1 青岛农业大学第五届电子设计大赛设计方案项目名称: 基于单片机数字电压表设计参赛成员: 陈昌栋通信 09级2班 ********** 丁胜朋通信 09级2班 ********** 张艳敏通信 09级2班 ********** 2 基于单片机的数字电压表摘要:本文介绍一种基于STC89C5 2 单片机的一种电压测量电路,该电路采用运放OP0 7高精度、逐步逼近 A/D 转换电路,测量范围直流 0-±2000 伏,使用 LCD 液晶模块显示,可以与 PC机进行串行通信。正文着重给出了软硬件系统的各部分电路,介绍了逐步逼近电路的原理,STC89C52 的特点, AD0804 的功能和应用。该电路设计新颖、功能强大、可扩展性强。关键词:电压测量,运放 OP07 ,逐步逼近式 A/D 转换器, 12864 液晶模块 1 .前言数字电压表(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。本章重点介绍单片 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。 2 .系统原理及基本框图 单片机部分由于单片机在整个设计中占据着重要的地方,首先介绍一下单片机的相关知识。单片机 STC89C52 具有低电压供电和体积小等特点,四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要。 8051 是MCS-51 系列单片机的典型产品,我们以这一代表性的机型进行系统的讲解。 8051 单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM) 、数据存储器(RAM) 、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线,现在我们分别加以说明: ·中央处理器: 中央处理器(CPU) 是整个单片机的核心部件,是 8 位数据宽度的处理器,能处理 8 位二进制数据或代码, CPU 负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作,完成运算和控制输入输出功能等操作。·数据存储器(RAM) 8051 内部有 128 个8位用户数据存储单元和 128 个专用寄存器单元,它们是统一编址的,专用寄存器只能用于存放控制指令数据,用户只能访问,而不能用于存放用户数据,所以,用户能使用的 RAM 只有 128 个,可存放读写的数据,运算的中间结果或用户定义的字型表。 8051 内部结构如图 1所示: 图1 8051 内部结构 3 ·程序存储器(ROM) : 8051 共有 4096 个8位掩膜 ROM ,用于存放用户程序,原始数据或表格。·定时/计数器(ROM) : 8051 有两个 16位的可编程定时/计数器,以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。·并行输入输出(I/O) 口: 8051 共有 4组8位I/O 口(P0 、P1、P2或P3) ,用于对外部数据的传输。·全双工串行口: 8051 内置一个全双工串行通信口,用于与其它设备间的串行数据传送,该串行口既可以用作异步通信收发器,也可以当同步移位器使用。·中断系统: 8051 具备较完善的中断功能,有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断,可满足不同的控制要求,并具有 2级的优先级别选择。·时钟电路: 8051 内置最高频率达 12MHz 的时钟电路,用于产生整个单片机运行的脉冲时序,但 8051 单片机需外置振荡电容。单片机的结构有两种类型,一种是程序存储器和数据存储器分开的形式,即哈佛(Harvard) 结构, 另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构,即普林斯顿(Princeton) 结构。INTE L的MCS-5 1系列单片机采用的是哈佛结构的形式,而后续产品16位的MCS-9 6 系列单片机则采用普林斯顿结构。下图是 MCS-51 系列单片机的内部结构示意图 2所示: 图2 MCS-51 结构框图 MCS-51 的引脚说明: MCS-51 系列单片机中的 8031 、8051 及8751 均采用 40Pin 封装的双列直接 DIP 结构,右图是它们的引脚配置,40个引脚中,正电源和地线两根,外置石英振荡器的时钟线两根,4组8位共 32个I/O 4 口,中断口线与 P3口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明: MCS-51 的引脚说明:
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