1、桂林電子科技大學微機綜合設計報告桂 林 電 子 科 技 大 學微 機 綜 合 設 計設計報告指導老師：學 生： 黎金輝學 號：0700150313- 1 -桂林電子科技大學微機綜合設計報告桂林電子科技大學機電工程學院微機綜合設計設計報告一、設計題目二、設計內容與要求三、設計目的意義四、系統硬件電路圖五、程序流程圖與源程序六、系統功能分析與說明七、設計體會八、參考文獻- 2 -桂林電子科技大學微機綜合設計報告基于AT89S51的簡易數字電壓表的設計摘要：本課題是利用單片機設計一個數字電壓表，能夠測量05V之間的直流電壓值，四位數碼管顯示，使用的元器件數目較少。外界電壓模擬量輸入到A/D轉換部分的

2、輸入端，通過ADC0809轉換變為數字信號，輸送給單片機。然后由單片機給數碼管數字信號，控制其發光，從而顯示數字。此外，本文還討論了設計過程中的所用的軟件硬件環境，調試所出現的問題等。關鍵詞：單片機； AT89S51；數字電壓表； ADC0809,四位數碼管Abstract: This topic is the use of microcontroller design a digital voltmeter, capable of measuring between 0-5V DC voltage, four digital display, the use of fewer compone

3、nts. External analog voltage input to the A / D conversion part of the input of the conversion into a digital signal through the ADC0809, transmission to the microcontroller. And then by the microcontroller to the digital control digital signal, control the light, so the displayed number. In additio

4、n, the article also discusses the design process of software used in the hardware environment, debugging the problems and so on.Key words: SCM; AT89S51; digital voltmeter; ADC0809, four digital- 3 -桂林電子科技大學微機綜合設計報告一、設計題目基于AT89S51的簡易數字電壓表的設計。二、設計內容與要求用AT89S51單片機和ADC0809組成一個數字電壓表，要求能夠測量05V的直流電壓值，并用四位數

5、碼管顯示，并要求所用元器件最少。三、設計目的意義1.通過親身的設計應用電路，將所用的理論知識應用到實踐中，增強實踐動手能力，進而促進理論知識的強化。2.通過數字電壓表的設計系統掌握51單片機的應用。掌握A/D轉換的原理及軟件編程及硬件設計的方法，掌握根據課題的要求，提出選擇設計方案，查找所需元器，設計并搭建硬件電路，編程寫入EPROM并進行調試等。- 4 -桂林電子科技大學微機綜合設計報告四、系統硬件電路圖4.1 系統原理框圖選擇AT89S51作為單片機芯片，選用四位8段共陰極LED數碼管實現電壓顯示，利用ADC0809作為數模轉換芯片。將數據采集接口電路輸入電壓傳入ADC0809數模轉換元件

6、，經轉換后通過D0至D7與單片機P0口連接，把轉換完的模擬信號以數字信號的信號的形式傳給單片機，信號經過單片機處理從LED數碼顯示管顯示。P2口接數碼管位選，P1接數碼管，實現數據的動態顯示，如圖4.1所示。圖4.1 系統原理框圖4.2 AT89S51的結構在本次課題設計中我們選擇了AT89S51芯片。AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS-51指令系統及80C51引腳結構，芯片內集

7、成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S51可為許多嵌入式控制應用系統提供高性價比的解決方案。4.2.1 AT89S51內部結構概述 三級程序存儲器保密鎖定 128*8位內部RAM 32條可編程I/O線 兩個16位定時器/計數器 6個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內振蕩器和時鐘電路- 5 -桂林電子科技大學微機綜合設計報告圖 4.2 單片機(AT89S51)引腳及外觀4.2.2 CPU結構CPU 是單片機的核心部件。它由運算器和控制器等部件組成。1. 運算器運算器以完成二進制的算術/邏輯運算部件ALU為核心。它可以對半字節（4）、

8、單字節等數據進行操作。例如，能完成加、減、乘、除、加1、減1、BCD碼十進制調整、比較等算術運算，完成與、或、異或、求反、循環等邏操作，操作結果的狀態信息送至狀態寄存器。運算器還包含有一個布爾處理器，用以處理位操作。它以進位標志位C為累加器，可執行置位、復位、取反、位判斷轉移，可在進位標志位與其他可位尋址的位之間進行位數據傳誦等操作，還可以完成進位標志位與其他可位尋址的位之間進行邏輯與、或操作。PC是一個16位的計數器，用于存放一條要執行的指令地址，尋址范圍為64kB，PC有自動加1功能，即完成了一條指令的執行后，其內容自動加1。指令寄存器用于存放指令代碼。CPU執行指令時，由程序存儲器中讀取

