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1、 教育信息与技术学院 0703 班 数字电压表课程设计第 页，共 15 页1 数字电压表设计课程设计报告2010 年 6 月 28 日 目录学 校：专 业：班 级：姓 名：指导老师：湖 北 师 范 学 院信 息 工 程0703 班黄文城、张志豪、徐蜜、余娇、游薇梅斌老师、陈琦老师 教育信息与技术学院 0703 班 数字电压表课程设计第 页，共 15 页2 第 1 章 绪论 .3第 2 章 设计任务与要求 .42.1 设计任务 .42.2 设计要求 .4第 3 章 方法选择方案设计 .43.1 方法选择 .43.2 方案设计 .5第 4 章 硬件设计 .64.1 模块设计电路 .64.1.1 时
2、钟电路 .64.1.2 复位电路 .64.2 PROTUES仿真电路 .74.2.1 电路仿真图 .74.2.2 电路工作原理 .74.3 逐次逼近式 A/D 转换模块设计 .84.3.1 ADC0808 简介 .84.3.2 A/D 转换电路设计 .9第 5 章 系统软件设计 .105.1 主程序设计 .105.2 源程序编写 .11第 6 章 系统仿真与调试 .14结 论 .15 教育信息与技术学院 0703 班 数字电压表课程设计第 页，共 15 页3 第 1 章 绪论数字电压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
3、来的一种电压表。较之于一般的模拟电压表，数字电压表具有精度高、测量准确、读数直观、使用方便等优点。电压表的数字化测量，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） 。数字电压表的核心部件就是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 U-T（电压-时间）式和 U-F（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
4、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。在高精度数字电压表中，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ADC0808、液晶显示器 LCD 为主体，构造了一款简易的数字电压表，能够测量 1 路 05V 直流电压，最小分辨率 0.02V。 教育信息与技术学院 0703 班 数字电压表课程设计第 页，共 15 页4 第 2 章 设计任务与要求2.1设计任务利用单片机 AT89C51 和 ADC0809 设计一个数字电压表，能够测量 05V 之间的直流电压值，四位数码
5、显示。2.2设计要求测量最小分辨率为 0.019V,测最误差约为 0.02V。第 3 章 方法选择方案设计3.1方法选择实现数字电压表的方案较多，目前广泛采用的是基于 74 系列逻辑器件方案，本设计将介绍基于单片机实现的方案。74 系列逻辑器件方案采用双积分电路+液晶显示器+逻辑电路+定时采样电路+数据处理实现，被测电压信号由信号输入端加到测量系统，进行预处理后送到后级电路。单片机系统方案此方案采用输入处理电路+ADC0808+AT89C51+液晶显示实现，被测信号由 ADC0808 模拟输入端输入，单片机采集转换数据，将转换数据送出显示。系统除能确保实现要求的功能外，还可以方便地进行 8 路
6、其它 A/D 转换量的测量、远程测量结果传送等扩展功能。我们做好了现在的电路图，经过仿真，我们达到了预期的结果。 教育信息与技术学院 0703 班 数字电压表课程设计第 页，共 15 页5 3.1 方案设计经过以上方法设计，决定采用如图 1-1 所示方案逻辑图。图 3-1 方案逻辑图图 3-2 设计方案原理框图设计模块说明：本设计方案主要有四大模块：1、LED 显示模块2、时钟、复位电路3、ADC0808 数模转换模块4、AT89C51 单片机控制模块 教育信息与技术学院 0703 班 数字电压表课程设计第 页，共 15 页6 第 4 章硬件设计4.1模块设计电路单片机控制模块设计单片机控制模
