基于51单片机的PCF8591芯片电压表设计

2015年7月5日[请输入学校名称][请输入专业]论文[PCF8591芯片电压表]姓名：[请输入姓名]学号：[请输入学号]指导教师：[请输入指导教师]2声明本人郑重声明：所呈交的毕业论文（设计），是本人在指导老师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本毕业论文（设计）的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文（设计）所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人签名：日期：年月日3目录摘要............................................................................................................5前言............................................................................................................6第一章系统整体设计方案.......................................................................91.1硬件总体设计...............................................................................91.1.1硬件系统子模块...............................................................91.2软件总体设计.............................................................................10第二章硬件系统设计.............................................................................112.1硬件电路分析和设计报告.........................................................112.1.1单片机最小系统电路.....................................................112.1.2键盘电路.........................................................................162.1.3数码管显示电路.............................................................162.1.4外部电压采集部分电路.................................................172.1.5PCF8591芯片AD转换部分..........................................18第三章软件系统设计.............................................................................213.1系统软件设计整体思路............................................................213.1.1主程序.............................................................................213.1.2PCF8591AD转换模块....................................................233.1.3键盘扫描处理流程.........................................................35第四章系统调试.....................................................................................374.1硬件电路调试.............................................................................374.2软件调试.....................................................................................3844.3系统操作说明............................................................................39总结........................................................................................................40参考文献：................................................................................................41致谢........................................................................................................42附录A：PCF8591芯片电压表设计原理图...........................................43附录B：软件程序....................................................................................455摘要数字电压表简称DVM，它是采用数字化测量技术设计的电压表。