀數(shù)穩(wěn)定易讀、更新速度合理，直流電壓 測(cè)量范圍為 050V，最小分辨率為 0.02V，滿足任務(wù)書(shū)指標(biāo)要求。但是，該系統(tǒng)也 存在一定程度的不足，例如： 1、輸入電壓易發(fā)生干擾不穩(wěn)定，且驅(qū)動(dòng)能力可能存在不足，需在被測(cè)信號(hào)的輸 入端加上一部分驅(qū)動(dòng)電路，比如將量程轉(zhuǎn)換電路改成帶放大能力的自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換電 路，將幅值較小的信號(hào)經(jīng)適當(dāng)放大后再測(cè)量，可顯著提高精度； 2、輸出量可用平均值算法來(lái)改善，使測(cè)量準(zhǔn)確度更高。 3、若能將測(cè)量的電壓值實(shí)時(shí)保存，使用時(shí)將更方便。 4、ADC0808 可實(shí)現(xiàn)對(duì) 8 個(gè)通道的輸入信號(hào)輪流轉(zhuǎn)換，本設(shè)計(jì)僅僅使用了其中 一個(gè)通道，造成了較大的資源浪費(fèi)。若能對(duì)電路稍加改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多路信號(hào)的輪流 測(cè)量并自動(dòng)保存相應(yīng)結(jié)果，其應(yīng)用價(jià)值將會(huì)更大。 第 19 頁(yè) 共 31 頁(yè) 致 謝 本文是在*老師的精心指導(dǎo)下完成的。在此向他表示衷心的感謝。感謝同學(xué)的 鼓勵(lì)和幫助，讓我順利完成本次設(shè)計(jì)任務(wù)。通過(guò)短暫的畢業(yè)設(shè)計(jì)，從而提高了我的 理論水平，真正做到學(xué)有所用，雖然在其過(guò)程中我也遇到一些困難，但是從中我也 得到了很多的幫助，沒(méi)有半途而廢，沒(méi)有灰心喪氣，我都一一克服了，這些都是一 種收獲，最讓我感到高興的是終于按質(zhì)按量的完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。 感謝我的指導(dǎo)老師，他嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜 樣；他循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無(wú)盡啟迪。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的每一個(gè) 細(xì)節(jié)都離不開(kāi)您的細(xì)心指導(dǎo)。 感謝同學(xué)、朋友的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意！ 第 20 頁(yè) 共 31 頁(yè) 參考文獻(xiàn) 1 徐愛(ài)鈞智能化測(cè)量控制儀表原理與設(shè)計(jì)（第二版）北京：北京航空航天大 學(xué)出版社，2004 2 吳金戌，沈慶陽(yáng)，郭庭吉8051 單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用北京：清華大學(xué)出版社， 2002 3 黃智偉全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽訓(xùn)練教程北京：電子工業(yè)出版社，2004 4 汪德彪MCS-51 單片機(jī)原理及接口技術(shù)（第一版）北京：電子工業(yè)出版社， 2003 第 21 頁(yè) 共 31 頁(yè) 附錄 系統(tǒng)源程序 COMEQU50H DATEQU51H RSEQUP2.1 ;LCD 寄存器選擇信號(hào) RWEQUP2.2 ;LCD 讀/寫(xiě)選擇信號(hào) EEQUP2.3 ;LCD 使能信號(hào) ORG0000H LJMPMAIN ORG000BH LJMPBT0 ;T0 中斷入口 ORG0030H ;主程序初始化 MAIN：MOVSP，#60H LCALL INT MOV30H，#30H MOV31H，#0A5H MOV32H，#30H MOV33H，#30H MOV34H，#30H MOVR7，#30H LCALL N1 ;顯示 Voltage=0.000 LCALL N2 ;定時(shí)器初始化程序 MOVTMOD，#00H MOVTH0，#00H MOVTL0，#00H SETBTR0 MOV24H，#03H MOVIE，#82H LP：MOVR7，#30H ;顯示緩沖區(qū)首地址 LCALL DISPLY SJMPLP ;循環(huán)顯示 ;定時(shí)器中斷服務(wù)程序，讀取 0809 第 0 通道的轉(zhuǎn)換結(jié)果并轉(zhuǎn)換為顯示值 BT0：PUSH ACC PUSHPSW MOVPSW，#00H CLRTR0 MOVTH0，#00H MOVTL0，#00H 第 22 頁(yè) 共 31 頁(yè) DEC24H MOVA，24H MOVA，P1 ANLA，#03H DECA ZLC0 DECA JZLC1 LC0：JNZRTN1 MOV24H，#03H MOVDPTR，#0F6FFH MOVA，#00H MOVXDPTR，A