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1、 University of South China单片机课程设计报告设计课题： 基于单片机的数字电压表设计专业班级： 电卓 103 班 学生姓名： 李文帅 指导教师： 朱卫华 设计时间： 2012 年 1 月 10 日 内内 容容 摘摘 要要电压表是测量仪器中不可缺少的设备，目前广泛应用的是采用专用集成电路实现的数字电压表。本系统以 8051 单片机为核心，以逐次逼近式 A/D 转换器 ADC0809、数码管显示器为主体，设计了一款简易的数字电压表，能够测量 05V 的直流电压，最小分辨率为0.02V。该设计大体分为以下几个部分，同时，各部分选择使用的主要元器件确定如下：1、单片机部分。使用
2、常见的 8051 单片机，同时根据需要设计单片机电路。2、测量部分。该部分是实验的重点，要求将外部采集的模拟信号转换成数字信号，通过单片机的处理显示在显示器上，该部分决定了数字电压表的精度等主要技术指标。根据需要本设计采用逐次逼近型 AD 转换器 ADC0809 进行模数转换。3、数码管显示部分。其中一位为整数部分，其余位小数部分。索引关键词：8051 模数转换 数码管显示Contents AbstractThe voltmeter is indispensable in measuring instruments and equipment, is widely used digital v
3、oltmeter ASIC implementation. 8051, successive approximation type A / D converter ADC0809 digital tube display as the main design of a simple digital voltmeter capable of measuring 0 to 5V DC voltage, minimum resolution of 0.02V . The design is divided into several parts, each part of the main compo
4、nents selected for use are determined as follows:1, microcontroller part. Using a common 8051, according to the need to design a microcontroller circuit.2, the measurement section. This part is the focus of the experiment, require external acquisition of the analog signal is converted into a digital
5、 signal through the microcontroller of the processing and display on the display, the portion determines the main technical indicators such as the precision of the digital voltmeter. According to the needs of the design using successive approximation type A / D converter ADC0809 analog-to-digital co
6、nversion. 3, the digital display section. One for the integer part, the remaining bits of the fractional part.Index Keywords: 8051 Analog-to-digital Conversion digital display.目 录内容摘要2Contents Abstract 3 一 概述 51.1 概述5 二、设计题目及要求 62.1、题目及设计要求62.2、主要技术指标 6 三、方案论证及选择7 3.1 主要设计方框图如下 7 3.2 方案论证：7 四、电路设计原理
7、84.1 设计原理介绍： 84.2、模数转换94.3、 数据处理及控制10 五、主要元器件的介 绍115.1、AT89C51 单片机简 介115.2、ADC0808 模数转换芯片简介125.3、四位共阴极数码管简 介13 六、部分电路介 绍146.1、晶振电 路146.2、复位电 路146.3 模拟输入电路146.4、显示电 路156.5 总电路如下：156.6 仿真结果如下：16 七、程序设计17 八、硬件制作与测 试218.1、主要仪器及使用方法：218.2、硬件制作步骤：21 九、设计过程中的问题及解决方案22 十、心得体 会23一、 概述1.1 概述：数字电压表的基本工作原理是利用 A
8、/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
9、-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 8051 单片机为核心，以逐次比较型 A/D 转换器ADC0809、数码管显示为主体，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。二、设计题目及要求2.1、题目及设计要求采用 51 系列单片机和 ADC 设计一个数字电压表，输入为 05V 线性模拟信号，输出通过数码管显示，要求显示两位小数。2
10、.2、主要技术指标1、数字芯片 A/D 转换技术 2、单片机控制的数码管显示技术 3、单片机的数据处理技术三、方案论证及选择3.1 主要设计方框图如下：3.2 方案论证：1、主控芯片方案 1：选用专用转化芯片 INC7107 实现电压的测量和实现，用四位数码 管显示出最后的转换电压结果。缺点是精度比较低，内部电压转换和控制部分 不可控制。优点是价格低廉。方案 2：选用单片机 AT89C51 和 A/D 转换芯片 ADC0809 实现电压的转换 和控制，用四位数码管显示出最后的转换电压结果。缺点是价格稍贵；优点是 转换京都高，且转换的过程和控制、显示部分可以控制。基于课程设计的要求，我选用了：方
11、案 2。2、显示部分方案 1：选用 4 个单体的共阴极数码管。优点是价格比较便宜；缺点是焊电压采集模数转换单片机处理数码管显示接时比较麻烦，容易出错。方案 2：选用一个四联的共阴极数码管，外加四个三极管驱动。这个电路 几乎没有缺点；优点是便于控制，价格低廉，焊接简单。基于课程设计的要求和美观性，我选用了：方案 2。四、电路设计原理4.1 设计原理介绍：模拟电压经过档位切换到不同的分压电路筛减后，经隔离干扰送到 A/D 转换器进行 A/D 转换。然后送到单片机中进行数据处理。处理后的数据送到 LED 中显示。同时通过串行通讯与上位通信。硬件电路及软件程序。而硬件电 路又大体可分为 A/D 转换电
12、路、数码管显示电路，各部分电路的设计及原理将 会在硬件电路设计部分详细介绍；程序的设计使用 C 语言编程，利用 Keil 和 PROTEUS 软件对其编译和仿真。 一般 I/O 接口芯片的驱动能力是很有限的，在数码管显示器接口电路中， 输出口所能提供的驱动电流一般是不够的尤其是设计中需要用到多位 LED，此 时选择数码管显示便有了极大的优点。本实验采用 AT89C51 单片机芯片配合 ADC0809 模/数转换芯片构成一个 简易的数字电压表，原理电路如图 1 所示。该电路通过 ADC0809 芯片采样输 入口 IN0 输入的 05 V 的模拟量电压，经过模/数转换后，产生相应的数字量 经过其输
13、出通道 D0D7 传送给 AT89C51 芯片的 P0 和 P2.1 口。AT89C51 负责 把接收到的数字量经过数据处理，产生正确的 7 段数码管的显示段码，并通过 其 P1 和 P2 口传送给数码管。同时它还通过其三位 I/O 口产生位选信号，控制 数码管的亮灭。另外，AT89C51 还控制着 ADC0809 的工作。其 P2.4 口为 ADC0809 提供了 100KHz 工作的时钟脉冲；P2.3 控制 ADC0808 的地址锁存端 (ALE)；P2.3 控制 ADC0809 的启动端(START)；P2.0 控制 ADC0809 的输出允 许端(OE)；P2.2 控制 ADC0809 的转换结束信号(EOC)。数据处理及控制 模块AT
