课程设计数字电压表

目录

0. 前言 (1)

1. 简易数字电压表的基本理论 (1)

2. 方案设计 (2)

3. 硬件电路的工作原理 (2)

3.1 ADC0808 (2)

3.2单片机最小系统 (3)

3.2.1 复位电路 (4)

3.2.2 时钟电路 (5)

3.3 LED显示电路 (5)

4. 软件编程 (6)

4.1 主程序 (6)

4.2 初始化程序 (6)

4.3 A/D转换子程序 (7)

4.4 显示子程序 (7)

5. 系统调试和结果分析 (7)

6. 结论及进一步设想 (8)

参考文献 (9)

附录1 元件清单 (10)

课设体会 (11)

简易数字电压表

摘要：本文介绍的是数字电压表的发展背景，并且基于单片机设计一个简易数字电压表，能够测量0~5V的直流电压，并且通过四位数码管显示。使用元件比较少，运用单片机STC89C51、A/D转换器ADC0809和数码管。ADC0809采集连续模拟量（直流输入电压），将其转换成离散的数字形式。数字量输入到单片机STC89C52中加以处理，并且通过LED 显示出来，从而实现电压的测量与显示。

关键词：ADC0809；STC89C52；电压测量

0. 前言

传统的指针式刻度电压表功能单一，进度低，容易引起视差和视觉疲劳，因而不能满足数字化时代的需要。采用单片机的数字电压表，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，从而精度高、抗干扰能力强，可扩展性强、集成方便，还可与PC实时通信。数字电压表是诸多数字化仪表的核心与基础。以数字电压表为核心，可以扩展成各种通用数字仪表、专用数字仪表及各种非电量的数字化仪表。目前，由各种单片机和A/D转换器构成的数字电压表作全面深入的了解是很有必要的。最近的几十年来，随着半导体技术、集成电路（IC）和微处理器技术的发展，数字电路和数字化测量技术也有了巨大的进步，从而促使了数字电压表的快速发展，并不断出现新的类型。数字电压表从1952年问世以来，经历了不断改进的过程，从最早采用继电器、电子管和形式发展到了现在的全固态化、集成化（IC化），另一方面，精度也从0.01%-0.005%。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。

1. 简易数字电压表的基本理论

根据设计要求选用高精度A/D转换器ADC0809进行数据转换，针对ADC0809对模拟输入信号的要求，对输入信号进行量程转换并进行调理。通过单片机STC89C52和A/D 转换器ADC0809完成数据转换及传输，是系统的核心内容。阐述了ADC0809工作原理并对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，给出了程序流程图。最后根据软硬件设计方案对系统进行了调试。

2. 方案设计

简易数字电压表电路的基本组成如图1所示。

图1 简易数字电压表电路的原理框图

根据设计要求，采用的方案如下。硬件部分实现采集模拟电压，转换为数字量，并且显示功能，包括信号采集转换模块、显示模块；软件部分实现将8位二进制数转化为十进制数并且在数码管上显示出来。主要设计思想是选择AT89C51单片机为核心控制器件，A/D转换采用ADC0809实现，与单片机的接口为P0口和P2口的低四位引脚，电压显示采用4位的LED数码管，LED数码的段选输入,由并行端口P1产生；位选输入，用并行端口P2高四位产生。

3. 硬件电路的工作原理

3.1 ADC0808

现实世界的物理量很多都是模拟量，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计数比较型，逐次逼近型，双重积分型等等。双积分式A/D转换。

ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，内部结构如图所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器、逐次逼近寄存器、逻辑控制和定时电路组成。

ADC0808芯片有28条引脚，采用双列直插式封装。因为在Proteus软件中ADC0809无法仿真，所以使用功能相近的ADC0808代替，其引脚图如图1所示。

图2 ADC0808

下面说明各个引脚功能: IN0-IN7（8条）：8路模拟量输入线，用于输入和控制被转换的模拟电压。地址输入控制（4条）：ALE:地址锁存允许输入线，高电平有效，当ALE为高电平时，为地址输入线，用于选择IN0-IN7上那一条模拟电压送给比较器进行A/D转换。ADDA,ADDB,ADDC:3位地址输入线，用于选择8路模拟输入中的一路。START：START为“启动脉冲”输入法，该线上正脉冲由CPU送来，宽度应大于100ns，上升沿清零SAR,下降沿启动ADC工作。EOC: EOC为转换结束输出线，该线上高电平表示A/D转换已结束，数字量已锁入三态输出锁存器。

3.2单片机最小系统

STC89C52系列单片机的复位电路的极性电容C1直接影响单片机的复位时间，一般采用10-30uF，单片机最小系统容值越大需要的复位时间越短。89C52单片机的晶振X1可以采用6MHz或者11.0592MHz，在正常工作的情况下可以采用更高频率的晶振，52单片机的晶振振荡频率直接影响单片机的处理速度，频率越大处理越快。52单片机系统的起振电容C2、C3一般采用15-33pF，并且电容离晶振越近越好，晶振离单片机越近越好。P0口作为输出口时需要上拉电阻，阻值一般为10K。其他接口内部有上拉电阻，作为输出口不需要外加上拉电阻。最小系统包含晶振电路、复位电路、电源电路。

74HC573锁存器：主要用于对数码管、按键的控制，这里只用到了数据锁存的功能，当输入的数据传输完毕，在输出端仍然保持数据。保证了投入硬币后能让显示的数字保存一段时间，同时也完成了对硬币数量的累加功能。

在LED和数码管显示方面，要维持一个数据的显示，往往要持续的快速的刷新。尤其是在四段八位数码管等这些要选通的显示设备上。在人类能够接受的刷新频率之内，大