基于单片机的数字多用表设计说明Word文档格式.docx

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（3）转换开关

转换开关的作用是用来选择各种不同的测量线路，以满足不同种类和不同量程的测量要求。

转换开关一般有多个，分别标有不同的档位和量程。

第二章数字多用表硬件电路的总体设计

2.1数字多用表的硬件系统设计框架图

如下图2.1所示，本多用表由以下几部分功能组成，复位电路、震荡电路、ADC输入、被测量显示、超限报警、ADC使能控制。

复位电路用来清零，进行下一次的测量；

震荡电路用来消除一些外来干扰，使电路工作更加稳定；

ADC输入则是将输入量进行AD转换；

测量显示就是显示测量的数值；

超限报警部分则是用作当测量量超出量程围时发出警报，以便提醒用户更改大量程；

ADC使能控制则用来对输入量进行控制，允许输入或者不允许。

图2.1总体电路设计原理图

2.2硬件电路设计方案与选用芯片介绍

2.2.1设计方案

用单片机STC89C52与ADC0809设计一个数字多用表，配合分流电阻、分压电阻可以测量交、直流电压值，直流电流，四位数码显示。

并且有超出量程的情况发生时，蜂鸣器发声报警。

2.2.2STC89C52芯片功能特性描述

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。

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。

它具有以下标准功能：

8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O接口，看门狗定时器，置4KBEEPROM，MAX810复位电路，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。

图2-2-2STC89C52RS引脚图

STC89C52RS各引脚功能:

VCC（40引脚）：

电源电压VSS（20引脚）：

接地

P0端口（P0.0～P0.7，39～32引脚）：

P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。

作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL负载，对端口P0写入“1”时，可以作为高阻抗输入。

P1端口（P1.0～P1.7，1～8引脚）：

P1口是一个带部上拉电阻的8位双向I/O口。

在对FlashROM编程和程序校验时，P1接收低8位地址。

此外，P1.0和P1.1还可以作为定时器/计数器2的外部技术输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体参见表2-2-2：

表2-2-2

引脚号

功能特性

P1.0

T2（定时器/计数器2外部计数输入），时钟输出

P1.1

T2EX（定时器/计数器2捕获/重装触发和方向控制）

P2端口（P2.0～P2.7，21～28引脚）：

P2口是一个带部上拉电阻的8位双向I/O端口。

在对FlashROM编程和程序校验期间，P2也接收高位地址和一些控制信号。

P3端口（P3.0～P3.7，10～17引脚）：

P3是一个带部上拉电阻的8位双向I/O端口。

在对FlashROM编程或程序校验时，P3还接收一些控制信号。

P3口除作为一般I/O口外，还有其他一些复用功能，见表2-2-3：

表2-2-3

复用功能

P3.0

RXD（串行输入口）

P3.1

TXD（串行输出口）

P3.2

（外部中断0）

P3.3

（外部中断1）

P3.4

T0（定时器0的外部输入）

P3.5

T1（定时器1的外部输入）

P3.6

（外部数据存储器写选通）

P3.7

（外部数据存储器读选通）

注：

单片机最小系统包括时钟电路，复位电路，电源电路。

其原理图如下：

2.2.3数码管显示器的结构与其工作原理

（1）数码管结构

数码管的外形结构如图2-2-3所示

图2-2-3数码管显示器原理图

（2）LED数码管分类

按其部结构可分为共阴型和共阳型；

导通时正向压降一般为1.5～2V，额定电流为10mA，最大电流为40mA。

（3）数码管工作原理

共阳极数码管的8个发光二极管的阳极（二极管正端）连接在一起。

通常，公共阳极接高电平（一般接电源），其它管脚接段驱动电路输出端。

当某段驱动电路的输出端为低电平时，则该端所连接的字段导通并点亮。

根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。

此时，要求段驱动电路能吸收额定的段导通电流，还需根据外接电源与额定段导通电流来确定相应的限流电阻。

共阴极数码管的8个发光二极管的阴极（二极管负端）连接在一起。

通常，公共阴极接低电平（一般接地），其它管脚接段驱动电路输出端。

当某段驱动电路的输出端为高电平时，则该端所连接的字段导通并点亮，根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。

数码管显示数字见图2-2-4

图2-2-4数码管显示数字对照图

2.2.4A/D转换电路的设计

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。

是目前国应用最广泛的8位通用A/D芯片。

此模块主要由模数转换器ADC0809和双D型正沿触发器74LS74（带预置和清除端）组成。

（1）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100μs（时钟为640kHz时），130μs（时钟为500kHz时）。

