毕业论文数字电压表设计.doc

保密类别       编 号  武汉大学毕 业 论 文 数字电压表设计系 别 专 业 年 级 学 号 姓 名 指导教师 武汉大学年 月 日 摘要本文是基于单片机的数字电压表设计，将模拟电压量直接转换成数字量，用数码管来显示。首先，介绍了数字电压表的特点。其次，介绍了数字电压表的设计方案和各元器件的选择，并对各元器件做了简单的介绍；然后对设计方案做了整体介绍，其基本原理是，模拟电压量经过A/D转换芯片转换成数字量，送入单片机进行处理。最后输出的数据在经过线路驱动器送入数码管显示电压大小。最后介绍了程序流程，并用KEIL和PROTUES联机调试进行仿真。调试完成之后进行硬件焊接，测试并进行行改进。本设计控制系采用AT89C52单片机，A/D转换采用ADC0809，系统除能保确实现要求的功能以外，还能方便进行8路其他A/D转换量得测量、远程测量结果传送等扩展功能。简易数字电压测量电路由A/D转换、数据处理、显示控制等组成。关键词：单片机 AT89C52 A/D转换 ADC0809 数码显示 目 录第1章 绪论1.1 课题研究的背景和意义11.2 数字电压表的研究现状2第2章 总体方案设计2.1 设计方案比较32.1.1 基于不同微处理器的两种方案32.1.2 基于不同A/D转换器的两种方案32.2 设计思路4第3章 系统硬件设计3.1 核心元器件介绍53.1.1 单片机AT89C52介绍53.1.2 模数转换ADC0809芯片93.1.3 LED显示器简介113.2 硬件电路设计123.2.1 总体设计123.2.2 单片机最小系统设计123.2.3 A/D转换模块14第4章 系统软件设计4.1 程序设计总方案154.2 系统子程序设计154.2.1 初始化程序154.2.2 A/D转换子程序154.2.3 显示子程序16第5章 调试仿真5.1 Proteus仿真软件介绍175.1.1 软件简介175.1.2 软件的功能模块175.2 仿真电路设计与程序编译185.2.1 Proteus电路设计185.2.2 keil 编译程序19结论21参考文献22附录23后记26 第1章 绪论1.1课题研究的背景和意义 数字电压表出现在50年代初，60年代末发起来的电压测量仪表，简称DVM，它采用的是数字化测量技术，把连续的模拟量，也就是连续的电压值转变为不连续的数字量，加以数字处理然后再通过显示器件显示。这种电子测量的仪表之所以出现，一方面是由于电子计算机的应用逐渐推广到系统的自动控制实验研究的领域，提出了将各种被观察量活被控制量转换成数码的要求，即为了实现控制及数据处理的需要；另一方面，也是电子计算机的发展，带动了脉冲数字电路技术的进步，为数字化仪表的出现提供了条件。数字电压表在1952年由美国NLS公司首次创造，它刚开始是4位，50多年来，数字电压表有了不断的进步和提高。数字电压表是从电位差计的自动化过程中研制成功的。开始是4位数码显示，然后是5位、6位显示，而现在发展到7位、8位数码显示；从最初的一两种类型发展到原理不同的几十种类型；从最早的采用继电器、电子管发展到全晶体管、集成电路、微处理器化；从一台仪器只能测1-2种参数到能测几十种参数的多用型；显示器件也从辉光数码管发展到等离子体管、发光二极管、液晶显示器等。数字电压表的体积和功耗越来越小，重量不断变轻，价格也逐步下降，可靠性越来越高，量程范围也逐步扩大。DVM的高速发展，使它已成为实现测量自动化、提高工作效率不可缺少的仪表，数字化是当前计量仪器发展的主要方向之一，而高准度的DC-DVC的出现，又使DVM进入了精密标准测量领域。随着现代化技术的不断发展，数字电压表的功能和种类将越来越强，越来越多，其使用范围也会越来越广泛。采用智能化的数字仪器也将是必然的趋势，它们将不仅能提高测量准确度，而且能提高电测量技术的自动化程序，可以扩展成各种通用数字仪表、专用数字仪表及各种非电量的数字化仪表(如：温度计、湿度计、酸度计、重量、厚度仪等)，几乎覆盖了电子电工测量、工业测量、自动化仪表等各个领域。从而提高计量检定人员的工作效率。这个课题的目的和意义在于使自己掌握对数字电压表的理解，自己动手设计数字电压表与仿真，它可以广泛的应用于电压测量外，通过各种变换器还可以测量其他电量和非电量，测量是一种认识过程，就是用实验的方法将被测量和被选用的相同参量进行比较，从而确定它的大小。DVM广泛应用于测量领域每期测量的准确度和可信度取决于它的主要性能和技术指标。所示我们要学习和掌握如何设计DVM就显得十分重要。1.2数字电压表的研究现状中国数字电压表产业发展研究报告阐述了世界数字电压表产业的发展历程，分析了中国数字电压表产业发展现状与差距，开创性地提出了“新型数字电压表产业”及替代品产业概念，在此基础上，从四个维度即“以人为本”、“科技创新”、“环境友好”和“面向未来”准确地界定了“新型数字电压表产业”及替代产品的内涵。根据“新型数字电压表产业”及替代品的评价体系和量化指标体系，从全新的角度对中国数字电压表产业发展进行了推演和精准预测，在此基础上，对中国的行政区划和四大都市圈的数字电压表产业发展进行了全面的研究。