简易数字电压表的设计与制作毕业设计论文

目录

第一部分设计任务与调研 (1)

1、毕业设计的主要任务 (1)

2、设计的思路、方法 (1)

3、调研相关的资料 (2)

4、调研的目的和总结 (2)

第二部分设计说明 (3)

1、理论分析 (3)

1.1 AT89C51单片机概述 (3)

1.2 AD转换器工作原理 (5)

1.3 ADC0809介绍 (7)

1.4 四位LED数码管介绍 (9)

2、系统硬件设计 (10)

2.1单片机晶振电路 (10)

2.2单片机复位电路 (10)

2.3 LED显示电路 (11)

2.4数字电压表硬件接线 (12)

2.5焊接元件元件介绍 (13)

3、系统软件设计 (14)

3.1程序流程图 (14)

3.2 A/D转换子程序 (14)

3.3 显示子程序 (15)

第三部分设计成果 (16)

1、数字电压表仿真程序 (16)

2、软件调试 (18)

2.1 Keil软件调试程序 (18)

2.2 Proteus软件仿真调试 (19)

3、硬件调试 (20)

第四部分结束语 (21)

第五部分致谢 (22)

第六部分参考文献 (23)

第一部分设计任务与调研

1、毕业设计的主要任务

本课题要求设计一个能正确测量模拟电压0-5v，误差<1%，利用ADC 0809采样输入的模拟量，转换后的电压值显示在4位数码管上。具体要求如下。（1）采用51单片机进行控制，显示采用LED显示，设计硬件电路。

（2）设计硬件结构框图，在proteus仿真系统上搭建设计平台。

（3）下载程序至设计平台，调试程序，实现程序功能。

（4）购买元器件焊接制作电路板。

（5）下载烧录程序至电路板中进行测试。

（6）撰写毕业设计成果报告，进行毕业答辩。

2、设计的思路、方法

用ADC0809作为采样输入，经过模数转换后送到单片机，然后有单片机给数码管输入数字信号，控制数码管显示。通过优化程序、提高硬件精度等级、校正基准电压等方法使得测量误差<1%。进行根据设计任务的要求，选用合适的单片机型号和其他元件，然后在proteus仿真软件上画出电路原理图，利用keil软件编写控制程序后下载程序到仿真软件进行调试，通过调试结果反馈信息再修改调整控制程序和硬件电路，最后制作基于单片机控制的数字电压表电路板，电路板制作完成后进行测试和测量。硬件结构框图如图1-1所示：

图1-1 硬件结构框图

3、调研相关的资料

在现代检测技术中，常需用高精度数字电压表进行现场检测，将检测到的数据送入微计算机系统，完成计算、存储、控制和显示等功能。

数字电压表（Digital Voltmeter）简称DVM，它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量（直流输入电压）转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。传统的指针式电压表功能单一、精度低，不能满足数字化时代的需求，采用单片机的数字电压表，由精度高、抗干扰能力强，可扩展性强、集成方便。目前，由各种单片A/D 转换器构成的数字电压表，已被广泛用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域，示出强大的生命力。与此同时，由DVM扩展而成的各种通用及专用数字仪器仪表，也把电量及非电量测量技术提高到崭新水平。

电压表的数字化是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，这有别于传统的以指针加刻度盘进行读数的方法，避免了读数的视差和视觉疲劳。目前数字万用表的内部核心部件是A/D转换器，转换器的精度很大程度上影响着数字万用表的准确度。

4、调研的目的和总结

通过前期调研可以了解数字电压表的性能指标和选取合适的设计方案，了解不同种类元件的优缺点。

通过查找资料和市场调查发现，基于单片机控制且采用ADC0809作为A/D 转换元件的简易数字电压表，控制效果较好，所用元件较少，大大降低了制作成本。软件采用C语言实现，程序简单可读写性强，效率高。与传统的电路相比，具有方便操作、处理速度快、稳定性高、性价比高的优点，具有一定的使用价值。因此本设计采用基于单片机控制的简易数字电压表方案。

第二部分设计说明

1、理论分析

本文中数字电压表的控制系统采用AT89c51单片机，A/D转换器采用ADC0809为主要硬件，实现数字电压表的硬件电路与软件设计。该系统的数字电压表电路简单，所用的元件较少，成本低，调节工作可实现自动化。还可以方便地进行8路A/D转换量的测量，远程测量结果传送等功能。数字电压表可以测量0到5V的8路输入电压值，并在四位LED数码管上轮流显示或单路选择显示。

1.1 AT89C51单片机概述

普遍来说，单片机又称单片微控制器，是在一块芯片中集成了CPU（中央处理器）、RAM（数据存储器）、ROM（程序存储器）、定时器/ 计数器和多种功能的I/O（输入/ 输出）接口等一台计算机所需要的基本功能部件，从而可以完成复杂的运算、逻辑控制、通信等功能。引脚图如图2-1所示：

图2-1 AT89C51引脚图

AT89C51单片机引脚介绍：

VCC：供电电压。 GND：接地。

P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL 门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：

P3.0 RXD（串行输入口）

P3.1 TXD（串行输出口）

P3.2 /INT0（外部中断0）

P3.3 /INT1（外部中断1）

P3.4 T0（记时器0外部输入）

P3.5 T1（记时器1外部输入）

P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）

P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）

RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。

PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。

EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。

XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：来自反向振荡器的输出。