完整版数字电压表设计

1、数字电压表设计作者:学号:指导老师:摘要一个测试结果稳定、准确的数字电压表，既能减少了使用者的工作量，又 提高了测量的精准度， 而且人为误差被大大减小， 方便与电路打交道的人快速有 效的完成自己的工作。本项目设计并实现了一个能够对 0-200V 范围的直流电压进行测量的数字电 压表，测量分为4挡：200mV 2V、20V和200V手动控制档位选择，显示部分 小数点自动实现切换。项目基于 AT89C51单片机，拓展AD转换、显示部分。不同档位的待测电压通过不同档位的衰减电路后变为0-200mV再通过一个0PA336一致放大到0-2V送入AD的输入端，然后通过芯片 AT89C5呐的程序控制AD转换

2、并输出。不同档位的电压信号又不同的程序控制输出到数码管显示。整个电路连线简单易于实现，而且成本很低，测出的电压精度也足够满足 需求。关键字 ： 数字电压表； AT89C51 单片机； 易于实现AbstractA digital voltmeter which is stable and accurate can not only reduce the work of the user, but also free off the error produced by using wrong. It is convenient to people who work with the circuit

3、.s divided s output to the displayingThis voltmeter is designed to measure a voltage between 0 to 200. It into four gears as 200 millivolt, 2 volt, 20volt, and 200volt. Gears changing is worked by hang. The project is base on the chip AT89C51 of one-chip computer. An analog to digital converter, a d

4、isplay section, and a voltage attenuation are attached to the chip and they make up the design. The voltage of different gears are changed into 0 -200 millivolt. Then they are sent to an OPA336, and it s output is- 20 volt. The output is sent to the analog to digital converter.Then the chip control

5、the analog to digital converter section.The whole circuit is easy. And although it outcome is fine. s cost is very low, the accuracy of thekey words: digital voltmeter, one -chip computer, AT89C51、项目概述数字电压表(Digital Voltmeter )简称DVM它是利用模拟/数字变换器(A/D)原理，以十进制数字形式显示被测电压值的仪表。DVM除了广泛用于电压测量外，通过各种变换器还可以测量其他电

6、量或非电量，用途十分广泛。DVM勺高速发展，使它已成为实现量程自动化、提高工作效率不可缺少的仪 表。数字化是当前计量仪器仪表发展的主要方向之一。而高准确度直流DVM勺出 现，又使DVM4入了精密标准测量领域。DVM广泛应用在测量领域中，其测量结果的准确度和可信度取决于它结构主要性能和技术指标。评价某种DVM生能的优 劣，产品质量是否合格， 是否满足技术指标的要求， 必须通过正确的鉴定和测试 结果才能分析判断出来。传统的指针式电压表功能单一，精度底，读数不方便，不能满足数字化时代的需要。采用单片机的数字电压表，具有精度高，抗干扰能力强，可扩展性强 等优点。现今，由各种单片 A/D 转换器构成的数

7、字电压表， 已被广泛用于电子及 电工测量， 工业自动化仪表， 自动测试系统等智能化测量领域， 展示了强大的生 命力。而且，由DVMT展而成的各种通用及专用数字仪表仪器， 也把电量及非电 量测量技术提高到新的水平。本设计中电压表可以测量直流电压测量范围(0200V共分四档：200mv2v、20v、200v，并且通过4位LED数码管三位半显示其数值。 所谓三位半的三 位是指可以显示 09 的十个数字，称作全位。千位数最大显示为 1(小于 1 时 消隐)，这位在理论上讲最大能显示 2,比如在2V挡，最大显示应该是2.000， 但实际显示 1.999，和理论值还差一。那么这位理论值最大应该显示 2，而

8、实际只能显示 1，就叫做 1/2 位。理论值为分母，实际显示最大值为分子。根据数字 电压表的功能实现要求，选用 AT89C51单片机作控制系统，由ADC0809实现A/D转换功能，放大器选用0PA336实现放大10倍的功能。在保证送入A/D的电压为2V的等效电压时，利用AD还可以较精确地测出其值。因为对不同电压档位采 用不同的端口和程序控制，所以可以大大减小电路的要求，更利于实现。、项目设计目标(1)项目综合描述本项目要求设计并实现一个数字电压表的装置，该装置能够对0200V范围的直流电压进行测量。测量分为 4挡：200mV 2V、20V和200V。输入为模拟直流电压，输出为数字量，并在必要的

