1、- 江西环境工程职业学院大专毕业生毕业论文（毕业设计）题目: 数字电压表设计与仿真系别： 机械与电子学院 姓名： 刘志明 学号： 20113905 专业： 机电一体化 指导老师： 毕业论文答辨时间： 2014 年 6月 1摘 要设计采用 AT89C51单片机、A/D 转换器 ADC0808和共阳极数码管为主要硬件，分析了数字电压表 Proteus软件仿真电路设计及编程方法。将单片机应用于测量技术中，采用 ADC0808将模拟信号转化为数字信号，用 AT89C51实现数据的处理，通过数码管以扫描的方式完成显示。设计的数字电压表可以测量05 V 的电压值，AT89C51 为 8位单片机，当 ADC
2、0808的输入电压为 5 V时，输出数字量值为+499 V。本设计电路简单、成本低、性能稳定。数字电压表主要分为四部分：测量部分、显示部分、脉冲部分、供电部分。测量部分是通过 4位半双积分式 A/D转换器 ICL7135芯片实现。ICL7135 对模拟电压进行 A/D转换，输出 BCD码，并自动输出极性判断信号，同时 ICL7135用动态扫描传送数据使数码管亮灭的时间间隔短，保证了测量结果的稳定显示。74LS47 和共阳数码管是显示部分，74LS74 译码器接收 ICL135的 BCD码译码成控制信号去点亮数码管，从而显示出所测的模拟电压值。用 ICM7556配上合适的电阻电容组成多谐振荡器作
3、为脉冲部分产生标准的 137KHz频率提供 ICL7135工作时针信号。外接+5V 和 74HC04产生的-5V 是供电部分给整个电路供电。关键词：数字电压表 单片机 AT89C51 ADC08082目 录引 言 .3第一章 单片机概述 .41.1 单片机的简介 .41.2 单片机的应用领域 .41.3 单片机的发展趋势 .5第二章 AT89C51 单片机组成原理 .62.1 单片机 AT89C51.62.2 AT89C51的特点 .72.3 ADC0808内部逻辑结构 .10第三章 PROTUES 和 KEIL软件介绍 .113.1 PROTUES软件的介绍 .113.2 KEIL软件介绍
4、.13第四章 数字电压表的设计方案 .154.1 总体设计思路 .154.2 设计意义 .154.3 数字电压表的功能要求 .16第五章 数字电压表的仿真设计 .165.1 数字电压表的硬件电路 .165.2 数字电压表的软件设计 .185.3 数字电压表的仿真调试 .18总 结 .19致 谢 .20参考文献 .203引 言由于单片机具有简单实用、高可靠性、良好的性能价格比以及体积小等优点，已经在各个技术领域得到了迅猛发展。数字电压表（Digital Voltmeter）简称 DVM，它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量（直流输入电压）转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。传统的指针
5、式电压表功能单一、精度低，不能满足数字化时代的需求，采用单片机的数字电压表，由精度高、抗干扰能力强，可扩展性强、集成方便，还可与 PC进行实时通信。目前，由各种单片 A/D 转换器构成的数字电压表，已被广泛用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域，示出强大的生命力。与此同时，由 DVM扩展而成的各种通用及专用数字仪器仪表，也把电量及非电量测量技术提高到崭新水平。本设计重点介绍单片 A/D 转换器以及由它们构成的基于单片机的数字电压表的工作原理。二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。不过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称 PC机。它由
6、主机、键盘、显示器等组成。还有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机。这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。它的出现是近代计算机技术发展史上的一个重要里程碑，因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在这个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。单片机具有体积小、功能强、应用面广等优点，目前正以前所未见的速度取代着传统电子线路构成的经典系统，蚕食着传统数字电路与模拟电路固有的领地。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。这种单片机的使用领域已十分广泛。彩电、冰箱、空调、录像机、VC
7、D、遥控器、游戏机、电饭煲等无处不见单片机的影子，单片机早已深深地融入我们每个人的生活之中。单片机能大大地提高这些产品的智能性，易用性及节能性等主要性能指标，给我们的生活带来舒适和方便的同时，在工农业生产上也极大地提高了生产效率和产品质量。单片机按用途大体上可分为两类，一种是通用型单片机，另一种是专用型单片机。4第一章 单片机概述1.1 单片机的简介单片机又称微型控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲，一块芯片就成了一台计算机。MCS-51单片机是美国 INTEL公司于 1980年推出的产品，与 MCS- 48单片机相比，它的结构更先进，功能更强
