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毕业设计（论文）-基于单片机的数字电能表设计 毕业设计（论文）题目名称基于单片机的数字电能表设计就读学校河南工学院专业工业自动化学生姓名指导教师中原工学院继续教育学院2016年4月基于单片机的数字电能表设计THEDESIGNOFDIGITALWATTHOURMETERBASEDONSINGLECHIPMICROCOMPUTER就读学校河南工学院专业工业自动化学生姓名指导教师2016年4月论文编号3摘要I摘要19世纪三四十年代，中国人民的照明途径还是主要由煤油灯为主，而在经济飞速发展的，科技产品日新月异的今天，电的应用已经深入中国人民的日常生活。电灯、冰箱、空调等等，统统都与电有着密切的关系。电在当今社会不可或缺，同样也涌现出了对电量的计量，从而出现了电能表这一计量仪表。电能表的发展历程主要是由最初的单一费率电能表到如今的复费率电能表。这与我国的多费率用电政策有关，旨在消峰镇谷，平衡用电。同样，在现在科技飞速发展，各种电器，仪表都逐渐趋近于自动化、人性化和智能化。而这些电气设备大都含单片机或者是CPU控制器。在本次设计中将智能化技术融入电能表中，电能表作为重要的计量仪表，准确性、稳定性都是很重要的。而数字电能表具有精度高、测量准确、读数直观、使用方便等优点。本设计以AT89C51单片机为核心，以逐次比较型A/D转换器ADC0809、八段数码管为主体，构造了一款简易的数字电能表，能够实现同时测量8路000～500V的直流电压，最小分辨率为002V。关键词AT89C51；ADC0809；数字电能表；八段数码管ABSTRACTIIABSTRACTTHIRTIESAND19THCENTURY,THECHINESEPEOPLE'SWAYOFILLUMINATIONISMAINLYCOMPOSEDOFKEROSENELAMPISGIVENPRIORITYTO,ANDWITHTHERAPIDECONOMICDEVELOPMENT,SCIENCEANDTECHNOLOGYPRODUCTSWITHEACHPASSINGDAYTODAY,THEAPPLICATIONSOFELECTRICITYHAVETHECHINESEPEOPLE'SDAILYLIFELIGHTS,REFRIGERATOR,AIRCONDITIONERANDSOON,ALLHASCLOSERELATIONSHIPWITHELECTRICITYELECTRICITYISESSENTIALINTODAY'SSOCIETY,ANDALSOEMERGEDFORTHEMEASUREMENTOFTHEPOWER,THUSAPPEAREDTHEWATTHOURMETERMEASURINGINSTRUMENTTHEDEVELOPINGCOURSEOFWATTHOURMETERISMAINLYCOMPOSEDOFASINGLERATE,INITIALWATTHOURMETERINTODAY'SCOMPLEXRATEWATTHOURMETERTHISISASSOCIATEDWITHRATEMOREELECTRICITYPOLICYOFOURCOUNTRY,AIMEDATPEAKVALLEYTOWN,BALANCEOFPOWERALSO,INWHATISNOWTHERAPIDDEVELOPMENTOFSCIENCEANDTECHNOLOGY,ALLKINDSOFELECTRICALAPPLIANCES,INSTRUMENTHASGRADUALLYTENDTOBEAUTOMATED,HUMANIZATIONANDINTELLIGENTBUTMOSTOFTHESEELECTRICALEQUIPMENTINCLUDINGMICROCONTROLLERORCPUCONTROLLERWEWILLINTEGRATETHEINTELLIGENTWATTHOURMETERINTHEDESIGNOFWATTHOURMETERASIMPORTANTMEASURINGINSTRUMENT,THEACCURACY,STABILITYISVERYIMPORTANTANDDIGITALWATTHOURMETERWITHHIGHPRECISION,MEASUREMENTACCURACY,READINGTHEADVANTAGESOFINTUITIVEANDEASYTOUSETHISDESIGNUSESAT89C51SINGLECHIPMICROCOMPUTERASTHECORE,TOCOMPARESUCCESSIVETYPEA/DCONVERTERADC0809,EIGHTDIGITALTUBEASTHEMAINBODY,CONSTRUCTEDASIMPLEDIGITALWATTHOURMETER,CANBEACHIEVEDATTHESAMETIMEMEASURING8ROADFROM000VTO500VDCVOLTAGE,MINIMUMRESOLUTIONOF002VKEYWORDSAT89C51；ADC0809；DIGITALWATTHOURMETER；EIGHTDIGITALTUBE目录目录第1章绪论1第2章总体方案选择221方案一由数字电路及芯片构建。