新型数字仪表的发展主要方向：(1)广泛采用新技术，不断开发新产品，向模块化发展(2)显示清晰直观，读数准确传统的模拟式仪表必须借助于指针和刻度盘进行读数，在读数过程中不可避免的会引入人为的测量误差。数字电压表则采用先进的数显技术，使测量结果一目了然，只要仪表不发生跳读现象，测量结果是唯一的。(3)扩展能力强，测量速度快，抗干扰能力强数字电压表，还可扩展成各种通用及专用数字仪表、数字多用表（DMM）和智能仪表，以满足不同的需要。高档DVM还采用数字滤波、浮地保护等先进技术，进一步提高了抗干扰能力，共模抑制比可达180dB。(4)分辨率高，测量范围宽数字电压表在最低电压量程上末位1个字所代表的电压值，称为仪表的分辨力，它反映仪表灵敏度的高低。分辨力随显示位数的增加而提高。分辨率是指所能显示的最小数字（零除外）与最大数字的百分比。多量程DVM一般可测量01000V直流电压，配上高压探头还可测上万伏的高压。(5)输入阻抗高，集成度高，微功耗数字电压表具有很高的输入阻抗，通常为10M10000M，最高可达1T。并且新型数字电压表普遍采用CMOS大规模集成电路，整机功耗很低。 第2章 总体方案设计 2.1 设计方案比较2.1.1 基于不同微处理器的两种方案（1）由数字电路及芯片构建：这种设计方案是由模拟电路与数字电路两大部分组成，模拟部分包括输入放大器。A/D 转换器和基准电压源；数字部分包括计数器，译码器，逻辑控制器，振荡器和显示器。其中，A/D转换器是它的核心器件，它将输入的模拟量转换成数字量。模拟电路和数字电路是相互联系的，由逻辑控制电路产生控制信号，按规定的时序将A/D转换器中各组模拟开关接通或断开，保证A/D转换正常进行。A/D转换结果通过计数译码电路变换成段码，最后驱动显示器显示出相应的数值。此方案设计其优点是，设计成本低，能够满足一般的电压测量。但设计不灵活，都是采用纯硬件电路，很难将其在原有的基础上进行扩展。（2）由单片机系统及 A/D 转换芯片构建：这种方案是利用单片机系统与模数转换芯片，显示模块等的结合构建数字电压表。由于单片机的发展已经成熟，利用单片机系统的软硬件结合，可以组装出来。此方案的原理是模数(A/D)转换芯片的基准电压端，被测量电压输入端分别输入基准电压和被测电压。模数(A/D)转换芯片将被测量电压输入端所采集到的模拟电压信号转换成相应的数字信号，然后通过对单片机系统进行软件编程，使单片机系统能按规定的时序来采集这些数字信号，通过一定的算法计算出被测量电压的值。最后单片机系统将计算好了的被测电压值按一定的时序送入显示电路模块加以显示。此方案不仅能够继承上一种方案的各种优点，还能改进上一种设计方案设计不灵活，难于在原基础上进行功能扩展等不足。本设计选用此种方案。2.1.2 基于不同A/D转换器的两种方案 方案1：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,且具有外接元件少，输入阻抗高，功耗低，电源电压范围宽，精度高等特点，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。 方案2：逐次逼近式A/D转换器。它的转换速度更快，而且精度更高，比如ADC0808、ADC0809等，它们通常具有8路模拟选通开关及地址译码、锁存电路等，它们可以与单片机系统连接，将数字量送单片机进行分析和显示。这样电路设计简单，电路板布线不复杂，便于焊接、调试。虽然MC14433的精度高，功耗低，但是此芯片的成本高，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，根据本次设计的要求和目的，采用第二种方案。 2.2 设计思路本设计选择AT89C52单片机作为核心控制器件。A/D转换采用ADC0809实现。电压显示采用4位一体的LED数码管，LED数码管的段码输入由并行端口P2产生；位码输入由并行端口P3低四位产生。硬件电路设计由7个部分组成：主控模块AT89C52单片机系统，A/D转换电路，LED显示系统，LED驱动电路，复位电路，晶振电路以及测量电压输入电路。总体设计方框图如图2.1所示。LED显示模块主控模块AT89C52驱动电路复位电路晶振电路ADC0809电压信号 图2.1 总体设计方框图 第3章 系统硬件设计3.1 核心元器件介绍3.1.1 单片机AT89C52介绍 图3.1 PDIP封装的AT89C52引脚图a.描述： AT89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、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8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。b.