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1、基于单片机的数字电压表设计设计总说明本文详细介绍了一种基于单片机的数字电压表设计方案。该设计方案主要由四个模块组成：模拟输入模块，A/D转换模块，数据处理模块及显示模块。模拟输入模块会根据待测电压的大小自动选择不同的转换通道，A/D转换主要由芯片ADC0809来完成，它负责把采集到的模拟量转换为相应的数字量，然后传送到单片机的数据处理模块。数据处理则由芯片AT89C51来完成，其负责把ADC0809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ADC0809芯片工作。采用该方案设计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
2、数字电压表可以测量0-20V的1路模拟直流输入电压值，并通过一个四位一体的七段数码管显示出来，具有量程自动转换功能。关键字:单片机；A/D转换；数据处理；量程自动转换Design of Digital Voltage Meterbased on Single-chip MicrocomputerDesign DescriptionThis paper which introduces a kind of simple digital voltmeter is based on single-chip microcontroller design. The circuit of the volt
3、age meter is mainly consisted of four mould pieces:Anolog input mould piece, Anolog input is mainly convert automatically select different channels according to the size of the test voltage.A/D converting mould piece, A/D converting is mainly completed by the ADC0809, it converts the collected analo
4、g data into the digital data and transmits the outcome to the manifestation controlling mould piece. Data processing is mainly completed by the AT89C51 chip, it processes the data produced by the ADC0809 chip and generates the right manifestation codes, also transmits the codes to the manifestation
5、controlling mould piece. Also, the AT89C51 chip controls the ADC0809 chip to work. The voltmeter features in simple electrical circuit, lower use of elements, low cost, moreover, its measuring precision and reliability. The voltmeter is capable of measuring voltage inputs from 1 route ranging from 0
6、 to 20 volt, and displaying the measurements though a digital code tube of 7 pieces of LED,and it has a automatic range conversion function.Keywords:Single-chip microcontroller; Digital voltmeter; A/D converter; Automatic conversion range目 录1绪 论11.1数字电压表简介11.2课题意义和目的22基于单片机的数字电压表的整体设计32.1设计指标32.2系统概
7、述33基于单片机数字电压表的硬件设计63.1器件的选择63.2量程选择电路63.2.1重要元器件介绍63.2.2量程选择电路73.3A/D转换电路83.3.1A/D转换芯片的选择83.3.2重要元器件介绍83.3.3A/D转换电路113.4数据处理模块113.4.1单片机的选择123.4.2重要元器件介绍123.4.3单片机复位电路设计143.4.4单片机时钟电路设计143.4.5电源电路153.5显示模块163.5.1重要元器件介绍163.5.2LED显示器与单片机接口设计183.6单片机和PC机通信模块连接194基于单片机数字电压表的软件设计214.1程序设计总方案214.2子程序设计22