9、的指令代碼送如指令寄存器，經指令譯碼器譯碼后由定時有控制電路發出相應的控制信號，完成指令功能。4.2.3 存儲器和特殊功能寄存器1. 存儲器（Memory）是計算機系統中的記憶設備，用來存放程序和數據。計算機中的全部信息，包括輸入的原始數據、計算機程序、中間運行結果和最終運行結果都保存在存儲器中。它根據控制器指定的位置存入和取出信息。- 6 -桂林電子科技大學微機綜合設計報告特殊功能寄存器（SFR）的地址范圍為80HFFH。在MCS51中，除程序計數器PC和四個工作寄存器區外，其余21個特殊功能寄存器都在這SFR塊中。其中5個是雙字節寄存器，它們共占用了26個字節。各特殊功能寄存器的符號和地址

10、見附表2。其中帶號的可位尋址。特殊功能寄存器反映了8051的狀態，實際上是8051的狀態字及控制字寄存器。用于CPU PSW便是典型一例。這些特殊功能寄存器大體上分為兩類，一類與芯片的引腳有關，另一類作片內功能的控制用。與芯片引腳有關的特殊功能寄存器是P0P3，它們實際上是4個八位鎖存器（每個I/O口一個），每個鎖存器附加有相應的輸出驅動器和輸入緩沖器就構成了一個并行口。MCS51共有P0P3四個這樣的并行口，可提供32根I/O線，每根線都是雙向的，并且大都有第二功能。其余用于芯片控制的寄存器中，累加器A、標志寄存器PSW、數據指針DPTR等的功能前已提及。4.2.4 P0-P3口結構P0口功

11、能 ：P0口具有兩種功能：第一，P0口可以作為通用I/O接口使用，P0.7P0.0用于傳送CPU的輸入/輸出數據。輸出數據時可以得到鎖存，不需外接專用鎖存器，輸入數據可以得到緩沖。第二，P0.7P0.0在CPU訪問片外存儲器時用于傳送片外存儲器de低8位地址，然后傳送CPU對片外存儲器的讀寫P1口 功能 ：P1口的功能和P0口de第一功能相同，僅用于傳遞I/O輸入/輸出數據。 P2口的功能 ：P2口的第一功能和上述兩組引腳的第一功能相同，即它可以作為通用I/O使用。它的第二功能和P0口引腳的第二功能相配合，作為地址總線用于輸出片外存儲器的高8位地址。P3口功能 ：P3口有兩個功能：第一功能與其

12、余三個端口的第一功能相同；第二功能作控制用，每個引腳都不同。表4.1 P3口第二功能- 7 -桂林電子科技大學微機綜合設計報告4.2.5 時鐘電路和復位電路單片機的時鐘一般需要多相時鐘，所以時鐘電路由振蕩器和分頻器組成。MCS-51內部有一個用于構成振蕩器的可控高增益反向放大器。兩個引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。在片外跨接一晶振和兩個匹配電容C1、C2如圖2.5所示。就構成一個自激振蕩器。振蕩頻率根據實際要求的工作速度，從幾百千赫至24MHz可適當選取某一頻率。匹配電容C1、C2要根據石英晶體振蕩器的要求選取。當晶振頻率為12MHz時,C1C2一般選30pF左右。圖

13、2.5中PD是電源控制寄存器PCON.1的掉電方式位，正常工作方式PD=0。當PD=1時單片機進入掉電工作方式，是一種節能工作方式。上述電路是靠MCS-51單片機內部電路產生振蕩的。也可以由外部振蕩器或時鐘直接驅動MCS-51。復位是單片機的初始化操作。其功能主要是將程序計數器(PC)初始化為0000H，使單片機從0000H單元開始執行程序，并將特殊功能寄存器賦一些特定值。復位是使單片機退出低功耗工作方式而進入正常狀態一種操作。復位是上電的第一個操作，然后程序從0000H開始執行。在運行中，外界干擾等因素可能會使單片機的程序陷入死循環狀態或“跑飛”。要使其進入正常狀態，唯一辦法是將單片機復位，

14、以重新啟動。復位后，程序計數器(PC)及各特殊功能寄存器(SFR)的值如表4.2所示。圖4.3 復位電路的內部及外部方式- 8 -桂林電子科技大學微機綜合設計報告表4.2 程序計數器及各特殊功能寄存器的復位值RST引腳是復位端，高電平有效。在該引腳輸入至少連續兩個機器周期以上的高電平，單片機復位。RST引腳內部有一個斯密特ST觸發器(圖2.10)以對輸入信號整形，保證內部復位電路的可靠，所以外部輸入信號不一定要求是數字波形。使用時，一般在此引腳與VSS引腳之間接一個8.2k的下拉電阻，與VCC引腳之間接一個約10F的電解電容，即可保證上電自動復位。上電或手動復位要求電源接通后，單片機自動復位，