9、辅助输出显示设备上显示。同时具有正、 负电压极性显示，小数点显示。能判读并显示被测量信号超出所选择的量程范围。并根据不同的量程能自动调整小数点。(2)任务要求：数字电压表有4个测量挡：200mV2V、20V和200V,能将被测的模拟直流电压在显示设备上显示出来。数字电压表以基本量程为基础，同时设计衰减器进行量程的扩展。具有3中位(三位半)显示：有3位完整的显示，另外最高位只显示0或1。能够判读并显示被测电压的极性。测量速度为25次/秒，分辨率为0.1mV,测量误差 0.1%。发挥部分1)设计并调试自动量程转换电路。2)设计并调试小数点自动切换电路。三、项方案论证方案一：用A/D转换、LED显示

10、芯、各种需要的中规模门电路芯片、电阻、电容等纯硬件实现数字电压表：通过电阻衰减网络得到衰减后的电压，送入CC7107将其输出的数字量接入LED显示。该方法是用纯硬件实现数字电压表,硬件连接较复杂，电路体积大，测量方式不灵活，测量的误差比较大、精确度难 做高。利用ICL7106实现的电路连线图如图1ICL7106 是美国In tersil公司的产品，是目前应用最广泛的一种单片三位半的A/D转换器。3&樂 LCD/toi.几OSCiOSQ 0SC3 TESTVrif + 验F- Cmf+Ceef_ coiICLTlOa口+IN.AZBUKIHTV”3?3-1厂 _ z 辭-r30R3 IMOC30

11、.012输入VinC4h 0”4Tnr28 H_,彌2W更C5_|归四2H该仪表的量程UM=200Mv称之为基本表或基本档。其中：C1、R1分别为振荡电容和振荡电阻。RP R2组成基准电压的分压电路。RP采用精密多圈电位器,R2为固定电阻，调整 RP可使基准电压Uref=100.0mV。R3 C3为模拟输入端的咼频阻容式滤波器，以提咼仪表的抗干扰能力。因ICL7106的输入阻抗很大，输 入电流很小，故可取 R3=1血，C3=0.01uF。C2 C4分别为基准电容与自动调零电容。C5, R4依次为积分电容和积分电阻。仪表采用9V电池供电。电路中将IN-端与COM端短接。该电压表的测量速率约为 2

12、.5次/秒。而ICL7106只有液晶笔 段及背电极驱动端，没有小数点驱动端 。要显示小数点，需另加外围电路。方案二：采用单片机+A/D芯片+显示芯片设计数字电压表：单片机型号广泛、并且价格低廉。只要单片机内部具有中断、I/O、RS232等模块就能够满足选型基本要求，系统的精度能够保证。该方法硬件连接相对简单，测量误差较小, 精度较高。原理框图如图2据数字电压表的功能实现要求，选 AT89C51单片机作控制系统，低电压经放大器选用0PA336实现放大10倍、高电压经大电阻分压从而控制输入 ADC0809的信号在2V左右实现A/D转换经AT89C51送入LED显示。毘示电路A/D转换方案模/数转换

13、器是一种连接的模拟量转化成离散数字量的一种电路或器件。模针对不同的拟信号转换为数字信号一般需要经过抽样保持和量化编码两个过程。采样对象，有不同的A/D转换器可供选择，其中有通用的也有专用的。有些 ADC还包含有其他的功能，在选择A/D器件时需要考虑多种因素，除了关键参数、分 辨率和转换速度以外，还需考虑其他因素，如静态与动态精度，数据接口类型, 控制接口与定时，采样保持性能，基本要求，校准能力、功耗、使用环境要求、 封装形式以及与软件相关的问题。ADC按功能划分可以分为直接转换和非直接转 换两大类，其中非直接转换又有逐次分级转换、积分式转换等类型。A/D 转换器在实际应用时，除了要设计适当的采

14、样 /保持电路、基准电路和多路模拟开关等电路外， 还应根据实际选择的具体芯片进行输入模拟信号极性转换 等设计。方案 1：采用分级式转换器，这种转换采用两步或多步进行分辨率的闪烁式转换，进而快速的完成模 / 数转换，同时可以实现较高的分辨率。例如，在利用两 步分级完成n位转换的过程中，首先完成 m位的粗转换，然后使用精度至少为 m 位的模/数转换器，将此结果转换达到 1/2 的精度并且与输入信号比较。对此信 号用一个 k 位转换器转换，最后将两个输出结果合并。方案2:采用双积分型A/D转换器，如ICL7153等。双积分型A/D转换器转换 精度高，但转换速度不太快，若用于温度测量，不能及时地反映当