8、4.2.1初始化程序224.2.2A/D转换子程序224.2.3数据处理子程序224.2.4显示子程序245系统调试与分析265.1软件调试265.2显示结果及误差分析265.2.1显示结果265.2.2误差分析276总 结29致 谢30参考文献31附 录321 绪 论1.1 数字电压表简介在电量的测量中，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。 数字电压表(Digital Voltmeter)简称DVM，它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量(直流输入电压)转换成不连续、
9、离散的数字形式并加以显示的仪表。传统的指针式电压表功能单一、精度低，不能满足数字化时代的需求，采用单片机的数字电压表精度高、抗干扰能力强，可扩展性强，集成方便，还可与PC进行实时通信。目前，由各种单片机和A/D转换器构成的数字电压表，已被广泛用于电子及电工测量、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。与此同时，由DVM扩展而成的各种通用及专用数字仪器，仪表，也把电量及非电量测量技术提高到崭新水平。数字电压表是诸多数字化仪表的核心与基础，电压表的数字化是将连续的模拟量如直流电压转换成不连续的离散的数字形式并加以显示，这有别于传统的从指针加刻度盘进行读数的方法，避免了读数
10、的视差和视觉疲劳。目前数字电压表的内部核心部件是A/D转换器，转换器的精度很大程度上影响着数字电压表的准确度，本文A/D转换器采用ADC0809对输入模拟信号进行转换，控制核心AT89C51再对转换的结果进行运算和处理，最后驱动输出装置显示数字电压信号1。数字电压表是当前电子、电工、仪器、仪表和测量领域大量使用的一种基本测量工具。数字电压表的主要技术指标有：测量范围、输入阻抗、显示位数、测量速度、分辨率。1）新技术的广泛应用20世纪90年代初，世界各国相继研发了新的A/D转换技术。例如：四斜率A/D转换技术（美国）、余数再循环技术（美国）、自动校准技术（英国）、固态真有效值转换技术（英国）、约
11、瑟夫森效应基准源、智能化专用芯片（80C51系列，荷兰）等，这些新技术使数字电压表向高准确度、高可靠性及智能化、低成本方向发展。2）智能化、复合型仪表由CMOS数字IC、模拟IC及微处理器集成在一个超大规模集成电路内，只须外围配置少量元器件，即可构成完整的智能仪表，可以完成存储、计算、比较、控制等多项功能。实际上数字电压表并不能完全取代指针式电压表，在反映电压的连续变化和变化趋势方面不如指针表直观。为克服这种缺憾，20世纪90年代初“一种数字/光柱”的双重显示仪表开始出现，并成功地应用于生产实践2。1.2 课题意义和目的数字电压表是诸多数字化仪表的核心与基础。以数字电压表为核心，可以扩展成各种
12、通用数字仪表、专用数字仪表及各种非电量的数字化仪表（如：温度计，湿度计，酸度计，重量，厚度仪等），几乎覆盖了电子电工测量，工业测量，自动化仪表等各个领域。除此之外，数字电压还有着传统指针电压表无可比拟的优点：读数直观、准确，显示范围宽、分辨力高，转入阻抗高，功耗小、抗干扰强等。因此对数字电压表作全面深入的了解是很有必要的。但是传统的数字电压表设计通常以大规模ASIC(专用集成电路)为核心器件，并辅以少量中规模集成电路及显示器件构成，可是这种设计方法灵活性差，系统功能固定，难以更新扩展，不能满足日益发展的电子工业要求。而应用微处理器（单片机）为核心单元的数字电压表，其灵活性高、系统功能扩展简单，
13、性能稳定可靠。在这些背景下，设计一种以单片机为基础、结构简单、工作可靠、灵活性好的数字电压表是很有意义的。2 基于单片机的数字电压表的整体设计2.1 设计指标本课题需要以单片机为基础设计出一种能测量0-20V电压的数字电压表，数字电压表分为0-5V和5-20V两档，档位可以根据待测电压的大小自动切换，分辨率达到0.05V。2.2 系统概述本课题所设计的数字电压表主要包括两部分：硬件电路及软件程序。而硬件电路采用AT公司的AT89C51作为主处理器，系统主要由信号采集、A/D转换、数据处理输出、驱动显示等几个功能模块组成,整个硬件电路的软仿真在Proteus环境下完成，各部分电路的设计及原理将会
14、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 软件对其编译和仿真，详细的设计算法将会在程序设计部分介绍。量程选择模块显示模块4位一体LED数码管数据处理模块AD转换模块AT89C51ADC0809数字量输入控制信号模拟量输入输出显示图 21 数字电压表系统框图系统框图如下： 图2-1 系统框图被测直流电压先经过量程选择电路选择合适的量程，再由A/D转换单元通过相应的通道采集和量化，接着由单片机对A/D转换的结果进行标度变换，得到被测电压的数值，通过单片机串行数据接口把所得数值输出给显示驱动单元，由该单元完成译码，并驱动数码管显示。硬件电路图如下：图 22 硬件电路图在电路设计和软件设计中都采用了分模块设计，这种设计方法为以后的调试和维修带来了极大的方便。特别是在软件设计中，这种方法增强了程序的可移植性，为以后的功能扩展奠定了基础。3 基于单片机数字电压表的硬件设计3.1 器件的选择单片机 AT89C51 1块模数转换器 ADC0809 1块显示驱动 74HC245 1块AD转换时钟信号 74HC74 1块四位一体数码管 HS420561K-32 1块继电器模块 SRD-05VDC-SL-C 1块升压模块 12M
