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1、安徽工贸职业技术学院 （简易数字电压表）学 校： 安徽工贸职业技术学院 姓 名： 系 别： 电子工程系 专 业： 生产过程自动化 学 号： 指导教师： 二00八年四月十日简易数字电压表摘 要：数字电压表是利用A/D转换原理，将被测模拟量转换成数字量,并用数字方式显示测量结果的电子测量仪表。通常数字电压表都采用大规模的A/D转换集成电路，测量精度高，读数方便，在体积、重量、耗电、稳定性及可靠性等方面性能指标均明显优于指针式万用表。其中，A/D转换器将输入的模拟量转换成数字量，逻辑控制电路产生控制信号，按规定的时序将A/D转换器中各组模拟开关接通或断开，保证A/D转换正常进行。A/D转换结果通过计
2、数译码电路变换成笔段码，最后驱动显示器显示相应的数值。本系统以单片机AT89S52为系统的控制核心,结合A/D转换芯片ADC0809设计一个数字电压表，能够测量05V之间的直流电压值，通过四位数码显示。读数据准确，测量方便。 关键词：数字电压 表数码显示 AT89S52 ADC0809 目录1方案选择和论证31.1设计要求31.2系统基本方案4121系统框图5122各模块方案选择和论证5123系统各模块的最终方案 52 系统硬件设计与实现62.1 系统硬件概述622主要单元电路的设计7221主控电路的设计.7222显示电路的设计8223电压采集电路的设计93系统软件设计93.1系统软件概述93
3、2子程序的设计10321电压采集子程序10322显示子程序11333数据处理子程序114系统测试114.1测试议器114.2 指标测试124.2.2 5到20V功能测试 124.3测试结果与分析125总结136参考文献13附录一：系统电路图14附录二：程序清单 141、系统方案选择和论证1.1 设计要求基本功能: (1)电压测量范围0-5V(2)能用数码管显示电压值(3)测量精度达0.1V(4)自制直流稳压电源(5)系统具有自检功能(6)系统具备复位功能发挥功能: (1)电压测量范围0-20V (2)能同时采集8路信号并分时显示 (3)电压表具有20V超量程报警功能 (4)测量精度:0-5V可
4、达0.02V 0-20V可达0.1V (5)电压表具有抑制脉冲干扰的能力 (6)尽可能减少芯片的使用,节约成本(7) 其它1.2 系统基本方案根据设计要求,系统可分为主控模块,显示模块,声光报警模块,电压采集模块.其系统原理框图如下: 本系统设置所用到的电源是由我们自制的直流稳压电源,可以从0-20V之间进行任意调节。主控模块显示模块声光报警模块电压采集模块A/D转换直流稳压电源1.2.1 各模块方案选择与论证(1)主控模块方案一：采用FPGA作为系统的控制器。FPGA（现场可编程门阵列）可以实现各种复杂的逻辑功能，它把所有的器件都集中在一块芯片上，体积小，稳定性高。同时FPGA可用EDA软件
5、仿真调式,易于进行功能扩展。但是由于本系统对数据处理的速度要求并不是很高，而FPGA的管脚也比较多，布线起来会比较复杂，成本也会偏高。方案二：采用ATMEL公司生产的AT89S52单片机作为系统的控制器。51系列的单片机的使用简单，软件编程灵活。自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且功耗低、体积小、技术成熟和成本低。(2)显示模块方案一：采用LCD显示。LCD具有轻薄短小、低耗电量，平面直角显示以及影像稳定不闪烁等优势，可视面积大，画面效果好，分辩率高，抗干扰能力强等特点。但由于只需要显示时间和路程这样的数字，信息量少，且LCD液晶显示的成本相对来说比较高。方案二：采用普通的LED