222方案二由单片机系统及A/D转换芯片构建。2第3章硬件设计431单片机AT89CC51芯片主要性能参数4313芯片管脚介绍及分配532A/D转换模块设计7321A/D转换器的介绍7322ADC0809的介绍9323转换器ADC0809与单片机的接口电路13324有关芯片介绍1433显示模块设计16331显示器的选择16332显示器与单片机接口电路1734复位电路和时钟电路18341复位电路18342时钟电路18第4章软件设计2041汇编语言的选择及介绍2042程序流程21421系统主程序流程图21422各子程序流程图21第5章系统的调试2551硬件电路的调试2552软件调试25521PROTEUS软件简介25522KEIL简介25目录431显示结果及误差分析27第6章结论与展望2961结论2962不足之处及未来展望29参考文献30致谢31附录A原理图32附录B主要源程序代码331第1章绪论在当前经济高速发展的时代，社会各个方面的用电量都急速上升，为电网系统的稳定造成了很大困扰。我国采用的是多费率用电政策，旨在消峰镇谷，平衡用电。单一费率电能表逐渐被复费率电能表大规模取代。在当前单片机应用急速发展的时代，以单片机为主要控制芯片的数字电能表已经占领了主要市场。同样，应继续研究，降低成本价格，提高稳定性、可靠性和抗干扰能力。数字电能表的基本工作原理是利用A/D转换电路将待测的模拟信号转换成数字信号，通过相应换算后将测试结果以数字形式显示出来的一种电能表。较之于一般的模拟电能表，数字电能表具有精度高、测量准确、读数直观、使用方便等优点。在测量仪器中，电能表是必须的，而且电能表的好坏直接影响到测量精度。具有一个精度高、转换速度快、性能稳定的电能表才能符合测量的要求。为此，我们设计了数字电能表，此设计主要由A/D转换器和单片机AT89C51构成，A/D转换器在单片机的控制下完成对模拟信号的采集和转换功能，最后由数码管显示采集的电压值。电能表的数字化测量，关键在于如何把随时连续变化的模拟量转化成数字量，完成这种转换的电路叫模数转换器（A/D）。数字电能表的核心部件就是A/D转换器，由于各种不同的A/D转换原理构成了各种不同类型的DVM。一般说来，A/D转换的方式可分为两类积分式和逐次逼近式。积分式A/D转换器是先用积分器将输入的模拟电压转换成时间或频率，再将其数字化。根据转化的中间量不同，它又分为UT（电压时间）式和UF（电压频率）式两种。逐次逼近式A/D转换器分为比较式和斜坡电压式，根据不同的工作原理，比较式又分为逐次比较式及零平衡式等。斜坡电压式又分为线性斜坡式和阶梯斜坡式两种。在高精度数字电能表中，常采用由积分式和比较式相结合起来的复合式A/D转换器。本设计以AT89C51单片机为核心，以逐次比较型A/D转换器ADC0809、七段数码管为主体，构造了一款简易的数字电能表，能够实现测量8路000～500V的电压，最小分辨率为002V。2第2章总体方案设计21方案一由数字电路及芯片构建。这种设计方案是由模拟电路与数字电路两大部分组成，模拟部分包括输入放大器、A/D转换器和基准电压源；数字部分包括计数器、译码器、逻辑控制器、振荡器和显示器。其中，A/D转换器是它的核心器件，它将输入的模拟量转换成数字量。模拟电路和数字电路是相互联系的，由逻辑控制电路产生控制信号，按规定的时序将A/D转换器中几组模拟开关接通或断开，保证A/D转换正常进行。A/D转换结果通过计数译码电路变换成段码，最后驱动显示器显示出相应的数值。此方案设计的优点是设计成本低，能够满足一般的电压测量。但设计不灵活，都是采用纯硬件电路，很难将其在原有的基础上进行扩展。22方案二由单片机系统及A/D转换芯片构建。这种方案是利用单片机系统与模数转换芯片、显示模块等的结合构建数字电能表。由于单片机的发展已经成熟，利用单片机系统的软硬件结合，可以组装出许多的应用电路来。此方案的原理是模/数（A/D）转换芯片的基准电压源，被测量电压输入端分别输入基准电压和被测电压。模/数（A/D）转换芯片将被被测量电压输入端所采集到的模拟电压信号转换成相应的数字信号，然后通过对单片机系统进行软件编程，使单片机系统能按规定的时序来采集这些数字信号，通过一定的算法计算出被测量电压的值。最后单片机系统将计算好了的被测电压值按一定的时序送入显示电路模块加以显示。此方案不仅能够继承方案一的各种优点，还能改进方案一设计的不灵活，可以在原有的基础上进行扩展。综合比较以上两种设计方案的各方面的优点及现在所设计的电能表的实用性，选择第二种电能表的设计方案，及由单片机及数字芯片构建的方法来实现数字电能表的设计。设计思路设计主要采用AT89C51单片机芯片和ADC0809模/数转换芯片来完成一个简易的数字电能表，能够对输入的8路0V～5V的模拟直流电压进行测量，并通过四位LED数码管进行显示，测量误差小于002V。