自动选档数字电压表的设计.doc

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1、诚信申明本人申明：我所呈交的本科毕业设计（论文）是本人在导师指导下对四年专业知识而进行的研究工作及全面的总结。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中创新处不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京化工大学或其它教育机构的学位或证书而已经使用过的材料。与我一同完成毕业设计（论文）的同学对本课题所做的任何贡献均已在文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人承担一切相关责任。本人签名： 年 月 日自动选档数字电压表的设计自动化专业 0902班 学号111111111指导教师 王凌摘 要数字电压表自诞生以来被广泛应用于工控，教学及社会生产中,需要测量电压

2、电流值的各种场所。本文研究基于单片机的自动选档数字电压表的设计，本设计的数字式电压表，具有可自动选档，实用性高，测量精准等特点。通过对现有的各种方案分析，采用以单片机为中央处理器，接收到电信号后，利用芯片及设计电路完成A/D转换功能，通过对电信号的转换由LCD显示结果，完成测量过程。本文给出了具体的硬件设计电路和软件结构，文中给出了系统硬件线路的设计要点和电路结构以及软件的设计要点。本文设计的数字电压表，其硬件电路所用元件较少、成本低、调节简单；软件程序采用C语言编写，可读性强。经过理论研究、原理设计和整机调试，实验结果表明，本设计达到了可自动选档,测量精准等初步要求。关键词： 数字电压表 单

3、片机 LCD A/D转换The design of a Digital Voltmeter of function of Automatic selected stallsAbstractDigital Voltmeter since its created that has been widely used in a variety of palce,such as industrial, teaching and social production where is that voltage and current values measured.This article is about

4、 the design of a Digital Voltmeter of function of Automatic selected stalls,the microcontroller-based Digital Voltmeter of the function that is Automatic selected stalls,high availablity and precise measurement. Analysis on the various programs,put the Microcontroller as the central processor receiv

5、ed electrical signal , A/D conversion function achieved by using the chip and circuit design, when the transformed electrical signal displayed by the LCD ,the measurement process is completed.In this paper, a detailed description of the design of the system hardware circuit design and structure, as

6、well as the design of software ,all of about that is given. The digital voltage meter designed in this paper, have less components in the hardware part, lower cost and easier testing; software used C programming language which is strong readability. After theoretical research, principle design and d

7、ebugging, the experimental results suppose it is feasible of choosing this program .Key words: Digital Voltmeter Microcontoller LCD A/D conversion 目 录前 言1第1章整体设计4第1.1节 设计指标4第1.2节 设计方案的论证4第1.3节 系统总体设计6第1.4节 小结7第2章 系统的硬件结构8第2.1节 硬件系统的设计原则8第2.2节 单片机及外围电路设计9第3章 软件程序设计27第3.1节 软件设计要求27第3.2节 程序流程28第3.3节 小结

8、28第4章 制作与调试29第4.1节 电路板的制作29第4.2节 调试29第5章 数字电压表的抗干扰设计31第5.1节 硬件系统抗干扰设计硬件31第5.2节 软件系统的抗干扰设计32第5.3节 小结32结 论34附 录35参考文献45致 谢47前 言21世纪是一个数字化的时代，各式各样的数字化产品如雨后春笋般出现并被应用在科学研究、工业和生产生活等各领域，发挥着无可比拟的作用。而现在，数字电压表作为现代工业和生产生活中重要工具，它不但开拓了电子测量领域的先河，而且正朝着高准确度、智能化、低成本的方向发展，成为人们青睐的测量工具之一。并且，数字电压表在生产工艺、外观设计、安全及可靠性等方面也在不