主要特性：1、兼容MCS51指令系统2、8kB可反复擦写(大于1000次）Flash ROM；3、32个双向I/O口；4、256x8bit内部RAM；5、3个16位可编程定时/计数器中断；6、时钟频率0-24MHz；7、2个串行中断，可编程UART串行通道；8、2个外部中断源，共8个中断源；9、2个读写中断口线，3级加密位；10、低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和唤醒功能；11、有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等几种封装形式，以适应不同产品的需求。c.引脚描述： AT89C52为8位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有：XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz晶振。RST/Vpd（9脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40脚）和VSS（20脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0P3为可编程通用I/O脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0端口（3239脚）被定义为N1功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13脚定义为IR输入端，10脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12脚、27脚及28脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口,也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路,对端口P0写“1”时，可作为高阻抗输入端用。 在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。 在Flash编程时,P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1口：P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。 与AT89C51不同之处是，P1.0和P1.1还可分别作为定时/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX），Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。表3.1 P1.0和P1.1的第二功能引脚号功能特性引脚号功能特性P1.0T2，时钟输出P1.1T2EX（定时/计数器2）P2口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口P2写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。 在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVXDPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVXRI指令）时，P2口输出P2锁存器的内容。 Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。 P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能 P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。ALE/:当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。EA/VPP：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。 如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。 Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp。XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。特殊功能寄存器 在AT89C52片内存储器中，80H-FFH共128个单元为特殊功能寄存器（SFE）。AT89C52除了与AT89C51所有的定时/计数器0和定时/计数器1外，还增加了一个定时/计数器2。定时/计数器2的控制和状态位位于T2CONT2MOD，寄存器对（RCAO2H、RCAP2L）是定时器2在16位捕获方式或16位自动重装载方式下的捕获/自动重装载寄存器。数据存储器AT89C52有256个字节的内部RAM，80H-FFH高128个字节与特殊功能寄存器（SFR）地址是重叠的，也就是高128字节的RAM和特殊功能寄存器的地址是相同的，但物理上它们是分开的。