设计电路主要通过ADC0809芯片的模拟电压输入端输入的0V～5V的模拟量电压，产生相应的数字量经过其输出通道D0～D7传送给AT89C51芯片的P0口。该电能表的测量电路主要由四个模块组成A/D转换模块、数据处理及控制模块、显示控制模块。A/D转换主要由芯片ADC0809来完成，主要负责把输入的模拟量转换为相应的数字量再传送到数3据处理模块，数据处理则由单片机AT89C51来完成，其负责把ADC0809传送来的数字量经数据处理后，产生相应的显示码送到显示模块进行显示，显示模块主要由四位LED数码管组成，完成显示测量到的电压值。设计方案本设计是以单片机AT89C51和A/D转换器ADC0809为核心，测量连续信号的数字电能表。硬件主要由单片机AT89C51，AD转换模块，显示模块,时钟与复位电路组成。总体设计框图如图21所示图21系统总体框图AD转换模块测量电压输入时钟与复位电路显示模块AT89C514第3章硬件设计31芯片选型本次设计采用的芯片是AT89C51。AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器。它可与MCS51兼容，寿命较长且数据可保留10年。拥有低功耗的闲置和掉电模式，并带有片内振荡器和时钟电路，且价格相对较低。而本设计中的电能表因需要普及，需要价格、稳定性、数据保留时间等多方面的要求，故选此款单片机。311AT89C51芯片主要性能参数与MCS51产品指令系统完全兼容4K字节的可重擦写FLASH闪速存储器1000次擦写周期全静态操作0HZ–24HZ三级加密程序存储器1288字节内部RAM32个可编程I/O口线2个16位定时/记数器6个中断源可编程串行UART通道底功耗空闲和掉电模式312功能介绍AT89C51是一种低损耗、高性能、CMOS八位微处理器，片内有4K字节的在线可重复编程快擦快写存储器，能重复写入/擦除1000次，数据保存时间为十年。它与MCS51系列单片机在指令系统和引脚上完全兼容，不仅可完全代替MCS51系列单片机，而且能使系统具有许多MCS51单片机，而且能使系统具有许多MCS51系列产品没有的功能。AT89C51可构成真正的单片机最小应用系统，缩小系统体积，增加系统的可靠性，降低了系统成本。只要程序长度小于4K，四个I/O口全部提供给用户。可用5V电压编程，而且擦写时间仅需10毫秒，仅为的擦除时间的百分之一，与的12V电压擦写相比，不易损坏器件，没有两种电源的要求，改写时不拔下芯片，适合许多嵌入式控制领域。工作电压范围宽27V6V，全静态工作，工作频率宽，在0MHZ24MHZ内，比等51系列的6MHZ12MHZ更具有灵活性，系统能快能慢。AT89C51芯片提供三级程序存储器加密，提供了方便灵活而可靠的硬加密手段，能完全保证程序或系统不被仿制。另外，AT89C51还具有MCS51系列单片机的所有优点。1288位内部RAM，32位双向输入输出线，两个十六位定时/计数器，5个中断源，两级中断优先级，一个全双工异步串行口及时钟发生器等。313芯片管脚介绍及分配图31AT89C51管脚引脚描述VCC电源GND电源地P0口P0口是一组8位漏极开路双向I/O口，也既地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。在FLASH编程时，P0口接受指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1口P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可操作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。FLASH编程和程序校验期间，P1接收底8位地址。P2口P2口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对断口写“1”，通过内部的上6拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVEDPTR）时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVERI指令）时，P2口线上的内容也即特殊功能存储器（SFR）区中R2寄存器的内容，在整个访问期间不改变。在FLASH编程或校验时，P2亦接收高位地址和其他控制信号。P3口P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，如下表31所示表31P3口第二功能表P3口还接受一些用于FLASH闪速存储器编程和程序校验的控制信号。RST复位输入。当振荡器工作时，RET引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。