7、块的作用是为控制各单元电路的运行并完成数据的换算或处理，主要由单片机、时钟电路、复位电路组成。4.1.1 时钟电路单片机工作的时间基准是由时钟电路提供的，在单片机的 XTAL1 和 XYAL2两个管脚接一只晶振及两只电容就构成了单片机的时钟电路，电路中电容器 1C和 2对振荡频率有微调作用，通常取(3010)pF 石英晶体选择 6MHz 或12MHz 都可以。时钟电路如图 4-1 所示。4.1.2 系统复位电路单片机的 RST 管脚为主机提供了一个外部复位信号输入口。复位信号是高电平有效，高电平有效的持续时间为 2 个机器周期以上。单片机的复位方式可由手动复位方式完成。图 4-1 系统时钟电路
8、 教育信息与技术学院 0703 班 数字电压表课程设计第 页，共 15 页7 4.2Protues 仿真电路4.2.1电路仿真图图 4-2 Protues 仿真电路原理图4.2.2电路工作原理图 4-2 所示。A/D 转换由集成电路 0808 完成，0808 具有 8 路模拟输入端口，地址线（2325 脚）可决定对哪一路模拟输入作 A/D 转换。22 脚为地址锁存控制，当输入为高电平时，对地址信号进行锁存。6 脚为测试控制，当输入一个 2S 宽高电平脉冲时，就开始 A/D 转换。7 脚为 A/D 转换结束标志，当A/D 转换结束时，7 脚输出高电平。9 脚为 A/D 转换数据输出允许控制，当
9、OE脚为高电平时，A/D 转换数据从端口输出 10 脚为 0808 的时钟输入端，利用单片机 30 脚的六分频晶振频率再通过 14024 二分频得到 1MHz 时钟。单片机的P1、P3.0P3.3 端口作为四位 LED 数码管显示控制。P3.5 端口用作单路显示/循环显示转换按钮，P3.6 端口用作单路显示时选择通道。P0 端口作 A/D 转换数据读入用，P2 端口用作 0808 的 A/D 转换控制。4.3 逐次逼近式 A/D 转换模块设计 教育信息与技术学院 0703 班 数字电压表课程设计第 页，共 15 页8 4.3.1ADC0808 简介1ADC0808 引脚功能2 -1MSB 21
10、ADD B 24ADD A 25ADD C 23VREF(+)12 VREF(-)16IN31 IN42IN53 IN64IN75START6 2 -5 8EOC7OUTPUT ENABLE9 CLOCK10VCC112 -2 20GND 132 -7 142 -6 152 -8LSB 172 -4 182 -3 19IN228 IN127IN026ALE 22IN0 IN7： 8 路模拟量输入。A、B、C：3 位地址输入，2 个地址输入端的不同组合选择八路模拟量输入。ALE：地址锁存启动信号，在 ALE 的上升沿，将 A、B、C 上的通道地址锁存到内部的地址锁存器。D0D7：八位数据输出线，
11、A/D 转换结果由这 8 根线传送给单片机。OE：允许输出信号。当 OE=1 时，即为高电平，允许输出锁存器输出数据。START：启动信号输入端，START 为正脉冲，其上升沿清除 ADC0808 的内部的各寄存器，其下降沿启动 A/D 开始转换。EOC：转换完成信号，当 EOC 上升为高电平时，表明内部 A/D 转换已完成。图 4-3 ADC0808 引脚图 教育信息与技术学院 0703 班 数字电压表课程设计第 页，共 15 页9 2ADC0808 内部结构图图 4-4 ADC0808 内部结构逐次逼近型 A/D 转换器 ADC0808 由八路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、D/A 转换器、寄存器、控制电路和三态输出锁存器等组成。4.3.2 A/D 转换电路设计图 ADC0808 与单片机的连接 教育信息与技术学院 0703 班 数字电压表课程设计第 页，共 15 页10 第 5 章系统软件设计5.1 系统主程序设计 初始化程序系统上电时，初始化程序将 70H77H 内存单元清 0，P2 口置 0。 主程序在刚上电时，系统默认为循环显示 8 个通道的电压值状态。当进行一次测量后，将显示每一通道的 A/D 转换值，每个通道的数据显示时间为 1s 左右。主程序在调用显示子程序和测试子程序之间循环，主程序流程图见图 5-1图
