AT89S52数字电压表的设计
AT89S52数字电压表的设计[20200131184541]
摘要
数字电压表是电子测量领域必不可少的仪器设备，随着电子技术的发展，对电压表测量的精度和功能要求也越来越高。本文以AT89S52单片机为核心，结合ADC0809高精度芯片、双积分A/D转换电路、显示电路等单元电路来设计一个数字电压表。设计的电压表具有测量范围广，液晶显示，能够与PC机进行串行通信等优点。
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关键字:】AT89S52,ADC0809,数字电压表,液晶显示
一 引言 2
二 单片机简介 2
（一）单片机的概念 2
（二）AT89S52芯片 3
三 系统原理总框图 5
四 系统硬件电路设计 5
(一） 输入电路 5
（二）A/D转换电路 6
（三）复位电路 7
（四）晶振电路 7
（五）LED显示电路 9
（六）系统电路原理图 9
五 系统的软件设计 10
（一）主程序设计 10
（二）A/D转换测量子程序设计 11
（三）显示数据处理子程序 12
六 结论 13
参考文献 14
谢辞 15
附录一 系统单面板PCB图 16
附录二 程序清单 17
一 引言
数字电压表是出现在50年代初,60年代末发展起来的电压测量仪表,简称DVM。它采用的是数字化测量技术,把连续的模拟量,也就是连续的电压值转变为不连续的数字量,加以数字处理然后再通过显示器件显示。这种电子测量的仪表之所以出现,一方面是由于电子计算机的应用逐渐推广到系统的自动控制信实验研究的领域,提出了将各种被观察量或被控制量转换成数码的要求,即为了实时控制及数据处理的需要;另一方面,也是电子计算机的发展,带动了脉冲数字电路技术的进步,为数字化仪表的出现提供了条件。所以,数字化测理仪表的产生与发展与电子计算机的发展是密切相关的;同时,为革新电子测量中的烦锁和陈旧方式也催促了它的飞速发展,如今,它又成为向智能化仪表发展的必要桥梁。
目前，由各种单片机和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、自动测试系统等多智能化测量领域，并且显示出强大的作用和生命力。与此同时，由DVM扩展而成的各种通用及专用数字仪器仪表，也把电子测量以及相关联的非电子测量技术提高到了一个崭新的水平。
本文基于单片机AT89S52为控制核心，结合外围单元电路设计数字电压表。基于单片机的设计，使电路具有集成性和扩展性。
二 单片机简介
（一）单片机的概念
单片机是一种集成电路芯片，是大规模集成电路技术具有处理数据的中央处理器CPU 随机存取存储器RAM，只读存储器ROM，各种各样的I/O端口和中断系统，定时器/计时器功能，还可以包括显示电路，脉宽调制电路，模拟多路复用器，一个模数转换器电路集成到一个小而完善的微机系统组成的驱动器上的硅芯片，被广泛用在工业控制领域。它的主要部件都集成在一个芯片命名，特别是CPU，RAM，ROM，RAM中断主微机系统组成，定时器/计数器和I/O电路，集成在一个芯片。虽然该芯片是一个芯片，但从组成和功能，它具有此计算机系统的属性称为单片微型计算机SCMC,简称单片机。
早期的单片机都是8位或4位。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大的提高。随着英特尔1960系列，特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。8位单片机的传统的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。目前，32单片机的高端已经超过300MHz。当代单片机系统已经不再仅仅只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机。
（二）AT89S52芯片
1 AT89S52单片机组成
AT89S52单片机是一种MCS-51系列单片机，它是由ATMEL公司生产的。AT89S52单片机包含1个8位的CPU，1个片内振荡器和时钟电路结构，3个16定时器/计数器，8KB程序存储器，256B的RAM数据存储器，8KB程序存储器，3个16定时器/计数器，可寻址64KB外部数据存储器和64KB外部程序存储器控制电路，6个中断源，2个可编程的全双工串行端口，4个8位并行I/O端口，两个优先中断嵌套结构。AT89S52单片机组成结构如图1所示。
图1 AT89S52组成结构图
2 AT89S52单片机引脚结构
（1）电源引脚
Vcc（40脚）：接+5V电源。
Vss（20脚）：接地。
（2）时钟引脚
XTAL1（19脚）：内部振荡电路反向放大电路的输入端，外接晶体的一个引脚。当采用外部振荡器时，此引脚接地。
XTAL2（18脚）：内部振荡电路反向放大电路的输出端，外接晶体的另一端。
当采用外部振荡器时，此引脚接外部电源。
（3）I/O口引脚
P0口（P0.0-P0.7）：P0.7是最高位，P0.0是最低位，有两种功能如下。
通用I/O口：无片外存储器时，P0口可以做为通用I/O口使用；
地址/数据口：在访问外部存储器时，用作地址总线的低8位和数据总线。