ALE/PROG当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的底8位字节。即使不访问外部存储器，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的正脉冲信号，因此它可对外部输出时钟或用于定时目的。要注意的是每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH的D0位置位，可禁端口引脚第二功能P30RXD（串行输入口）P31TXD（串行输出口）P32INT0（外部中断0）P33INT1（外部中断1）P34T0（定时/记数器0）P35T1（定时/记数器1）P36WR（外部数据存储器写选通）P37RD（外部数据存储器读选通）7止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVE和MOVX指令ALE才会被激活，此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。PSEN程序存贮允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C51由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，既输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，这两次有效的PSEN信号不出现。EA/VPP外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH），EA端必须保持底电平（接地）。需注意的是如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接VCC端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。FLASH存储器编程时，该脚加上12V的编程允许电源VPP，当然这必须是该器件是使用12V编程电压VPP。XTAL1振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。XTAL2振荡器反相放大器的输出端。32A/D转换模块设计321A/D转换器介绍现实世界的物理量都是模拟量，能把模拟量转化成数字量的器件称为模/数转换器（A/D转换器），A/D转换器是单片机数据采集系统的关键接口电路，按照各种A/D芯片的转化原理可分为逐次逼近型，双重积分型等等。双积分式A/D转换器具有抗干扰能力强、转换精度高、价格便宜等优点。与双积分相比，逐次逼近式A/D转换的转换速度更快，而且精度更高，比如ADC0809、ADC0808等，它们通常具有8路模拟选通开关及地址译码、锁存电路等，它们可以与单片机系统连接，将数字量送到单片机进行分析和显示。一个N位的逐次逼近型A/D转换器只需要比较N次，转换时间只取决于位数和时钟周期，逐次逼近型A/D转换器转换速度快，因而在实际中广泛使用。1逐次逼近型A/D转换器原理逐次逼近型A/D转换器是由一个比较器、A/D转换器、存储器及控制电路组成。它利用内部的寄存器从高位到低位一次开始逐位试探比较。转换过程如下开始时，寄存器各位清零，转换时，先将最高位置1，把数据送入A/D转换器转换，转换结果与输入的模拟量比较，如果转换的模拟量比输入的模拟量小，则1保留，如果转换的模拟量比输入的模拟量大，则1不保留，然后从第二位依8次重复上述过程直至最低位，最后寄存器中的内容就是输入模拟量对应的二进制数字量。其原理框图如图32所示图32逐次逼近型A/D转换器原理图2A/D转换器的性能指标（1）分辨率分辨率用来表示ADC对于输入模拟信号的分辨能力，即ADC输出的数字编码能够反应多么微小的模拟信号变化。转换器的分辨率的定义为满量程电压与2N之比，其中为输出的数字编码位数。（2）转换速率CONVERSIONRATE是指完成一次从模拟转换到数字的AD转换所需的时间的倒数。积分型AD的转换时间是毫秒级属低速AD，逐次比较型AD是微秒级属中速AD，全并行/串并行型AD可达到纳秒级。采样时间则是另外一个概念，是指两次转换的间隔。为了保证转换的正确完成，采样速率SAMPLERATE必须小于或等于转换速率。因此有人习惯上将转换速率在数值上等同于采样速率也是可以接受的。常用单位是KSPS和MSPS，表示每秒采样千/百万次（KILO/MILLIONSAMPLESPERSECOND）。（3）量化误差QUANTIZINGERROR由于AD的有限分辩率而引起的误差，即有限分辩率AD的阶梯状转移特性曲线与无限分辩率AD（理想AD）的转移特性曲线（直线）之间的最大偏差。通常是一个或半个最小数字量的模拟变化量，表示为1LSB、1/2LSB。（4）偏移误差OFFSETERROR输入信号为零时输出信号不为零的值，可外接电位器调至最小。（5）满刻度误差FULLSCALEERROR满度输出时对应的输入信号与理想输入信号值之差。