数字电压表实习报告..doc

机械与电子信息学院 通信工程系 2009年寒假实习报告 题目： 数字电压表的设计 摘要：本数字电压表可以对直流电源和交流电压进行比较准确的测量。其中直流部分的测量范围是0-20V，分为三个档位：0-0.2V，0.2V-2V，2V-20V。该直流电压表的测量电路主要由三个模块组成：模拟数据采集处理模块、A/D转换模块及译码显示控制模块。模拟数据的采集处理模块由模拟电路部分完成。A/D转换模块主要由芯片ADC0809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AT89S51单片机进行数据处理。译码显示模块是单片机将译好的数据传送到由74LS244驱动的4位7段数码管进行显示。交流部分的测量范围是0-5V，测量的是交流电压的有效值。该交流电压表的测量电路由三个模块构成：AC-DC转换模块、电压补偿模块、直流电压表测试模块。其中AC-DC转换模块由AD637完成。电压补偿模块对AD637的非线性部分进行补偿，由LM324完成。直流电压表测试模块由直流部分完成。 关键字：AT89S51，数模转换，AC-DC转换，数码管显示 系统方案的选择和论证 1.1数模转换模块 方案一：用分离元件完成数据采集AD转换的功能。该方案由于需要大量的元器件，实现起来比较复杂，而且精度不易控制。 方案二：选则集成芯片ADC0809。ADC0809的采样频率为8位的、以逐次逼近原理进行模—数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8个单断模拟输入信号中的一个进行A/D转换。由于本实验要求的测量误差是=1%,显示精度是0.01V，本设计采用ADC0809就可以满足要求。ADC0809的分辨率是1/28，量化间隔为?= 满量程输入电压/28-1，完成一次转换的时间是100us。适合此设计使用。 方案三：采用其他采样频率位数更高的AD转换芯片，如积分型（如TLC7135）、压频变换型（如AD650）、调制型（如AD7705）、并行比较型/串并行比较型（如TLC5510）。这些AD转换芯片各有各的特点。单本实验只需要采用常用的、性价比高的芯片就可以完成。 1.2模拟数据采集处理模块： 方案一：不加另外的模拟电路，直接让ADC0809采集输入的电压。对于此设计不可行。因为ADC0809只能对0-5V的模拟电压进行采样，而要求对0-20V的电压进行处理，故淘汰此设计。 方案二：用滑动变阻器对输入的电压进行分压，实现了对比较大的电压进行采样的目的。再对不同的分压厚的电压进行不同的处理放大，这样可以避免ADC0809对比较小的电压采样误差较大的弊端。所以分压与放大两部分电路结合成功完成数据采集处理模块。 1.3译码显示模块： 方案一：用CD4511进行译码，四位七段数码管进行显示。因为CD4511可将BCD，码转换为可以再数码管上显示的数字，则在单片机的程序中不需要写译码的程序。由于CD4511译码出的数据不能显示小数点，小数点的控制仍需在单片机程序中另外编写。 方案二：用单片机直接控制四位的七段数码管进行显示，在单片机的程序中完成译码。其中在单片机和数码管之间要加驱动芯片驱动。所以实现起来较为简单。 1.4 AC-DC转换模块 方案一：采用分立元件设计，经过整理滤波等措施，使交流电压变为直流电压。但是设计要求的是测量其有效值，所以电路实现起来较为复杂，而且精确度不高。 方案二：采用AD637完成AC-DC转换，再配合LM324完成交流转其对应的直流有效值的功能，精度较高。 2．详细软件硬件设计 2.1硬件设计部分 整体设计流程图 2.1.1单片机最小系统 单片机的最小系统由AT89S51、6M晶振、两个20p电容、10K电阻、复位开关组成。如图1： 图1 2.1.2数模转换模块 该模块采用的主要芯片使ADC0809。首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。ALE信号常与START信号连在一起，这样连接可以在信号的前沿写入地址信号，在其后沿启动A/D转换，图2为ADC0809信号的时序配合图）。 图2 ADC0809信号的时序配合 在本设计中，选通了IN-0通道（A、B、C都为0），IN-0作为模拟信号的输入，通过D0-D7数