基于单片机的数字电压表设计毕业设计论文(编辑修改稿)

基于单片机的数字电压表设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

位 按 键 控制 图 硬件设计结构框图 软件设计方案 软件设计主要完成三部分工作：信号采集、数据处理、中断控制，输出显示。 软件设计的主要内容是完成要完成单片机的主控制程序，芯片 CS5460 的初始化复位程序，键盘的扫描中断程序以及 LCD 液晶显示器的即时显示程序。 结构框图如图 所示。 模 拟 信 号 C S 5 4 6 0 A 单 片 机 L C D 液 晶 显 示模 数 转 换模 拟 量数 字 量输 出 显 示 图 软件设计结构框图 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 硬件设计方案 5 3 硬件设计 单片机概述 单片机又称单片微控制器，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。 MCS51 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，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， MCS51 单片机可以算是相当成功的产品，一直到现在， MCS51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MSC51 单片机作为代表进行理论基础学习。 MCS51 系列单片机主要包括 803 8051 和 8751 等通用产品。 本设计中 所采用的单片机型号为 STC89C52。 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、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash， 512 字节 RAM， 32 位 I/O 口线， 看门狗定时器 ，内置 4KB EEPROM， 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。 另外 STC89X52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件 可选择节电模式。 空闲模式下， CPU 停止工作，允许 RAM、定时器 /计数器、串口、中断继续工作。 掉电保护方式下， RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作 停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 最高运作频率 35Mhz， 6T/12T可选。 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 硬件设计方案 6 STC89C52 引脚功能介绍 图 单片机 STC89C52 ① 电源 VCC—— 芯片电源，接 +5V； VSS—— 接地端。 ② 时钟 XTAL 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。 STC89C52 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。 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 硬件设计方案 7 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。 STC89C52 读外 ROM 时，没个机器周期内 PSEN 两次有效输出。 PSEN 可作为外ROM 芯片输出允许 OE 的选通信号。 在读内 ROM 或读外 RAM时， PSEN 无效。 PSEN 可驱动 8个 LSTTL 门电路。 3） RST/Vpd—— 复位 /备用电源。 正常工作时， RST（ Reset）端为复位信号输入端，只要在该引脚上连续保持两个机器周期以上高电平， STC89C52 芯片即实现复位操作，复位后一切从头开始，CPU 从 0000H 开始执行指令。 Vpd 功能：在 Vcc 掉电情况下，该引脚可接上备用电源，由 Vpd 向片内供电，以保持片内 RAM 中的数据不丢失。 4） EA/Vpp —— 内外 ROM 选择 /片内 EPROM 编程电源。 EA 功能：正常工作时， EA 为内外 ROM 选择端。 STC89C52 单片机 ROM寻址范围为 64KB，其中 4KB 在片内， 60KB 在片外。 当 EA保持高电平时，先访问内 ROM，但当 PC（程序计数器）值超过 4KB（ 0FFFH）时，将自动转向执行外 ROM 中的程序。 当 EA 保持低电平时，则只访问外 ROM，不管芯片内有否内 ROM。 Vpp 功能：片内有 EPROM 的芯片，在 EPROM 编程期间，此引脚用于施加编程电源 Vpp。 对 4 个控制引脚，应熟记起第一功能，了解其第二功能。 严格来讲， STC89C52的控制线还应该 包括 P3口的第二功能。 5） I/O 引脚 STC89C52 共有 4 个 8 位并行 I/O 端口 ,共 32 个引脚 P0 口 —— 8 位双向 I/O 口。 在不并行扩展外存储器 (包括并行扩展 I/O 口 )时 , P0 口可用作双向 I/O 口。 