（6）量程量程是指输入模拟电压的变化范围。（7）线性度LINEARITY实际转换器的转移函数与理想直线的最大偏移，不包括以上三种误差。（8）精度精度是转换器结果相对于实际值的偏差。精度有以下两种表示顺序脉冲发生器逐渐逼近寄存器电压比较器ADC输入数字输入电压9方法1）绝对精度用二进制最低位LSB的倍数来表示。2）相对精度用绝对精度除以满量程值的百分数来表示。（9）线性度误差理想的转换器特性应该是线性的，即模拟量输入与数字量输出成线性关系。线性度误差是转换器实际的模拟数字转换关系与理想的直线关系不同而出现的误差，通常用多少表示。（10）转换时间从发出启动转换信号开始直至获得稳定的二进制代码所需时间称为转换时间。转换时间与转换器的工作原理及其位数有关。同种工作原理的转换器，通常位数越多，其转换时间越长。322ADC0809引脚介绍ADC0809是八通道的八位逐次逼近式A/D转换器。由单一的5V电源供电，片内带有锁存功能的8选1的模拟开关。由C、B、A的编码来决定所选的模拟通道。转换时间为100US。转换误差为1/2LSB。1ADC0809引脚功能ADC0809的引脚如图33所示，下面对引脚功能做简要说明图33ADC0809引脚IN0IN78个模拟量的输入端。D0D78位数字量输出端。START启动A/D转换，加正脉冲后A/D转换开始。本信号有时也简称ST。EOC转换结束信号。转换开始时，EOC信号变低电平；转换结束时，EOC信号返回高电平。该信号可以作为CPU查询A/D转换是否完成的信号，也可以作为向CPU发出中断申请的信号。OE输出允许信号，输入高电平有效。OE端的电平由低变高时，转换结果被10送到数据线上。此信号有效时，CPU可以从ADC0809中读取数据，同时也可以作为ADC0809的片选信号。CLK实时时钟，频率范围为10KHZ1280KHZ，典型值为640KHZ。ALE通道地址锁存允许信号，输入高电平有效。在ALE1时，锁存ADDAADDC,选中模拟量输入。ADDCADDC通道地址选择输入，其排列顺序从低到高依次为ADDA、ADDB、ADDC。该地址与8个模拟量输入，通道的对应关系如表1所示VREF、VREF正负参考电压。一般情况下，VREF接5V,VREF接地。此时的转换关系如表2所示VCC\GND工作电源和接地（1）8路模拟通道选择模拟通道选择信号A,B,C分别接最低三位地址A0,A1,A2即P00,P01,P02，而地址锁存允许信号ALE由P27控制，则8路模拟通道的地址为0FEF8H0FEFFH。此外，通道地址选择以/WR作写选通信号，把ALE信号和START信号接一起，这样连接使得在ALE信号的前沿写入地址信号，紧接着在其后沿就启动转换。地址与模拟通道之间的对应关系如表3所示通过单片机内部的程序对P0的不同编码，其中低三位地址经过内部译码器电路得到不同的信号，作为锁存ADC0809转换通道的地址，转换电路把数字电压量送到该部分电路的输出端口，等待单片机输入口接收数据。（2）完成后转换数据的传送以及转换A/D转换过程中的时间配合通过对A,B,C送入不同的编码来实现对数据的储存。在ALE端接到高电平的同时，ADC0809的START端也得到高电平，开始对输入的模拟电压进行转换当转换完成后ADC0809把EOC端置为高电平，作为触发中断的信号，送入单片机的外部中断1，启动中断对接收的数据进行数字量的处理，把测得的电压对应的编码传输给单片机与数码管所连接的端口，通过数码管的驱动电路来驱动数码管来显示不同的电压值，不同的为选编码，是不同的数码管亮或者灭，从而实现数码管的动态显示，是我们所看到的电压稳定。2ADC0809A/D转换芯片的原理ADC0809的工作过程是首先输入3位地址，并使ALE1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动A／D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A／D转换完成，EOC变为高电平，指示A／D转换11结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。由图34可知，ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。。图34ADC0809的内部逻辑结构3ADC0809时序图ADC0809的时序图如图35所示图35ADC0809的时序图其工作过程是ALE的上升沿将A、B、C端选择的通道地址锁存到8位A/D转换器的输入端。START的下降验启动8位A/D转换器进行转换。A/D转换开始使EOC端输出低电平。A/D转换结束，EOC输出高电平。该信号通常可作为中断申请信号。OE为读出数据允许信号。OE端为高电平时，可以读出转换的数字量。硬件电路设计时，需根据时序关系及软件进行设计。