8路数字电压表设计.doc

基于单片机的简易数字电压表的设计 PAGE 29 目 录 TOC \o 1-2 \h \z \u 1 引言 h 1 2 设计总体方案 h 2 2.1设计要求 h 2 2.2 设计思路 h 2 2.3 设计方案 h 2 3 硬件电路设计 h 3 3.1 A/D转换模块 h 3 3.2 单片机系统 h 7 3.3 复位电路和时钟电路 h 9 3.4 LED显示系统设计 h 11 3.5 总体电路设计 h 13 4 程序设计 h 15 4.1 程序设计总方案 h 15 4.2 系统子程序设计 h 15 5 仿真 h 17 5.1 软件调试 h 17 5.2 显示结果及误差分析 17 结 论 h 20 参考文献 h 21 附录 程序代码 22 1引言 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。 本文是以简易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[11]。 2 设计总体方案 2.1设计要求 ⑴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。 ⑵采用1路模拟量输入，能够测量0-5V之间的直流电压值。 ⑶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。 ⑷尽量使用较少的元器件。 2.2 设计思路 ⑴根据设计要求，选择AT89C51单片机为核心控制器件。 ⑵A/D转换采用ADC0809实现，与单片机的接口为P0口和P2口的高四位引脚。 = 3 \* GB2 ⑶电压显示采用4位一体的LED数码管。 = 4 \* GB2 ⑷LED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1所示。⑶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。 2.4设计电路 根据2.2设计思路 时钟电路 复位电路 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 3 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集系统的关键接口电路，。。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[1]。 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