基于51單片機的數字電壓表設計

0 引言

數字電壓表的設計和開發已有很多類型和款式，傳統的數字電壓表有自己的特點，它們適合在現場做手工測量，而要完成遠程測量并對測量的數據做進一步處理，運用傳統的數字電壓表是無法完成的。為此，本文設計了基于PC通信的數字電壓表，該表既可以完成測量數據的傳遞，又可借助PC進行測量數據的處理。所以，這種類型的數字電壓表無論在功能和實際應用上，都具有傳統數字電壓表無法比擬的優點，這使得它的開發和應用都具有良好的前景。

1 系統構成

本系統主要由硬件和軟件兩部分構成，硬件主要包括數據采集電路，單片機最小數據采集系統，單片機與PC機的接口電路等。軟件主要有單片機數據采集程序，單片機與上位機通信程序，以及上位機數據處理程序。

2 數據采集電路原理

該新型數字電壓表測量的電壓類型為直流，測量范圍為0～5 V，下位機采用的單片機為STC89C51，AD轉化采用的是最常見的ADC0809，可通過RS232串行口與PC機進行通信，以傳送所測量的直流電壓數據。圖1所示是該數字電壓表的數據采集電路。電路的設計已做到了最小化，即沒有用任何附加邏輯器件做接口電路，便可實現單片機對ADC0809轉換芯片的操作。圖1中的ADC0809是8位的模數轉化芯片，片內有8路模擬選通開關以及相應的通道鎖存譯碼電路，轉化時間大約為100μs左右。在電路應用中，首先要指定ADC0809的數據通道，當外部電壓進入芯片后，STATR信號由高到低，在脈沖的下降沿ADC0809開始轉換，同時管腳EOC電平變低，表示轉化正在進行，轉化完成之后，管腳EOC的電平變高，表示一次轉化結束。

3 軟件編程

本系統的軟件程序主要包括下位機數據采集程序、上位機可視化界面程序、單片機與PC機的串口通信等。單片機可采用C51編程，上位機操作可采用VC++6．0進行可視化編程，這樣，在串口調試的時候，就可以借助“串口調試助手”工具，并有效利用這個工具提高，整個系統效率。

3．1 單片機編程

單片機在這個系統中所起的作用是控制ADC0809進行數據轉化，并將轉化的數據通過串口發送到上位機上。因為單片機做數據處理的能力不是很強，所以，將所采集的數據轉化量送到PC機上，再利用PC機強大的數據處理能力來進行處理，最后得出想要的結果。因為ADC0809的CLOCK需要外接時鐘信號(一般接500 kHz)，這個時鐘信號頻率可以用標準的振蕩電路產生，也可以用單片機自帶的TO或T1口產生。為了設計的最小化，本設計采用的是自帶的TO口來提供時鐘信號。其程序如下：

3．2 上位機編程

上位機采用VC++6．0實現可視化界面及與下位機的通信功能。VC++是基于Windows操作系統的編程語言工具，可采用API函數來直接實現與下位機的通信，但是這種方法要涉及到很多低層設置，所以，本文采用的是Microsoft推出的ActiveX技術來實現串口通信，即應用程序直接使用ActiveX控件提供的接口來訪問ActiveX控件。Microsoft Communications Control(以下簡稱MSComm)是Microsoft公司提供的可在簡化Windows下串行通信編程的ActiveX控件，它為應用程序提供了通過串行接口收發數據的簡便方法。具體來說，它提供了兩種處理通信問題的方法：一是事件驅動(Event2driven)方法，二是查詢方法。本設計采用的是查詢方法，這種方法適合于較小的應用程序。在這種情況下，每當應用程序執行完某一串行口操作后，將不斷檢查MSComm控件的CommEvent屬性，以便檢查執行結果或者檢查某一事件是否發生。如果應用程序較小而且是自成一體，這種方法可能更可取。故對本設計更為可取。MSComm控件有許多重要的屬性，其中首要的幾個如表1所列。

在對上位機編程時，應首先創建一個基于對話框的應用程序，然后插入MSComm控件，可在對話框資源上放一個編輯框(IDC_EDIT_RECEIVE)顯示電壓值，再放兩個按鈕控件[開始測量IDC_TEST)和停止測量(ID_STOP)。然后再做對話框模板，鼠標點擊右鍵，選擇Classwizard，增加成員變量，將IDC_MSCOMMl關聯成員變量m_mscomm設定為CMSComm控件類型，但IDC_EDIT_RECEIVE關聯成員變量m_receive不是控件類型，是數值類型(float)。之后分別對兩個按鈕和MSComm控件添加消息響應函數，這可在Classwizard下自動添加。

添加代碼時，要首先設置MSComm控件的屬性，這可以在OnInitDialog函數中添加。本文采用的是COMl口，波特率為9600，無奇偶校驗位，8位數據位，l位停止位，用二進制方式收發數據。在開始測量按鈕的OnTest()函數下添加SetTimer(1，500，NULL)；開啟定時器每500 ms觸發一次定時器事件，并在停止測量按鈕OnStop ()函數下添加KillTimer(1)；按鈕的作用是停止定時器事件。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))；(采用二進制方式發送數據0xfd，500ms發送一次，下位機只有在接收到0xfd后才會將轉化的數據傳回來，這也相當于一個簡單的通信協議。

數據的接收處理(也是本文的重點)可通過在MSComm控件的消息響應函數中采用查詢方式檢查接收事件是否發生來完成。具體代碼如下：
void CCTestVotDlg::OnOnCommMscomml ()
{VARIANT variant_inp；
COleSafeArray safearray_inp；
LONGlen，k；
BYTE rxdata[1024]；//設置字節數組
CString strtemp；
if(m_mscomm．GetCommEvent 0==2)//事件值為2 表示接收到數據
{variant_inp=m_mscomm．GetInput 0；//讀緩沖區
safearray_inp=variant_inp；
len=safearray_inp．GetOneDimSize ()；//得到有效的數據長度
for(k=0；klen；k++)
safearray_inp．GetElement(k，rxdata+k)；//轉化成BYTE型數組
m_receive=rxdata[0]；//將接收到的值賦予
float變量m_receive=m_receive/255；//接收到的數據為(0，255)之間的整數值
m_receive=m_receive*5；//這三步就得到0到5V的電壓值
m_receive=setprecision(m_receive，3)//這個函數的作用是保留小數點后三位
}
UpdateData(FALSE)；//更新編輯框，將數值顯示在編輯框中
}

4 結束語

上述實施方案可在實踐中很好地實現整個樣機的功能，實際使用證明，該儀器的各項指標都能達到預期效果。本文對使用MSComm串行通信的方法做了著重的分析，同時分析了ActiveX技術的強大功能、充分的靈活性和易用性，具有一定的實踐意義。