9、断改进和完善。因此，对数字电压表的研究具有十分重要的意义。以往的指针式电压表功能较单一、指示精度低，不能满足现在人们在生产生活中的需求，于是数字式电压表在这样的背景下诞生。数字电压表（Digital Voltmeter）简称DVM，它指的是采用数字化测量技术，把连续的模拟量（直流或交流输入电压）转换成不连续、离散的数字量形式并加以显示的仪表。在电量的测量中，电压、电流和频率是最基本的三个被测量。其中，电压值的测量是最为经常被需要的。而且随着高新电子技术的发展，电压值的测量在转向高精度发展，由此看来数字电压表是一种必不可少的测量仪器。另外，由于数字式仪器具有读数准确方便、精度高、误差小、灵敏度高

10、和分辨率高、测量速度快等特点而倍受人们青睐，数字式电压表就是基于这种需求而发展起来的。目前数字电压表的设计和研发,已经有多种类型和款式，类如由数字电路和芯片构成的、基于单片机控制的、基于FPGA控制的、基于CPLD控制的等等。基于单片机（Microcontoller）控制的数字电压表，以单片机和A/D转换器为主要元件，构成了数字电压表的主要硬件电路。这样的电压表电路设计简单，所用的元件较少，成本低，调节工作可实现自动化，而且还可以方便地进行8位A/D转换量的测量，远程测量结果传送等功能。较之以往传统的电压表更加灵活便捷，传统电压表系统功能固定，难以更新扩展，而这些缺点在新型数字电压表上面都已被

11、克服。从数字电压表的发展来看，从1952年美国NLS公司生产的四位电子管数字电压表到现在已出现的8位数字电压表，可以测量的参数增加到直流电压、交流电压、电流、阻抗等多种电量单位。由于测量自动化程度不断提高，数字电压表还可以和PC机相结合，实现远程测量和对数据的传输处理等功能。目前世界上美国FLUKE 公司在直流和低频交流电量的校准领域居于国际先进水平。比如该公司生产的“4700A”多功能校准器和“8505”微机数字多用电压表，可用8位显示，直流精度可达到十百万分之五，读数分辨力01pV，带有A/D转换模式、数据输出接口型IEEE-488，具有比率测量软件校准和有交流电阻、电流选件。还有高精度电

12、压标准器“5400A”、“5200A”、“5450A ”等数字仪表，都是作为一级计量站和国家级计量站使用的标准仪表。还有英国的7055数字电压表采用脉冲调宽技术。日本横河公司生产的2501型采用三次采样等等。在现代电子科技的高速发展过程中，微型化、集成化、高密度化以及设备的高精度化已经成为一种长期的趋势，这就要求我们力求使用更精确的设备。而基于现代工业的生产及实践需求，新型数字电压表的发展趋势也可以从以下五个方面可见一斑：(1)广泛采用新技术，不断开发新产品 。随着科学技术的发展，新技术的广泛应用，新器件的不断出现。首先是A/D转换器：20世纪90年代世界各国相继研发了新的A/D转换技术。如四

13、斜率A/D转换技术、余数再循环技术、自动校准技术、固态真有效值转换技术、约瑟夫森效应基准源、智能化专用芯片等，这些新技术使数字电压表向高准确度、高可靠性及智能化、低成本方向发展。另外，集成电路的发展使电压表只在外围配置少量元器件，即可构成完整的智能仪表，可以完成储存、计算、比较、控制等多项功能。(2)广泛采用新工艺。新一代数字仪表正朝着标准模块化的方向发展。预计在不久的将来，更多的数字仪表将由标准化、通用化、系列化的模块所构成，给电路设计、安装调试和维修带来极大方便。(3)多从显示仪表。为彻底解决数字仪表不便于观察连续变化量的技术难题；“数字/模拟条图”双显示仪表已成为国际流行款式，它兼有数字

14、仪表准确度高、模拟式仪表便于观察被测量的变化过程及变化趋势这两大优点。 (4)提高安全性。仪器仪表在设计和使用中的安全性，对生产厂家和广大用户都至关重要。一方面厂家必须为仪表设计安全保护电路，并使之符合国家标准；另一方面用户必须安全操作，时刻注意仪表上的各种安全警告指示。 (5)操作简单化。 集成电路的发展使电压表只在外围配置少量元件，即可构成完整的智能仪表，可以完成储存、计算、比较、控制等多项功能。这使的按键变少，操作简单。但是数字电压表并不能完全取代指针式的电压表，在反映电压的连续变化和变化趋势方面不如指针表的直观。为克服这种缺憾，20世纪90年代初，一种“数字/光柱”的双重显示仪表已经出

