数字电压表设计

单片机系统

课程设计

成绩评定表

设计课题：数字电压表设计

学院名称：电气工程学院

指导教师：臧海河

设计地点：31-630

设计时间：2013-12-16～2012-12-27

指导教师意见：

成绩:

签名：年月日

单片机系统

课程设计课程设计名称：数字电压表设计

指导教师：臧海河

课程设计地点：31-630

课程设计时间：2012-12-16～2012-12-27

单片机系统课程设计任务书

目录

1 概述 (5)

2 设计总体方案 (5)

2.1设计要求 (5)

2.2 设计思路 (5)

2.3 设计方案 (6)

3硬件电路设计 (6)

3.1 A/D转换模块 (6)

3.1.1 逐次逼近型A/D转换器原理 (7)

3.1.2 ADC0808 主要特性 (7)

3.1.3ADC0808的外部引脚特征 (7)

3.1.4 ADC0808的内部结构及工作流程 (9)

3.2 单片机系统 (10)

3.2.1 AT89C51性能 (10)

3.2.2 AT89C51各引脚功能 (11)

3.3 复位电路和时钟电路 (12)

3.3.1 复位电路设计 (12)

3.3.2 时钟电路设计 (12)

3.4 LED显示系统设计 (13)

3.4.1 LED基本结构 (13)

3.4.2 LED显示器的选择 (14)

3.4.3 LED译码方式 (14)

3.4.4 LED显示器与单片机接口设计 (15)

3.5 总体电路设计 (16)

4 程序设计 (17)

4.1 程序设计总方案 (17)

4.2 系统子程序设计 (17)

4.2.1 初始化程序 (17)

4.2.2 A/D转换子程序 (18)

4.2.3 显示子程序 (18)

4.2.4程序代码 (18)

5总结 (21)

1 概述

什么是数字电压表？数字电压表就是采用数字化技术，把需要测量的直流电压转换成数字形式，并显示出来。通过单片机技术，设计出来的数字电压表具有精度高，抗干扰能力强的特点。通过网上资料显示，目前由各种A/D转换器构成的数字电压表已经广泛的应用于电工测量，工业自动化仪表等各个领域。

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。

目前，数字电压表的内部核心部件是A/D转换器，转换的精度很大程度上影响着数字电压表的准确度，因而，以后数字电压表的发展就着眼在高精度和低成本这两个方面。

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。

2 设计总体方案

2.1设计要求

⑴在MCS-51系列单片机的基础上，组成一个直流数字电压表。

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。

2.2 设计思路

⑴基于AT89C51单片机来设计。

⑵用ADC0808芯片做为A/D转换器，与单片机的接口为P1口和P2口的高四位引

脚。

⑶电压的输出显示采用4位一体的LED数码管。

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

电路由以下六个部分组成;1. A/D转换电路，2.AT89C51单片机系统，3.LED显示系统、4.时钟电路、5.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。

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，按照各种A/D 芯片的转化原理可分为逐次逼近型，双重积分型等等。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。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，然后从第二位依次重复上述过程直至最低位，最后寄存器中的内容就是输入模拟量对应的二进制数字量。其原理框图如图2所示：

3.1.2 ADC0808 主要特性

ADC0808是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，带有使能控制端，与微机直接接口，片内带有锁存功能的8路模拟多路开关，可以对8路0-5V输入模拟电压信号分时进行转换. ADC0808主要特性:8路8位A/D转换器，即分辨率8位；具有锁存控制的8路模拟开关；易与各种微控制器接口；可锁存三态输出，输出与TTL兼容；转换时间：128μs；转换精度：0.2%；单个+5V电源供电；模拟输入电压范围0- +5V。

3.1.3ADC0808的外部引脚特征

ADC0808芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，其引脚图如图3所示。