6、数码管作为显示器件。数码管具有低能耗、低损耗、低压、寿命长、耐老化、防晒、防潮、防火、防高（低）温，对外界环境要求低，易于维护，同时其精度比较高，操作简单；编程容易，资源占用较少。(3)电压采集模块方案一: 采用ADC574转换芯片。其电源是0到20V，选取这片芯片就不用考虑的电阻的分压。但是以选择信号的输入通道是32路，不是我们所须要的，并且电路结构复杂。使得整部分硬件电路板布线复杂，加重了电路设计和实际焊接的工作。方案二: 采用ADC0809转换芯片，其中A/D转换器用于实现模拟量向数字量的转换，由于模拟转换电路的种类很多，选择A/D转换器从速度，精度和价格方面考虑，其内部是8路模拟选通开
7、关，以及相应的通道抵制锁存用译码电路，转换时间是100S左右。单电源供电。1.2.2 系统各模块的最终方案结合系统自身要求和实际应用中的利益问题,我们最终选择了以下方案作为此次作品设计的最终方案:(1)主控模块:采用AT89S52单片机作为系统的控制器(2)显示模块:采用普通的LED数码管作为系统的显示器件(3)声光报警模块:采用发光二极管和蜂鸣器作地声光报警(4)电压采集模块:采用A/D转换芯片ADC0809作电压采集转换2、系统的硬件设计与实现2.1 系统硬件概述本系统采用AT89S52单片机作为控制核心，对8路8位模数转换芯片ADC0809采集到的模拟电压信号进行分析处理，实现A/D转换
8、，通过数码管显示其数字电压值。系统具备声光报警功能，当测量量程超过20V时，系统会发出声光报警。其详细系统电路图见附录一。2.2 主要单元电路的设计2.2.1 主控电路的设计本系统设计应用AT89S52单片机作为系统的控制核心。采用单片机的P1口来显示采集到的电压值。系统框图如下：2.2.2 显示电路的设计 系统采用动态显示方式驱动4个数码管工作,用来显示所测量的数字电压值。其电路原理图如下2.2.3 电压采集与A/D转换电路的设计采集电压范围05V、520V，此电路设计通过串联8个不同阻值的电阻进行分压，选用一个单刀双掷的模拟开关进行量程的切换。转换电路采用ADC0809模/数转换。因采集到
9、的电压值是属于一个模拟量，需转换为数字量才能让数码管显示。此电路设计还应用了一块74LS74数字分频器进行对电路4分频，得到500KHz的频率提供给ADC0809。3、系统的软件设计3.1 系统软件概述本系统的软件设计采用了汇编语言编程，程序在Windows2000环境下采用ISP在线可编程技术编写。系统总流程图如下：(总程序见附录二)开始自检量程选择8次A/D转换延时并切换通道去除干扰报警子程序数据处理显示子程序3.2 子程序的设计3.2.1 电压采集子程序电压采集子程序流程图如下：电压采集开始R0=8，R1=30H读入A/D转换值存入R1INL R1R0-1=0? 否 是 30-37H8个
10、数升序排列计算（31H+36H）/6子程序返回电压采集8次分别存入30H到37H中，再通过排序处理，去掉最大值与最小值求出平均值， 最后通过BCD码转换，即得到采集的电压数值。3.2.2 数据处理子程序数据处理子程序流程图如下：开始数据区首地址R0比较次数R7置交换标志取前一个操作数取后一个操作数前数后数 是前数和后数交换 否置交换标志本轮比较完毕? 否本轮有交换? 是 否 否结束 数据处理采用冒泡排序法：执行时从前向后进行相邻数的比较，如数据的大小次序与要求的顺序不符，这两个数就交换，否则不交换。对于升序排序通过这种相邻数的互换，使小数向前移动，大数向后移动；从前向后进行一次冒泡（相邻数的互换），就会把最大的数换到最后；再进行一次冒泡就会把次大的数排在倒数第二的位置。以此类推，完成由小到大的排序。具体程序如下; MAOPAO: ;比较8个数的大少(冒泡法) MOV 40H,#08C1: MOV R0,#70H MOV R7,40HC2: MOV A,R0 INC R0 CLR C SUBB A,R0 JC C3 DJNZ R7,C2 DJNZ 40H,C1 SJMP C4C3: MOV A,R0 MOV 41H,A DEC R0 MOV A,R0 MOV R0,41H INC R0 MOV R0,A DJNZ R7,C2
