stc89c51单片机的数字电压表设计
摘 要本文主要设计的是一款数字电压表系统，这款系统的实现解决了目前市面上大多数相关系统研发成本高昂的问题，与此同时改善了大多数系统所存在的普遍的缺点，将总体的功耗降低到了低功耗的特征。本文设计的这款数字电压表系统能够实现对待测电压的精准测量，测量精度可以达到8位分辨率以上，与此同时本课题还嵌入了一个超压报警功能，当检测到的电压值超过用户所设置的阈值时将进行报警，在系统的硬件电路方面配置了STC89C51单片机最小系统电路以及LCD1602液晶显示电路、ADC0832模数转换电路和超压报警电路等一些子电路。本文的设计思路主要可以分为硬件系统和软件系统两大部分，并且还通过验证环节对课题的设计成果进行了全方位的验证，在硬件系统中以STC89C51单片机作为主控，通过该微处理器芯片实现对周围功能电路的驱动，从而为软件系统提供硬件基础；在软件系统设计方面，通过C语言构建程序代码，烧录到STC89C51单片机芯片后进行程序执行。在最终的验证环节中，对数字电压表系统的所有功能进行了验证，验证结果表明已经实现了预期设计目标。
目录
一、 引言 1
（一） 数字电压表的发展背景 1
（二） 数字电压表的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案设计及元器件选择 3
（一） 数字电压表的方案设计 3
（二） STC89C51单片机简介 3
（三） LCD1602显示器简介 4
（四） ADC0832模数采样芯片简介 4
（五） 有源蜂鸣器简介 5
（六） 机械按键介绍 6
三、 系统硬件设计 7
（一） 最小系统电路设计 7
（二） 电压采集电路设计 8
（三） 超压报警电路设计 8
（四） 电压显示电路设计 9
（五） 按键电路设计 10
四、 系统软件设计 11
（一） 数字电压表的主程序流程设计 11
（二） 模拟电压采集子程序设计 12
（三） 液晶显示子程序流程设计 12
（四） 蜂鸣器子程序设计 13
五、 实物制作与安装 15 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
总结 17
参考文献 18
致 谢 19
附录一 原理图 20
附录二 PCB图 21
附录三 元件列表 22
附录四 程序 23
引言
数字电压表的发展背景
数字电压表系统在本课题中将通过STC89C51单片机来实现控制，考虑到目前市场上的大多数中高端性能的数字电压表系统产品的售价都非常高，经过资料查阅后可以知道其内部的整体架构也不过是一些常用的嵌入式系统架构，以中高端的单片机等微处理器芯片做主控，在单片机外部布置了一些高性能传感器来采集信号，这种结构我们大学期间已经经过系统的学习，所以本课题决定采用一款最为熟悉的STC89C51单片机来实现程序代码执行器，实现数字电压表系统的所有功能，从而有望能够大幅度降低目前市场上相关数字电压表系统的整体成本水平，将具有中高端性能的数字电压表系统实现普及化，大量淘汰一些性能低劣的产品。通过对数字电压表系统用户所反应上来的一些建议和改进措施来看，近几年来越来越多的产品用户表现出对目前市面上大多数数字电压表系统的使用不满，究其原因是随着科学技术的飞速发展，智能仪器智能电子设备已经在工业和民用领域取得了广泛的普及，就以智能手机来说，几乎当下所有的智能元素都能够在手机中得到实现，所以对已经习惯于使用智能产品的用户来说，数字电压表系统中一些跟不上潮流或者人机交互不完善的操作都会被引起用户的不满，所以在数字电压表系统的发展背景中，这种系统持续不断的被改进和优化，这个改进和优化的脚步一直没有停下来。相关资料显示数字电压表系统的发展脚步在最近二十年间得到了飞速的提升，数字化数字电压表系统的出现要追溯到上世纪九十年代初期左右，此时正值8位单片机芯片快速发展的时期，初期的数字电压表系统在这段时间已经被推向了市面，相关企业和个人已经开始了对这种单片机控制系统的广泛研究，虽然此时的单片机控制器的性能还处于较低水平，但是通过C语言程序代码的构建，采用由简单到复杂的不同难度的程序指令语句的控制，仍旧是能实现一些较为简单的控制功能，虽然较为简单，但依然是比之前的传统式数字电压表系统要好用很多，并且由于已经实现了一定的数字式，所以系统工作的稳定度也得到了巨大的提升。所以在这段时期这种新型的数字电压表系统被推向市场上后，逐渐的淘汰掉了大量的传统式数字电压表产品，由于能够很方便的实现量产，硬件电路大部分是由数字集成芯片构建，所以受到温度等因素的影响较小，批量化生产成本非常低。