15、现，并成功地应用于生产实践中。数字电压表的设计是生产许多数字化仪表产品的核心与基础。以单片机式数字电压表技术为核心，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），覆盖了电子电工测量，工业测量，自动化仪表等各个领域。但是传统的数字电压表设计通常以大规模ASIC(专用集成电路)为核心器件，并辅以少量中规模集成电路及显示器件构成，可是这种设计方法灵活性差，系统功能固定，难以更新扩展，不能满足日益发展的电子工业要求。而应用单片机技术为核心设计的数字式电压表，其各方面性能优异，正是现在社会生产生活中所需要的。由此看来，设计这种以单片机为基

16、础，具有自动选档功能、灵活性好、结构简单、安全可靠的数字式电压表将是很有意义的。 第1章 整体设计第1.1节 设计指标设计一个具有自动选档功能的数字电压表，其设计指标基本如下：1. 电压测量范围：0-220V。2. 保持测量精度小数点后三位。3. 输出数据用LCD液晶显示。4. 用TLC1549实现数字量的转换。5. 核心控制部件采用单片机控制，充分利用单片机资源。第1.2节 设计方案的论证1.2.1单片机控制系统的论证现代数字电压表的设计多采用单片机来作为设计系统的中央处理器。因为单片微理器的优异性，其集成度高，系统结构简单，应用灵活，处理功能强，运算速度快，这一系列优点，使单片机为数字电压

17、表设计基础的控制系统容易实现体积小，性能好，设计灵活性高，价格便宜，易于产品化等多方面指标。 目前的单片机种类繁多，有8位机的Intel MCS-51系列，PIC系列等，而16位单片机有Intel MCS-96系列等。在本次设计中，8位单片机就能满足电压表系统的设计需求。由STC公司推出的C51、C52两个系列单片机功能强大，在多种电子仪表设计中广泛得到应用。其中的STC89系列8位Flash单片机，与8051系列单片机相兼容，特别是STC公司推出的89C52低功耗高性能的8位COMS单片机。它内部集成了8k的flash程序存储器，这种flash存储器可以反复擦除1000次之多，使程序调试非常

18、方便。同时STC89C52具有256字节内部RAM, 32位输出/输入口线，3个16位定时器/计数器，6个中断源2级中断处理能力，具有低功耗空闲和掉电两种节电模式。从软硬件系统设计的各方面考虑，选用STC89C52单片机作为电压表系统的中央处理器，完全能够满足整个系统的设计需要。1.2.2 A/D转换电路的论证现在市场上的A/D转换芯片种类繁多。按转换位数分有8位，10位，12位，16位。按A/D转换基本原理的特点，A/D转换芯片分为积分型，逐次逼近型，并行比较型/串并行型，-调制型，电容阵列逐次比较型以及压频变换型。积分型AD工作原理是将输入电压转换成时间(脉冲宽度信号)或频率(脉冲频率)，

19、然后由定时器/计数器获得数字值。其优点是用简单电路就能获得高分辨率，但缺点是由于转换精度依赖于积分时间，因此转换速率极低。逐次比较型AD是由一个比较器和DA转换器通过逐次比较逻辑构成，从MSB开始，顺序地对每一位将输入电压与内置DA转换器输出进行比较，经n次比较而输出数字值。其电路规模属于中等。其优点是速度较高、功耗低，在低分辨率（12位）时价格很高。并行比较型AD采用多个比较器，仅作一次比较而实行转换，又称flash(快速)型。由于转换速率极高，n位的转换需要2n-1个比较器，因此电路规模也极大，价格也高，只适用于视频AD转换器等速度特别高的领域。串并行比较型AD结构上介于并行型和逐次比较型

