《数字电压表设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字电压表设计（40页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、基于单片机的数字电压表基于单片机的数字电压表摘 要本文介绍了一种基于单片机的简易数字电压表的设计。该设计主要由三个模块组成：A/D转换模块，数据处理模块及显示模块。A/D转换主要由芯片ADC0804来完成，它负责把采集到的模拟量转换为相应的数字量在传送到数据处理模块。数据处理则由芯片AT89S52来完成，其负责把ADC0804传送来的数字量经过一定的数据处理，产生相应的显示码送到显示模块进行显示；此外,它还控制着ADC0804芯片工作。该系统的数字电压表电路简单，所用的元件较少，成本低，且测量精度和可靠性较高。此数字电压表可以测量0-5V的1路模拟直流输入电压值，并通过一个四位一体的7段数码管
2、显示出来。 关键词 单片机；数字电压表；A/D转换；AT89S52；ADC0804The design of Digital Voltage Meter based on Single-chipABSTRACT This paper which introduces a kind of simple digital voltmeter is based on single-chip microcontroller design. The circuit of the voltage meter is mainly consisted of three mould pieces: A/D con
3、verting mould piece, A/D converting is mainly completed by the ADC0804, it converts the collected analog data into the digital data and transmits the outcome to the manifestation controlling mould piece. Data processing is mainly completed by the AT89S52 chip, it processes the data produced by the A
4、DC0804 chip and generates the right manifestation codes, also transmits the codes to the manifestation controlling mould piece. Also, the AT89S52 chip controls the ADC0804 chip to work. The voltmeter features in simple electrical circuit, lower use of elements, low cost, moreover, its measuring prec
5、ision and reliability. The voltmeter is capable of measuring voltage inputs from 1 route ranging from 0 to 5 volt, and displaying the measurements though a digital code tube of 7 pieces of LED.Keywords Single-chip microcontroller; Digital voltmeter; A/D converter; AT89S52; ADC0804II目 录中文摘要I英文摘要II目 录
6、11绪 论12 A/D转换器的选择33 核心芯片简介53.1 ADC0804简介53.1.1 ADC0804芯片外引脚名称及意义43.1.2 ADC0804在使用时应注意事项53.1.3 ADC0804的典型应用73.2AT89S52简介83.2.1 单片机芯片选择83.2.2 AT89S52芯片的引脚及特点93.2.3 AT89S52的主要性能参数133.2.4 AT89S52的新功能144 方案设计155设计流程图165.1总体设计流程图165.2 AD转换关系设计流程图166 硬件电路设计197 单片机AT89S52外围电路设计197.1复位电路设计197.2外部晶振时钟电路设计187.
7、3 ADC0804LCN与单片机的接口设计197.4 显示设计207.4.1 LED数码管性能特点207.4.2 性能简易检测207.4.3 使用注意事项207.5电源设计218 PCB版图设计229系统调试249.1硬件的调试249.2软件调试259.3总调试25总 结26致 谢29参考文献28附录一29附录二30附录三33基于单片机的数字电压表1绪 论数字电压表出现在50年代初，60年代末发起来的电压测量仪表，简称DVM，它采用的是数字化测量技术，把连续的模拟量，也就是连续的电压值转变为不连续的数字量，加以数字处理然后再通过显示器件显示。这种电子测量的仪表之所以出现，一方面是由于电子计算机
8、的应用逐渐推广到系统的自动控制实验研究的领域，提出了将各种被观察量或被控制量转换成数码的要求，即为了实时控制及数据处理的需要；另一方面，也是电子计算机的发展，带动了脉冲数字电路技术的进步，为数字化仪表的出现提供了条件。所以，数字化测理仪表的产生与发展与电子计算机的发展是密切相关的；同时，为革新电子测量中的烦锁和陈旧方式也催促了它的飞速发展，如今，它又成为向智能化仪表发展的必要桥梁。如今，数字电压表已绝大部分取代了传统的模拟指针式电压表。因为传统的模拟指针式电压表功能单一，精度低，读数的时候也非常不方便，很容易出错。而采用单片机的数字电压表由于测量精度高，速度快，读数时也非常的方便，抗干扰能力强