8、，在原来的基础上增加了更多的电路单元和指令，指令数达 111条，MCS-51 单片机可以算是相当成功的产品，一直到现在，MCS-51 系列或其兼容的单片机仍是应用的主流产品，各高校及专业学校的培训教材仍与 MSC-51单片机作为代表进行理论基础学习。MCS-51系列单片机主要包括 8031、8051 和 8751等通用产品。DP-51S单片机仿真实验仪是由广州致远电子有限公司设计的 DP系列单片机仿真实验仪之一，是一种功能强大的单片机应用技术学习、调试。1.2 单片机的应用领域单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分为如下几个范畴：
9、一、在智能仪器仪表的应用单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪） 。二、在家用电器中的应用可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭煲、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。三、在工业控制中的应用用单片机可以构成形式多样的
10、控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制5系统等。四、在计算机网络和通信领域中的应用现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机、电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。五、单片机在医用设备领域中的应用单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。 此外，单片机在工商
11、、金融、科研、教育、国防航空等领域都有着十分广泛的用途。1.3 单片机的发展趋势单片机现在可以说是百花齐放，百家争鸣的时期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机，从 8位、16 位到 32位，数不胜数，应有尽有，有与主流 C51系列兼容的，也有不兼容的，但它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供了广阔的天地。纵观单片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势，大致有：一、微型单片化现在常规的单片机普遍都是将中央处理器（CPU） 、随机存取数据存储（RAM） 、只读程序存储器（ROM） 、并行和串行通信接口，中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，增强型的单片机集成了如 A/D转
12、换器、PMW（脉宽调制电路） 、WDT（看门狗） 、有些单片机将 LCD（液晶）驱动电路都集成在单一的芯片上，这样单片机包含的单元电路就更多，功能就越强大。甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做，制造出具有自己特色的单片机芯片。此外，现在的产品普遍要求体积小、重量轻，这就要求单片机除了功能强和功耗低外，还要求其体积要小。现在的许多单片机都具有多种封装形式，其中 SMD（表面封装）越来越受欢迎，使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。二、低功耗 CMOS化MCS-51系列的 8031推出时的功耗达 630mW，而现在的单片机普遍都在100mW左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单
13、片机制造商基本6都采用了 CMOS（互补金属氧化物半导体工艺） 。像 80C51就采用了 HMOS（即高密度金属氧化物半导体工艺）和 CHMOS（互补高密度金属氧化物半导体工艺） 。CMOS虽然功耗低，但由于其物理特征决定其工作速度不够高，而 CHMOS则具备了高速和低功耗的特点，这些特征，更适合于要求低功耗像电池供电的应用场合。所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。三、主流与多品种共存现在虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以 80C51为核心的单片机占主流，兼容其结构和指令系统的有 PHILIPS公司的产品，ATMEL 公司的产品和中国台湾的 Winbond系列单片机。所以 8
