基于51單片機(jī)的數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)

0 引言

數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)已有很多類(lèi)型和款式，傳統(tǒng)的數(shù)字電壓表有自己的特點(diǎn)，它們適合在現(xiàn)場(chǎng)做手工測(cè)量，而要完成遠(yuǎn)程測(cè)量并對(duì)測(cè)量的數(shù)據(jù)做進(jìn)一步處理，運(yùn)用傳統(tǒng)的數(shù)字電壓表是無(wú)法完成的。為此，本文設(shè)計(jì)了基于PC通信的數(shù)字電壓表，該表既可以完成測(cè)量數(shù)據(jù)的傳遞，又可借助PC進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)的處理。所以，這種類(lèi)型的數(shù)字電壓表無(wú)論在功能和實(shí)際應(yīng)用上，都具有傳統(tǒng)數(shù)字電壓表無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，這使得它的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用都具有良好的前景。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

本系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩部分構(gòu)成，硬件主要包括數(shù)據(jù)采集電路，單片機(jī)最小數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，單片機(jī)與PC機(jī)的接口電路等。軟件主要有單片機(jī)數(shù)據(jù)采集程序，單片機(jī)與上位機(jī)通信程序，以及上位機(jī)數(shù)據(jù)處理程序。

2 數(shù)據(jù)采集電路原理

該新型數(shù)字電壓表測(cè)量的電壓類(lèi)型為直流，測(cè)量范圍為0～5 V，下位機(jī)采用的單片機(jī)為STC89C51，AD轉(zhuǎn)化采用的是最常見(jiàn)的ADC0809，可通過(guò)RS232串行口與PC機(jī)進(jìn)行通信，以傳送所測(cè)量的直流電壓數(shù)據(jù)。圖1所示是該數(shù)字電壓表的數(shù)據(jù)采集電路。電路的設(shè)計(jì)已做到了最小化，即沒(méi)有用任何附加邏輯器件做接口電路，便可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)ADC0809轉(zhuǎn)換芯片的操作。圖1中的ADC0809是8位的模數(shù)轉(zhuǎn)化芯片，片內(nèi)有8路模擬選通開(kāi)關(guān)以及相應(yīng)的通道鎖存譯碼電路，轉(zhuǎn)化時(shí)間大約為100μs左右。在電路應(yīng)用中，首先要指定ADC0809的數(shù)據(jù)通道，當(dāng)外部電壓進(jìn)入芯片后，STATR信號(hào)由高到低，在脈沖的下降沿ADC0809開(kāi)始轉(zhuǎn)換，同時(shí)管腳EOC電平變低，表示轉(zhuǎn)化正在進(jìn)行，轉(zhuǎn)化完成之后，管腳EOC的電平變高，表示一次轉(zhuǎn)化結(jié)束。

3 軟件編程

本系統(tǒng)的軟件程序主要包括下位機(jī)數(shù)據(jù)采集程序、上位機(jī)可視化界面程序、單片機(jī)與PC機(jī)的串口通信等。單片機(jī)可采用C51編程，上位機(jī)操作可采用VC++6．0進(jìn)行可視化編程，這樣，在串口調(diào)試的時(shí)候，就可以借助“串口調(diào)試助手”工具，并有效利用這個(gè)工具提高，整個(gè)系統(tǒng)效率。

3．1 單片機(jī)編程

單片機(jī)在這個(gè)系統(tǒng)中所起的作用是控制ADC0809進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化，并將轉(zhuǎn)化的數(shù)據(jù)通過(guò)串口發(fā)送到上位機(jī)上。因?yàn)閱纹瑱C(jī)做數(shù)據(jù)處理的能力不是很強(qiáng)，所以，將所采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化量送到PC機(jī)上，再利用PC機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力來(lái)進(jìn)行處理，最后得出想要的結(jié)果。因?yàn)锳DC0809的CLOCK需要外接時(shí)鐘信號(hào)(一般接500 kHz)，這個(gè)時(shí)鐘信號(hào)頻率可以用標(biāo)準(zhǔn)的振蕩電路產(chǎn)生，也可以用單片機(jī)自帶的TO或T1口產(chǎn)生。為了設(shè)計(jì)的最小化，本設(shè)計(jì)采用的是自帶的TO口來(lái)提供時(shí)鐘信號(hào)。其程序如下：