当一条指令访问7FH以上的内部地址单元时，指令中使用的寻址方式是不同的，也即寻址方式决定是访问高128字节RAM还是访问特殊功能寄存器。如果指令是直接寻址方式则为访问特殊功能寄存器。AT89C52的定时器0和定时器1的工作方式与AT89C51相同。定时器2定时器2是一个16位定时/计数器。它既可当定时器使用，也可作为外部事件计数器使用，其工作方式由特殊功能寄存器T2CON的C/T2位选择。定时器2有三种工作方式：捕获方式，自动重装载（向上或向下计数）方式和波特率发生器方式，工作方式由T2CON的控制位来选择。定时器2由两个8位寄存器TH2和TL2组成，在定时器工作方式中，每个机器周期TL2寄存器的值加1，由于一个机器周期由12个振荡时钟构成，因此，计数速率为振荡频率的1/12。捕获方式在捕获方式下，通过T2CON控制位EXEN2来选择两种方式。如果EXEN2=0，定时器2是一个16位定时器或计数器，计数溢出时，对T2CON的溢出标志TF2置位，同时激活中断。如果EXEN2=1，定时器2完成相同的操作，而当T2EX引脚外部输入信号发生1至0负跳变时，也出现TH2和TL2中的值分别被捕获到RCAP2H和RCAP2L中。自动重装载（向上或向下计数器）方式当定时器2工作于16位自动重装载方式时，能对其编程为向上或向下计数方式，这个功能可通过特殊功能寄存器T2CON的DCEN位（允许向下计数）来选择的。复位时，DCEN位置“0”，定时器2默认设置为向上计数。当DCEN置位时，定时器2既可向上计数也可向下计数，这取决于T2EX引脚的值，当DCEN=0时，定时器2自动设置为向上计数。可编程时钟输出定时器2可通过编程从P1.0输出一个占空比为50%的时钟信号。P1.0引脚除了是一个标准的I/O口外，还可以通过编程使其作为定时/计数器2的外部时钟输入和输出占空比50%的时钟脉冲。在时钟输出方式下，定时器2的翻转不会产生中断。定时器2作为波特率发生器使用时，还可作为时钟发生器使用，但需要注意的是波特率和时钟输出频率不能分开确定，这是因为它们同使用RCAP2L和RCAP2L。UART：AT89C52的UART工作方式与AT89C51工作方式相同。中断AT89C52共有6个中断向量：两个外中断（INT0和INT1），3个定时器中断（定时器0、1、2）和串行口中断。这些中断源可通过分别设置专用寄存器IE的置位或清0来控制每一个中断的允许或禁止。IE也有一个总禁止位EA，它能控制所有中断的允许或禁止。时钟振荡器 AT89C52中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器。外接石英晶体（或陶瓷谐振器）及电容C1、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。3.1.2 模数转换ADC0809芯片 图3.2 ADC0809引脚图 a.描述： ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D模数转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。ADC 0808和ADC 0809除精度略有差别外(前者精度为8位、后者精度为7位)，其余各方面完全相同。它们都是CMOS器件，不仅包括一个8位的逐次逼近型的ADC部分，而且还提供一个8通道的模拟多路开关和通道寻址逻辑，因而有理由把它作为简单的“数据采集系统”。利用它可直接输入8个单端的模拟信号分时进行A/D转换，在多点巡回检测和过程控制、运动控制中应用十分广泛。b.主要特性：1）8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位。2）具有转换起停控制端。3）转换时间为100s(时钟为640kHz时)，130s（时钟为500kHz时）4）单个+5V电源供电5）模拟输入电压范围0+5V，不需零点和满刻度校准。6）工作温度范围为-40+85摄氏度7）低功耗，约15mW。c.外部特性（引脚功能）： 图3.3 ADC0809内部图IN0IN7：8路模拟量输入端。 DB0-DB7：8位数字量输出端。 ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路 ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。 START： A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。 EOC： A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。 OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。 CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。 REF（+）、REF（-）：基准电压。 