基于51单片机的数字电压表设计.pdf

1.1数字电压表介绍

数字电压表简称DVM，数字电压表基本原理是将输入的模拟电压信号转化为数字信号，

再进行输出显示。而A/D转换器的作用是将连续变化的模拟信号量转化为离散的数字信号，

器基本结构是由采样保持，量化，编码等几部分组成。因此AD转换是此次设计的核心元

件。输入的模拟量经过AD转换器转换，再由驱动器驱动显示器输出，便得到测量的数字

电压。

本次自己的设计作品从各个角度分析了AD转换器组成的数字电压表的设计过程及各

部分电路的组成及原理，并且分析了数模转换进而使系统运行起来的原理及方法。通过自

己的实践提高了动手能力，也只有亲历亲为才能收获掌握到液晶学过的知识。其实也为建

立节约成本的意识有些帮助。本次设计同时也牵涉到了几个问题：精度、位数、速度、还

有功耗等不足之处，这些都是要慎重考虑的，这些也是在本次设计中的收获。

1.3本次设计要求

本次设计的作品要求制作数字电压表的量程0到10v，由于用到的模数转换芯片是

ADC0809，设计系统给的供电电压+5v，所以能够测量的电压范围-0.25v到5.25v之间，

但是一般测量的直流电压范围都在这之上，所以采用电阻分压网络，设计的电压测量范围

是0到25v之间，满足设计要求的最大量程5v的要求。同时设计的精度为小数点后三位，

满足要求的两位小数的精度，在不考虑AD芯片的量化误差的前提下，此次设计的精度能

够满足一般测量的要求。

整理为word格式

2单片机和AD相关知识

2.151单片机相关知识

51单片机是对目前所有兼容intel8031指令系统的单片机的统称。该系列单片机的

始祖是intel的8031单片机，后来随着技术的发展，成为目前广泛应用的８为单片机之

一。单片机是在一块芯片内集成了CPU、RAM、ROM、定时器／计数器和多功能I/O口等计

算机所需要的基本功能部件的大规模集成电路，又称为MCU。51系列单片机内包含以下几

个部件：

一个８位CPU；一个片内振荡器及时钟电路；

4KB的ROM程序存储器；

一个128B的RAM数据存储器；

寻址64KB外部数据存储器和64KB外部程序存储空间的控制电路；

32条可编程的I/O口线；

两个16位定时／计数器；

一个可编程全双工串行口；

５个中断源、两个优先级嵌套中断结构。51系列单片机如下图：

图151单片机引脚图

整理为word格式

2.2AD转换器相关知识

ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式ＡＤ转换器。

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路模拟输

入信号中的一个进行A/D转换。

（1）主要特性：

1）8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位。

2）具有转换起停控制端。

3）转换时间为100μs(时钟为640kH时)，130μs（时钟为500kH时）

4）单个+5V电源供电

5）模拟输入电压范围0～+5V，不需零点和满刻度校准。

6）工作温度范围为-40～+85摄氏度

7）低功耗，约15mW。

（2）内部结构

ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，内部结构如图13．22所示，它由8

路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器、逐次逼近寄存器、

逻辑控制和定时电路组成。

图2ADC0909引脚

整理为word格式

3数字电压表系统设计

3.1系统设计框图

此次设计的是数字电压表，要求的电压范围是0~5v，而设计扩展的量程为0~25v。系

统设计主要包括四个部分：分别是电源模块、AD模数转换部分、51单片机最小系统部分、

1602液晶显示部分。首先由单片机初始化ADC0809模数转换芯片和1602液晶显示，