动态电压测试方法

摘要

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。本次课程设计的动态电源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。数字电压表可以测量0～5V的8路输入电压值，并在四位LED数码管上轮流显示动态监测电压。

系统方案的选择与论证

一.任务：设计一个动态电源电压监测器，

二.要求：

1.基本要求：

1）动态监测电压：检测精度：50mV；

2）用数码管显示电压，要求观察时无闪烁；

3）设置电压下线，通过LED灯报警；

4）电压单位显示在数据后面，用V表示。

2.发挥部分：

1）提高监测精度，将测精度10V；

2）使用按键来设置下限，并显示；

3）其他。

三．简易数字电压表基本方案

1. 模块方案选择与论证

根据设计要求选用高精度A/D转换器ADC0809进行数据转换，通过单片机AT89C51和A/D转换器ADC0809完成数据转换及传输，是系统的核心内容。并对A/D 转换电路、参考电压电路、复位电路、时钟电路等电路进行具体设计。

本设计从各个角度分析了由单片机组成的数字电压表的设计过程及各部分电路的组成及其原理，并且分析了程序如何驱动单

片机进而使系统运行起来的原理及方法。软件的设计包括了对主程序、模数转换程序和显示程序的设计，最后根据软硬件设计方案对系统进行调试。

AT89C51简介

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的AT89C51是一种高效微控制器。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图所示:

图1 8051芯片管脚图

主要特性：

•与MCS-51 兼容

•4K字节可编程闪烁存储器

•寿命：1000写/擦循环

•数据保留时间：10年

•全静态工作：0Hz-24Hz

•三级程序存储器锁定

•片内振荡器和时钟电路

•128×8位内部RAM

•32可编程I/O线

•两个16位定时器/计数器

•5个中断源

•可编程串行通道

•低功耗的闲置和掉电模式

管脚接法说明：

GND：接地

VCC：供电电压我们接+5V

P0口：在这个设计中我们将AT89C51做为BCD码的输出口与LED显示器相连。由于P0口输出驱动电路中没有上拉电阻，所以我们在外接电路上接上拉电阻。

P1口：把AT89C51中的P1口与ADC0809的输出端相连，做为数字信号的接收端。

P2口：我们把P2口做为位码输出口，以P2.0—2.3输出位控线与LED显示器相连.

P3口：利用P3.0，P3.1，P3.2，P3.4，P3.5，P3.6分别与ADC0808的OE，EOC，START/ALE，A，B，C端相连。

XTAL1 ，XTAL2：外接一振荡电路。RST：在此端接一复位电路

2. A/D模数转换方案的选取

A/D转换器是模拟量输入通道中的一个环节，单片机通过A/D转换器把输入模拟量变成数字量再处理。

随着大规模集成电路的发展，目前不同厂家已经生产出了多种型号的A/D转换器，以满足不同应用场合的需要。如果按照转换原理划分，主要有3种类型，即双积分式A/D转换器、逐次逼近式A/D转换器和并行式A/D转换器。目前最常用的是双积分和逐次逼近式。

双积分式A/D转换器具有抗干扰能力强、转换精度高、价格便宜等优点，比如ICL71XX系列等，它们通常带有自动较零、七段码输出等功能。与双积分相比，逐次逼近式A/D转换的转换速度更快，而且精度更高，比如ADC0808、ADC0809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，将数字量送入单片机进行分析和显示。

本设计中，由于对精度没做很大要求，我们采用逐次逼近式A/D转换ADC0809由于ADC0809在进行A/D转换时需要有CLK信号，而此时的ADC0809的CLK是接在AT89S51单片机的P3.3端口上，也就是要求从P3.3输出CLK信号供ADC0809使用。因此产生CLK信号的方法就得用软件来产生了；由于

ADC0809的参考电压VREF＝VCC，所以转换之后的数据要经过数据处理，在数码管上显示出电压值。

ADC0809模数转换器的引脚功能

IN0～IN7:８路模拟量输入。

A、B、C:３位地址输入，２个地址输入端的不同组合选择八路模拟量输入。

ALE:地址锁存启动信号，在ALE的上升沿，将A、B、C上的通道地址锁存到内部的地址锁存器。

D0～D7:八位数据输出线，A/D转换结果由这８根线传送给单片机。

OE:允许输出信号。当OE=1时，即为高电平，允许输出锁存器输出数据。

START:启动信号输入端，START为正脉冲，其上升沿清除ADC0808的内部的各寄存器，其下降沿启动A/D开始转换。

EOC:转换完成信号，当EOC上升为高电平时，表明内部

A/D转换已完成。

CLK:时钟输入信号，0809的时钟频率范围在10～

1200kHz，典型值为640kHz。

3.显示方案

设计中采用的是4位数码管来显示电压值。LED具有耗电低、亮度高、视角大、线路简单、耐震及寿命长等优点，它由4个发光二极管组成，其中3个按‘8’字型排列，另一个发光二极管为圆点形状，位于右下角，常用于显示小数点。把4个发光二极管连在一起，公共端接高电平，叫共阳极接法，相反，公共端接低电平的叫共阴极接法，我们采用共阳极接法。当发光二极管导通时，相应的一段笔画或点就

发亮，从而形成不同的发光字符。其8段分别命名为dp g f e d c b a。