数字电压表的国内外发展现状
数字电压表系统目前在国内外的发展现状可以通过与这类系统有关的产品来进行反映，目前市面上的数字电压表系统相关产品大致可以分为高中档和低档等层次，这种分类方法主要是通过这些产品所能够表现出来的最大性能来进行划分的，由于具备高端性能的数字电压表系统产品的内部往往采用了高性能的微处理器和精密芯片来实现，这些芯片目前还只能依靠进口来获得，国内尚且没有掌握核心研发技术，而欧美国家目前不但掌握了与之相关的高性能芯片的研发技术，而且能够独立的通过这些芯片的搭建，配备高效的算法流程实现高端性能的数字电压表系统，所以国内的研发团队还有一段很长的路要走。
本文主要研究内容
本次毕业设计将要实现的是一款能够实现高清晰度液晶显示、模数转换和发出报警信号的单片机控制系统，将采用STC89C51单片机来作为控制器，并设计了LCD1602液晶屏电路、ADC0832模数转换电路和超压报警电路等子电路模块，通过这些电路的构建实现了如下的功能指标：
1、能够实现与STC89C51单片机的快速数据通信，将检测到的电压值以及用户设定的报警阀值电压进行高清晰度的液晶显示；
2、能够将模拟电压值换算成高分辨率的数字信号，并且在单片机内部能够得到较为准确的待测电压值，将待测量的模拟电压值转换为8位分辨率的数字信号送入到单片机内部；
3、能够在STC89C51单片机GPIO管脚的高低电平控制下实现对有源蜂鸣器的工作状态控制，使得当检测到的电压值超过用户设置的报警阈值电压时进行报警；
4、设置按键设置电路，使得用户可以通过按键灵活设置电压阈值，当检测到的电压值超过该阈值时立即进行报警。
方案设计及元器件选择
数字电压表的方案设计
在对数字电压表系统的硬件电路和软件系统进行设计之前，为了能够更加方便的对各个功能模块进行实现，这里需要对数字电压表系统的总体实现方案以及各个功能子模块的实现方案进行设计，通过绘图软件绘制了下图中的结构框图，由于STC89C51单片机是主控核心，所以各个功能子模块都与主控微处理器之间有信号交互，要实现STC89C51单片机的主控功能，还需要将图中的复位电路和晶振电路两个子模块与STC89C51单片机芯片进行连接，其它各个模块的功能是：电压测量采用ADC0832模数转换芯片的第一路信号采集通道（CH0），由于ADC0832芯片将采集到的电压值转换成8位数字信号，并经过内部数据检验后将结果传送给STC89C51单片机芯片，单片机在得到数字信号后通过内部协议将带有电压值的数字信号解析出来，并转换成电压值大小，同时在LCD1602液晶屏上显示出来，蜂鸣器电路用于实现报警的功能，当检测到的电压值大于用户设定的阈值可以实现报警功能。
目录
一、 引言 1
（一） 数字电压表的发展背景 1
（二） 数字电压表的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案设计及元器件选择 3
（一） 数字电压表的方案设计 3
（二） STC89C51单片机简介 3
（三） LCD1602显示器简介 4
（四） ADC0832模数采样芯片简介 4
（五） 有源蜂鸣器简介 5
（六） 机械按键介绍 6
三、 系统硬件设计 7
（一） 最小系统电路设计 7
（二） 电压采集电路设计 8
（三） 超压报警电路设计 8
（四） 电压显示电路设计 9
（五） 按键电路设计 10
四、 系统软件设计 11
（一） 数字电压表的主程序流程设计 11
（二） 模拟电压采集子程序设计 12
（三） 液晶显示子程序流程设计 12
（四） 蜂鸣器子程序设计 13
五、 实物制作与安装 15 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
总结 17
参考文献 18
致 谢 19
附录一 原理图 20
附录二 PCB图 21
附录三 元件列表 22
附录四 程序 23
引言
数字电压表的发展背景