MOVR7，#0ccH DJNZR7，$ MOVXA，DPTR MOV40H，A MOVB，#05H ;A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果化為顯示值 MULAB ;(AD*5)/25 MOV30H，B ;AD*5 的高字節(jié)為整數(shù)部分 MOVB，#0AH MULAB ;AD*5 的低字節(jié)為/256 的結(jié)果，為小數(shù) 部分 MOV32H，B ;二進(jìn)制小數(shù)換為 10 進(jìn)制數(shù) MOVB，#0AH MULAB MOV33H，B MOVB，#0AH MULAB MOV34H，B RTN1： SETBTR0 ORL30H，#30H MOV31H，#0A5H ORL32H，#30H ORL33H，#30H ORL34H，#30H MOV35H，#30H LJMPLCC LC1： JNZRTN2 MOV24H，#03H MOVDPTR，#0F6FFH MOVA， #00H MOVXDPTR，A MOVR7，#0ccH DJNZR7，$ MOVXA，DPTR 第 23 頁(yè) 共 31 頁(yè) MOV40H，A MOVB，#05H ; A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果顯示值 MULAB ;(AD*5)/25 MOV30H，B ;AD*5 的高字節(jié)為整數(shù)部分 MOVB，#0AH MULAB ;AD*5 的低字節(jié)為/256 的結(jié)果，為小數(shù) 部分 MOV31H，B ;二進(jìn)制小數(shù)換為 10 進(jìn)制數(shù) MOVB，#0AH MULAB MOV33H，B MOVB，#0AH MULAB MOV34H，B RTN2： SETBTR0 ORL30H，#30H ORL31H，#30H MOV32H，#0A5H ORL33H，#30H ORL34H，#30H MOV35H，#30H ;AJMPLCC LCC：NOP POPPSW POPACC RETI DISPLY： ;LCD 顯示子程序 MOVCOM，#0CAH LCALL PR1 MOVR1，#05H MOVR0，#30H L：MOVDAT，R0 LCALL PR2 INCR0 DJNZR1，L RET ;逐字依次輸入方式演示程序段 N1：MOVCOM，#01H LCALL PR1 MOVCOM，#06H LCALL PR1 MOVCOM，#0EH LCALL PR1 MOVDPTR，#TAB MOVR2，#8H WRIN1：MOVR3，#00H 第 24 頁(yè) 共 31 頁(yè) WRIN： ;寫(xiě)入 MOVA，R3 MOVCA，A+DPTR MOVDAT，A LCALL PR2 INCR3 DJNZR2，WRIN RET N2：MOVCOM，#06H LCALL PR1 MOVCOM，#0C0H LCALL PR1 MOVDPTR，#TAB1 MOVR2，#9H SJMPWRIN1 TAB：DB“l(fā)icaiyu“ TAB1：DB“VOLTAG = “ ;LCD 間接控制方式下的初始化子程序 INT： LCALL DELAY ;調(diào)用延時(shí)子程序 MOVCOM，#3CH ;設(shè)置工作方式 LCALL PR1 MOVCOM，#01H ;清屏 LCALL PR1 MOVCOM，#06H ;設(shè)置輸入方式 LCALL PR1 MOVCOM，#080H ;設(shè)置顯示方式 LCALL PR1 RET DELAY：MOVR6，#0FH ;延時(shí) MOVR7，#00H DELAY1： NOP DJNZR7，DELAY1 DJNZR6，DELAY1 RET ;LCD 間接工致方式的驅(qū)動(dòng)子程序 ;讀 BF 和 AC 的值 PR0：PUSH ACC MOVP0，#0FFH ;P0 置位，準(zhǔn)備讀 CLRRS ;RS=0，選擇指令寄存器 SETBRW ;RW=1，讀 SETBE 第 25 頁(yè) 共 31 頁(yè) ;片選，1 有效 LCALL DELAY MOVCOM，P0 ;讀 BF 和 AC6-4 值 CLRE POPACC RET ;寫(xiě)指令代碼子程序 PR1：PUSH ACC CLRRS ;指令寄存器 SETBRW PR11：MOV P0，#0FFH ;P0 置位，準(zhǔn)備讀 SETBE LCALL DELAY NOP MOVA，P0 CLRE JBACC.7，PR11 ;BF=1 CLRRW MOVP0，COM SETBE CLRE POPACC RET ;寫(xiě)顯示數(shù)據(jù)程序 PR2：PUSH ACC CLRRS SETBRW PR21：MOV P0，#0FFH SETB E LCALL DELAY MOVA，P0 ;讀 BF 和 AC6-4 CLRE JBACC.7，PR21 SETBRS CLRRW MOVP0，DAT ;寫(xiě)入數(shù)據(jù)高 4 位 SETBE CLRE POPACC RET ;讀顯示數(shù)據(jù)程序 PR3：PUSH ACC CLRRS SETBRW PR31：MOV P0，#0FFH ;P0 置位，準(zhǔn)備讀 第 26 頁(yè) 共 31 頁(yè) SETBE LCALL DELAY MOVA，P0 ;讀 BF 