9、，可扩展性强等优点已被广泛的应用于电子及电工的测量，工业自动化仪表，自动测试系统等智能化测量领域。显示出强大的生命力。数字电压表最初是伺服步进电子管比较式，其优点是准确度比较高，但是采样速度慢，重量达几十公斤，体积大。继之出现了斜波式电压表，它的速度方面稍有提高，但是准确度低，稳定性差，再后来出现了比较式仪表改进逐次渐近式结构，它不仅保持了比较式准确度高的优点，而且速度也有了很大的提高，但它有一缺点是抗干扰能力差，很容易受到外界各种因素的影响。随后，在斜波式的基础上双引伸出阶梯波式，它的唯一的进步是成本降低了，可是准确度，速度以及抗干扰能力都未能提高。而现在，数字电压表的发展已经是非常的成熟，
10、就原理来讲，它从原来的一，二种已发展到多种，在功能上讲，则从测单一参数发展到能测多种参数；从制作元件来看，发展到了集成电路，准确度已经有了很大的提高，精度高达1NV；读数每秒几万次，而相对以前，它的价格也降低了很多。目前实现电压数字化测量的方法仍然是模-数（A/D）转换的方法。而数字电压表种类繁多，型号新异，目前国际仍未有统一的分类方法。而常用的分类方法有如下几种：1 按用途来分：有直流数字电压表，交、直流数字电压表，交直流万用表等。2 按显示位数来分：有4位，5位，6位，7位，8位等。3 按测量准确度来分：有低准确度，中准确度，高准确度等。4 按测量速度来分：有低速，中速，高速，超高速等。但
11、在日常生活中，数字电压表一般是按照原理不同进行分类的，目前大致分为以下几类：比较式，电压时间变换式，积分式等。在电量的测量中，电压、电流和频率是最基本的三个被测量。其中，电压量的测量最为经常。而且随着电子技术的发展，更是经常需要测量高精度的电压，所以数字电压表就成为一种必不可少的测量仪器。另外，由于数字式仪器具有读数准确方便、精度高、误差小、灵敏度高和分辨率高、测量速度快等特点而倍受用户青睐，数字式电压表就是基于这种需求而发展起来的，是一种必不可少的电子测量仪表。电压、电流、功率是表征电信号能量大小的三个基本参量。在电子电路中，只要测量出其中一个参量就可以根据电路的阻抗求出其它二个参量。考虑到
12、测量的方便性、安全性、准确性等因素，几乎都用测量电压的方法来测定表征电信号能量大小的三个基本参量。此外，许多参数，例如频率特性、谐波失真度、调制度等都可视为电压的派生量。所以电压的测量是其它许多电参量，也包括非电量测量的基础。电压是基本的电参数，其它许多电参数可看作电压的派生量，由于电压测量方便，因此电压测量是电子测量中最基本的测量。按测量结果的显示方式可将电子电压表分为模拟式和数字式两大类。数字式电压表的核心是A/D转换器，A/D转换器最基本的两种类型是积分型和比较型。前者抗干扰能力强，测量精度高，但测量速率低；后者测量速度快，但抗干扰能力差。总的来说，积分型特别是双斜积分式DVM性能较优，
13、应用较广泛。数字电压表除具有一般的所具有的准确度高、数字显示、读数迅速准确、分辨力高、输入阻抗高、能自动调零、自动转换量程、自动转换及显示极性等优点，因而体积小，可靠性好，操作简便，由于数字电压表具有上述这些优点，使得它获得越来越广泛的应用。使用数字万用表的注意事项：（1）要注意该电压表的量程，切误测量比额定值大。（2）电压表使用或存放应避免高温、寒冷、阳光直射、高湿度及强烈振动环境。（3）为了延长电池的使用寿命，每次用完时应将电源拨断开。长期不用，要取出电池，以防止电池漏出电解液而腐蚀电池盒。2 A/D转换器的选择A/D转换器是模拟量输入通道中的一个环节，单片机通过A/D转换器把输入模拟量变
14、成数字量再处理。随着大规模集成电路的发展，目前不同厂家已经生产出了多种型号的A/D转换器，以满足不同应用场合的需要。如果按照转换原理划分，主要有3种类型，即双积分式A/D转换器、逐次逼近式A/D转换器和并行式A/D转换器。目前最常用的是双积分和逐次逼近式。双积分式A/D转换器具有抗干扰能力强、转换精度高、价格便宜等优点，比如ICL71XX系列等，它们通常带有自动较零、七段码输出等功能。与双积分相比，逐次逼近式A/D转换器的转换速度更快，而且精度更高，比如ADC0808、ADC0809等，它们通常具有8路模拟选通开关及地址译码、锁存电路等，它们可以与单片机系统连接，将数字量送单片机进行分析和显示
15、。本次使用的ADC0804 就是逐次比较式A/D 转换器。逐次比较式A/D 转换器是以A/D 转换器为基础，加上比较器、逐次比较式寄存器、置数选择逻辑电路以及时钟等组成。其转换的基本原理如下：在启动信号控制下，首先置数选择逻辑电路给逐次逼近式寄存器最高位置“1”，经D/A 转换成模拟量与输入的模拟量V1 进行比较，电压比较器给出比较结果。如果输入量大于或等于经D/A 转换器输出的量，则比较器输出为“1”，否则为“0”。置数选择逻辑电路根据比较器输出的结果，修改逐次逼近式寄存器中的内容，使其D/A 转换后的模拟量逐次比较输入的模拟量。经过若干次修改后的数字量，就是A/D 转换的结果。3 核心芯片简介3.1 ADC0804简介ADC0804是用CMOS集成工艺制成的逐次比较型摸数转换芯片。分辨率8位，转换时间100s，输入电压范围为05V，增加某些外部电路后，输入模拟电压可为 5V。该芯片内有输出数据锁存器，当与计算机连接时，转换电路的输出可以直接连接在CPU数据总线上，无须附加逻辑接口电路。所谓 A/D 转换器就是模拟/数字转换器（AD