20、之间，最典型的是由2个n/2位的并行型AD转换器配合DA转换器组成，用两次比较实行转换，所以称为Half flash(半快速)型。还有分成三步或多步实现AD转换的叫做分级（Multistep/Subrangling）型AD，而从转换时序角度又可称为流水线（Pipelined）型AD，现代的分级型AD中还加入了对多次转换结果作数字运算而修正特性等功能。这类AD速度比逐次比较型高，电路规模比并行型小。从设计指标来看，通过比较压频变换型、电容阵列逐次比较型、-型等集中典型AD 转换器，来论证我们从转换精度的角度出发应采用电容逐次比较型的转换器。因此，我选用德州仪器制造的TLC1549芯片，由于TLC

21、1549采用CMOS工艺，内部具有自动采样保持、可按比例量程校准转换范围、抗噪声干扰功能，而且开关电容设计使在满刻度时最大总误差仅为1 LSB(4.8 mV)，因此可广泛应用于模拟量和数字量的转换电路中。1.2.3 LCD显示电路的论证在现代数字产品的研究与生产中，字符型液晶显示模块被广泛应用于智能仪表、通讯、办公自动化及军工等领域。在国际上已经规范化，但无论显示屏规格如何变化，其电特性和接口形式都是统一的。因此只要设计出一种型号的接口电路，在指令设置上稍加改动即可使用各种规格的字符型液晶显示模块。和数码管相比，字符型液晶显示模块的使用更加灵活，显示程序比较通用，可移植性强，读数视觉效果好，显

22、示字符类型也多种多样，例如，在电压超过量程时，字符型液晶显示模块可以轻松的显示“Over”,而数码管实现起来却比较麻烦。因此，在本设计中显示电路采用LCD-1601液晶显示屏。LCD-1602晶显示屏是以若干个5 7/8或5 10/11点阵块组成的显示字符群，每个点阵块为一个字符位，字符间距和行距都为一个点的宽度。主控制驱动IC为HD44780及其他公司全兼容IC如：NT3881 NOVATEK KS0066 SAMSUNG SPLC78A01 SUNPLUS。具有字符发生器ROM，可显示192种字符，160个5 7点阵字符和32个5 10点阵字符。具有64个字节的自定义字符RAM ，可自定义

23、8个5 8点阵字符或4个5 11点阵字符。具有80个字节的RAM。标准的接口特性，适配M6800系列MPU的操作时序。模块结构紧凑轻巧装配容易。单+5V电源供电，低功耗、长寿命、高可靠性。综上所述，选用LCD-1602显示模块可以完全满足数字电压表的数显需求。第1.3节 系统总体设计 STC89C52显示电路/转换电路交直流输入电路稳压电源电路图1.1 系统总体设计框图系统总体设计框图如图1.1所示，整个系统的工作原理：输入的电压经交直流输入电路，将采样电压发送到TLC1549,然后由TLC1549将模拟电压转换成数字量输出送至单片机处理。单片机通过软件控制对数据进行处理，进行信号的筛选及运算

24、，完成选档过程，数据从P2口输出，送入显示电路显示。其中，被测电压由交直流输入电压转换成稳定模电信号，稳压电源电路为单片机，AD转换器，LCD等元器件提供+5V工作电源电压。第1.4节 小结在电压表系统中,硬件电路设计和软件程序的设计中都采用了分模块设计，这种设计方法能清晰的显示出电路的功能与结构，为设计的过程和以后的调试维修提供了很大的方便。特别是在软件的设计中，这种方法提高了程序的可移植性，为以后的功能扩展提供了空间。而软件的设计相关将在第三章介绍。第2章 系统的硬件结构第2.1节 硬件系统的设计原则一个以单片机为处理器的系统中硬件电路的设计包含有两部分：一是系统扩展，即单片机内部的功能单