Vcc：电源，单一5V。 GND：接地。3.1.3 LED显示器简介 图3.4 LED:7SEG-MPX4-CCa.描述：液晶显示屏（LCD）由于采用光线投射机制会产生视角模糊等问题。而数码管显示（LED）就不会出现这种状况，而且具有低功耗、低压、寿命长、耐老化、防晒、防潮、防火、防高温，对外界环境要求低，易于维护，同时其精度比较高，测量快，精确可靠，操作简单等特点。这里采用7SEG-MPX4-CC四个公阴二极管显示器，1234是阴公共端。b.LED数码管驱动方式：LED数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据LED数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。静态显示驱动静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要5×8=40根I/O端口来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O端口才32个呢，实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。动态显示驱动LED数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。 3.2 硬件电路设计3.2.1 总体设计硬件电路设计由5个部分组成：A/D转换电路，AT89C52单片机系统，LED显示系统、最小系统（包括时钟电路、复位电路）。3.2.2 单片机最小系统设计 单片机最小系统是单片机工作的基础，AT89C52单片机加上时钟振荡电路和复位电路就构成了它的最小系统。（1）时钟振荡电路： 单片机工作时，从取指令到译码再进行微操作，必须在时钟信号控制下才能有序地进行，时钟电路就是为单片机工作提供基本时钟的。单片机的时钟信号通常有两种产生方式：内部时钟方式和外部时钟方式，这里使用内部时钟方式。 内部时钟方式的原理电路如图3.5所示。在单片机XTAL1和XTAL2引脚上跨接上一个晶振和两个稳频电容，可以与单片机片内的电路构成一个稳定的自激振荡器。晶振的取值范围一般为024MHz，常用的晶振频率有6MHz、12 MHz、11.0592 MHz、24 MHz等。一些新型的单片机还可以选择更高的频率。外接电容的作用是对振荡器进行频率微调，使振荡信号频率与晶振频率一致，同时起到稳定频率的作用，一般选用2030pF的瓷片电容。这里选用由一个11.0592MHZ石英晶体和两个30pF电容构成。 图3.5 时钟振荡电路 （2）复位电路： 在单片机刚开始接上电源正常工作前需要先对它复位，复位电路用于将单片机内部各电路的状态恢复到一个确定的初始值，并从这个状态开始工作。RST引脚上加上大于2个机器周期的高电平就可使单片机复位，一般使RST引脚上出现10ms的高电平，就足以确保单片机复位。 复位电路分为手动复位和上电复位两种，这里使用手动复位电路，如图3.6所示。电路由按钮、电容和电阻组成，其参数可通过计算得到，有多组选择，这里选用10uF的电解电容和10k的电阻。 图3.6 手动复位电路3.2.3 A/D转换模块 图3.7 A/D转换模块仿真图 这里仿真采用ADC0808，ADC0808是ADC0809的简化版本，功能基本相同。一般在硬件仿真时采用ADC0808进行A/D转换，实际使用时采用ADC0809进行A/D转换。 AD0809具有8路模拟量输入信号INOIN7(15、2628脚)，地址线C、B、A(2325脚)决定哪一路模拟输入信号进行A/D转换，本电路将地址线C、B、A均接低电平，选择0号通道输入模拟量电压信号。6脚START 由单片机的P3.0脚控制，作为启动A/D转换控制信号。7脚EOC由单片机的P3.2脚控制，作为A/D转换结束信号。9脚OE由单片机的P3.1脚控制，作为A/D转换数据输出允许控制信号。l0脚CLOCK由单片机的P3.3脚控制，作为ADC0809的实时时钟输入端，8个数字量输出端接到单片机的P2口。 第4章 系统软件设计4.1 程序设计总方案根据模块的划分原则，将该程序划分初始化模块，A/D转换子程序和显示子程序，这三个程序模块构成了整个系统软件的主程序，如图4.1所示 开始输入初始化调用A/D转换子程序调用显示子程序 图4.1 数字式直流电压表主程序框图4.2 系统子程序设计4.2.1 初始化程序 所谓初始化，是对将要用到的MCS_52系列单片机内部部件或扩展芯片进行初始工作状态设定，初始化子程序的主要工作是设置定时器的工作模式，初值预置，开中断和打开定时器等。4.2.2 A/D转换子程序 A/D转换子程序用来控制对ADC0809输入的8路模拟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中。其转换流程图如图4.2所示：开始启动转换A/D转换结束?输出转换结果数值转换 显示 图4.2 转换流程图4.2.3 显示子程序显示子程序采用动态扫描实现四位数码管的数值显示，在采用动态扫描显示方式时，要使得LED显示的比较均匀，又有足够的亮度，需要设置适当的扫描频率。