15、并且在單片機運行期間，用開關操作也能使單片機復位。上電后，由于電容C3的充電和反相門的作用，使RST持續一段時間的高電平。當單片機已在運行當中時，按下復位鍵K后松開，也能使RST為一段時間的高電平，從而實現上電或手動復位的操作。- 9 -桂林電子科技大學微機綜合設計報告本次設計中有顯示模塊，而常用的顯示器件比較多，有數碼管，LED點陣，1602液晶，12864液晶等。1. 數碼管是最常用的一種顯示器件，它是由幾個發光二極管組成的8字段顯示器件，其特點是價格非常的便宜，使用也非常的方便，顯示效果非常的清楚。小電流下可以驅動每光，發光響應時間極短，體積小，重量輕，抗沖擊性能好，壽命長。但數碼管只能

16、是顯示09的數據。不能夠顯示字符。這也是數碼管的不足之處。2. LED點陣顯示器件是由好多個發光二極管組成的。具有高亮度，功耗低，視角大，壽命長，耐濕，冷，熱等特點，LED點陣顯示器件可以顯示數字，英文字符，中文字符等。3. 1602液晶是工業字符型液晶，能夠同時顯示16*2即32個字符。1602液晶模塊內部的字符發生存儲器已經存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字這些字符有：阿拉伯數字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼。使用時直接編寫軟件程序按一定的時序驅動即可。它的特點是顯示字跡清楚，價格相對便宜。4. 12864液晶也是一種工業字符型液晶，它不僅

17、能夠顯示1602液晶所可以顯示的字符，數字等信息，而且還可以顯示8*4個中文漢字和一些簡單的圖片，顯示信息也非常的清楚。使用時也直接編寫軟件程序按一定的時序驅動即可。不過它的價格比1602液晶貴了很多。綜合上述，根據本設計的要求和價格的考慮，選擇數碼管顯示器。單位數碼管如圖4.4所示，四位共陰極數碼管如圖4.5所示。- 10 -桂林電子科技大學微機綜合設計報告圖4.5 四位共陰極數碼管4.3.2模數（A/D）芯片A/D轉換器是模擬量輸入通道中的一個環節，單片機通過A/D轉換器把輸入模擬量變成數字量再處理。A/D轉換的常用方法有：計數式A/D轉換，逐次逼近型A/D轉換，雙積分式A/D轉換， V/

18、F變換型A/D轉換。在這些轉換方式中，記數式A/D轉換線路比較簡單，但轉換速度較慢，所以現在很少應用。雙積分式A/D轉換精度高，多用于數據采集及精度要求比較高的場合，如5G14433（31/2位），AD7555（41/2位或51/2位）等，但速度更慢。隨著大規模集成電路的發展，目前不同廠家已經生產出了多種型號的A/D轉換器，以滿足不同應用場合的需要。如果按照轉換原理劃分，主要有3種類型，即雙積分式A/D轉換器、逐次逼近式A/D轉換器和并行式A/D轉換器。目前最常用的是雙積分和逐次逼近式。(1)A/D芯片的比較雙積分式A/D轉換器具有抗干擾能力強、轉換精度高、價格便宜等優點，比如ICL71XX系

19、列等，它們通常帶有自動較零、七段碼輸出等功能。與雙積分相比，逐次逼近式A/D轉換的轉換速度更快，而且精度更高，比如ADC0808、ADC0809等，它們通常具有8路模擬選通開關及地址譯碼、鎖存電路等，它們可以與單片機系統連接，將數字量送單片機進行分析和顯示。1. AD0809是8位逐次逼近型A/D轉換器，它是由一個8路的模擬開關、一個地址鎖存譯碼器、一個A/D 轉換器和一個三態輸出鎖存器組成。多路開關可選通8個模擬通道，允許8 路模擬量分時輸入，共用A/D 轉換器進行轉換。些A/D轉換器是的特點是8位精度，屬于并行口，如果輸入的模擬量變化大快，必須在輸入之前增加采樣電路。2. AD0832也是

20、8位逐次逼近型A/D轉換器，可支持致命傷個單端輸入通道和一個差分輸入通道。它易于和微處理器接口或獨立使用；可滿量程工作；可用地址邏輯多路器選通各輸入通道。3. TLC2543C是12位開關電容逐次逼近A/D轉換，每個器件有三個控制輸入端，片選，輸入/輸出時鐘以及地址輸入端。它可以從主機高速傳輸轉換數據。它有高速的轉換，通用 - 11 -桂林電子科技大學微機綜合設計報告的控制能力，具有簡化比率轉換，刻度以及模擬電路與邏輯電路和電源噪聲隔離，耐高溫等特點。綜合上述，逐次逼近型A/D轉換既照顧了轉換速度，有具有一定的精度，這里選用的是逐次逼近型的A/D轉換芯片ADC0809。圖4.6 ADC0809