从性能来看：数字电压表的发展从一九五二年美国NLS公司由四位电子管数字电压表精度千分之一到现在已经出现8位数字电压表。参数可测量直流电压、交流电压、电流、阻抗等。测量自动化程度不断提高，可以和计算机配合显示、计算结果、然后打印出来。从发展过程来看：数字电压表自1952年问世以来，已有50年多年的发展史，大致经历了五代产品。第一代产品是20世纪50年代问世的电子管数字电压表，第二代产品属于20世纪60年代出现的晶体管数字电压表，第三带产品为20世纪70年代研制的中、小规模集成电路的数字电压表。今年来，国内外相继推出有大规模集成电路（LSI）或超大规模集成电路（VLSI）构成的数字电压表、智能数字电压表，分别属于第四代、第五代产品。它们不仅开创了电子测量的先河，更以高准确度、高可靠性、高分辨力、高性价比等优良特性而受到人民的青睐。在现代检测技术中，常需用高精度数字电压表进行现场检测，将检测到的数据微计算机系统，完成计算、存储、控制和显示等功能。故本文介绍基于AT89C51单片机，PCF8591AD、DA转换芯片的直流数字电压表的设计思路以及实现方法。关键词：AT89C51单片机PCF8591数字电压表6前言数字电压表作为电压表的一个分支，在近五十年间得到巨大发展，构成数字电压表的核心器件已从早期的中小规模电路跨入到大规模ASIC(专用集成电路)阶段。数字电压表涉及的范围也从传统的测量扩展至自动控制、传感、通信等领域，展示了广阔的应用前景。传统电压表的设计思路主要分为：用电流计和电阻构成的电压表；用中小规模集成电路构成的电压表；用大规模ASIC(专用集成电路)构成的电压表。这几中电压表设计方式各有优势和缺点，分别适用于几种特定的应用环境，同时，也为很多新颖的电压表的设计所借鉴和依据。近入21世纪，随着信息技术一日千里的发展，电压表也必经历从单一测量向数据处理、自动控制等多功能过度的这一历程，特别是计算机技术的发展必将出现智能化技术。因此，把电压表和计算机技术相结合的智能化电压表就将成为21世纪的新课题。目前，数字化仪器与微处理器取得令人瞩目的进展，就其技术背景而言，一个内藏微处理器的仪表意味着计算机技术向仪器仪表的移植，它所具有的软件功能使仪器呈现出有某种延伸，强化的作用。这相对于过去传统的、纯硬件的仪器来说是一种新的突破，其发展潜力十分巨大，这已为70年代以来仪表发展的历史所证实。概括起来，具有微处理器的仪表具有以下特点：①测量过程的软件控制对测量数据进行存储及运算的数据处理功能是仪表最突出的特点；②在仪器的测量过程中综合了7软件控制及数据处理功能，使一机多用或仪器的多功能化易于实现，成为这类仪器的又一特点；③以其软件为主体的智能仪器不仅在使用方便、功能多样化等方面呈现很大的灵活性。下面从5个方面阐述新型数字仪表的发展趋向。(1)广泛采用新技术，不断开发新产品随着科学技术的发展，新技术的广泛应用，新器件的不断出现。首先是A/D转换器：20世纪90年代世界各国相继研发了新的A/D转换技术。例如，四斜率A/D转换技术（美国）、余数再循环技术（美国）、自动校准技术（英国）、固态真有效值转换技术（英国）、约瑟夫森效应基准源（2个纳米稳定度）、智能化专用芯片（80C51系列，荷兰）等，这些新技术使数字电压表向高准确度、高可靠性及智能化、低成本方向发展。另外，集成电路的发展使电压表只在外围配置少量元器件，即可构成完整的智能仪表，可以完成储存、计算、比较、控制等多项功能。(2)广泛采用新工艺新一代数字仪表正朝着标准模块化的方向发展。预计在不久的将来，更多的数字仪表将由标准化、通用化、系列化的模块所构成，给电路设计、安装调试和维修带来极大方便。(3)多从显示仪表为彻底解决数字仪表不便于观察连续变化量的技术难题；“数字/模拟条图”双显示仪表已成为国际流行款式，它兼有数字仪表准确度高、模拟式仪表便于观察被测量的变化过程及变化趋势这两大优点。(4)提高安全性仪器仪表在设计和使用中的安全性，对生产厂家和广大用户都至关重要。一方面厂家必须为仪表设计安全保护电路，并使之符合国家标准；另一方面用户必须安全操作，时刻注意仪表上的各种安全警告指示(5)操作简单化集成电路的发展使电压表8只在外围配置少量元件，即可构成完整的智能仪表，可以完成储存、计算、比较、控制等多项功能。这使的按键变少，操作简单。但是数字电压表并不能完全取代指针式的电压表，在反映电压的连续变化和变化趋势方面不如指针表的直观。为克服这种缺憾，20世纪90年代初，一种“数字/光柱”的双重显示仪表已经出现，并成功地应用于生产实践中。综上所述，十几年来智能仪器虽然有了很大的发展，但总的看来，人们还是较习惯于从硬件的角度做工作，这是由于设计者的（硬件）技术背景，LSI器件不断迅速更新的冲击以及在现阶段仪器硬件更新的数量还很大等因素所造成的。这种趋势虽然仍会继续下去，但从智能仪表的内涵，从软件的角度上看，软件的作用还远未发挥出来，这里有许多的领域等待着去开发。智能仪表最终必然会与人工智能联系起来开创出全新的仪器。从这个观点看，目前的智能仪器尚处于“幼年时期”。所以，就仪表的发展看来电压表会朝着具有微控制处理单元的智能仪表方向发展。9第一章系统整体设计方案1.1硬件总体设计设计并制作一个基于单片机的PCF8592芯片电压表的电路其结构框图如图1-1所示图1-1硬件结构框图1.1.1硬件系统子模块(1)单片机最小系统电路部分(2)键盘扫描电路部分(3)数码管显示部分(4)PCF8591芯片AD转换部分(5)外部电压采集部分(6)继电器档位选择部分101.2软件总体设计良好的设计方案可以减少软件设计的工作量，提高软件的通用性，扩展性和可读性。本系统的设计方案和步骤如下：(1)根据需求按照系统的功能要求，逐级划分模块。(2)明确各模块之间的数据流传