15、前温度值，而 且多数双积分型 A/D 转换器其输出端都不是二进制码，而是直接驱动数码管的。所以，若直接将其输出端接 I/O 接口会给软件设计带来极大的不方便。方案 3:采用逐次逼近式转换器，对于这种转换方式，通常是采用一个比较器输入信号与为基准的n位DAC输出进行比较，并执行n次1位转换。这种方法类 似于天平上用二进制码称量物质。 采用逐次逼近寄存器， 输入信号仅与高位比较， 确定DAC的高位。确定后结果别、被锁存，同时加到DACh,以决定DAC的输出。逐次逼近型转换器，如ADC0809,AD57等，其特点是转换速度快，精度也比较 高，输出为二进制码，直接接I/O 口，软件设计简单。ADC08

16、09芯片内包含8位 模/数转换器， 8通道多路转换器与微控制器兼容的控制逻辑。 8通道多路转换器能直接连通8个单端输入信号中的任何一个。由于ADC0809设计时考虑到若干中 模/数转换技术优点，所以该芯片非常适合于过程控制，微控制器输入通道的结 合口电路、智能仪器和机床控制等应用场合，并且价格低廉，降低设计成本。方案选择：选择方案3。理由：用ADC080酥样速度快，价格低廉，降低设计 成本。方案三：基于FPGA+VD芯片的数字电压表：A/D转换器将模拟量转换为数字量，FPGA各转换的数字量变成需要的数字量，送 LED进行显示。系统集成度高，精度可以保证，但是系统成本较高。最终，我决定选择老师提

17、供的第二个方案，也就是用单片机实现。因为相比纯硬件，不需要消耗太多的电子元器件，集成度稍微高一点；相比 FPGA它又稍微偏硬件一些， 更贴合这次硬件课设的宗旨。 而且它不但可其精度和显示可以精确控制，且电路相对简单成本低，稳定性较高，功能扩展方便，故采用此设 计。四、系统总体设计系统总体框图如下:主要四个模块：档位部分，AD转换部分，芯片 序），显示部分（LED数码管）（附加一个时钟模块）。AT89C51 （内部烧录程档位部分：四种不同的电压值送到不同的档位,然后经放大器OPA820放大10倍到0-2V ；全部都衰减至0-200mV,AD转换：0-2V的衰减电压经0809转换输出0-255的二

18、进制电平值;芯片及显示部分：输出的二进制电平直接送到AT89C51，通过芯片内部程序将信号送到LED显示;ADC0809 需要 500KHZ时钟部分：涉及0809的一个分频模块，因为的输入，而芯片AT89C51（30脚）提供一个2MHz的时钟，所以要经过一个分 频模块送给ADC0809 。五、系统硬件设计与实现1 档位控制部分设计档位部分，分为4个档位，0-200mV , 0-2V, 0-20V , 0-200V，为了方便调档，将4个档位送进来的电压均衰减至0-200mV，然后统一经过放大电路放 大到0-2V送入ADC0809。电路原件及连线如下:输入1(1IGIU输岀到ADCIM2EKI j

19、j?iS1，S2，S3，S4分别为双刀双置开关，如 S1闭合，不仅将电压信号送到200V档位的衰减电路，而且同时送入了一个标志为信号V1 , V1控制芯片内显示程序选择为200V档位。200V 档位，900K，20V 档 90K，2V 档 9K;所以 200V 档衰减 1K/(900K+90K+9K+1K) = 0.001,衰减 1000 倍;20V 档衰减 1K/(90K+9K+1K) = 0.01,衰减 100 倍;2V 档衰减 1K/(9K+1K) = 0.1 ,衰减 10 倍;200mV直接送入。而放大器0PA336采用同相比例运算电路，放大倍数为:A=1+R5/R4=10放大倍数10

20、倍放大后输入给A/D转换电路做模数转换（因为0809输入为0-5V，分成256个电平值），这样可以精确的转换 200mV以下的电压信号。2 AD转换部分设计2.1 A/D转换电路设计8路数字量送入芯把输入的1路模拟信号量化转换为8路数字量，然后把 片处理，再由芯片输出到数码管。如图为连线图：降准距苗；IN-仆m 歸ht-l2-2rN-i2-,? 卡一jIIN-2二斗2-6N-J*1 sb 2-81X1 卄HCCUN 7A rvn ATM-6AX I JIACD-BA n M / *LN-bALU哄）ENABLE STAKT CLOCKS曲十）212K1235ZXtNDA/D7P3.2I基准电册

21、一PL0 药1 l.iITPl.2TirPL38 FL,4 空王Id 14-1 S T7PI 72524 y?单片机iq 单片机IO 单片加O 单片曲LJO 单片tlUo 单片机XU 单片机LO 单片机rd8位二进 制电平输 出到芯片的I/O端f+59 P3J单片机IO6 pro舟片机ir1.丄作附钟琢沖ABC 三个选择端均接地，故输入端地址 000,也就是0输入端一IN-0 口。 电压经过衰减和放大后进入IN-0 口进入AD然后芯片AT89C5啲P3.0，P3.1， P3.2分别控制转换开始和转换结束后数据允许输出。1 路模拟信号进入IN-0量化转换为8路数字量。如AD转换输入为A,则输出电

