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1、西南科技大学城市学院CityCollegeofSouthwestUniversityOfScienceandTechnology 基于单片机的数字电压表设计 摘 要 本文介绍了一种基于单片机的数字电压表的设计。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再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，成本
2、低，且测量精度和可靠性较高。此数字电压表经过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，并通过一个四位一体的7段数码管显示出来。 关键词 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 mainly composed of three modules:A/D conversion module, data processing mod
3、ule 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 module,Data processing is done by chip AT89C51,It is responsible for the send
4、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 simple, the less components, low cost, and high measurement accuracy and reli
5、ability,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 voltmeter. A/D conversion; AT89C51. ADC0808; proteus 目 录1 引言11.1 数字电压表的发展现状11.
6、2 本课题研究的主要内容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33.1.1 逐次逼近型A/D转换器原理33.1.2 ADC0808主要特性33.1.3 ADC0808的外部引脚特征43.1.4 ADC0808的内部结构及工作流程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103.3.2 时钟电路设计103.4 LED显示系统设计113.4.1 LED基本结构113.4.2 LED显示器的选择113.4.3 LED译码方
7、式123.4.4 LED显示器与单片机接口设计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 显示结果及误差分析18参考文献21附录21单片机数字电压表-西南科技大学城市学院1 引言1.1 数字电压表的发展现状在电量的测量中，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。而且随着电子技术的发展，更是经常需要测
8、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
9、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。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。1.2 本
10、课题研究的主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。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AT89C51单片机为核心控制器件。A/D转换采用ADC08
11、08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
12、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。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
13、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3.1所示：图3.1 逐次逼近式A/D转换器原理图3.1.2 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0-5
14、V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5。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3.2所示。图3.2 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3.1所示：地址码 对应的输入通道C B A 0