　　4.单个+5V电源供电。

　　5.模拟输入电压围0～+5V，不需零点和满刻度校准。

　　6.工作温度围为-40～+85摄氏度。

7.低功耗，约15mW。

（2）部结构：

ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，部结构如右图所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器、逐次逼近寄存器、逻辑控制和定时电路组成。

（3）外部特性（引脚功能）：

ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如左图所示。

下面说明各引脚功能。

IN0～IN7：

8路模拟量输入端。

2-1～2-8：

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：

地。

（4）ADC0809的工作过程：

　　首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。

此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。

START上升沿将逐次逼近寄存器复位。

下降沿启动A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。

直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。

当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。

　　转换数据的传送A/D转换后得到的数据应与时传送给单片机进行处理。

数据传送的关键问题是如何确认A/D转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行传送。

为此可采用下述三种方式。

　　1.定时传送方式

　　对于一种A/D转换器来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。

例如ADC0809转换时间为128μs，相当于6MHz的MCS-51单片机共64个机器周期。

可据此设计一个延时子程序，A/D转换启动后即调用此子程序，延迟时间一到，转换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。

　　2.查询方式

A/D转换芯片由表明转换完成的状态信号，例如ADC0809的EOC端。

因此可以用查询方式，测试EOC的状态，即可确认转换是否完成，并接着进行数据传送。

　　3.中断方式

　把表明转换完成的状态信号（EOC）作为中断请求信号，以中断方式进行数据传送。

不管使用上述哪种方式，只要一旦确定转换完成，即可通过指令进行数据传送。

首先送出口地址并以信号有效时，OE信号即有效，把转换数据送上数据总线，供单片机接受。

2.2.5各模块直接引脚连接方法

a）把“单片机系统”区域中的P1.0－P1.7与“动态数码显示”区域中的ABCDEFGH端口连接。

b）把“单片机系统”区域中的P2.0－P2.7与“动态数码显示”区域中的S1－S8端口连接。

c）把“单片机系统”区域中的P3.0与“模数转换模块”区域中的ST端子用导线相连接。

d）把“单片机系统”区域中的P3.1与“模数转换模块”区域中的OE端子用导线相连接。

e）把“单片机系统”区域中的P3.2与“模数转换模块”区域中的EOC端子用导线相连接。

f）把“单片机系统”区域中的P3.3与“模数转换模块”区域中的CLK端子用导线相连接。

g）把“模数转换模块”区域中的A2A1A0端子用导线连接到GND端子上。

h）把“模数转换模块”区域中的IN0端子用导线连接到“三路可调电压模块”区域中的VR1端子上。

i）把“单片机系统”区域中的P0.0－P0.7用8芯排线连接到“模数转换模块”区域中的D0－D7端子上。

第三章数字多用表的软件设计

3.1系统总流程图

根据上述，我们选择单片机与A/D转换芯片结合的方法实现本设计。

使用的基本元器件是：

STC89C52单片机，AD0809模数转换芯片，数码管显示器，开关，电容，电阻，晶振，标准电源等等。

图3.1系统总流程图

3.2物理量采集处理流程

图3.2物理量采集处理流程

3.3电压测量过程流程图

图3.3电压测量流程图

3.4电流的测量过程流程图

图3.4电流测量流程图

3.5各模板仿真与源程序

3.5.1仿真图

分流电阻电路

触发器74LS74

ADC0809转换电路

分压电阻电路

报警电路

3.5.2源程序

#include<

reg51.h>

intrins.h>

sbitLCD_RS=P1^0;

//RS寄存器选择;

高电平选数据;

低电平选指令;

sbitLCD_RW=P1^1;

//读写信号线;

高电平读操作;

低电平写操作;

sbitLCD_E=P1^2;

//E使能端

sbitST=P1^3;

//START输入；

A／D转换启动信号，，高电平有效。

sbitEOC=P1^4;

//输出;

A／D转换结束信号，，

//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）。

sbitOE=P1^5;

//输入,数据输出允许信号，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。

sbitALE=P1^6;

//地址锁存允许信号，输入，高电平有效。

sbitCLK=P3^3;

//时钟脉冲输入端。

/***************************************

sbitA;

//地址选择

sbitB;

sbitC;

