《基于单片机的数字电压表设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的数字电压表设计（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、西南科技大学都市学院CityCollegeofSouthwestUniversityOfScienceandTechnology 基于单片机的数字电压表设计 学 院（系）： 机电工程系专 业： 自动化1101指 导 教师： 廖晓波学 生 姓名： 陈德兵学 号： 40142 负 责 部分： ADC0808 摘 要 本文简介了一种基于单片机的数字电压表的设计。该设计重要由三个模块构成：A/D转换模块，数据解决模块及显示模块。A/D转换重要由芯片ADC0808来完毕，它负责把采集到的模拟量转换为相应的数字量再传送到数据解决模块。数据解决则由芯片AT89C51来完毕，其负责把ADC0808传送来的数字
2、量通过一定的数据解决，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朴，所用的元件较少，成本低，且测量精度和可靠性较高。此数字电压表通过proteus软件仿真和调试，可以测量0-5V的1路模拟直流输入电压值，并通过一种四位一体的7段数码管显示出来。 核心词 数字电压表；A/D转换;AT89C51；ADC0808；proteus summaryThis paper introduces a design based on single chip microcomputer digital voltmeter.This design is m
3、ainly composed of three modules:A/D conversion module, data processing module and display module.A/D conversion is mainly competed by the chip ADC0808, It is responsible for the collection to the analog conversion to the corresponding digital quantity and then transferred to the data processing modu
4、le,Data processing is done by chip AT89C51,It is responsible for the send ADC0808 to digital quantity through certain data processing,Generating the corresponding display code sent to the display module,In addition, it also controls the ADC0808 chip.The system of the digital voltmeter circuit is sim
5、ple, the less components, low cost, and high measurement accuracy and reliability,The digital voltmeter through the proteus software simulation and debugging, can measure of 0 to 5 v analog dc input voltage value, and through a four one of the seven segment digital tube display.key wordsDigital volt
6、meter. A/D conversion; AT89C51. ADC0808; proteus 目 录1 引言11.1 数字电压表的发呈现状11.2 本课题研究的重要内容12 设计总体方案22.1 设计规定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33.1.1 逐次逼近型A/D转换器原理33.1.2 ADC0808重要特性33.1.3 ADC0808的外部引脚特性43.1.4 ADC0808的内部构造及工作流程53.2 单片机系统73.2.1 AT89C51性能73.2.2 AT89C51各引脚功能73.3 复位电路和时钟电路103.3.1 复位电路设计1
7、03.3.2 时钟电路设计103.4 LED显示系统设计113.4.1 LED基本构造113.4.2 LED显示屏的选择113.4.3 LED译码方式123.4.4 LED显示屏与单片机接口设计133.5电压调节电路及声光报警电路133.5.1电压调节电路133.5.2声光报警电路143.6 总体电路设计144 程序设计164.1 程序设计总方案164.2 系统子程序设计164.2.1 初始化程序164.2.2 A/D转换子程序164.2.3 显示子程序174.3 仿真174.3.1 软件调试174.3.2 显示成果及误差分析18参照文献21附录211 引言1.1 数字电压表的发呈现状在电量的
8、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常常。并且随着电子技术的发展，更是常常需要测量高精度的电压，因此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，把持续的模拟量转换成不持续、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精确以便、精度高、误差小、测量速度快等特而得到广泛应用1。 老式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，将持续的模拟量如直流电压转换成不持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、集成以便，还可与PC实
9、时通信。数字电压表是诸多数字化仪表的核心与基本2。以数字电压表为核心，可以扩展成多种通用数字仪表、专用数字仪表及多种非电量的数字化仪表。目前，由多种单片机和A/D转换器构成的数字电压表作全面进一步的理解是很有必要的。近来的几十年来，随着半导体技术、集成电路（IC）和微解决器技术的发展，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迅速发展，并不断浮现新的类型。数字电压表从1952年问世以来，经历了不断改善的过程，从最早采用继电器、电子管和形式发展到了目前的全固态化、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
10、的精度很大限度上影响着数字电压表的精确度，因而，后来数字电压表的发展就着眼在高精度和低成本这两个方面。1.2 本课题研究的重要内容本文是以数字直流电压表的设计为研究内容，本系统重要涉及三大模块：转换模块、数据解决模块及显示模块。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再对转换的成果进行运算解决，最后驱动输出装置LED显示数字电压信号。2 设计总体方案2.1 设计规定 以MCS-51系列单片机为核心器件，构成一种简朴的直流数字电压表。采用1路模拟量输入，可以测量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，至少可以显示两位小数。 尽量使
11、用较少的元器件。 2.2 设计思路根据设计规定，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个部分构成; 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2.1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2.13 硬件电路设计3.1 A/D转换模块现实
12、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核心接口电路，按照多种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、价格便宜等长处。与双积分相比，逐次逼近式A/D转换的转换速度更快，并且精度更高，例如ADC0809、ADC0808等，它们一般具有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。一种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
13、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转换器是由一种比较器、A/D转换器、存储器及控制电路构成。它运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，转换成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保存，如果转换的模拟量比输入的模拟量大，则1不保存，然后从第二位依次反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相应的二进制数字量。其原理框图如图3.1所示：图3.1 逐次逼近式A/D转换器原理图3.1.2 ADC0808重要特性ADC0808是CMOS单
14、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，因此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5。ADC0808重要特性:8路8位A/D转换器，即辨别率8位；具有锁存控制的8路模拟开关；易与多种微控制器接口；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；模拟输入电压范畴0- +5V，无需外部零点和满度调节；低功耗，约15mW。3.1.3 ADC0808的外部引脚特性 ADC0808芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，其引脚图如图3.2所示。图3.2 ADC0808引脚图下面阐明各个引脚功能: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:地址锁存容许输入线，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，其相应关系如表3.1所示：地址码 相应的输入通道C B
