基于单片机数字电压表设计_00003_00002.doc

数字电压表设计 前言伴随着城市人口和建设规模的扩大，各种用电设备的增多，用电量越来越大，城市的供电设备经常超负荷运转，用电环境变得越来越恶劣，对电源的“考验”越来越严重。据统计，每天，用电设备都要遭受120次左右各种的电源问题的侵扰，电子设备故障的60%来自电源[7]。因此，电源问题的重要性日益凸显出来。原先作为配角，资金投入较少的电源越来越受到厂商和研究人员的重视，电源技术遂发展成为一门崭新的技术。而今，小小的电源设备已经融合了越来越多的新技术。例如开关电源、硬开关、软开关、参数稳压、线性反馈稳压、磁放大器技术、数控调压、PWM、SPWM、电磁兼容等等。实际需求直接推动电源技术不断发展和进步，为了自动检测和显示电流，并在过流、过压等危害情况发生时具有自动保护功能和更高级的智能控制，具有传感检测、传感采样、传感保护的电源技术渐成趋势，检测电流或电压的传感器便应运而生并在我国开始受到广大电源设计者的青睐，本文就是在这个背景下编著的。绪论 数字电压表的基本工作原理是利用A/D转换电路将待测的模拟信号转换成数字信号，通过相应换算后将测试结果以数字形式显示出来的一种电压表。较之于一般的模拟电压表，数字电压表具有精度高、测量准确、读数直观、使用方便等优点。 电压表的数字化测量，关键在于如何把随时连续变化的模拟量转化成数字量，完成这种转换的电路叫模数转换器（A/D）。数字电压表的核心部件就是A/D转换器，由于各种不同的A/D转换原理构成了各种不同类型的DVM。一般说来，A/D转换的方式可分为两类：积分式和逐次逼近式。 积分式A/D转换器是先用积分器将输入的模拟电压转换成时间或频率，再将其数字化。根据转化的中间量不同，它又分为U-T（电压-时间）式和U-F（电压-频率）式两种。 逐次逼近式A/D转换器分为比较式和斜坡电压式，根据不同的工作原理，比较式又分为逐次比较式及零平衡式等。斜坡电压式又分为线性斜坡式和阶梯斜坡式两种。 在高精度数字电压表中，常采用由积分式和比较式相结合起来的复合式A/D转换器。本设计以AT89C51单片机为核心，以逐次比较型A/D转换器ADC0808、液晶显示器LCD1602为主体，构造了一款简易的数字电压表，能够测量1路0～50V直流电压，最小分辨率0.02V。 方案设计 实现数字电压表的方案较多，目前广泛采用的是基于74系列逻辑器件方案，本设计将介绍基于单片机实现的方案。 74系列逻辑器件方案采用双积分电路+液晶显示器+逻辑电路+定时采样电路+数据处理实现，被测电压信号由信号输入端加到测量系统，进行预处理后送到后级电路。 单片机系统方案此方案采用输入处理电路+ADC0808+AT89C51+液晶显示实现，被测信号由ADC0808模拟输入端输入，单片机采集转换数据，将转换数据送出显示。  第二章 方案选择 2.1方案选择 2.1.1量程转换方案设计 方案一:考虑到ADC0808的八路模拟量输入通道本质上也是模拟开关,因此可以利用其八个模拟通道中的三个作为量程转换器,即根据通道对应的电压测量范围确定对应的电压发达倍数设计对应的前置放大电路. 方案二：选用模拟开关芯片4066实现量程转换。4066集成了4个模拟开关，每一路开关都有一个控制端控制对应开关的通断。用单片机对控制端进行控制，实现不同量程的转换。 方案三：利用手动开关实现量程转换。该方案可简化控制程序，减小系统开销，缩短反应时间，不足之处在于操作麻烦。 终上所述：方案三所需元件少、成本低且易于实现，可选此方案。 2.1.2显示部分方案设计 方案一：用液晶LCD1602来显示电压读数可进行片选，实现液晶的动态点亮。因为只需一片液晶就可以完成现示工作，所以当单片机控制前两个控制端时，最高位控制端应接地。用软件作为液晶的驱动显示，且具体译码由软件控制。 方案二：同方案一选用ADC0808进行片选，在译码驱动部分选用液晶LCD1602，用软件译码。 终上所述：由于两个方案都可以实现同样的功能，但方案二设计简单、系统开销小、反应速度较快，因此选择此方案。 2.2方案论证 经过以上方案设计，决定采用如图2-1所示方案。 图2-1 系统框 第3章 硬件设计 3.1单片机控制模块设计 单片机控制模块的作用是为控制各单元电路的运行并完成数据的换算或处理，主要由单片机、时钟电路、复位电路组成。 3.1.1时钟电路 单片机工作的时间基准是由时钟电路提供的，在单片机的XTAL1和XYAL2两个管脚接一只晶振及两只电容就构成了单片机的时钟电路，电路中电容器和对振荡频率有微调作用，通常取(30±10)pF石英晶体选择6MHz或12MHz都可以。时钟电路如图3-1所示。 图3-1　系统时钟电路 图3-2　系统复位