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1、基于单片机的数字电压表的设计与仿真摘要本文介绍一种基于AT89S52单片机的一种电压测量电路,该电路采用模/数转换芯片ADC0808，它具有转换速度快、高精度、单极性、调整VREF可改变其动态范围的特点。测量范围直流0-5V，使用LCD液晶模块显示，可以与PC机进行串行通信。正文着重给出了软硬件系统的各部分电路，介绍了双积分电路的原理，AT89S52的特点，ADC0808的功能和应用，LCD1602的功能和应用。该电路设计新颖、精度高、可扩展性强。关键词：电压测量;单片机;ADC0808；LCD1602Abstract The introduction of a cost-based AT89
2、S52 MCU a voltage measurement circuits,the circuits used. ADC0808,speed, high precision, unipolar, VREF can be changed to adjust the dynamic range characteristics. Measuring range DC 0-5V, the use of LCD liquid crystal display module that can communicate with the PC serial machine. Text gives the so
3、ftware and hardware systems focused on various parts of the circuit, introducing the principle of double integral circuit, AT89S52 features, ADC0808 features and applications, LCD1602 features and applications. The innovative circuit design, high accuracy, scalability, strong.Keywords: Voltage measu
4、rement; microcomputer; ADC0808; LCD16021设计内容及要求1.1设计目的及主要任务1.1.1设计目的 （1）学会根据已学知识设计具有某一特定功能的电路。 （2）学会基本电路的组装与调试。 （3）掌握集成电路基础知识，并且能熟练应用于工程设计。 （4）掌握数字电压表的原理及设计方法。1.1.2设计任务及主要技术指标设计一个量程为5V、精度为0.05V的数字电压表，用三位数字显示。当被测电压超出测量范围时报警。（用LED显示）确定设计方案，按功能模块的划分选择元、器件和中小规模集成电路，设计分电路，画出总体电路原理图，阐述基本原理。用Proteus软件完成仿真。
5、查阅至少5篇参考文献。按武汉理工大学课程设计工作规范要求撰写设计报告书。全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。1.2设计思想数字电压表（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、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，由精度高、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，示出强大的生命力。与此同时，由DVM扩
6、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。重点介绍单片A/D 转换器以及由它们构成的基于单片机的数字电压表的工作原理。2.电路工作原理分析、方案论证和确定2.1电路工作原理分析如图1所示，模拟电压经过分压电路衰减后，经隔离干扰送到A/D转换器进行A/D转换，然后送到单片机中进行数据处理。处理后的数据送到LCD中显示，同时通过串行通讯与上位机通信。输入电路89S52单片机LCD显示通讯模块A/D转换图1 原理框图2.2方案论证2.2.1方案一采用双积分式A/D转换器CC7106、CC4070、LCD，以及外围电路构成数字电压表。它由模拟电路与数字电路两大部分组成
7、，模拟部分包括输入放大器A、A/D转换器和基准电压源；数字部分包括计数器、译码器、逻辑控制器、振荡器和显示器。由图可见，模拟电路和数字电路是互相联系的，有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转换结果通过计数译码电路变换成笔段码，最后驱动显示器显示出相应的数值。图2 数字电压表组成框图2.2.2方案二采用AT89S52单片机和A/D转换芯片ADC0808作为核心器件，用LCD1602作为显示模块，以及一些外围电路构成数字电压表。ADC0808具有转换速度快、高精度、单极性、调整VREF可改变其动态范围的特点。可以与PC机进行