P1口（P1.0-P1.7）：P1.7是最高位，P1.0是最低位，仅用作I/O口。
P2口（P2.0-P2.7）：P2.7是最高位，P2.0是最低位，有两种功能如下。
通用I/O口：无片外存储器时，P2口可以做为通用I/O口使用；
地址口：在访问外部存储器时，用作地址总线的高8位。
P3口（P3.0-P3.7）：P3.7是最高位，P3.0是最低位，有两种功能如下。
通用I/O口：用于串行口、中断源输入、计数器、片外RAM选通。
（4）控制引脚
引脚图如图2所示。
① RST/VPD（9脚）
RST为RESET，VPD为备用电源。该引脚
为单片机的上电复位或掉电保护端。当振荡器
工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平，
将使单片机复位。当VCC发生故障，该引脚可接
上备用电源为内部RAM供电，以保证RAM中的数
据不丢失。 图2 AT89S52引脚图
三 系统原理总框图
本设计是基于AT89S52设计，系统由以下几个电路组成：输入电路，A/D转换电路，AT89S52单片机,复位电路,晶振电路，LED显示电路。系统原理总框图如下图3所示。
图3 系统原理总框图
AT89S52单片机是数字电压表系统的控制核心。将需要测量的模拟信号（直流电压）直接输送到A/D转换电路进行A/D转换，由单片机对转换后的信号进行数据处理，最终将处理后的数字信号经过LED显示器进行直观显示。设计的数字电压表除了可以同时进行多路模拟信号的测量外，也可以通过通道选择电路对单片机进行控制，用来实现信号的单路测量和多路测量的切换。
四 系统硬件电路设计
(一） 输入电路
输入电路的作用是把不同量程的被测的电压规范到A/D转换器所要求的电压值。智能化数字电压表所采用的单片双积分型ADC芯片ADC0809，它要求输入电压0-±5V。本仪表设计是0-2000V电压，灵敏度高所以可以不加前置放大器，只需衰减器，如图5所示9M、900K、90K、和10K电阻构成1/10、1/100、1/1000的衰减器。衰减输入电路可由开关来选择不同的衰减率，从而切换档位。
图4 量程切换开关 图5 衰减输入电路
（二）A/D转换电路
A/D转换电路，即称“模数转换器”，将模拟和量化的连续变化（离散化），转换为相应的电路的数字量。A/D转换主要由三部分组成：采样，量化和编码。在一般情况下，量化和编码的同时完成。采样是将模拟信号在时间上离散化的过程；量化是一个将模拟信号离散化过程；编码是指每个量化样本具有一定的二进制编码表示。
摘要
数字电压表是电子测量领域必不可少的仪器设备，随着电子技术的发展，对电压表测量的精度和功能要求也越来越高。本文以AT89S52单片机为核心，结合ADC0809高精度芯片、双积分A/D转换电路、显示电路等单元电路来设计一个数字电压表。设计的电压表具有测量范围广，液晶显示，能够与PC机进行串行通信等优点。
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关键字:】AT89S52,ADC0809,数字电压表,液晶显示
一 引言 2
二 单片机简介 2
（一）单片机的概念 2
（二）AT89S52芯片 3
三 系统原理总框图 5
四 系统硬件电路设计 5
(一） 输入电路 5
（二）A/D转换电路 6
（三）复位电路 7
（四）晶振电路 7
（五）LED显示电路 9
（六）系统电路原理图 9
五 系统的软件设计 10
（一）主程序设计 10
（二）A/D转换测量子程序设计 11
（三）显示数据处理子程序 12
六 结论 13
参考文献 14
谢辞 15
附录一 系统单面板PCB图 16
附录二 程序清单 17
一 引言
数字电压表是出现在50年代初,60年代末发展起来的电压测量仪表,简称DVM。它采用的是数字化测量技术,把连续的模拟量,也就是连续的电压值转变为不连续的数字量,加以数字处理然后再通过显示器件显示。这种电子测量的仪表之所以出现,一方面是由于电子计算机的应用逐渐推广到系统的自动控制信实验研究的领域,提出了将各种被观察量或被控制量转换成数码的要求,即为了实时控制及数据处理的需要;另一方面,也是电子计算机的发展,带动了脉冲数字电路技术的进步,为数字化仪表的出现提供了条件。所以,数字化测理仪表的产生与发展与电子计算机的发展是密切相关的;同时,为革新电子测量中的烦锁和陈旧方式也催促了它的飞速发展,如今,它又成为向智能化仪表发展的必要桥梁。
目前，由各种单片机和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、自动测试系统等多智能化测量领域，并且显示出强大的作用和生命力。与此同时，由DVM扩展而成的各种通用及专用数字仪器仪表，也把电子测量以及相关联的非电子测量技术提高到了一个崭新的水平。
本文基于单片机AT89S52为控制核心，结合外围单元电路设计数字电压表。基于单片机的设计，使电路具有集成性和扩展性。
二 单片机简介
（一）单片机的概念