21、內部結構- 12 - 圖4.6 ADC0809引腳圖桂林電子科技大學微機綜合設計報告（2）ADC0809 的工作原理1.IN0IN7：8 條模擬量輸入通道ADC0809 對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是05V，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉換過程中應該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。地址輸入和控制線：4條。ALE 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當ALE線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將A， B，C 三條地址線的地址信號進行鎖存，經譯碼后被選中的通道的模擬量進轉換器進行轉換。A，B 和C 為地址輸入線，用于選通IN0IN7 上的一路模擬量輸入。通

22、道選擇表如表4.3所示。表4.3 ADC0809通道選擇表2.數字量輸出及控制線：11 條ST 為轉換啟動信號。當ST 上跳沿時，所有內部寄存器清零；下跳沿時，開始進行A/D 轉換；在轉換期間，ST 應保持低電平。EOC 為轉換結束信號。當EOC 為高電平時，表明轉換結束；否則，表明正在進行A/D 轉換。OE為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉換得到的數據。OE1，輸出轉換得到的數據；OE0，輸出數據線呈高阻狀態。D7D0 為數字量輸出線。CLK為時鐘輸入信號線。因ADC0809的內部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為500KHZ，VREF（），VREF（

23、）為參考電壓輸入。3. ADC0809 應用說明ADC0809 內部帶有輸出鎖存器，可以與AT89S51 單片機直接相連。初始化時，使ST 和OE信號全為低電平。送要轉換的哪一通道的地址到A，B，C 端口上。在ST 端給出一個至少有100ns 寬的正脈沖信號。是否轉換完畢，我們根據EOC 信號來判斷。當EOC變為高電平時，這時給OE 為高電平，轉換的數據就輸出給單片機了。 - 13 -桂林電子科技大學微機綜合設計報告AD0809的啟動方式為脈沖啟動方式，啟動信號START啟動后開始轉換，EOC 信號在 START 的下降沿10us后才變為無效的低電平。這要求查詢程序待EOC無效后再開始查詢，

24、轉換完成后，EOC 輸出高電平，再由OE 變為高電平來輸出轉換數據。我們在設計程序時 可以利用EOC 信號來通知單片機（查詢法或中斷法）讀入已轉換的數據，也可以在啟動 AD0809 后經適當的延時再讀入已轉換的數據。AT89S51的輸出頻為晶振頻的1/6（2MHZ），AT89S1 與SUN7474連接經與7474的ST腳提供AD0809 的工作時鐘。AD0809 的工作頻范圍為10KHZ-1280KHZ,當頻率范圍為500KHZ 時，其轉換速度為128us。4.4 系統硬件及仿真圖4.4.1 系統仿真圖- 14 -桂林電子科技大學微機綜合設計報告4.4.2 系統原理圖- 15 -桂林電子科技大

25、學微機綜合設計報告4.4.3 系統PCB圖- 16 -桂林電子科技大學微機綜合設計報告4.5 相關軟件簡介4.5.1 Protel99Protel99SE是應用于Windows9X/2000/NT操作系統下的EDA設計軟件，采用設計庫管理模式，可以進行聯網設計，具有很強的數據交換能力和開放性及3D模擬功能，是一個32位的設計軟件，可以完成電路原理圖設計，印制電路板設計和可編程邏輯器件設計等工作，可以設計32個信號層，16個電源-地層和16個機加工層。（1）Protel 99 SE的系統組成按照系統功能來劃分，Protel99se主要包含以下倆大部分和6個功能模塊。電路原理設計部分（Advanc

26、ed Schematic 99）：電路原理圖設計部分包括電路圖編輯器（簡稱SCH編輯器）、電路圖零件庫編輯器（簡稱Schlib編輯器）和各種文本編輯器。本系統的主要功能是：繪制、修改和編輯電路原理圖；更新和修改電路圖零件庫；查看和編輯有關電路圖和零件庫的各種報表。印刷電路板設計系統（Advanced PCB 99）：印刷電路板設計系統包括印刷電路板編輯器（簡稱PCB編輯器）、零件封裝編輯器（簡稱PCBLib編輯器）和電路板組件管理器。本系統的主要功能是：繪制、修改和編輯電路板；更新和修改零件封裝；管理電路板組件。自動布線系統（Advanced Route 99）：本系統包含一個基于形狀（Sha

27、pe-based）的無柵格自動布線器，用于印刷電路板的自動布線，以實現PCB設計的自動化。（2）電路仿真與PLD部分電路模擬仿真系統（Advanced SIM 99）：電路模擬仿真系統包含一個數字/模擬信號仿真器，可提供連續的數字信號和模擬信號，以便對電路原理圖進行信號模擬仿真，從而驗證其正確性和可行性。可編程邏輯設計系統（Advanced PLD 99）：可編程邏輯設計系統包含一個有語法功能的文本編輯器和一個波形編輯器（Waveform）。本系統的主要功能是；對邏輯電路進行分析、綜合；觀察信號的波形。利用PLD系統可以最大限度的精簡邏輯部件，使數字電路設計達到最簡化。高級信號完整性分析系統（