25、元，如ROM、RAM、I /O口、定时/计数器、中断系统等容量不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行系统扩展，选择合适的芯片并设计相应的电路。二是系统配置，即按照系统功能要求配置外围设备，如键盘、显示器、打印机、A/D、D/A转换器等，要设计相应的接口电路。在本系统中，STC89C52单片机内部的功能单元已经能够满足系统设计需要，不需要系统扩展。按系统功能需求，需要配置工作电源、LCD显示等。系统的扩展和配置设计遵循下列原则：1尽量选择典型电路，采用符合单片机的常规用法。为整个系统硬件设计的标准化、模块化打下良好的基础。2单片机的系统扩展与外围设备配置的水平应充分满足应用系统的功能要求来设计

26、，并留有适当的余地，以便二次开发。在本系统中选用有32个I/O口线的STC89C52，当前设计中分别选用了其中的24个I/O口线，留有8个I/O口为以后系统扩展留有空间。3硬件结构应结合软件设计方案结合考虑。硬件结构与软件方案会相互影响，为了使整个系统整合统一，需要考虑到：软件能实现的功能尽可能由软件实现，以简化硬件结构。但必须注意，由软件实现的硬件功能，其相应时间要比直接用硬件实现来得长，而且占用CPU时间。因此，选用软件方案时要考虑这些因素。4系统中的相关的原器件要尽可能做到性能的相互匹配。如在本系统中，选择CMOS芯片单片机构成低功耗系统时，系统中所有芯片都应该选择低功耗的产品。选用芯片

27、必须是同一个系列，若是CMOS系列则尽量不选用TTL系列的芯片。5可靠性及抗干扰设计是硬件系统设计中尤其注意的地方，它包括芯片、器件选择、印刷电路板布线等。6该系统设计的有元器件必须满足5伏的工作电压，并且通过硬件的设计满足所有元器件的电源电压的需求。第2.2节 单片机及外围电路设计2.2.1单片机系统单片机是整个数字电压表系统的核心。在考虑经济性和满足需求前提下，本系统选用STC公司生产的8位89C52单片机作为整个系统的控制中心。STC89C52的命令与MCS-51系列产品完全兼容且具有以下的一些特点：18K的FLASH存储器。1000次擦写周期。2三级加密程序存储器。3看门狗定时器。4全

28、静态操作：0Hz-33MHz。532个可编程I/O口线。63个16位定时器/计数器。78个中断源。8低功耗空闲和掉电两种节电模式。9. 全双工UART串行通道。10.掉电后中断可唤醒。11.双数据指针。12.掉电标识符。STC89C52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案。

29、AT89S52具有以下标准功能：8k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。AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。低功耗空闲模式下，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，振荡器冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为至。图2.1 STC89C52引脚图STC89C52引脚图如图2.1，引脚说明如下：P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动

30、8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0不具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。 P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O 口，p1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。 此外，P1.0和P1.1分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和定时

31、器/计数器2 的触发输入（P1.1/T2EX）。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。 引脚号第二功能： P1.0 T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出 P1.1 T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制） P1.5 MOSI（在系统编程用） P1.6 MISO（在系统编程用） P1.7 SCK（在系统编程用） P2口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（

32、IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR）时，P2口送出高八位地址。在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。在使用 8位地址（如MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。 P3口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p3 输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3口亦作为AT89S52特殊

33、功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。 端口引脚 第二功能： P3.0 RXD(串行输入口) P3.1 TXD(串行输出口) P3.2 INTO(外中断0) P3.3 INT1(外中断1) P3.4 TO(定时/计数器0) P3.5 T1(定时/计数器1) 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) 此外，P3口还接收一些用于FLASH闪存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是单片机复位。ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE

34、（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。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。 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AT89S52由外部程序存储器取指

35、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0000H-FFFFH），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的指令。FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。 XTAL1：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。 2.2.2晶振电路

