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1、 课程设计( 论文)说明书题 目：数字电压表 院 （系）：信息与通信学院 专 业：电子科学与技术 学生姓名：尹建生 学 号：1000230130 指导教师：李海鸥 职 称：教授 2012 年 12 月 14 日桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 I 页 共 II 页摘 要数字电压表利用模-数转换原理测量电压值，并以数字形式显示测量结果的电压仪表。本设计从经济实用的角度出发，采用美国 Atmel 公司的单片机 AT89S52 作为主控芯片，结合外围的电压信号采集、AD 转换、显示等电路，用 C 语言编写主控芯片的控制程序，设计了一款可以测量电压范围分为 05V 和 510V 的数字电压
2、表。经实验证明，该数字电压表有设计方法合理，简单易行，成本适中，安全实用等特点，适合大学生自己制作与使用。 关键词：数字电压表；单片机Abstract：The digital voltmeter uses of analog-to-digital conversion principle to measure the voltage, and voltage meter measurement result is displayed in digital form.from the point of view of economic and practical, this design use
3、s of American Atmels microcontroller AT89S52 as the master chip, and is combined with the peripheral circuit voltage such as signal acquisition, AD converter, display. The master chip control program uses the C language. The voltage range which the digital voltmeter can measure is divided into 0 5V
4、and 5 10V .The experiment proved that the digital voltmeter has a reasonable design, simple, low cost, safe and practical features, it is suitable for college students to produce their own and use.Key words：digital voltmeter; SCM桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 I 页 共 II 页桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 II 页 共 II 页目 录引
5、言 11 设计方案 11.1 数字电压表的设计分析11.2 设计要求12 硬件电路设计12.1 单片机 AT89S52 简介 12.1.1AT89S52 12.1.2AT89S52 主要特性 12.2 整体硬件原理图 32.3 电压信号采集电路设计 32.4 液晶显示设计 42.5 AD 准换电路设计 52.6 51 最小系统设计 63 程序设计 63.1 程序设计内容 63.2 C 语言源程序 64 心得体会 6谢辞 8参考文献 9附录 10桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 II 页 共 II 页桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 1 页 共 17 页引言采用新技术、新
6、工艺，由 LSI 和 VLSI 构成的新型数字仪表及高档智能仪器的大量问世，标志着电子仪器领域的一场革命，也开创了现代电子测量技术的先河。1 设计方案1.1 数字电表的设计分析数字电压表是数字型测量仪器的基础和典型代表。数字电压表的核心是模拟-数字转换器。模-数转换电路分为积分型与非积分型两类。伺服连续比较型、逐次逼近比较型、斜波型和阶梯波型属非积分型;电压-频率变换型、双斜率电压-时间变换型和脉宽调制型都属积分型。双斜率电压-时间变换器性能较好，其精确度只取决于基准电压和精确度，而积分元件和振荡器只要求频率稳定，而绝对值对变换器精确度并无影响，因而能大大简化生产和调试过程。1.2 设计要求通
7、过电路将需要采集的电压信号分为 05V 和 510V 两个档，05V 直接进入A/D 转换进行测量，510V 信号通过分压网络进行分压，使其范围落在 05V，然后进入 A/D 转换进行测量，单片机采集 A/D 转换的结果，通过算法计算得到所测得的实际电压值，然后将此电压值往显示电路显示。2 硬件电路设计 2.1 单片机 AT89S52 简介2.1.1 AT89S52如图 1 所示，AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上 Fla