28、Advanced Integrity 99）：信號完整性分析系統提供了一個精確的信號完整性模擬器，可用來分析PCB設計、檢查電路設計參數、實驗超調量、阻抗和信號諧波要求等。（3）Protel 99 SE的功能特性開放式集成化的設計管理體系超強功能的、修改與編輯功能強大的設計自動化功能4.5.2 Keil Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發系統，與匯編相比，C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優勢，因而易學易用。用過匯編語言后再使用C來開發，體會更加深刻。- 17 -桂林電子科技大學微機綜合設計報告單片機開發中除必要的硬件外，

29、同樣離不開軟件，我們寫的匯編語言源程序要變為CPU可以執行的機器碼有兩種方法，一種是手工匯編，另一種是機器匯編，目前已極少使用手工匯編的方法了。機器匯編是通過匯編軟件將源程序變為機器碼，用于MCS-51單片機的匯編軟件有早期的A51，隨著單片機開發技術的不斷發展，從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級語言開發，單片機的開發軟件也在不斷發展，Keil軟件是目前最流行開發MCS-51系列單片機的軟件，這從近年來各仿真機廠商紛紛宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發方案，通過一個集成開發環境（uVision）將這些部分組合

30、在一起。運行Keil軟件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空閑的硬盤空間、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統。掌握這一軟件的使用對于使用51系列單片機的愛好者來說是十分必要的，如果你使用C語言編程，那么Keil幾乎就是你的不二之選（目前在國內你只能買到該軟件、而你買的仿真機也很可能只支持該軟件），即使不使用C語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環境、強大的軟件仿真調試工具也會令你事半功倍。(1)系統概述Keil C51軟件提供豐富的庫函數和功能強大的集成開發調試工具，全Windows界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就

31、能體會到Keil C51生成的目標代碼效率非常之高，多數語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發大型軟件時更能體現高級語言的優勢。下面詳細介紹Keil C51開發系統各部分功能和使用。(2)Keil C51單片機軟件開發系統的整體結構C51工具包的整體結構，其中uVision與Ishell分別是C51 for Windows和for Dos的集成開發環境(IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調試、仿真等整個開發流程。開發人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。然后分別由C51及C51編譯器編譯生成目標文件(.OBJ)。目標文件可由LIB51創建生成庫文件，也可以與庫文件一起經L51

32、連接定位生成絕對目標文件(.ABS)。ABS文件由OH51轉換成標準的Hex文件，以供調試器dScope51或tScope51使用進行源代碼級調試，也可由仿真器使用直接對目標板進行調試，也可以直接寫入程序存貯器如EPROM中。使用獨立的Keil仿真器時，注意事項:* 仿真器標配11.0592MHz的晶振，但用戶可以在仿真器上的晶振插孔中換插其他頻率的晶振。* 仿真器上的復位按鈕只復位仿真芯片，不復位目標系統。* 仿真芯片的31腳（/EA）已接至高電平，所以仿真時只能使用片內ROM，不能使用片外ROM；但仿真器外引插針中的31腳并不與仿真芯片的31腳相連，故該仿真器仍可插入到擴展有外部ROM（其

33、CPU的/EA引腳接至低電平）的目標系統中使用。(3) Keil優點Keil C51生成的目標代碼效率非常之高，多數語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發大型軟件時更能體現高級語言的優勢。4.5.3 ProtuesProtues軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國總代理為廣州風標電子技術有限公司）。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真 - 18 -桂林電子科技大學微機綜合設計報告單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發應用的

34、科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調試到單片機與外圍電路協同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現了從概念到產品的完整設計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即將增加Cortex和DSP系列處理器，并持續增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。(1)功能特點Protues軟件具有其它EDA工具軟件（例：mu

35、ltisim）的功能。這些功能是：(2)革命性的特點用戶甚至可以實時采用諸如RAM，ROM，鍵盤，馬達，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運行后輸入輸出的效果。配合系統配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，Protues建立了完備的電子設計開發環境。(3)四大功能模塊1.智能原理圖設計（ISIS）豐富的器件庫：超過27000種元器件，可方便地創建新元件；智能的器件搜索：通過模糊搜索可以快速定位所需要的器件；智能化的連線功能：自動連線功能使連接導線簡單快

36、捷，大大縮短繪圖時間； 支持總線結構：使用總線器件和總線布線使電路設計簡明清晰；可輸出高質量圖紙：通過個性化設置，可以生成印刷質量的BMP圖紙，可以方便地供WORD、POWERPOINT等多種文檔使用。2.完善的電路仿真功能（Prospice）ProSPICE混合仿真：基于工業標準SPICE3F5，實現數字/模擬電路的混合仿真； 超過27000個仿真器件：可以通過內部原型或使用廠家的SPICE文件自行設計仿真器件，Labcenter也在不斷地發布新的仿真器件，還可導入第三方發布的仿真器件； 多樣的激勵源：包括直流、正弦、脈沖、分段線性脈沖、音頻（使用wav文件）、指數信號、單頻FM、數字時鐘和

