简易直流数字电压表

信息与电气工程学院

课程设计说明书（2012 /2013学年第二学期）

课程名称：单片机应用

题目：简易直流数字电压表

专业班级：

学生姓名：

学号：

指导教师：

设计周数：2周

设计成绩：

2013年6 月26 日

一、概述

数字电压表既是常用的一种数字电压表，也是构成数字万用表的基本电路。随着科技的发展，电子产品在不断更新，但数字电压表是永远不会在电子产品中消失。

设计一个简易数字电压表，它可以测量直流、交流电压。测量电压量程为2V 、20V ，输入电阻为10M Ω，分辨率分别对应为1mV 、10mV ；准确度是在温度为23±5℃情况下测直流时为±(0.5％RDG+3字)，测交流时为±(1.0％RDG+3字)；输入电阻为10M Ω；最大允许直流电压为±500V ，最大允许交流电压为500V 。

本设计是对电压测量电路作单独的研究，从实质上去了解万用表中测量电压的过程。电路涉及到对电路、低频、数字电路等知识的考查。

二、方案论证

方案一 ：

方案一原理方框图如图1所示。数字电压表由分压电路，输入保护及缓冲电路，交、直流变换电路，压频转换电路、译码显示电路组成。分压电路在电路中实现电压倍率变换起到将大电压转换成小电压的作用；输入保护及缓冲电路在电路中起到避免大电压输入对电路的烧坏；交、直流变换电路起到将交流电压转换成直流电压，且直流电压值为交流电压的有效值；压频转换电路将电压转换成对应的线性频率。译码显示电路时将频率的数值通过LED 数码管显示出来。

图1 方案1的原理框图

方案二：

方案二的原理框图如图2所示，电路由分压电路，输入保护及缓冲电路，交、直流变换电路，A/D 转换电路，单片机及译码显示电路组成。前几个模块的功能与方案一相同，不同的是方案中用到单片机对经过A/D 转换器后的数字信号进行记录然后通过译码显示电路进行显示。

分压电路

输入保护及

缓冲电路

交、直流 转换电路

压频转换电路

译码 显示电路

AC

AC

DC

DC u x

图2 方案2的原理框图

方案一，由于压频转换电路不稳定，电压与频率不能做到很好的线性对应，并且在显示时耗时长，不方便快速测量；而且通过译码显示电路，布线复杂，。方案二中由于仿真中没有A/D0809转换器，只能选用A/D0808代替，精度有所下降，但单片机显示快速灵活，外围电路简单。综合比较，选择方案二。

三、电路硬件设计

1、单片机最小系统电路

AT89C51是美国ATMEL 公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含有4KB 的可反复擦写的只读程序存储器和128字节的随机存储器。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，它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。

AT89C51功能性能: 4KB 可编程闪速存储器；寿命：1000次写/擦循环；数据保留时间：10年；全静态工作：0-24MHz ；三级程序存储器锁定；128*8B 内部RAM ；32个可编程I/O 口线；2个16位定时/计数器；5个中断源；可编程串行UART 通道；片内震荡器和掉电模式

[6]

。

分压电路

输入保护及 缓冲电路

交、直流

转换电路

AD 转换电路

单片机 控制

AC

DC

AC

显示

OE EOC

D0D1D2D3D4D5D6D7

C6C5C4C3C2C1C0S0S1S2S3

C7

SW1SW3

XTAL2

18

XTAL1

19

ALE 30EA

31

PSEN 29

RST

9

P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78

P3.0/RXD 10P3.1/TXD 11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD

17

P3.6/WR 16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1

AT89C51

C1

30uF

X1

CRYSTAL

C2

30uF

C3

10uF GND

V C C

R1

10k

C4(2)

图5单片机最小系统图

AT89C51芯片的各引脚功能为：

P0口：这组引脚共有8条，最为A/D 转换器的输出端。

P1口：这8个引脚和P0口的8个引脚类似，P1.7为最高位，P1.0为最低位，当P1口作为通用I/O 口使用时，P1.0-P1.7的功能和P0口的第一功能相同，也用于传送用户的输入和输出数据，本方案用于控制每段LED 数码管的亮灭。

P2口：这组引脚的第一功能与上述两组引脚的第一功能相同即它可以作为通用I/O 口使用，它的第一功能和P0口引脚的第二功能相配合，用于输出片外存储器的高8位地址，共同选中片外存储器单元，但并不是像P0口那样传送存储器的读/写数据，选用四个I/O 用于控制LED 数码管的位选。

P3口：这组引脚的第一功能和其余三个端口的第一功能相同，第二功能为控制功能，每个引脚并不完全相同，如下表2所示：