3．2 上位機(jī)編程

上位機(jī)采用VC++6．0實(shí)現(xiàn)可視化界面及與下位機(jī)的通信功能。VC++是基于Windows操作系統(tǒng)的編程語(yǔ)言工具，可采用API函數(shù)來(lái)直接實(shí)現(xiàn)與下位機(jī)的通信，但是這種方法要涉及到很多低層設(shè)置，所以，本文采用的是Microsoft推出的ActiveX技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)串口通信，即應(yīng)用程序直接使用ActiveX控件提供的接口來(lái)訪問(wèn)ActiveX控件。Microsoft Communications Control(以下簡(jiǎn)稱(chēng)MSComm)是Microsoft公司提供的可在簡(jiǎn)化Windows下串行通信編程的ActiveX控件，它為應(yīng)用程序提供了通過(guò)串行接口收發(fā)數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)便方法。具體來(lái)說(shuō)，它提供了兩種處理通信問(wèn)題的方法：一是事件驅(qū)動(dòng)(Event2driven)方法，二是查詢(xún)方法。本設(shè)計(jì)采用的是查詢(xún)方法，這種方法適合于較小的應(yīng)用程序。在這種情況下，每當(dāng)應(yīng)用程序執(zhí)行完某一串行口操作后，將不斷檢查MSComm控件的CommEvent屬性，以便檢查執(zhí)行結(jié)果或者檢查某一事件是否發(fā)生。如果應(yīng)用程序較小而且是自成一體，這種方法可能更可取。故對(duì)本設(shè)計(jì)更為可取。MSComm控件有許多重要的屬性，其中首要的幾個(gè)如表1所列。

在對(duì)上位機(jī)編程時(shí)，應(yīng)首先創(chuàng)建一個(gè)基于對(duì)話框的應(yīng)用程序，然后插入MSComm控件，可在對(duì)話框資源上放一個(gè)編輯框(IDC_EDIT_RECEIVE)顯示電壓值，再放兩個(gè)按鈕控件[開(kāi)始測(cè)量IDC_TEST)和停止測(cè)量(ID_STOP)。然后再做對(duì)話框模板，鼠標(biāo)點(diǎn)擊右鍵，選擇Classwizard，增加成員變量，將IDC_MSCOMMl關(guān)聯(lián)成員變量m_mscomm設(shè)定為CMSComm控件類(lèi)型，但I(xiàn)DC_EDIT_RECEIVE關(guān)聯(lián)成員變量m_receive不是控件類(lèi)型，是數(shù)值類(lèi)型(float)。之后分別對(duì)兩個(gè)按鈕和MSComm控件添加消息響應(yīng)函數(shù)，這可在Classwizard下自動(dòng)添加。

添加代碼時(shí)，要首先設(shè)置MSComm控件的屬性，這可以在OnInitDialog函數(shù)中添加。本文采用的是COMl口，波特率為9600，無(wú)奇偶校驗(yàn)位，8位數(shù)據(jù)位，l位停止位，用二進(jìn)制方式收發(fā)數(shù)據(jù)。在開(kāi)始測(cè)量按鈕的OnTest()函數(shù)下添加SetTimer(1，500，NULL)；開(kāi)啟定時(shí)器每500 ms觸發(fā)一次定時(shí)器事件，并在停止測(cè)量按鈕OnStop ()函數(shù)下添加KillTimer(1)；按鈕的作用是停止定時(shí)器事件。接著是添加WM_TIMER消息。可在OnTimer(UINT nIDEvent)上添加CByteArray bytoutArr；bytoutArr．Add(0xfd)；m_mscomm．SetOutput(COleVariant(bytoutArr))；(采用二進(jìn)制方式發(fā)送數(shù)據(jù)0xfd，500ms發(fā)送一次，下位機(jī)只有在接收到0xfd后才會(huì)將轉(zhuǎn)化的數(shù)據(jù)傳回來(lái)，這也相當(dāng)于一個(gè)簡(jiǎn)單的通信協(xié)議。

數(shù)據(jù)的接收處理(也是本文的重點(diǎn))可通過(guò)在MSComm控件的消息響應(yīng)函數(shù)中采用查詢(xún)方式檢查接收事件是否發(fā)生來(lái)完成。具體代碼如下：
void CCTestVotDlg::OnOnCommMscomml ()
{VARIANT variant_inp；
COleSafeArray safearray_inp；
LONGlen，k；
BYTE rxdata[1024]；//設(shè)置字節(jié)數(shù)組
CString strtemp；
if(m_mscomm．GetCommEvent 0==2)//事件值為2 表示接收到數(shù)據(jù)
{variant_inp=m_mscomm．GetInput 0；//讀緩沖區(qū)
safearray_inp=variant_inp；
len=safearray_inp．GetOneDimSize ()；//得到有效的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度
for(k=0；klen；k++)
safearray_inp．GetElement(k，rxdata+k)；//轉(zhuǎn)化成BYTE型數(shù)組
m_receive=rxdata[0]；//將接收到的值賦予
float變量m_receive=m_receive/255；//接收到的數(shù)據(jù)為(0，255)之間的整數(shù)值
m_receive=m_receive*5；//這三步就得到0到5V的電壓值
m_receive=setprecision(m_receive，3)//這個(gè)函數(shù)的作用是保留小數(shù)點(diǎn)后三位
}
UpdateData(FALSE)；//更新編輯框，將數(shù)值顯示在編輯框中
}

4 結(jié)束語(yǔ)

上述實(shí)施方案可在實(shí)踐中很好地實(shí)現(xiàn)整個(gè)樣機(jī)的功能，實(shí)際使用證明，該儀器的各項(xiàng)指標(biāo)都能達(dá)到預(yù)期效果。本文對(duì)使用MSComm串行通信的方法做了著重的分析，同時(shí)分析了ActiveX技術(shù)的強(qiáng)大功能、充分的靈活性和易用性，具有一定的實(shí)踐意義。