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1、唐 山 学 院单片机原理 课 程 设 计 题 目 简易数字电压表的设计 系 (部) 信息工程系 班 级 08电本 3班 姓 名 学 号 指导教师 2012 年 1 月 1 日至 1 月 7 日 共 1 周 2012年 1 月 7 日课程设计成绩评定表出勤情况出勤天数 缺勤天数成绩评定出勤情况及设计过程表现（20分）课设答辩（20分）设计成果（60分）总成绩（100分）提问（答辩）问题情况综合评定 指导教师签名： 年 月 日单片机原理 课程设计任务书一、设计题目、内容及要求设计题目：简易数字电压表的设计设计内容：1可以测量05V范围内的8路直流电压值。2在4位LED数码管上轮流显示各路电压值或单
2、路选择显示，其中3位LED数码管显示电压值，显示范围为0.00V5.00V，1位LED数码管显示路数,8路分别为0-8。3测量最小分辨率为0.02V。设计要求：1进行系统总体设计。2完成系统硬件电路设计。3完成系统软件设计。4撰写设计说明书。二、设计原始资料 Proteus6及KEIL51软件，及其使用说明。三、要求的设计成果（课程设计说明书、设计实物、图纸等）设计说明书一份（要求有硬件设计原理图，仿真结果图，源程序代码）四、进程安排周一：查找资料，进行方案论证和系统硬件设计； 周二：系统软件设计和编程实现；周三：利用程序调试；周四：仿真实现，检查设计结果；周五：编写设计说明书、答辩。五、主要
3、参考资料1 彭为等.单片机典型系统设计实例精讲M.北京：电子工业出版社，20062 李群芳.单片机原理、接口及应用M.北京:清华大学出版社,2005指导教师（签名）：教研室主任（签名）：摘 要本文介绍了基于89C51单片机的一种8路输入直流电压测量电路,该电路采用ADC0808作为A/D转换元件，实现测量范围为0V5V电压。要求能够依次显示每路通道电压值。使用4位LED模块显示，前面一位显示通道号，后面三位显示测量电压值，电压值精确到小数点后两位，测量最小分辨率为0.02V。本系统主要包括三大模块：数据采集模块、数据处理模块、控制输出和数据显示模块。绘制了电路原理图与工作流程图，并进行仿真调试
4、，最终设计完成了该系统的硬件电路。在软件编程上，采用了汇编语言进行编程，开发环境使用KEIL51，仿真采用ISIS仿真软件。开发了显示模块程序、通道切换程序、A/D转换程序。关键词：ADC0808 A/D转换 LED显示目 录第一章 前言11.1概述1二 设计总体方案22.1设计要求22.2 设计思路22.3 设计方案2三 硬件电路设计33.1 数据采集模块33.1.1 逐次逼近型A/D转换器原理33.1.2 ADC0808 主要特性43.1.3 ADC0808的外部引脚特征43.1.4 ADC0808的内部结构及工作流程63.2 数据分析处理模块73.2.1 AT89C51性能73.2.2
5、AT89C51各引脚功能73.3 数据显示控制模块103.3.1 LED基本结构103.3.2 LED显示器的选择103.3.3 LED译码方式113.3.4 LED显示器与单片机接口设计123.4 总体电路设计12四 程序设计144.1 程序设计总方案144.2 系统子程序设计144.2.1 采集电压路数识别144.2.2 A/D转换子程序154.2.4 数据处理子程序154.2.4 显示子程序16五 仿真175.1 软件调试175.2显示结果17结 论19参考文献20附 录21第一章 前言1.1概述在电量的测量中，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
6、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，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、离散的数字量形式并加以显示的仪表。传统的指针式刻度电压表功能单一，精度低，容易引起视差和视觉疲劳，因而不能满足数字化时代的需要。采用单片机的数字电压表，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，从而精度高、抗干扰能力强，读取简单，可扩展性强、集成方便，还可与PC实时通信。数字电压表是诸多数字化仪表的核心与基础，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