37、碼流，還支持文件形式的信號輸入；豐富的虛擬儀器：13種虛擬儀器，面板操作逼真，如示波器、邏輯分析儀、信號發生器、直流電壓/電流表、交流電壓/電流表、數字圖案發生器、頻率計/計數器、邏輯探頭、虛擬終端、SPI調試器、I2C調試器等；- 19 -桂林電子科技大學微機綜合設計報告生動的仿真顯示：用色點顯示引腳的數字電平，導線以不同顏色表示其對地電壓大小，結合動態器件（如電機、顯示器件、按鈕）的使用可以使仿真更加直觀、生動；高級圖形仿真功能（ASF）：基于圖標的分析可以精確分析電路的多項指標，包括工作點、瞬態特性、頻率特性、傳輸特性、噪聲、失真、傅立葉頻譜分析等，還可以進行一致性分析；3.獨特的單片機

38、協同仿真功能（VSM）支持主流的CPU類型：如ARM7、8051/52、AVR、PIC10/12、PIC16、PIC18、PIC24、dsPIC33、HC11、BasicStamp、8086、MSP430等，CPU類型隨著版本升級還在繼續增加，如即將支持CORTEX、DSP處理器；支持通用外設模型：如字符LCD模塊、圖形LCD模塊、LED點陣、LED七段顯示模塊、鍵盤/按鍵、直流/步進/伺服電機、RS232虛擬終端、電子溫度計等等，其COMPIM（COM口物理接口模型）還可以使仿真電路通過PC機串口和外部電路實現雙向異步串行通信；實時仿真：支持UART/USART/EUSARTs仿真、中斷仿真

39、、SPI/I2C仿真、MSSP仿真、PSP仿真、RTC仿真、ADC仿真、CCP/ECCP仿真；編譯及調試：支持單片機匯編語言的編輯/編譯/源碼級仿真，內帶8051、AVR、PIC的匯編編譯器，也可以與第三方集成編譯環境（如IAR、Keil和Hitech）結合，進行高級語言的源碼級仿真和調試；原理圖到PCB的快速通道： 原理圖設計完成后，一鍵便可進入ARES的PCB設計環境，實現從概念到產品的完整設計；先進的自動布局/布線功能：支持器件的自動/人工布局；支持無網格自動布線或人工布線；支持引腳交換/門交換功能使PCB設計更為合理；完整的PCB設計功能：最多可設計16個銅箔層，2個絲印層，4個機械層

40、（含板邊），靈活的布線策略供用戶設置，自動設計規則檢查，3D 可視化預覽；多種輸出格式的支持：可以輸出多種格式文件，包括Gerber文件的導入或導出，便利與其它PCB設計工具的互轉（如protel）和PCB板的設計和加工。(3)Protues提供了豐富的資源1.Protues可提供的仿真元器件資源：仿真數字和模擬、交流和直流等數千種元器件，有30多個元件庫。2.Protues可提供的仿真儀表資源 ：示波器、邏輯分析儀、虛擬終端、SPI調試器、I2C調試器、信號發生器、模式發生器、交直流電壓表、交直流電流表。理論上同一種儀器可以在一個電路中隨意的調用。3.除了現實存在的儀器外，Protues還提

41、供了一個圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號，以圖形的方式實時地顯示出來，其作用與示波器相似，但功能更多。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數指標，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗。這些都盡可能減少了儀器對測量結果的影響。4.Protues可提供的調試手段 Protues提供了比較豐富的測試信號用于電路的測試。這些測試信號包括模擬信號和數字信號。(4)軟件仿真- 20 -桂林電子科技大學微機綜合設計報告RAM，ROM，鍵盤，馬達，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。這樣很接近實際。在訓練學生時，可以選擇不同的方案，這樣更利于培養學生。利用虛擬儀器在仿真過程中可以測量外圍電路

42、的特性，培養學生實際硬件的調試能力。(5)電路功能仿真在PROTUES繪制好原理圖后，調入已編譯好的目標代碼文件：*.HEX，可以在PROTUES的原理圖中看到模擬的實物運行狀態和過程。PROTUES 是單片機課堂教學的先進助手。PROTUES不僅可將許多單片機實例功能形象化，也可將許多單片機實例運行過程形象化。前者可在相當程度上得到實物演示實驗的效果，后者則是實物演示實驗難以達到的效果。它的元器件、連接線路等卻和傳統的單片機實驗硬件高度對應。這在相當程度上替代了傳統的單片機實驗教學的功能，例：元器件選擇、電路連接、電路檢測、電路修改、軟件調試、運行結果等。課程設計、畢業設計是學生走向就業的重