单片机是一种集成电路芯片，是大规模集成电路技术具有处理数据的中央处理器CPU 随机存取存储器RAM，只读存储器ROM，各种各样的I/O端口和中断系统，定时器/计时器功能，还可以包括显示电路，脉宽调制电路，模拟多路复用器，一个模数转换器电路集成到一个小而完善的微机系统组成的驱动器上的硅芯片，被广泛用在工业控制领域。它的主要部件都集成在一个芯片命名，特别是CPU，RAM，ROM，RAM中断主微机系统组成，定时器/计数器和I/O电路，集成在一个芯片。虽然该芯片是一个芯片，但从组成和功能，它具有此计算机系统的属性称为单片微型计算机SCMC,简称单片机。
早期的单片机都是8位或4位。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大的提高。随着英特尔1960系列，特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。8位单片机的传统的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。目前，32单片机的高端已经超过300MHz。当代单片机系统已经不再仅仅只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机。
（二）AT89S52芯片
1 AT89S52单片机组成
AT89S52单片机是一种MCS-51系列单片机，它是由ATMEL公司生产的。AT89S52单片机包含1个8位的CPU，1个片内振荡器和时钟电路结构，3个16定时器/计数器，8KB程序存储器，256B的RAM数据存储器，8KB程序存储器，3个16定时器/计数器，可寻址64KB外部数据存储器和64KB外部程序存储器控制电路，6个中断源，2个可编程的全双工串行端口，4个8位并行I/O端口，两个优先中断嵌套结构。AT89S52单片机组成结构如图1所示。
图1 AT89S52组成结构图
2 AT89S52单片机引脚结构
（1）电源引脚
Vcc（40脚）：接+5V电源。
Vss（20脚）：接地。
（2）时钟引脚
XTAL1（19脚）：内部振荡电路反向放大电路的输入端，外接晶体的一个引脚。当采用外部振荡器时，此引脚接地。
XTAL2（18脚）：内部振荡电路反向放大电路的输出端，外接晶体的另一端。
当采用外部振荡器时，此引脚接外部电源。
（3）I/O口引脚
P0口（P0.0-P0.7）：P0.7是最高位，P0.0是最低位，有两种功能如下。
通用I/O口：无片外存储器时，P0口可以做为通用I/O口使用；
地址/数据口：在访问外部存储器时，用作地址总线的低8位和数据总线。
P1口（P1.0-P1.7）：P1.7是最高位，P1.0是最低位，仅用作I/O口。
P2口（P2.0-P2.7）：P2.7是最高位，P2.0是最低位，有两种功能如下。
通用I/O口：无片外存储器时，P2口可以做为通用I/O口使用；
地址口：在访问外部存储器时，用作地址总线的高8位。
P3口（P3.0-P3.7）：P3.7是最高位，P3.0是最低位，有两种功能如下。
通用I/O口：用于串行口、中断源输入、计数器、片外RAM选通。
（4）控制引脚
引脚图如图2所示。
① RST/VPD（9脚）
RST为RESET，VPD为备用电源。该引脚
为单片机的上电复位或掉电保护端。当振荡器
工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平，
将使单片机复位。当VCC发生故障，该引脚可接
上备用电源为内部RAM供电，以保证RAM中的数
据不丢失。 图2 AT89S52引脚图
三 系统原理总框图
本设计是基于AT89S52设计，系统由以下几个电路组成：输入电路，A/D转换电路，AT89S52单片机,复位电路,晶振电路，LED显示电路。系统原理总框图如下图3所示。
图3 系统原理总框图
AT89S52单片机是数字电压表系统的控制核心。将需要测量的模拟信号（直流电压）直接输送到A/D转换电路进行A/D转换，由单片机对转换后的信号进行数据处理，最终将处理后的数字信号经过LED显示器进行直观显示。设计的数字电压表除了可以同时进行多路模拟信号的测量外，也可以通过通道选择电路对单片机进行控制，用来实现信号的单路测量和多路测量的切换。
四 系统硬件电路设计
(一） 输入电路
输入电路的作用是把不同量程的被测的电压规范到A/D转换器所要求的电压值。智能化数字电压表所采用的单片双积分型ADC芯片ADC0809，它要求输入电压0-±5V。本仪表设计是0-2000V电压，灵敏度高所以可以不加前置放大器，只需衰减器，如图5所示9M、900K、90K、和10K电阻构成1/10、1/100、1/1000的衰减器。衰减输入电路可由开关来选择不同的衰减率，从而切换档位。
图4 量程切换开关 图5 衰减输入电路
（二）A/D转换电路
A/D转换电路，即称“模数转换器”，将模拟和量化的连续变化（离散化），转换为相应的电路的数字量。A/D转换主要由三部分组成：采样，量化和编码。在一般情况下，量化和编码的同时完成。采样是将模拟信号在时间上离散化的过程；量化是一个将模拟信号离散化过程；编码是指每个量化样本具有一定的二进制编码表示。
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