在本设计中，为了简化硬件设计，主要采用软件定时的方式，通过软件延时程序来实现的延时。 第5章 调试仿真5.1 Proteus仿真软件介绍5.1.1 软件简介Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件，它从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真 软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。5.1.2 软件的功能模块智能原理图设计丰富的器件库：超过27000种元器件，可方便地创建新元件；智能的器件搜索：通过模糊搜索可以快速定位所需要的器件；智能化的连线功能：自动连线功能使连接导线简单快捷，大大缩短绘图时间；支持总线结构：使用总线器件和总线布线使电路设计简明清晰；可输出高质量图纸：通过个性化设置，可以生成印刷质量的BMP图纸，可以方便地供WORD、POWERPOINT等多种文档使用。完善的电路仿真功能ProSPICE混合仿真：基于工业标准SPICE3F5，实现数字/模拟电路的混合仿真；超过27000个仿真器件：可以通过内部原型或使用厂家的SPICE文件自行设计仿真器件，Labcenter也在不断地发布新的仿真器件，还可导入第三方发布的仿真器件；多样的激励源：包括直流、正弦、脉冲、分段线性脉冲、音频（使用wav文件）、指数信号、单频FM、数字时钟和码流，还支持文件形式的信号输入；丰富的虚拟仪器：13种虚拟仪器，面板操作逼真，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、直流电压/电流表、交流电压/电流表、数字图案发生器、频率计/计数器、逻辑探头、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器等；生动的仿真显示：用色点显示引脚的数字电平，导线以不同颜色表示其对地电压大小，结合动态器件（如电机、显示器件、按钮）的使用可以使仿真更加直观、生动；高级图形仿真功能（ASF）：基于图标的分析可以精确分析电路的多项指标，包括工作点、瞬态特性、频率特性、传输特性、噪声、失真、傅立叶频谱分析等，还可以进行一致性分析；单片机协同仿真功能支持主流的CPU类型：如ARM7、8051/52、AVR、PIC10/12、PIC16、PIC18、PIC24、dsPIC33、HC11、BasicStamp、8086、MSP430等，CPU类型随着版本升级还在继续增加，如即将支持CORTEX、DSP处理器；支持通用外设模型：如字符LCD模块、图形LCD模块、LED点阵、LED七段显示模块、键盘/按键、直流/步进/伺服电机、RS232虚拟终端、电子温度计等等，其COMPIM（COM口物理接口模型）还可以使仿真电路通过PC机串口和外部电路实现双向异步串行通信；实时仿真：支持UART/USART/EUSARTs仿真、中断仿真、SPI/I2C仿真、MSSP仿真、PSP仿真、RTC仿真、ADC仿真、CCP/ECCP仿真；编译及调试：支持单片机汇编语言的编辑/编译/源码级仿真，内带8051、AVR、PIC的汇编编译器，也可以与第三方集成编译环境（如IAR、Keil和Hitech）结合，进行高级语言的源码级仿真和调试；实用的PCB设计平台原理图到PCB的快速通道：原理图设计完成后，一键便可进入ARES的PCB设计环境，实现从概念到产品的完整设计；先进的自动布局/布线功能：支持器件的自动/人工布局；支持无网格自动布线或人工布线；支持引脚交换/门交换功能使PCB设计更为合理；完整的PCB设计功能：最多可设计16个铜箔层，2个丝印层，4个机械层（含板边），灵活的布线策略供用户设置，自动设计规则检查，3D 可视化预览；多种输出格式的支持：可以输出多种格式文件，包括Gerber文件的导入或导出，便利与其它PCB设计工具的互转（如protel）和PCB板的设计和加工。5.2 仿真电路设计与程序编译 5.2.1 Proteus电路设计 利用单片机AT89C52和ADC0809设计一个数字电压表的原理图如图5.1所示。图5.1 数字电压表原理图（1）选取元器件： 单片机：AT89C52 电阻：RES 4位共阴极的数码管：7SEG-MPX4-CC A/D转换芯片：ADC0808（代替0809） 电位器：POT-HG 瓷片电容：CAP 晶振：CRYSTAL（2） 放置元器件、电源极地、连线、元器件属性设置。数字电压表的原理图如图1-1所示，整个电路设计操作都在ISIS平台中进行。5.2.2 keil 编译程序 Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件。Keil提供包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境µVisiion2将这些部分组合在一起。 利用keil软件编译的c语言程序如图5.2所示。