数字电压表系统在本课题中将通过STC89C51单片机来实现控制，考虑到目前市场上的大多数中高端性能的数字电压表系统产品的售价都非常高，经过资料查阅后可以知道其内部的整体架构也不过是一些常用的嵌入式系统架构，以中高端的单片机等微处理器芯片做主控，在单片机外部布置了一些高性能传感器来采集信号，这种结构我们大学期间已经经过系统的学习，所以本课题决定采用一款最为熟悉的STC89C51单片机来实现程序代码执行器，实现数字电压表系统的所有功能，从而有望能够大幅度降低目前市场上相关数字电压表系统的整体成本水平，将具有中高端性能的数字电压表系统实现普及化，大量淘汰一些性能低劣的产品。通过对数字电压表系统用户所反应上来的一些建议和改进措施来看，近几年来越来越多的产品用户表现出对目前市面上大多数数字电压表系统的使用不满，究其原因是随着科学技术的飞速发展，智能仪器智能电子设备已经在工业和民用领域取得了广泛的普及，就以智能手机来说，几乎当下所有的智能元素都能够在手机中得到实现，所以对已经习惯于使用智能产品的用户来说，数字电压表系统中一些跟不上潮流或者人机交互不完善的操作都会被引起用户的不满，所以在数字电压表系统的发展背景中，这种系统持续不断的被改进和优化，这个改进和优化的脚步一直没有停下来。相关资料显示数字电压表系统的发展脚步在最近二十年间得到了飞速的提升，数字化数字电压表系统的出现要追溯到上世纪九十年代初期左右，此时正值8位单片机芯片快速发展的时期，初期的数字电压表系统在这段时间已经被推向了市面，相关企业和个人已经开始了对这种单片机控制系统的广泛研究，虽然此时的单片机控制器的性能还处于较低水平，但是通过C语言程序代码的构建，采用由简单到复杂的不同难度的程序指令语句的控制，仍旧是能实现一些较为简单的控制功能，虽然较为简单，但依然是比之前的传统式数字电压表系统要好用很多，并且由于已经实现了一定的数字式，所以系统工作的稳定度也得到了巨大的提升。所以在这段时期这种新型的数字电压表系统被推向市场上后，逐渐的淘汰掉了大量的传统式数字电压表产品，由于能够很方便的实现量产，硬件电路大部分是由数字集成芯片构建，所以受到温度等因素的影响较小，批量化生产成本非常低。
数字电压表的国内外发展现状
数字电压表系统目前在国内外的发展现状可以通过与这类系统有关的产品来进行反映，目前市面上的数字电压表系统相关产品大致可以分为高中档和低档等层次，这种分类方法主要是通过这些产品所能够表现出来的最大性能来进行划分的，由于具备高端性能的数字电压表系统产品的内部往往采用了高性能的微处理器和精密芯片来实现，这些芯片目前还只能依靠进口来获得，国内尚且没有掌握核心研发技术，而欧美国家目前不但掌握了与之相关的高性能芯片的研发技术，而且能够独立的通过这些芯片的搭建，配备高效的算法流程实现高端性能的数字电压表系统，所以国内的研发团队还有一段很长的路要走。
本文主要研究内容
本次毕业设计将要实现的是一款能够实现高清晰度液晶显示、模数转换和发出报警信号的单片机控制系统，将采用STC89C51单片机来作为控制器，并设计了LCD1602液晶屏电路、ADC0832模数转换电路和超压报警电路等子电路模块，通过这些电路的构建实现了如下的功能指标：
1、能够实现与STC89C51单片机的快速数据通信，将检测到的电压值以及用户设定的报警阀值电压进行高清晰度的液晶显示；
2、能够将模拟电压值换算成高分辨率的数字信号，并且在单片机内部能够得到较为准确的待测电压值，将待测量的模拟电压值转换为8位分辨率的数字信号送入到单片机内部；
3、能够在STC89C51单片机GPIO管脚的高低电平控制下实现对有源蜂鸣器的工作状态控制，使得当检测到的电压值超过用户设置的报警阈值电压时进行报警；
4、设置按键设置电路，使得用户可以通过按键灵活设置电压阈值，当检测到的电压值超过该阈值时立即进行报警。
方案设计及元器件选择
数字电压表的方案设计
在对数字电压表系统的硬件电路和软件系统进行设计之前，为了能够更加方便的对各个功能模块进行实现，这里需要对数字电压表系统的总体实现方案以及各个功能子模块的实现方案进行设计，通过绘图软件绘制了下图中的结构框图，由于STC89C51单片机是主控核心，所以各个功能子模块都与主控微处理器之间有信号交互，要实现STC89C51单片机的主控功能，还需要将图中的复位电路和晶振电路两个子模块与STC89C51单片机芯片进行连接，其它各个模块的功能是：电压测量采用ADC0832模数转换芯片的第一路信号采集通道（CH0），由于ADC0832芯片将采集到的电压值转换成8位数字信号，并经过内部数据检验后将结果传送给STC89C51单片机芯片，单片机在得到数字信号后通过内部协议将带有电压值的数字信号解析出来，并转换成电压值大小，同时在LCD1602液晶屏上显示出来，蜂鸣器电路用于实现报警的功能，当检测到的电压值大于用户设定的阈值可以实现报警功能。
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