12表32ADC0809的输入输出关系输入模拟电压输出数字量输入模拟量输出数字量0B表33地址与模拟量通道之间的对应关系4ADC0809的应用指导（1）ADC0809的应用说明1）ADC0809内部带有输出锁存器，可以与AT89C51单片机直接相连。2）初始化时，使ST和OE信号全为低电平。3）送要转换的哪一通道的地址到A，B，C端口上。4）在ST端给出一个至少有100NS宽的正脉冲信号。5）是否转换完毕，我们根据EOC信号来判断。6）当EOC变为高电平时，这时给OE为高电平，转换的数据就输出给单片机了。（2）ADC0809转换结束的判断方法在ADC0809编写程序时，首要问题是如何判断一次A/D转换何时结束，在此基础上才能正确读取转换结果。常用的判断一次A/D转换结束时间的方法有三种。1）软件延时法软件延时法是指用软件延时等待一次A/D转换结束。延时时间取决于计算和调试而获得的ADC完成一次转换所需要的时间。ADDCADDBADDA选中通道000ININININ）中断法中断法利用EOC作为向89C51申请中断信号。在主程序中启动A/D转换，在继续执行主程序。在中断服务程序中读取转换结果。3）查询法查询法将EOC接至89C51的某端口I/O口线。启动A/D转换后，利用查询该I/O口线引脚电平是否为0的方法读取转换结果。（3）ADC0809编程方法应用ADC0809进行程序设计时，一般要包含以下基本步骤1）初始化设置ADC0809的IN0IN7通道地址，设置存放结果的首单元地址和通道数。2）启动ADC0809先送通道地址到ADDAADDC，由ALE锁存通道号地址，再让START有效启动A/D转换。3）判断A/D转换是否结束4）读取转换结果A/D转换完成后，EOC端会发出一个正脉冲，接着产生RD信号,使OE端有效,打开锁存器三态门,8位数据就读入单片机中。323转换器ADC0809与单片机的接口电路单片机的P0口作为地址、数据总线分时使用，P3口的片外读写端子通过指令控制ADC0809启动、停止、数据的读取等，ADC0809的ALE锁定选通的通道进行转换，START是启动转换，ALE信号和START信号是接一起的,CLOCK是转换速度控制器，通过脉冲频率的大小来控制速度，ADC0809的信号有外部提供500KHZ，P27口作读/写口的选通地址线。下图7为ADC0809和AT89C51单片机的连线图。将8位A/D转换芯片ADC0809与单片机进行如此连接，其目的有二一是为了利用单片机的信息处理能力，在总线上或由总线经过功能芯片，设置满足ADC0809芯片启动过程的时序信号，将启动A/D转换置于单片机的控制之下，这时ADC0809芯片的地址锁存器可以视为I/O接口中的只写寄存器；二是将A/D转换结果数据读入CPU，这时ADC0809芯片中的输出数据寄存器可以作为普通I/O接口中的只读寄存器对待。14图36ADC0809和AT89C51单片机的连线图324其他相关芯片介绍1关于74LS02,74LS04图3774LS02引脚图3874LS04引脚四相2路输入或非门74LS02和六反相器74LS04均是基本的集成门电路，输出幅度大，带负载能力强，抗干扰能力强，其工作电压为318V。274LS373的概述（1）引脚图如图39；（2）工作原理1）1脚是输出使能OE,是低电平有效,当1脚是高电平时,不管输入3、4、7、8、13、14、17、18如何,也不管11脚锁存控制端,G如何,输出2Q1、155Q2、6Q3、9Q4、12Q5、15Q6、16Q7、19Q8全部呈现高阻状态或者叫浮空状态。图引脚2）当1脚是低电平时,只要11脚锁存控制端,G上出现一个下降沿,输出2Q1、5Q2、6Q3、9Q4、12Q5、15Q6、16Q7、19Q8立即呈现输入脚3、4、7、8、13、14、17、18的状态锁存端LE由高变低时，输出端8位信息被锁存，直到LE端再次有效。当三态门使能信号OE为低电平时，三态门导通，允许Q1Q8输出，OE为高电平时，输出悬空。（3）74LS373真值表表34真值表0低电平；1高电平；X不定态；Q0建立稳态前Q的电平；G数据锁存控制端，与80C51ALE连高电平，畅通无阻低电平，关门锁存。/OE使能端，接地。当G1时，锁存器输出端同输入端；当G由“1”变为“0”时，数据输入锁存器中。OE为输出允许端；当OE“0”时，三态门打开；当OE“1”时，三态门关闭，输出呈高阻状态。G/OE输出Q00保持原输入10输出输入X1高阻状态16（4）74LS373在单片机系统中的应用当74LS373用作地址锁存器时，应使OE为低电平，此时锁存使能端G为高电平时，输出Q1Q8状态与输入端D18状态相同；当G发生负的跳变时，输入端D1D8数据锁入Q1Q8。51单片机的ALE信号可以直接与74LS373的G连接。在MCS51单片机系统中，常采用74LS373作为地址锁存器使用，其连接方法如上图所示。其中输入端D1D8接至单片机的P0口，输出端提供的是低8位地址，G端接至单片机的地址锁存允许信号ALE。输出允许端OE接地，表示输出三态门一直打开。33显示模块设计331显示器的选择本次设计中有显示模块，设计要求显示最后电压的数字值，采用的是八段数码管。