36、的设计在单片机系统正常工作中晶振发挥着不可替代的作用，作为单片机运行的基础，它结合单片机内部电路产生单片机所需要的时钟频率，这为单片机系统提供了基本的时钟信号，而单片机晶振提供的时钟频率越高，单片机的运行速度越快，单片机一切指令的执行都是以单片机晶振提供的时钟频率为基础。Y111.0592MC130pfC230pfXTAL1XTAL2图2.2 晶振电路图晶振电路图的设计采用内部方式时钟电路方式，如图2.2，晶体振荡器的振荡信号从XTAL2端送入内部时钟电路，它将该振荡信号二分频，产生一个两相时钟信号P1和P2供单片机使用。时钟信号的周期称为状态时间S，它是振荡周期的2倍，P1信号在每个状态的前

37、半周期有效，在每个状态的后半周期P2信号有效。CPU就是以两相时钟P1和P2为基本节拍协调单片机各部分有效的进行工作。2.2.3复位电路的设计复位电路在单片机系统中用于产生复位信号，主要是通过RST引脚送入单片机，进行复位操作。它的稳定直接影响单片机系统工作的可靠性，因此，复位电路的设计和研究非常重要。单片机的复位分为加电复位和手动复位两种方式。加电复位是指通过专用的复位电路产生复位信号。它是系统原始的复位方式，发生在开机加电时，是系统自动完成的。手动复位也是通过设计专用的复位电路来实现复位。在单片机系统中，手动复位是必须具有的功能，在调试或运行时，若遇到死机、死循环或程序“跑飞”等情况，手动

38、复位是处理这种尴尬局面的常用方法。在本设计中采用按键电平复位电路，如图2.3复位电路STC89C52图2.3 复位电路原理图2.2.4 A/D转换电路相关TLC1549是美国德州仪器公司生产的10位模数转换器。它采用CMOS工艺，具有内在的采样和保持，采用差分基准电压高阻输入，抗干扰性强，该芯片具有两个数字输入端和一个3态输出端，它们提供与微处理器串行端口的3线接口。本芯片具备自动采样保持功能，采取差分基准电压高阻输入，可按比例量程校准转换范围，可以实现低误差的转换，总不可调整误差为1LSB Max（4.8mV）。(1)TLC1549的性能特点：10位分辨率转换器；内在的采样和保持；总不可调整

39、误差1LSBMAX；片内系统时钟；CMOS工艺。(2)TLC1549的极限参数：电源电压范围：-0.5V至6.5V；输入电压范围：-0.3V至Vcc+0.3V；输出电压范围：-0.3V至Vcc+0.3V；正基准电压：Vcc+0.1V；负基准电压：-0.1V；峰值输入电流：20mA；峰值总输入电流：30mA。(3)TLC1549引脚其功能：图2.4 TLC1549引脚图TLC1549引脚图如图2.4，其中CS位芯片选择段低电平有效；ANANLOG IN为模拟信号输入端，DATA OUT为转换结果输出端，在时钟信号的作用下，前次转换结果以串行方式依次由该引脚送出；I/O CLOCK为输入/输出时钟

40、；REF+为基准电压的高端值（通常为Vcc）加至该引脚，最大输入电压范围由加至REF+和REF-的电压差决定；REF-为基准电压的低端值（通常为地）加至该引脚；Vcc为正电源电压。(4)工作原理：当芯片选择（CS）无效（高）时，I/O CLOCK跟先前一样禁止以及DATA OUT为高阻抗状态。当串行借口让CS有效（低）时，开始转换过程，I/O CLOCK使能，并使DATA OUT端脱离高阻抗状态。然后，串行接口向I/O CLOCK提供时钟序列，并从DATA OUT接收先前转换的结果。I/O CLOCK从主机串行接口上接收到一个10至16个时钟的序列。前10 个时钟为采样模拟输入提供控制时序。图

41、2.5 TLC1549 工作时序图在CS的下降沿，前次转换的MSB出现在DATA OUT端。10位数据通过DATA OUT 被发送到主机串行接口。为了开始转换，最少需要10个时钟脉冲。如果I/O CLOCK 传送大于10个时钟长度，那么在的10个时钟的下降沿，内部逻辑把DATA OUT 拉至低电平以确保其余位的值为零。在正常进行的转换周期内，规定时间内CS端高电平至低电平的跳变可终止该周期，器件返回初始状态（输出数据寄存器的内容保持为前次转换结果）。由于可能破坏输出数据，所以在接近转换完成时要小心防止CS被拉至低电平。时序图如图2.5。对于连续逐次逼近型的模数转换器TLC1549。CMOS门限

