(完整版)量程手动切换数字电压表

课程设计题目：量程手动切换的数字电压表一．要求：

利用单片机AT89C51与ADC0809设计一个数字电压表，能够测量量程为0~5V、0~2.5v、0~1v、0~500mv、0~100mv之间直流电压值，能连续，稳定显示所测电压，手动切换量程，要求3位数码显示，测量精度1%（量程0~5v精度为2%），能脱机稳定工作，但要求使用元器件尽量少。二．目的：

掌握A/D 的使用，了解单片机整个开发过程。

三．设计方案：

按系统功能要求，决定控制系统采用AT89C51单片机，A/D转换采用ADC0809。系统除能确保实现的要求的功能外，还可以方便地进行其它功能的扩展。数字电压表系统设计方案框图如图所示：

数字电压表系统设计方案图

1．硬件选择：

AT89C51、ADC0809、74LS74、SN74LS245、CD4066、LM358、SW-DIP5（开关）、LM2596芯片各1个，共阳LED数码管、PNP三极管、二极管1N4148各3个，12MHZ晶振、10K可调电位器1个，220Ω的电阻8个，4.7kΩ的电阻3个，1kΩ的电阻2个，90kΩ的电阻3个，990kΩ的电阻一个，490kΩ的电阻1个，40kΩ的电阻1个，10kΩ的电阻1个，发光二极管1个，30pF左右的电容2个，470uF的电容1个，220uF的电容1个，0.1uF的电容1个，33uH的电感1个。2．实现原理：

8路输入模拟信号数值显示电路由A/D转换，数据处理及显示控制等组成，A/D转换由集成电路0809完成。0809具有8路模拟输入端口，地址线（23~25脚）可决定对哪一路模拟输入作A/D转换。第22脚为地址锁存控制，当输入为高电平时，对地址信号进行锁存；6脚为测试控制，当输入一个2us宽高电平脉冲时，就开始A/D转换；7脚为A/D转换结束标志，当A/D转换结束时，7脚输出高电平；9脚为A/D转换数据输出允许控制，当OE脚为高电平时，A/D转换数据从端口输出；10脚为0809的时钟输入端，利用单片机30脚的六分频晶振信号再通过74LS74二分频得到1MHZ的时钟。单片机的P1，P3.0~P3.3端口作为三位LED数码管显示控制，P0端口作A/D转换数据读入用，P2端口用作0809的A/D转换控制。

3.电路各元器件的分析:

a.数码管和电阻,二极管:

数码管为共阳极型数码管.

数码管的A，B，C，D，E，F，G，H为片选信号；一片控制一个数码管。将三个数码管的A和A,B和B,C和C,D和D,E和E,F和F,G和G分别连接,形成三个数码管串联.而三个数码管的公共端分别和AT89S51的P3.0,P3.1,P3.2三个引脚连接,由这三个引脚控制三个数码管的位选.而P0口则控制灯亮的数字.因为是共阳极所以加三极管进行驱动,使公共端为高电平.而为了防止数码管的电压反回芯片,遭成显示数字抖动有鬼影则在电阻旁加一个二极管进行消隐.

数码管后接八个200Ω的电阻，起限流作用。

数码管有一定的允许功耗,最大正向直流,最大反向电压,若超此过耗,则会使数码管发热,损坏.

PNP型三极管产生驱动作用，为共阳极型数码管的公共端提供高电平。4．7kΩ电阻是为了将基极电压拉下，防止电压大于二极管负端电压从而使数码管的显示数字产生鬼影。

二极管也起消隐作用。

b. SN74LS245:

74LS245作为缓冲器,驱动器使用.

控制G非输入A 输出Q

H X 高阻

L L L

L H H

它将从89S51中接收到数据进行缓冲后送入数码管显示.

c.AT89C51:

AT89C51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元. AT89C51具有如下特点：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，片内时钟振荡器。此外，AT89C51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器，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。它的引脚图如图所示.

d.A/D0809:

0809为A\D转换芯片.

该部分电路主要实现待测电压值的模数转换功能,是本设计的主要模块。通过外围电路各类参数调整,实现正确的电压转换范围。通过芯片各类使能端的置高或者置低来实现数据的转换输出。针对单片机编程来实现A/D转换功能,再将输出数据存入寄存器中。只要再调用计算子程序和显示子程序便可实现待测电压值的显示。

ADC0809功能有八位分辨率,最大不可调误差小于±1LSB,单一+5V供电,模拟输入范围为0-5V.具有锁存三态输出，输出与TTL兼容。功耗为15MW。不必进行零点和满度调整。转换速度取决于芯片的时钟频率。

IN0-IN7：8路输入通道的模拟量输入端口。

D0-D7：8位数字量输出端口。

START，ALE：START为启动控制输入端口，ALE为地址锁存控制信号端口。这两个信号端口亦可连结在此一起，当通过软件输入一个正脉冲，便立即启动模/数转换。

EOC，OE：EOC为转换结束信号脉冲输出端口，OE为输出允许控制端口。这两个信号端口亦可连结在一起，表示模/数转换结束。OE端的电平由低变高，打开三态输出锁存器，将转换结果的数字量输出到数据总线上。

VREF（+）、VREF（-）、VCC、GND：VREF（+）、VREF（-）为参考电压输入端；VCC为主电源输入端，GND为接地端。一般VREF （+）与VCC接在一起，VREF（-）与GND接在一起。

CLK：时钟输入端。

ADD A、ADD B、ADD C：8路模拟开关的三位地址选通输入端，以选择对应的输入通道。