数字电压表说明书

湄洲湾职业技术学院

数字电压表说明书

系别：自动化工程系

年级：10级专业：电气自动化姓名：林敬学号：1001010117导师姓名：明雄职称：讲师

2013年5月25日

目录

1.前言1

2.系统设计技术参数要求 (2)

3.系统设计 (3)

3.1系统设计总体框图 (3)

3.2 各模块原理说明 (3)

3.2.1 AT89S51模块.......................... 错误！未定义书签。

3.2.2 ADC0804模数转换模块 (4)

3.2.3 四位数码管显示模块 (5)

3.3 系统总原理图说明 (6)

3.4 系统印刷电路板的制作图 (6)

3.5 系统的操作说明 (6)

3.6 系统操作注意事项 (6)

参考文献 (7)

致谢词 (8)

附录 (9)

附录一：电路总原理图 (9)

附录二：印刷电路板原理图 (10)

附录三：元件清单 (11)

1.前言

单片机是在一块半导体材料上集成了CPU、存储器、I/O接口等各种功能部件，具有体积小、功耗低、价格便宜、功能强、可靠性好和使用方便灵活的特点。随着以半导体集成电路为中心的微电子技术的进步，单片机在工业控制、数据采集、智能化仪表、办公自动化以及家用电器等各个储藏中得到了越来越广泛的应用。数字电压表(DigitalVoltmeter简称DVM) 是采用数字化测量技术，把连续的模拟电压量转换成不连续、离散的数字化形式并加以显示的仪表。传统指针式电压表功能单一、精度低，难于满足数字化时代的需求，采用A/D 转换器和单片机构成的数字电压表，由于具有测量精度高, 抗干扰和可扩展能力强, 以及集成性能好等优点，目前已被广泛应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。

2.系统设计技术参数要求

该简易电压表对输入0~5V的模拟电压进行测量和数据显示（要求使用ADC0804）。具体设计要求是：

（1）实现电压表的电源自检显示。

（2）实现电压表的电压测量功能（电压范围为：0~5V）。

（3）实现测试数据的正确显示。

3.系统设计

3.1系统设计总体框图

图3-1系统设计总体框图

3.2 各模块原理说明

3.2.1 AT89S51模块

本设计采用以AT89S51为核心的最小系统，其电路图如图3-2。

图3-2最小系统

1.功能特性概括:

AT89S51提供以下标准功能：40个引脚、4K Bytes Flash片内程序存储器、128 Bytes 的随机存取数据存储器（RAM）、32个外部双向输入/输出（I/O）口、5个中断优先级2层中断嵌套中断、2个数据指针、2个16位可编程定时/计数器、2个全双工串行通信口、看门狗（WDT）电路、片内振荡器及时钟电路。此外，AT89S51可降至0Hz的静态逻辑操作,并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM、定时/计数器、串行通信口、外中断系统可继续工作。掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。

2.本设计所用到管脚说明：

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，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，能驱动8个TTL逻辑门电路。对端口写“1”时，被定义为高阻输入。

EA/VPP：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA 端必须保持低电平(接地)。需要注意的是:如果加密位LB1被编程,复位时内部会锁存EA端状态。如EA端保持高电平(接VCC端)，CPU则执行内部程序存储器中的指令。

Flash存储器编程期间，该引脚用于施加+12V编程电压（VPP）。

XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入端。

XTAL2：反向振荡放大器器的输出端。

3.2.2 ADC0804模数转换模块

本模块以ADC0804芯片为核心的电路设计，其电路图如图3-3。

图3-3 ADC0804模数转换

ADC0804是用CMOS集成工艺制成的逐次比较型摸数转换芯片。分辨率8位，转换时间100μs，输入电压范围为0~5V，增加某些外部电路后，输入模拟电压可为 5V。该芯片内有输出数据锁存器，当与计算机连接时，转换电路的输出可以直接连接在CPU数据总线上，无须附加逻辑接口电路。所谓A/D转换器就是模拟/数字转换器（ADC）是将输入的模拟信号转换成数字信号。

ADC0804LCN与单片机AT89S51的接口是由11条线来完成的，单片机AT89S51的P0口与ADC0804LCN芯片的数据传输端相连，P3.2用来作为ADC0804LCN输入时钟CLK IN 控制端,P3.6与P3.7和ADC0804LCN的RW与RD端相连。

3.2.3四位数码管显示模块

本模块以四个三极管驱动数码管进行显示，其电路图如图3-4。

图3-4四位数码管

八段数码显示管有两种，一种是共阳数码管，其内部是由八个阳极相连接的发光二极管组成；另一种是共阴数码管，其内部是由八个阴极相连接的发光二极管组成。二者原理不同但功能相同。本设计的电压显示选用4个共阳八段数码管LED作为电路的显示使用。其中4个9012三极管是为数码管提供驱动。4个上拉电阻连接AT89S51拉高电路电平为显示提供充足电压。

3.3 系统总原理图说明

总原理图参见附录一。

数字电压表是利用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。本系统在接入电源后电路指示灯点亮，复位后数码管显示0.00U，电路正常运行。可接入待测电源进行测量。每次测量开始前都需要进行复位，以避免上次的测量影响到下次测量的结果。

3.4 系统印刷电路板的制作图

详见附录二。

3.5 系统的操作说明

接通电源，数码管显示0.00U则为正常情况可接入待测电压；若不为0.00U请按下复位键至正常情况是方可接入待测电压。本系统最高峰值只可到5V，若超过这依然显示5V。

3.6系统操作注意事项

（1）要注意该电压表的量程，切误测量比额定值大。

（2）电压表使用或存放应避免高温、寒冷、阳光直射、高湿度及强烈振动环境。

（3）为了延长电池的使用寿命，每次用完时应将电源拨断开。长期不用，要取出电池，以防止电池漏出电解液而腐蚀电池盒。