42、检测器通过检测一系列电容的充电电压决定A/D转换后的数字量的每一位，如图2.6所示。在转换过程的第一阶段，模拟输入量同时关闭SC和ST进行充电采样，这一过程使所有电容的充电电压之和达到模数转换器的输入电压。由图2.6中可知，转换过程的第二阶段打开所有SC和ST，CMOS门限检测器通过识别每一只电容的电压确定每一位。使其接近参考电压。在这个过程中，10只电容逐一检测，直到确定转换的十位数字量。其详细步骤为：门限检测器检测第一只电容（weight=512）的电压该电容的节点512连接到REF+。梯型网络中其他电容的等效节点接到REF-。如果总节点的电压大于门限检测器的电压（大约Vcc的一半），“0

43、”被送至输出寄存器，此时512-weight的电容连接到REF。经反相后为“1”，即为最高位MSB为1：如果总节点的电压小于门限检测器的电压（大约Vcc的一半），“1”被送至输出寄存器此时512-weight的电容连接到REF+，经反相后为“0”，存为最高位MSB为0对于256-weight的电容和128-weight的电容也要通过连续逐次逼近型的重复操作，直到确定从高位（MSB）到低位（LSB）所有数字量，即为初始的模拟电压数字量。整个转换过程调整VRF-和VRF+以便从数字0至1跳变的电压为0.0024V，满度跳变电压为4.908V，即1LSB4.8mV。图2.6 连续逐次逼近系统采样模式

44、图 STC89C52(5）TLC1549与单片机连接原理图：图2.7 TLC1549与单片机连接原理图2.2.5稳压电源电路稳压电源电路的实现，为电压表中各个需要+5V工作电源的元器件提供了稳定电源，保证了整个设计电路的正常工作，是设计中重要的组成部分。（1）稳压电源电路相关三端稳压器7805是一种标准化、系列化的通用线性稳压电源集成电路，以其体积小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用简捷方便等特点，成为目前稳压电源中应用最为广泛的一种单片式集成稳压器件。图2.8 7805管脚图7805主要特点：输出电流可达1A 。输出电压有：5V； 6V； 8V； 9V； 10V； 12V； 15V； 18

45、V； 24V。过热保护。短路保护。输出晶体管SOA保护。（2）7805功能框图：图2.9 7805功能框图（3）稳压电源电路原理图：图2.10 稳压电源电路原理图2.2.6声光提示电路声光提示电路工作原理：P37为低电平时，三极管Q1导通，蜂鸣器响，LED灯亮，其作用是在以后的扩展中供光电及声音提示。图2.11 声光提示电路原理图2.2.7 LCD显示电路LCD1602也叫1602字符型显示液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块它有若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。每位之间有一个点距的间隔每行之间也有也有间隔起到了字符间距和行间距

46、的作用，正因为如此所以它不能显示图形。（1）1602特性：+5V电压，对比度可调；内含复位电路；提供各种控制命令,如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能；有80字节显示数据存储器DDRAM；内建有160个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM；8个可由用户自定义的5X7的字符发生器CGRAM。（2）1602引脚说明：表 2.1 1602引脚说明引脚号引脚名电平输入/输出作用1Vss电源地2Vcc电源（+5V）3Vee对比调整电压4RS0/1输入0=输入指令1=输入数据5R/W0/1输入0=向LCD写入指令或数据1=从LCD读取信息6E1,10输入使能信号，1时读取信息，10（下降沿）执行命令7DB00/1输入/输出数据总线line0(最低位)8DB10/1输入/输出数据总线line9DB20/1输入/输出数据总线line10DB30/1输入/输出数据总线line11DB40/1输入/输出数据总线line