在并行扩展外存储器 (包括并行扩展 I/O 口 )时 , P0 口可用于分时传送低 8 位地址 (地址总线 )和 8 位数据信号 (数据总线 )。 P0 口能驱动 8个 LSTTL 门。 P1 口 —— 8 位准双向 I/O 口 (“准双向”是指该口内部有固定的上拉电阻 )。 P1口能驱动为 4个 LSTTL 门。 P2 口 —— 8 位准双向 I/O 口。 在不并行扩展外存储器 (包括并行扩展 I/O口 )时 , P2 口可用作双向 I/O 口。 在并行扩展外存储器 (包括并行扩展 I/O 口 )时 , P2口可用于传送高 8位地址 (属地址总线 )。 P2 口能驱动 4个 LSTTL 门。 在结构上，P2 口比 P1 口多一个输出控制部分。 P3 口 —— 8 位准双向 I/O 口。 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 硬件设计方案 8 可作一般 I/O 口用 ,同时 P3口每一引脚还具有第二功能 ,用于特殊信号输入输出和控制信号 (属控制总线 )。 P3口驱动能力为 4 个 LSTTL 门。 P3 口第二功能如下 : —— RXD:串行口输入端。 —— TXD:串行口输出端。 —— INT0:外部中断 0请求输入端。 —— INT1:外部中断 1请求输入端 —— T0:定时 /计数器 0外部信号输入端。 —— T1:定时 /计数器 1外部信号输入端。 —— WR:外 RAM写选通信号输出端。 —— RD:外 RAM读选通信号输出端。 上述 4 个 I/O 口 ,各有各的用途。 在不并行扩展外存储器 (包括并行扩展 I/O口 )时 , 4 个 I/O 口都可作为双向 I/O口用。 在并行扩展外存储器 (包括并行扩展 I/O口 )时 , P0 口专用于分时传送低 8位地 址信号和 8 位数据信号 ,P2 口专用于传送高8 位地址信号。 P3口根据需要常用于第二功能 ,真正可提供给用户使用的 I/O口是P1 口和一部分未用作第二功能的 P3 口端线。 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： ①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）。 ②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。 ③在工业控制中的应用：用单片机可以构成形式多样的控制系统、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系统等。 ④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 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 硬件设计方案 9 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。 ⑤ 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、金融、科研、教育、国防航空等领域都有着十分广泛的用途。 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：微型单片化、低功耗 CMOS化、主流与多品种共存必将成为现实。 CS5460A 芯片介绍 CS5460A 芯片概述 CS5460A 是美国 Cirrus Logic 公司最新推出的带有串行接口的单相双向功率／电能计量集成电路芯片，现主要应用在单相电子式电能表和三相电子式电能表中。 不同于以前流行的 CS5460 芯片，该芯片特有的自动引脚模式功能，能使芯片独立工作，得电时自动初始化，由外部的 E2PROM 引导开始工作，并从中读取数据，如果用于高容量或用在家庭，为了降低成本，此模式下，该型芯片可以不用微控制器独立工作。 除此之外，该芯片的性能优于其他计量芯片，主要表现在： ① 转换精度高，测量功能强。 自身转换精度达到 0． 1级，可以实现 0． 2级的测量仪表。 可测量瞬时电流、瞬时电压、瞬时功率、电流有效值、电压有效值、功率有效值和电能计量，这在电力系统的测量芯片中是不多见的。 ② 外围器件少，具有片内看门狗定时器 (WatchDog Timer)与内部电源监视器该芯片只用很少的外围器件即可实现转换功能，确保了仪表的转换精度及稳定性。 ③ 接口方便 器件本身形成双向串行接口，双向串行接口与内部寄存器阵列可以方便地与微处理器相连接，并有功能很强的内部寄存器数组，仅用 5～ 6 根连线即可方便 地与单片机接口； 针对这些特点，选用了 CS5460 芯片，收到了很好的效果。 本文着重介绍 CS5460 芯片的基本功能与运用，根据时序，给出所采用读写方法的一些体会以及硬件实现原理图。 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 硬件设计方案 10 CS5460A 是一个包含两个ΔΣ模 数转换器（ ADC）、高速电能计算功能和一个串行接口的高度集成的ΔΣ 模 数转换器。 它可以精确测量和计算有功电能、瞬时功率、 IRMS 和 VRMS ，用于研制开发单相 2 线或 3 线电表。 CS5460A 可以使用低成本的分流器或互感器测量电流，使用分压电阻或电压互感器测量电压。 CS5460A 具有与微控制器通讯的 双向串口，芯片的脉冲输出频率与有功能量成正比。 CS5460A 具有方便的片上 AC/DC 系统校准功能。 “自引导”的特点使。