8、串行通信。图3 数字电压表系统框图2.3方案确定方案一虽然有应用技术成熟，系统可靠性高等诸多优点，但电路过于复杂。方案二使用单片机作为控制核心，整个系统具有极为灵活的可编程性，外部电路也比较简单，精度也符合设计的要求。故采用方案二。3.单元电路设计、参数计算及器件选择3.1 A/D转换芯片ADC0808的应用1.转换方式ADC0808采用逐次逼近式ADC工作原理。图4 ADC0808/9 芯片的引脚图 引脚介绍： ：主电源输入端。 REF（+）、 REF（-）：基准电源输入端，使用中REF（-）一般接地，REF（+）最大可接+5.12V，要求不高时，REF（+）接VCC的+5V电源。 GND
9、：模拟地数字地共用的接地端。 CLK ：时钟输入引脚，时钟频率范围10KHz1280KHz，典型值640KHz，此时转换时间约为100us。 IN0IN7：8 路模拟量单极性电压的输入引脚。 ADD A 、ADD B 、ADD C ：8 选 1 模拟开关的三位通道地址输入端,用来选择对应的输入通。 ALE ：为通道地址锁存允许选通控制端，输入上跳沿有效；它有效时，C 、B 、 A 的通道地址值才能进入通道地址锁存器，ALE下跳为低电平（无效）时，锁存器锁存进入的通道地址。 START ：启动 A/D 转换控制引脚，由高电平下跳为低电平时有效；即对该引脚输入正脉冲下跳沿后，ADC 开始逐次比较；
10、也可将 START 与 ALE 连接在一起使用，安排一个 CPU 写端口地址；正脉冲上升沿通道地址（码）被写入通道地址锁存器，下降沿启动 A/D 转换，参见时序图。 EOC ：ADC 转换状态输出信号引脚，未启动转换时，EOC为高电平，启动转换后，正在逐次逼近比较期间 EOC为低电平，低电平持续时间为 A/D 转换时间，约100us（与时钟频率有关），一旦转换完毕，EOC 端上跳为高电平，此信号可供 CPU 查询或向 CPU 发中断。 2-12-8：8 位数字量输出引脚，2-1为d1（MSB），为d8（LSB），它是三态输出数据锁存器的输出引脚，未被选通时，8个引脚对片内均为高阻断开；因此可与
11、系统数据总线D7D0直接相连。OE ：数字量输出允许控制端，输入正脉冲有效；它有效时，数据输出三态门被打开，转换好的数字量各位被送到2-12-8引脚上；它无效时，2-12-8浮空（高阻隔离）；显然OE端必须设置一个CPU读数据的端口地址，未访问时，必须为低电平。 单极性： ADC0808 本身是单极性转换器，也可以通过外偏置电路方法，变成双极性输入电压的 A/D 转换器。 图5 ADC0808的原理框图 2.电路结构ADC0808是一款8位逐次比较型A/D转换器，其结构框图如图4所示。它由控制逻辑电路、时序产生器、移位寄存器、D/A转换器及电压比较器组成。图6 逐次比较型A/D转换器框图3.工
12、作原理逐次逼近式转换过程和用天平称物重非常相似。天平称重物过程是，从最重的砝码开始试放，与被称物体行进比较，若物体重于砝码，则该砝码保留，否则移去。再加上第二个次重砝码，由物体的重量是否大于砝码的重量决定第二个砝码是留下还是移去。照此一直加到最小一个砝码为止。将所有留下的砝码重量相加，就得此物体的重量。仿照这一思路，逐次比较型A/D转换器，就是将输入模拟信号与不同的参考电压作多次比较，使转换所得的数字量在数值上逐次逼近输入模拟量对应值。对图6的电路，它由启动脉冲启动后，在第一个时钟脉冲作用下，控制电路使时序产生器的最高位置1，其他位置0，其输出经数据寄存器将10000000，送入D/A转换器。
13、输入电压首先与D/A器输出电压（VREF/2）相比较，如v1VREF/2，比较器输出为1，若vIVo存1；第二个CP到来时，寄存器输出D7D0=11000000，Vo为7.5V，VA再与7.5V比较，因VA 7.5V，所以D6存0；输入第三个CP时，D7D0=10100000，v0=6.25V；VA再与Vo比较。如此重复比较下去，经8个时钟周期，转换结束。由图中Vo的波形可见，在逐次比较过程中，与输出数字量对应的模拟电压Vo逐渐逼近VA值，最后得到A/D转换器转换结果D7D0为10101111。该数字量所对应的模拟电压为6.8359375V，与实际输入的模拟电压6.84V的相对误差仅为0.06
14、%。图7 8位逐次比较型A/D转换器波形图4.特点(1)转换速度：速度快。(2)调整VREF，可改变其动态范围。 3.2测量控制电路AT89S52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89S52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。由于AT89S52单片机诸多优点，故我们采用其作为控制芯片。测量的基本原理是：待测电压通过一个分压电阻输入A/D转换芯片ADC0808进行A/D转换，然后将转换结果送到单片机AT89S52进行处理并输出，最后用LCD1602显示测量的结果。由单片机AT89C52、晶体振荡器、复位电路构