8、sh 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程Flash，使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。2.1.2 AT89S52 主要性能AT89S52 单片机可与 MCS-51 单片机产品兼容、8K 字节在系统可编程 Flash存储器、1000 次擦写周期、全静态操作：0Hz33Hz、三级加密程序存储器、32 个可编程 I/O 口线、三个 16 位定时器/计数器八个中断源、全双工 UART 串行通道、低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符 【2】 。桂林电子科技大
9、学课程设计（论文）报告用纸 第 2 页 共 17 页图 1 单片机 AT89S52 管脚图图 2.a 最小系统及液晶显示电路模块桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 3 页 共 17 页图 2.b 电压信号采集电路及 AD 转换电路模块2.2 整体硬件原理图系统硬件电路由 4 部分组成：电压信号采集电路、A/D 转换电路、显示电路和 51 最小系统电路。分为 2 个模块，其中显示电路和 51 最小系统电路为模块一，如图 2.a；电压信号采集电路和 A/D 转换电路为模块二，如图 2.b。2 个模块用杜邦线连接起来。2.3 电压信号采集电路如图 3 电压信号经 SIGNAL 端对地输入。
10、R3、R4 对地输入电路进行分压；TL431 和电阻 R7、R8 产生 2.5V 的基准电压 【3】 ；LM393 构成比较器，当正端输入大于负端输入时将输出高电平（+5V） ，当正端电压小于负端电压时将输出低电平（0V） ；K1 为常闭继电器；8050 组成开关电路，当 LM393 输出高电平时 8050 导通，电流经 R2 和 8050 集成电流向继电器 K1 源绕组从而关闭继电器。通过上述分析我们不难得出：当输入信号小于时，电阻端电压小于 2.5Vlm393 输出低电平，8050 截止，继电器导通，信号直接传递至转换通道；当输入信号大于 5V 而小于 10V 时，电阻 R4 端电压大于
11、2.5V，lm393输出高电平，8050 导通，继电器截止，信号经 R3,R4 分压后，转变成 05V 信号传递至 AD 转换通道.同时单片机引脚 P3.3 和 A/D 转换芯片 0809 引脚 ADD-桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 4 页 共 17 页A 变为高电平。图 3 电压信号采集电路2.4 液晶显示设计显示部分采用 1602LCD，如图 4 所示。图 4 液晶显示部分桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 5 页 共 17 页图 5 AD 转换电路2.5 AD 转换电路A/D 转换电路采用 AD0809 完成。AD0809 是一款为逐次逼近型 A/D 转换器。带
12、个模拟量输入通道，内带地址译码器，内带三态锁存器，脉冲启动，转换时间 100us【1】 ，电路如图 5 所示。AD0809 数据接口与单片机 P1 口连接，时钟端通过单片机的定时器 0 软件编程，在 P00 端产生 500KHz 的时钟，参考电压为+5V,0V.ADC0809 的工作过程是：首先输入 3 位地址，并使 ALE=1，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 AD 转换，之后 EOC 输出信号变低，指示转换正在进行。直到 AD 转换完成，EOC 变为高电平，指示 AD 转换结束，结果数据已存入锁存器，
13、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，其时序图如图 6 所示。图 6 AD0809 的工作时序图桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 6 页 共 17 页2.6 51 最小系统设计图 7 51 最小系统原理图3. 程序设计3.1 程序设计内容（1）AD0809 的读写操作；（2）数据处理与计算；（3）LCD 显示电压值。3.2 C 语言源程序程序及流程图见附录。4. 心得体会从开始进行设计数字电压表到完成实现数字电压表功能，我找了很多资料，并应用了 Altium Designer Winter 09 软件进行画图，并运用单
14、片机知识进行编程以完成设计要求的功能。其中在调试的过程中最为困难，特别是在实际调TL431 输出时与理论存在差距，不得不改变 R7 的阻值，最终令 R7 的值为 0 欧，桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 7 页 共 17 页而比较器 LM393 的外接上拉电阻 R6 也必须大于 1K 以上,LM393 才能正常工作，否则输出端只输出低电平，不会输出高电平。在验证数字电压表的实际效果时，我用万用表做了比较，误差范围大概在 0.04V0.09V，实验误差较小，这可能是在电压采集电路中 R7,R8 本身的分压电路存在少许误差，参考电压+5V，0V的精切度和软件编程时数据换算公式的误差等多种误差造成的结果。而在软件调试的过程中，我把 AD0