43、要實踐環節。由于PROTUES提供了實驗室無法相比的大量的元器件庫，提供了修改電路設計的靈活性、提供了實驗室在數量、質量上難以相比的虛擬儀器、儀表，因而也提供了培養學生實踐精神、創造精神的平臺隨著科技的發展，“計算機仿真技術”已成為許多設計部門重要的前期設計手段。它具有設計靈活，結果、過程的統一的特點。可使設計時間大為縮短、耗資大為減少，也可降低工程制造的風險。相信在單片機開發應用中PROTUES也能茯得愈來愈廣泛的應用。- 21 -桂林電子科技大學微機綜合設計報告五、程序流程圖與源程序5.1 程序流程圖- 22 -桂林電子科技大學微機綜合設計報告圖 5.1 程序流程圖- 23 -桂林電子科技

44、大學微機綜合設計報告5.2 存儲空間定義安排（1）70H用于存放A/D轉換結果，71H、72H、73H、74H分別存儲顯示用的三位數據如表5.1所示。（2）地址30H39H存放顯示在數碼管上09的數。如表5.2所示。表5.2 數碼管表存儲數據- 24 -桂林電子科技大學微機綜合設計報告5.3 匯編語言程序清單QIAN EQU 71HBAI EQU 72HSHI EQU 73HGEWEI EQU 74H ;71H-74H存放顯示數據，依次為個位、十位、百位、千位 SHUJU EQU 70H ;地址70H存放采集數據ST BIT P3.0 ;START和ALE共用一個端口ORG 0000HLJMP

45、 STARTORG 0030HTAB: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FHSTART:MAIN: LCALL TEST ;數據采集函數LCALL TURNDATA ;數據處理函數LCALL DISPLAY ;顯示函數LJMP MAIN/*延時函數*/DELAY: MOV R7,#06HLOOP1:LOOP2:/*ADC0809采集函數*/TEST:CLR ST CLR OE MOV R6,#0FFH DJNZ R6,LOOP2 DJNZ R7,LOOP1 ;約延時1.5ms RET SETB ST CLR ST ;ST端口下降沿，開始轉換 SE

46、TB CLK ;由軟件來提供ADC0809工作的時鐘頻率 CLR CLK JNB EOC,LOOPCLK ;EOC=1時，退出循環 SETB OE ;轉換后數據的傳送MOV P1,#0FFH ;P1端口讀數據，需先給高電平- 25 - LOOPCLK:桂林電子科技大學微機綜合設計報告MOV A,P1 CLR OE MOV SHUJU,A ;存儲數據到地址70HRET/*數據處理函數*/TURNDATA:MOV A,SHUJUMOV B,#51DIV AB ;MOV QIAN,ACLR F0MOV A,B SUBB A,#1AH ;AMOV F0,C ;MOV A,#10MUL ABMOV B,

47、#51DIV ABJB F0,LP1ADD A,#5 ;LP1: MOV BAI,A ;CLR F0MOV A,BSUBB A,#1AHMOV F0,CMOV A,#10MUL ABMOV B,#51DIV ABJB F0,LP2 ;F0=1ADD A,#5 ;LP2: MOV SHI,A ;CLR F0MOV A,BSUBB A,#1AHMOV F0,CMOV A,#10MUL AB余數在B,相除以后C=0 ;儲存千位 減去26，測試上面AB相除時，余數與26相比較 余數<26，則C=1，不用加5調整 若AB相除后B>=26，百位加五 儲存百位 時，轉移 若AB相除后B>=

48、26，十位加五 儲存十位 - 26 -桂林電子科技大學微機綜合設計報告MOV B,#51 DIV AB JB F0,LP3 ;F0=1時，轉移 ADD A,#5 ;若AB相除后B>=26，個位加五 MOV GEWEI,A ;儲存個位 LP3:RET/*顯示函數*/ DISPLAY:XIANSHI:NOT_ONE:RETENDMOV R1,#4 ;MOV R2,#0FEH MOV R0,#71H ;MOV DPTR,#TAB MOV A,R0 MOVC A,A+DPTR CJNE R2,#0FEH,NOT_ONE ;ORL A,#80H ;MOV P0,A ;MOV P2,R2 ;LCAL

49、L DELAY ;MOV A,R2 RL A ;MOV R2,A INC R0 ;DJNZ R1,XIANSHI 循環四次 存放顯示初始地址 不是左邊第一個數碼管，則轉移 左邊第一個數碼管顯示小數點 數碼管段選 數碼管位選 延時 循環左移 選取下一個地址 - 27 -桂林電子科技大學微機綜合設計報告5.4 C語言程序清單#include<reg51.h>sbit CLK=P33;sbit OE=P36;sbit ST=P30;sbit EOC=P37;unsigned int dianya;unsigned char code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0

50、x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;/*延時函數*/ void delay(unsigned int z)/*ADC0809采集函數*/ void ADC_0809()unsigned char temp=2; ST=0; OE=0; ST=0; while(z-); ST=1;CLK=1;CLK=0;CLK=1;CLK=0;while(!EOC) CLK=0; CLK=1; OE=1; P1=0xff; /讀取P1端口數據 - 28 -桂林電子科技大學微機綜合設計報告temp=P1; OE=0; dianya=