***************************************/

#defineLCD_DataP2//液晶数据D7-D0

#defineBusy0x80//用于检测LCD状态字中的Busy标识

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

voidWriteDataLCD（unsignedcharWDLCD）;

//写数据

voidWriteCommandLCD（unsignedcharWCLCD,BuysC）;

//写指令

unsignedcharReadDataLCD（void）;

//读数据

unsignedcharReadStatusLCD（void）;

//读状态

voidLCDInit（void）;

//LCD初始化

voidDisplayOneChar（unsignedcharX,unsignedcharY,unsignedcharDData）;

//显示一个字符

voidDisplayListChar（unsignedcharX,unsignedcharY,unsignedcharcode*DData）;

//显示一串字符

voidDelay5Ms（void）;

voidDelay400Ms（void）;

voidread（）;

//读取待测数据

ucharReadADC（）;

//ADC读取函数

voidwritenumber（）;

voidzhuan（uchari）;

unsignedcharcodeuctech[]={"

TheDCvoltage:

"

};

unsignedcharcodenet[]={"

the"

unsignedcharnum[5];

unsignedcharshu[]={0x30,0x31,0x32,0x33,0x34,0x35,0x36,0x37,0x38,0x39};

//0123456789

unsignedchargetdata;

voidmain（void）

{

ST=0;

OE=0;

ET0=1;

//计时器/计数器中断允许控制位；

=1允许定时，计数器中断

ET1=1;

EA=1;

//中断允许总控制位

TMOD=0x12;

//定时器控制寄存器

TH0=216;

TL0=216;

//TH1=（65536-5000）/256;

//TL1=（65536-5000）%256;

TR1=1;

TR0=1;

Delay5Ms（）;

ST=1;

ALE=0;

Delay400Ms（）;

//启动等待，等LCD进入工作状态

LCDInit（）;

//LCD初始化

while

（1）

{

unsignedcharj;

DisplayListChar（0,0,uctech）;

//显示第0行

//DisplayListChar（0,1,num）;

//显示第1行

ReadDataLCD（）;

//测试用句无意义

j=ReadADC（）;

zhuan（j）;

//voidwritenumber（uchar*q）

//Delay400Ms;

//for（）

//{

WriteCommandLCD（0xc0,0）;

WriteDataLCD（num[2]）;

//}

}

}

ucharReadADC（）//ADC读取函数

{

uchara;

//复位

ALE=1;

//?

?

_nop_（）;

//OE=0;

//ST=1;

//0>

1;

上升沿ADC0809所有寄存器清零

//ST=0;

//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）。

while（EOC==0）//A／D转换结束信号，输出，

{

//OE下降沿。

A/D开始转换，期间ST保持低电平

//OE=1;

//OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。

//OE＝1，输出转换得到的数据；

//OE＝0，输出数据线呈高阻状态。

D7－D0为数字量输出线。

OE=1;

getdata=P0;

a=getdata;

//i=getdata;

}

return（a）;

voidzhuan（uchark）

k=k*196;

//k=k/256;

num[0]=shu[k/10000];

k=k%10000;

num[1]=shu[k/1000];

k=k%1000;

num[2]=shu[k/100];

k=k%100;

num[3]=shu[k/10];

/*

voidwritenumber（uchata,uchar*q）

ReadStatusLCD（）;

//检测忙

LCD_Data=q[];

}

//写数据

voidWriteDataLCD（unsignedcharWDLCD）

LCD_Data=WDLCD;

LCD_RS=1;

LCD_RW=0;

LCD_E=0;

//若晶振速度太高可以在这后加小的延时

//延时

//不加延时通不过PROTEUS仿真

LCD_E=1;

voidWriteCommandLCD（unsignedcharWCLCD,BuysC）//BuysC为0时忽略忙检测

if（BuysC）ReadStatusLCD（）;

//根据需要检测忙

LCD_Data=WCLCD;

LCD_RS=0;

unsignedcharReadDataLCD（void）

LCD_RW=1;

return（LCD_Data）;

unsignedcharReadStatusLCD（void）

LCD_Data=0xFF;

LCD_RS=0;

while（LCD_Data&

Busy）;

//检测忙信号

voidLCDInit（void）//LCD初始化

LCD_Data=0;

WriteCommandLCD（0x38,0）;

//三次显示模式设置，不检测忙信号

WriteCommandLCD（0x38,1）;

//显示模式设置,开始要求每次检测忙信号

WriteCommandLCD（0x08,1）;

//关闭显示

WriteCommandLCD（0x01,1）