基于51单片机的数字电压表设计

0 引言

数字电压表的设计和开发已有很多类型和款式，传统的数字电压表有自己的特点，它们适合在现场做手工测量，而要完成远程测量并对测量的数据做进一步处理，运用传统的数字电压表是无法完成的。为此，本文设计了基于PC通信的数字电压表，该表既可以完成测量数据的传递，又可借助PC进行测量数据的处理。所以，这种类型的数字电压表无论在功能和实际应用上，都具有传统数字电压表无法比拟的优点，这使得它的开发和应用都具有良好的前景。

1 系统构成

本系统主要由硬件和软件两部分构成，硬件主要包括数据采集电路，单片机最小数据采集系统，单片机与PC机的接口电路等。软件主要有单片机数据采集程序，单片机与上位机通信程序，以及上位机数据处理程序。

2 数据采集电路原理

该新型数字电压表测量的电压类型为直流，测量范围为0～5 V，下位机采用的单片机为STC89C51，AD转化采用的是最常见的ADC0809，可通过RS232串行口与PC机进行通信，以传送所测量的直流电压数据。图1所示是该数字电压表的数据采集电路。电路的设计已做到了最小化，即没有用任何附加逻辑器件做接口电路，便可实现单片机对ADC0809转换芯片的操作。图1中的ADC0809是8位的模数转化芯片，片内有8路模拟选通开关以及相应的通道锁存译码电路，转化时间大约为100μs左右。在电路应用中，首先要指定ADC0809的数据通道，当外部电压进入芯片后，STATR信号由高到低，在脉冲的下降沿ADC0809开始转换，同时管脚EOC电平变低，表示转化正在进行，转化完成之后，管脚EOC的电平变高，表示一次转化结束。

3 软件编程

本系统的软件程序主要包括下位机数据采集程序、上位机可视化界面程序、单片机与PC机的串口通信等。单片机可采用C51编程，上位机操作可采用VC++6．0进行可视化编程，这样，在串口调试的时候，就可以借助“串口调试助手”工具，并有效利用这个工具提高，整个系统效率。

3．1 单片机编程

单片机在这个系统中所起的作用是控制ADC0809进行数据转化，并将转化的数据通过串口发送到上位机上。因为单片机做数据处理的能力不是很强，所以，将所采集的数据转化量送到PC机上，再利用PC机强大的数据处理能力来进行处理，最后得出想要的结果。因为ADC0809的CLOCK需要外接时钟信号(一般接500 kHz)，这个时钟信号频率可以用标准的振荡电路产生，也可以用单片机自带的TO或T1口产生。为了设计的最小化，本设计采用的是自带的TO口来提供时钟信号。其程序如下：

3．2 上位机编程

上位机采用VC++6．0实现可视化界面及与下位机的通信功能。VC++是基于Windows操作系统的编程语言工具，可采用API函数来直接实现与下位机的通信，但是这种方法要涉及到很多低层设置，所以，本文采用的是Microsoft推出的ActiveX技术来实现串口通信，即应用程序直接使用ActiveX控件提供的接口来访问ActiveX控件。Microsoft Communications Control(以下简称MSComm)是Microsoft公司提供的可在简化Windows下串行通信编程的ActiveX控件，它为应用程序提供了通过串行接口收发数据的简便方法。具体来说，它提供了两种处理通信问题的方法：一是事件驱动(Event2driven)方法，二是查询方法。本设计采用的是查询方法，这种方法适合于较小的应用程序。在这种情况下，每当应用程序执行完某一串行口操作后，将不断检查MSComm控件的CommEvent属性，以便检查执行结果或者检查某一事件是否发生。如果应用程序较小而且是自成一体，这种方法可能更可取。故对本设计更为可取。MSComm控件有许多重要的属性，其中首要的几个如表1所列。

在对上位机编程时，应首先创建一个基于对话框的应用程序，然后插入MSComm控件，可在对话框资源上放一个编辑框(IDC_EDIT_RECEIVE)显示电压值，再放两个按钮控件[开始测量IDC_TEST)和停止测量(ID_STOP)。然后再做对话框模板，鼠标点击右键，选择Classwizard，增加成员变量，将IDC_MSCOMMl关联成员变量m_mscomm设定为CMSComm控件类型，但IDC_EDIT_RECEIVE关联成员变量m_receive不是控件类型，是数值类型(float)。之后分别对两个按钮和MSComm控件添加消息响应函数，这可在Classwizard下自动添加。

添加代码时，要首先设置MSComm控件的属性，这可以在OnInitDialog函数中添加。本文采用的是COMl口，波特率为9600，无奇偶校验位，8位数据位，l位停止位，用二进制方式收发数据。在开始测量按钮的OnTest()函数下添加SetTimer(1，500，NULL)；开启定时器每500 ms触发一次定时器事件，并在停止测量按钮OnStop ()函数下添加KillTimer(1)；按钮的作用是停止定时器事件。接着是添加WM_TIMER消息。可在OnTimer(UINT nIDEvent)上添加CByteArray bytoutArr；bytoutArr．Add(0xfd)；m_mscomm．SetOutput(COleVariant(bytoutArr))；(采用二进制方式发送数据0xfd，500ms发送一次，下位机只有在接收到0xfd后才会将转化的数据传回来，这也相当于一个简单的通信协议。

数据的接收处理(也是本文的重点)可通过在MSComm控件的消息响应函数中采用查询方式检查接收事件是否发生来完成。具体代码如下：
void CCTestVotDlg::OnOnCommMscomml ()
{VARIANT variant_inp；
COleSafeArray safearray_inp；
LONGlen，k；
BYTE rxdata[1024]；//设置字节数组
CString strtemp；
if(m_mscomm．GetCommEvent 0==2)//事件值为2 表示接收到数据
{variant_inp=m_mscomm．GetInput 0；//读缓冲区
safearray_inp=variant_inp；
len=safearray_inp．GetOneDimSize ()；//得到有效的数据长度
for(k=0；k<len；k++)
safearray_inp．GetElement(&k，rxdata+k)；//转化成BYTE型数组
m_receive=rxdata[0]；//将接收到的值赋予
float变量m_receive=m_receive/255；//接收到的数据为(0，255)之间的整数值
m_receive=m_receive*5；//这三步就得到0到5V的电压值
m_receive=setprecision(m_receive，3)//这个函数的作用是保留小数点后三位
}
UpdateData(FALSE)；//更新编辑框，将数值显示在编辑框中
}

4 结束语

上述实施方案可在实践中很好地实现整个样机的功能，实际使用证明，该仪器的各项指标都能达到预期效果。本文对使用MSComm串行通信的方法做了着重的分析，同时分析了ActiveX技术的强大功能、充分的灵活性和易用性，具有一定的实践意义。