14、0C51占据了半壁江山。而 Microchip公司的 PIC精简指令集合（RISC）也有着强劲的发展势头，中国台湾的 HOLTEX公司近年的单片机产量与日俱增，与其底价质优的优势，占据一定的市场份额。此外还有 MOTOROLA公司的产品，日本几大公司的专用单片机。在一定的时期内，这种情形将得以延续，将不存在某个单片机一统天下的垄断局面，走的是依存互补、相辅相成、共同发展的道路。九十年代以后，单片机在结构上采用双 CPU或内部流水线，CPU 位数有 8位、16 位、32 位，时钟频率高达 20MHZ，片内带有 PWM输出、监视定时器WDT、可编程计数器阵列 PCA、DMA 传输、调制解调器等。芯
15、片向高度集成化、低功耗方向的发展，使得单片机在大量数据的实时处理、高级通信系统、数字信号处理、复杂工业过程控制、高级机器人以及局域网等方面得到大量应用。这种单片机的使用领域已十分广泛。彩电、冰箱、空调、录像机、VCD、遥控器、游戏机、电饭煲等无处不见单片机的影子，单片机早已深深地融入我们每个人的生活之中。7第二章 AT89C51 单片机组成原理2.1 单片机 AT89C51AT89C51单片机是美国 ATMEL公司生产的低功耗，高性能 CMOS 8位单片机，片内含 4K bytes的可系统编程的 Flash只读程序存储器，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 805
16、1指令系统及引脚。它集Flash程序存储器，既可在线编程（ISP）也可用传统方法进行编程及通用 8位微处理器于单片芯片中，ATMEL 公司的功能强大，低价 AT89C51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。2.2 AT89C51 的特点40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32 个外部双向输入/输出（I/O）口，5 个中断优先级 2层中断嵌套中断，2 个 16位可编程定时计数器，2 个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器 此外，AT89C51 设计和配置了振荡频率可为 0Hz并可
17、通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU 暂停工作，而 RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存 RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有 PDIP、TQFP和 PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。主要特性有： 与 MCS-51单片机产品兼容 4K 字节在系统可编程 Flash存储器 1000 次擦写周期 全静态工作：0Hz-33MHz 32 个可编程 I/O口线 2 个 16位定时器/计数器 6 个中断源 全双工 UART串行通道 低功耗空闲和掉电模式 掉电后中断可唤醒8 看门狗定时器 双数据指针 灵活的 ISP编程（
18、字或字节模式） 4.0-5.5V 电压工作范围51单片机的功能结构框图如图 2-1所示。图 2-1 51单片机功能结构框图51单片机芯片内部集成了 CPU、RAM、ROM、定时/计数器和 I/O口等各功能部件，并由内部总线把这些不见连接在一起。51单片机内部包含以下一些功能部件：(1) 一个 8位 CPU；(2) 一个片内振荡器和时钟电路；(3) 4KB ROM（80C51 有 4KB掩膜 ROM，87C51 有 4KB EPROM，80C31 片内有无 ROM） ；(4) 128B内 RAM；(5) 可寻址 64KB的外 ROM和外 RAM控制电路；(6) 两个 16位定时/计数器；(7)
19、21个特许功能寄存器; AT89C51单片机一般采用双列直插 DIP封装，共 40个引脚，图 2-2为引脚排列图。40 个引脚大致可分为 4类：电源、时钟、控制和 I/O引脚。9图 2-2 AT89C51引脚图1.电源(1)Vcc芯片电源，接+；(2)Vss接地端。2.时钟XTAL1、XTAL2晶体振荡电路反相输入端和输出端。使用内部振荡电路时外接石英晶体。3.控制线控制线共有 4根，其中 3根是复用线。所谓复用线是指具有两种功能，正常使用时是一种功能，在某种条件下是另一种功能。(1)ALE/PROG地址锁存允许/片内 EPROM编程脉冲。ALE 功能：用来锁存 P0口送出的低 8位地址。80
20、C51在并行扩展外存储器（包括并行扩展 I/O口）时，P0 口用于分时传送低 8位地址和数据信号，且均为二进制数。那么如何区分是低 8位地址还是8位数据信号呢？当 ALE信号有效时，P0 口传送的是低 8位地址信号；ALE 信号无效时，P0 口传送的是 8位数据信号。在 ALE信号的下降沿，锁定 P0口传送的内容，即低 8位地址信号。需要指出的是，当 CPU不执行访问外 RAM指令（MOVX）时，ALE 以时钟振荡频率 1 / 6的固定频率输出，因此 ALE信号也可作为外部芯片 CLK时钟或其他需要。但是，当 CPU执行 MOVX指令时，ALE 将跳过一个 ALE脉冲。ALE端可驱动 8个 LSTTL门电路。PROG 功能：片内有 EPROM的芯片，在 EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。(2)PSEN外 ROM读选通信号。