和 AC6-4 CLRE JBACC.7，PR31 SETBRS ;RS=1，選通數(shù)據(jù)寄存器 SETBRW MOVP0，#0FFH ;讀數(shù)據(jù) SETBE MOVDAT，P0 CLRE POPACC RET END ;單片機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì)程序：數(shù)字電壓表的 設(shè)計(jì) COMEQU50H DATEQU51H RSEQUP2.1 ;LCD 積存器選擇信號(hào) RWEQUP2.2 ;LCD 讀/寫(xiě)選擇信號(hào) EEQUP2.3 ;LCD 使能信號(hào) ORG0000H LJMPMAIN ORG000BH LJMPBT0 ;T0 中斷入口 ORG0030H ;主程序初始化 MAIN：MOVSP，#60H LCALL INT MOV30H，#30H MOV31H，#0A5H MOV32H，#30H MOV33H，#30H MOV34H，#30H MOVR7，#30H LCALL N1 ;顯示 Voltage=0.000 LCALL N2 ;定時(shí)器初始化程序 MOVTMOD，#00H MOVTH0，#00H MOVTL0，#00H SETBTR0 MOV24H，#03H MOVIE，#82H LP：MOVR7，#30H 第 27 頁(yè) 共 31 頁(yè) ;顯示緩沖區(qū)首地址 LCALL DISPLY SJMPLP ;循環(huán)顯示 ;定時(shí)器中斷服務(wù)程序，讀取 0808 第 0 通道的轉(zhuǎn)換結(jié)果并轉(zhuǎn)換為顯示值 BT0：PUSH ACC PUSHPSW MOVPSW，#00H CLRTR0 MOVTH0，#00H MOVTL0，#00H DEC24H MOVA，24H JNZRTN1 MOV24H，#03H MOVDPTR，#0F6FFH MOVA，#00H MOVXDPTR，A MOVR7，#0ccH DJNZR7，$ MOVXA，DPTR MOV40H，A RTN：MOV B，#05H ;A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果化為顯示值 MULAB ;(AD*5)/25 MOV30HB ;AD*5 的高字節(jié)為整數(shù)部分 MOVB，#0AH MULAB ;AD*5 的低字節(jié)為/256 的結(jié)果，為小數(shù) 部分 MOV32HB ;二進(jìn)制小數(shù)換為 10 進(jìn)制數(shù) MOVB，#0AH MULAB MOV33H，B MOVB，#0AH MULAB MOV34H，B RTN1：SETBTR0 ORL30H，#30H MOV31H，#0A5H ORL32H，#30H ORL33H，#30H ORL34H，#30H MOV35H，#30H POPPSW POPACC RETI DISPLY： 第 28 頁(yè) 共 31 頁(yè) ;LCD 顯示子程序 MOVCOM，#0CAH LCALL PR1 MOVR1，#05H MOVR0，#30H L：MOVDAT，R0 LCALL PR2 INCR0 DJNZ R1， L RET ;逐字依次輸入方式演示程序段 N1：MOVCOM，#01H LCALL PR1 MOVCOM，#06H LCALL PR1 MOVCOM，#0EH LCALL PR1 MOVDPTR，#TAB MOVR2，#8H WRIN1：MOVR3，#00H WRIN： ;寫(xiě)入 MOVA，R3 MOVCA，A+DPTR MOVDAT，A LCALL PR2 INCR3 JNZR2，WRIN RET N2：MOVCOM，#06H LCALL PR1 MOVCOM，#0C0H LCALL PR1 MOVDPTR，#TAB1 MOVR2，#9H SJMPWRIN1 TAB：DB“WANGHONG“ TAB1：DB“VOLTAG = “ ;LCD 間接控制方式下的初始化子程序 INT： LCALL DELAY ;調(diào)用延時(shí)子程序 MOVCOM，#3CH ;設(shè)置工作方式 LCALL PR1 MOVCOM，#01H ;清屏 LCALL PR1 MOVCOM，#06H ;設(shè)置輸入方式 LCALL PR1 MOVCOM，#080H 第 29 頁(yè) 共 31 頁(yè) ;設(shè)置顯示方式 LCALL PR1 RET DELAY： MOV R6，#0FH ;延時(shí) MOVR7，#00H DELAY1： NOP DJNZR7，DELAY1 DJNZR6，DELAY1 RET ;LCD 間接工致方式的驅(qū)動(dòng)子程序 ;讀 BF 和 AC 的值 PR0：PUSH ACC MOVP0，#0FFH ;P0 置位，準(zhǔn)備讀 CLRRS ;RS=0，選擇指令寄存器 SETBRW ;RW=1，讀 SETBE ;片選，1 有效 LCALL DELAY MOVCOM，P0 ;讀 BF 和 AC6-4 值 CLRE POPACC RET ;寫(xiě)指令代碼子程序 PR1：PUSH ACC CLRRS ;指令寄存器 SETBRW PR11：MOV P0，#0FFH ;P0 置位，準(zhǔn)備讀 SETBE LCALL DELAY NOP MOVA，P0 CLRE JBACC.7，PR11 ;BF=1 C