51、(unsigned int)temp*19.53;/*數據轉換和顯示函數*/ void Vpp_Show()unsigned char qian,bai,shi,ge;qian=dianya/1000;bai=dianya%1000/100;shi=dianya%100/10;ge=dianya%10;P2=0xfe;P0=tableqian|0x80; /delay(50);P2=0xfd;P0=tablebai;delay(50);P2=0xfb;P0=tableshi;delay(50);P2=0xf7;P0=tablege;void main()while(1)ADC_0809();V

52、pp_Show();顯示小數點 - 29 -桂林電子科技大學微機綜合設計報告六、系統功能分析與說明6.1 數字電壓表的概述數字電壓表（Digital Voltmeter）簡稱DVM，它是采用數字化測量技術，把連續的模擬量（直流輸入電壓）轉換成不連續、離散的數字形式并加以顯示的儀表。傳統的指針式電壓表功能單一、精度低，不能滿足數字化時代的需求，采用單片機的數字電壓表，由精度高、抗干擾能力強，可擴展性強、集成方便，還可與PC進行實時通信。目前，由各種單片A/D 轉換器構成的數字電壓表，已被廣泛用于電子及電工測量、工業自動化儀表、自動測試系統等智能化測量領域，示出強大的生命力。與此同時，由DVM擴展

53、而成的各種通用及專用數字儀器儀表，也把電量及非電量測量技術提高到嶄新水平。本章重點介紹單片A/D 轉換器以及由它們構成的基于單片機的數字電壓表的工作原理。6.2 數字電壓表的介紹模擬電壓表具有電路簡單、成本低、測量方便等特點，但測量精度較差，特別是受表頭精度的限制，即使采用0.5級的高靈敏度表頭，讀測時的分辨力也只能達到半格。再者，模擬式電壓表的輸入阻抗不高，測高內阻源時精度明顯下降。數字電壓表作為數字技術的成功應用，發展相當快。數字電壓表（Digital VoIt Me-ter，DVM），以其功能齊全、精度高、靈敏度高、顯示直觀等突出優點深受用戶歡迎。特別是以AD轉換器為代表的集成電路為支柱

54、，使DVM向著多功能化、小型化、智能化方向發展。DVM應用單片機控制，組成智能儀表；與計算機接口，組成自動測試系統。目前，DVM多組成多功能式的，因此又稱數字多用表（Digital Multi Meter，DMM）。DVM是將模擬電壓變換為數字顯示的測量儀器，這就要求將模擬量變成數字量。這實質上是個量化過程，即將連續的無窮多個模擬量用有限個數字表示的過程，完成這種變換的核心部件是AD轉換器，最后用電子計數器計數顯示，困此，DVM的基本組成是AD轉換器和電子計數器。DVM最基本功能是測直流電壓，考慮到儀器的多功能化，可將其他物理量，如電阻、電容、交流電壓、電流等，都變成直流電壓，因此，還應有一個

55、測量功能選擇變換器，它包含在輸入電路中。DVM對直流電壓直接測量時的測量精度最高，其他物理量在變換成直流電壓時，受功能選擇變換器精度的限制，測量精度有所下降。6.3 數字電壓表工作原理數字電壓表的系統工作原理：首先，被測電壓信號進入AD轉換器，單片機中控制信號線發出控制信號，啟動AD轉換器進行轉換，其采樣得到的數字信號數據在相應的碼制轉換模塊中轉換為顯示代碼。最后發出顯示控制與驅動信號，驅動外部的數碼管顯示相應的數據。圖2.1所示為DVM的基本組成框圖，需指出的是，圖中將DVM分成模擬和數字兩大部分，從框圖上看，AD轉換器包含在模擬部分，這樣劃分并不嚴格，因為AD轉換器本身具有數字電路的性質，

56、特別是大規模集成化AD轉換器是模擬與數字兩系統相互結合的，就連邏輯控制也集成在其中。- 30 -桂林電子科技大學微機綜合設計報告圖6.1 數字電壓表基本組成框圖6.4 數字電壓表發展及未來回顧一下DVM的發展過程，大致可以分為以下三個階段。由于精密電測量的需要，DVM開始向高準確、高位數方向發展，出現了所謂復合型原理的儀表。如1971年日本研制的TR-6567（三次采樣積分式）；1973年英國研制的SM-215（兩次采樣電感分壓比較型）；1972年日本研制的TR-6501型DVM已達到了8位數。與此同時對積分方案進行了改進和提高，出現了如Dana公司的6900型（7位）、Solartron公司生產的7075型（8位），其準確度可達到百萬分之幾。由于電子技術、大規模集成電路（LSI）及計算機技術的發展，是人們不久就研制出微處理器（P）數字電壓表，實現