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1、2012-2013学年第2学期微型计算机控制技术实训报告题 目： 基于单片机的数字电压表的设计系 别： 电子与信息工程系 班 级： 姓 名： 指导教师： 地 点： 计算机网络实训室 一、 实训目的通过“基于单片机的数字电压表设计”项目实训，对所学微型计算机控制技术课程知识起到融会贯通作用，并锻炼学生独立设计、制作和调试应用系统的能力，深入领会微型计算机控制系统的软、硬件调试方法及研制过程；同时，掌握使用Proteus软件进行系统仿真调试，使用KEIL软件进行系统软件编程和调试，培养学生实际动手能力，为今后走向工作岗位打下良好基础。二、实训要求本课题主要研究以单片机为核心，通过A/D转换器完成模
2、拟输入电压的采集、变换及信号调理，并在显示器上显示出测量的电压值。主要内容包括：1. 根据数字电压表的各项性能指标，提出系统的总体设计方案。2数字电压表的硬件电路设计，包括：单片机选择、A/D转换器、显示电路等；3数字电压表的软件设计，包括:主程序、A/D转换子程序、显示子程序等设计；4. 硬件电路、软件程序的调试情况，及出现问题的解决方法。5. 设计出系统的硬件电路，并编制相应的软件程序。6. 上交“基于单片机的数字电压表设计”的实训报告一份。 图1 系统设计总框图三、实训进程序号学时实训内容方式16指导教师讲解课程设计；学生熟悉keil编程软件等的使用。讲、练26指导老师讲解总体设计方案；
3、教师指导学生进行硬件电路的设计。讲、做36教师指导学生进行软件程序设计及编程调试。讲、做46软件程序和硬件电路的联调。讲、做56继续进行调试，书写实训报告讲、做摘要 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ADC0808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AT89C51来完成，其负责把ADC0808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ADC0808芯片工作。该系统的数字电压表电路简单，所用的元件较少，
4、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段数码管显示出来。 关键词 单片机；数字电压表；A/D转换；AT89C51；ADC0808 Design of Simple Digital Voltmeter Based on Single-chip Microcontroller Tian MingmingAbstract This paper which introduces a kind of simple digital voltmeter is based on single-chip microcontroller des
5、ign. The circuit of the voltage meter is mainly consisted of three mould pieces: A/D converting mould piece, A/D converting is mainly completed by the ADC0808, it converts the collected analog data into the digital data and transmits the outcome to the manifestation controlling mould piece. Data pro
6、cessing is mainly completed by the AT89C51 chip, it processes the data produced by the ADC0808 chip and generates the right manifestation codes, also transmits the codes to the manifestation controlling mould piece. Also, the AT89C51 chip controls the ADC0808 chip to work. The voltmeter features in
7、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 to 5 volt, and displaying the measurements though a digital code tube of 7 pieces of LED.Keywords Single-chi
8、p microcontroller; Digital voltmeter; A/D converter; AT89C51; ADC0808 目 录1 引言12 设计总体方案22.1设计要求22.2 设计思路22.3 设计方案23 硬件电路设计33.1 A/D转换模块33.2 单片机系统73.3 复位电路和时钟电路93.4 LED显示系统设计113.5 总体电路设计134 程序设计154.1 程序设计总方案154.2 系统子程序设计155 仿真175.1 软件调试175.2 显示结果及误差分析17结 论20参考文献21附录 程序代码22致谢251 引言在电量的测量中，电压、电流和频率是最基本的三
9、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。数字电压表简称DVM，它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。由于数字式仪器具有读数准确方便、精度高、误差小、测量速度快等特而得到广泛应用1。 传统的指针式刻度电压表功能单一，进度低，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，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
10、核心与基础2。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。最近的几十年来，随着半导体技术、集成电路（IC）和微处理器技术的发展，数字电路和数字化测量技术也有了巨大的进步，从而促使了数字电压表的快速发展，并不断出现新的类型4。数字电压表从1952年问世以来，经历了不断改进的过程，从最早采用继电器、电子管和形式发展到了现在的全固态化、集成化（IC化），另一方面，精度也从0.01%-0.005%。目前，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字电压表的准
11、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3。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处理，最后驱动输出装置LED显示数字电压信号11。 2 设计总体方案2.1设计要求 以MCS-51系列单片机为核心器件，组成一个简单的直流数字电压表。采用1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，至少能够显示两位小数。 尽量使用较少的元器件。 2.2 设计思路 根据设计要求，选择
12、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口和P2口的高四位引脚。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。 时钟电路 复位电路A/D转换电路测量电压输入显示系统AT89C51 P1 P2 P2 P0 图1 数字电压表系统硬件设计框图3 硬件电路设计3.1 A/D转换模块现实世界的物理量都是模拟量，能把模拟
13、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，因而在实际中广泛使用1。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