7、统等智能化测量领域，展示出强大的生命力。因此本次课程设计要求学生自己设计一个数字电压表，可以加强学生对单片机应用的理解，通过实践提高学生的动手动脑能力。以数字电压表为核心，可以扩展成各种通用数字仪表、专用数字仪表及各种非电量的数字化仪表。目前，由各种单片机和A/D转换器构成的数字电压表作全面深入的了解是很有必要的。字电压表的准确度，因而，以后数字电压表的发展就着眼在高精度和低成本这两个方面。本文是以简易数字直流电压表的设计为研究内容，本系统主要包括三大模块：转换模块、数据处理模块及显示模块。其中，A/D转换采用ADC0808对输入的模拟信号进行转换，控制核心AT89C51再对转换的结果进行运算
8、处理，最后驱动输出数字电压表的内部核心部件是A/D转换器，转换的精度很大程度上影响着数装置LED显示数字电压信号。二 设计总体方案2.1设计要求 以MCS-51系列单片机为核心控制器件，组成一个简单的直流数字电压表。采用8路模拟量输入，能够测量0-5V之间的直流电压值。电压显示用4位一体的LED数码管显示，第一位显示通道号，后面三位显示测量电压值，电压值精确到小数点后两位，测量最小分辨率为0.02V。2.2 设计思路根据设计要求，选择AT89C51单片机为核心控制器件。A/D转换采用ADC0808实现，与单片机的接口为P1口引脚。电压显示采用4位一体的LED数码管。LED数码的段码输入,由并行
9、端口P0产生：位码输入，用并行端口P2低四位产生。2.3 设计方案硬件电路设计由6个部分组成; A/D转换电路，AT89C51单片机系统，LED显示系统、时钟电路、复位电路以及测量电压输入电路。硬件电路设计框图如图1所示。 图1 数字电压表系统硬件设计框图显示系统A/D转换电路测量电压输入时钟电路 复位电路AT89C51 P1 P2 P0 三 硬件电路设计数字电压表系统的硬件电路设计可分为三个模块，它们分别为：模块一数据采集模块即A/D转换模块；模块二数据分析处理模块；模块三数据显示控制模块。下面就将分别介绍各个模块的相关情况，最后连接组合构成完整8路的数字电压表系统。3.1 数据采集模块现实
10、世界的物理量都是模拟量，能把模拟量转化成数字量的器件称为模/数转换器（A/D转换器），A/D转换器是单片机数据采集系统的关键接口电路，按照各种A/D芯片的转化原理可分为逐次逼近型，双重积分型等等。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。与双积分相比，逐次逼近式A/D转换的转换速度更快，而且精度更高，比如ADC0809、ADC0808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，将数字量送到单片机进行分析和显示。一个n位的逐次逼近型A/D转换器只需要比较n次，转换时间只取决于位数和时钟周期，逐次逼近型A/D转换器转换速度快，因而在实际
11、中广泛使用。3.1.1 逐次逼近型A/D转换器原理逐次逼近型A/D转换器是由一个比较器、A/D转换器、存储器及控制电路组成。它利用内部的寄存器从高位到低位一次开始逐位试探比较。转换过程如下：开始时，寄存器各位清零，转换时，先将最高位置1，把数据送入A/D转换器转换，转换结果与输入的模拟量比较，如果转换的模拟量比输入的模拟量小，则1保留，如果转换的模拟量比输入的模拟量大，则1不保留，然后从第二位依次重复上述过程直至最低位，最后寄存器中的内容就是输入模拟量对应的二进制数字量。其原理框图如图2所示：顺序脉冲发生器逐次逼近寄存器ADC电压比较器输入电压输入数字量图2 逐次逼近式A/D转换器原理图3.1
12、.2 ADC0808 主要特性ADC0808是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，带有使能控制端，与微机直接接口，片内带有锁存功能的8路模拟多路开关，可以对8路0-5V输入模拟电压信号分时进行转换，由于ADC0808设计时考虑到若干种模/数变换技术的长处，所以该芯片非常适应于过程控制，微控制器输入通道的接口电路，智能仪器和机床控制等领域。ADC0808主要特性:8路8位A/D转换器，即分辨率8位；具有锁存控制的8路模拟开关；易与各种微控制器接口；可锁存三态输出，输出与TTL兼容；转换时间：128s；转换精度：0.2%；单个+5V电源供电；模拟输入电压范围0- 5V，无需外部零点和满度调整；低功耗，约15mW。3.1.3 ADC0808的外部引脚特征 ADC0808芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，其引脚图如图3所示。图3 ADC0808引脚图下面说明各个引脚功能:IN0-IN7（8条）：8路模拟量输入线，用于输入和控制被转换的模拟电压。地址输入控制（4条）：ALE:地址锁存允许输入线，高电平有效，当ALE为高电平时，为地址输入线，用于选择IN0-IN7上那一条模拟电压送给比较器进行A/D转换。ADDA,ADDB,ADDC:3位地址输入线，用于选择8路模拟输入中的一路，其对应关系如表1所示： 表1 ADC0808通道选择表地址码 对应的输入通道 C B A 0