数码管是一类显示屏，它的特点是显示清晰、使用简单、价格相对便宜，特别是在家电领域应用极为广泛。其工作原理是通过对其不同的管脚输入相对的电流会使其发亮从而显示出数字能够显示时间、日期、温度等所有可用数字表示的参数。数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极COM的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极COM接到5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极COM的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。静态显示驱动静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用17I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要58＝40根I/O端口来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O端口才32个呢），实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。动态显示驱动数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划“A,B,C,D,E,F,G,DP“的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为1～2MS，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。总上所述，在该设计中采用共阳LED数码管，动态显示。332显示器与单片机接口电路图310LED与单片机接口电路LED数码管采用动态扫描方式连接，通过P1口和P2口控制。P1口为LED数18AALEXTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0/AD039P01/AD138P02/AD237P03/AD336P04/AD435P05/AD534P06/AD63P07/AD732P101P12P123P134P145P156P167P178P30/RXD10P31/TXD1P32/INT012P3/INT113P34/T014P37/RD17P36/WR16P35/T115P27/A1P21/A92P2/A4P24/A26P26/AC51C230PFR11KR220C32UF码管的字段码输出口，P20P23为LED数码管的位选码输出端如图310所示显示接口用来显示系统的状态，命令或采集的电压数据。本设计显示部分用的是LED数码管显示模块。采用八段数码管分别显示每个通道的电压及被测电压所在的通道。八段数码管采用的是共阳极，具体的电路是采用了把数码管的字形码与单片机的输出端口P1相连接。当单片机的输出端口不停地把8个通道经过处理的数字电压信号逐个输出时，通过对每个数码管公共端的控制，就可以选择数码管亮或者灭。具体的字形由单片机的输出口送出的代码决定。从而实现了数字电能表的轮流动态显示。并且有一位代表了被测电压的通道数，方便了电压的确定。34复位电路和时钟电路341复位电路单片机在启动运行时都需要复位，使CPU和系统中的其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。MCS51单片机有一个复位引脚RST,采用施密特触发输入。当震荡器起振后，只要该引脚上出现2个机器周期以上的高电平即可确保时器件复位。复位完成后，如果RST端继续保持高电平，MCS51就一直处于复位状态，只要RST恢复低电平后，单片机才能进入其他工作状态。单片机的复位方式有上电自动复位和手动复位两种，图311是51系列单片机统常用的上电复位和手动复位组合电路，只要VCC上升时间不超过1MS，它们都能很好的工作。图311复位电路342时钟电路时钟电路是计算机最核心的部分，它控制着计算机的工作MCS51单片机允许的时钟频率典型值12MHZ。单片机中CPU每执行一条指令，都必须在统一的时钟脉冲的控制下严格按时间节拍进行，而这个时钟脉冲是单片机控制中的时序电路发出的。CPU执行一条指令的各个微操作所对应时间顺序称为单片机的时序。MCS51单片机芯片内部有一个高增益反相放大器，用于构成震荡器，XTAL1为该19放大器的输入端，XTAL2为该放大器输出端，但形成时钟电路还需附加其他电路。本设计系统采用内部时钟方式，利用单片机内部的高增益反相放大器，外部电路简，只需要一个晶振和2个电容即可，如图312所示。图312
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