22、平为8位二进制数（对应十进制B）B = A*255/5;实际显示到数码管：C = B*5/255。（显示代码处理常乘以1000,然后适 当加上小数点用以数码管输出显示）2.2ADC0809E 片介绍ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMO组件。它是逐次逼近式 A/D转换器，可以和单片机直接接口。ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分 时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存 A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁

23、存器取走转换完的数据。1）ADC0809 的内部逻辑结构ALEADC0809的内部逻辑结构ABIN0明2）引脚结构IN 4rwi ENlm5moArNvBSTorocAl.KD7or06CkKD5IMUOONTi VnKF-1L0223ADC0809引脚结构图Z3121242?帀22 IT2019 Tr17T6152tTsZ.IN0 IN7: 8条模拟量输入通道ADC0809寸输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是0 5V,若信号太小, 必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快， 则需在输入前增加采样保持电路。地址输入和控制线：4条ALE为地址锁存允许输入线，高电

24、平有效。当ALE线为高电平时，地址锁存 与译码器将A，B，C三条地址线的地址信号进行锁存， 经译码后被选中的通道的 模拟量进转换器进行转换。A，B和C为地址输入线，用于选通IN0 IN7上的一 路模拟量输入。通道选择表如下表所示。地址输入线的通道选择CBA选择的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7ST 为转换启动信号。当ST 上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D转换；在转换期间，ST应保持低电平。EOC为转换结束信号。当EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行 A/D转换。0E为输出允许信号，用于控制三

25、态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OB 1,输出转换得到的数据；OB0,输出数据线呈高阻状态。D7- D0为数字量输出线。CLK为时钟输入信号线。因ADC0809勺内部没有时钟电路，所需时钟信号 必须由外界提供，通常使用频率为 500KHZVREF ( + ), VREF()为参考电压输入。3)ADC0809应用说明:(1)ADC080呐部带有输出锁存器，可以与 AT89S51单片机直接相连。初始化时，使ST和0E信号全为低电平。送要转换的哪一通道的地址到 A，B，C端口上。(4)在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号。(5)是否转换完毕，我们根据 EOC言号来判断。(6)当EO

26、C变为高电平时，这时给 0E为高电平，转换的数据就输出给单片机了。3 芯片及显示部分设计 芯片为整个硬件设计的核心，烧录进芯片的代码既负责控制 AD的转换和AD量化的数字电压信号的输出，还负责数字电压信号的处理和输出到数码管显示的控制，所以做好与芯片部分有关的设计十分关键。3.1芯片连接及说明如下:4位位选信号连接AD的 输 平%-AD转换和ST III】汕1输出控制13档位标志91 MV：B位w in-Th_T皿 2 J HI23dsfiJ 负rt? n3diJJ2 3?iiiS9|引和：IT Al J :a /3r耳/*8位 段选 信号atTm1JCTISnBHri i=n上面的显示部分米

27、用4合1的8段数码管。单片机的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3、P2.4、P2.5、P2.6、P2.7 分别与数码管的a、b、c、d、e、f、g、dp 相连接,芯片的P2 口提供数码管的段码；单片机的P0.0、P0.1、P0.2、P0.3与四位八段数码管的选位输入 D、D2、D、C4相连接，芯片的P0.0 P0.3提供位选信号，用单片机P0.0、P0.1、P0.2、P0.3控制P2 口输出到四位 LED的相应位。AT89C51的几个I/O 口连线很清楚，将AD模块和数码管模块连接起来,并且利用其中的程序起到了一个总的控制和存储作用，也使得电路大大简化。3.3 AT89C51 单片机的介绍

28、AT89C51是美国ATM公司生产的低电压，高性能 CMOS位单片机，片内含4K bytes的可反复擦写的只读程序存储器（EPROM和128bytes的随机存取数据序存器（RAM，器件采用ATME公司的高密度/非易失性存储技术生产，兼 容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU和FLASH存储单元,AT89C51单片机为许多嵌入式控制系统提供了一种灵活行高且价廉的方案。管脚 排布如图2-2所示。1） 主要特性-4K字节可编程FLASH存储器（寿命：1000写/擦循环）-全静态工作：0HZ-24KHZ-三级程序存储器保密锁定-128*8位内部RAM456139LDLL2L314

29、L5LdL7询L9-32条可编程I/O线Pl IP JPl 2Pl 3PI 5Pl dPl 7SE t?VPC?Pl.aPSIPi aPl 3 叫JP3d7XTAUXTAHGME_AFP 履？vec Ip：oPfl 5PB.d PQ3 pa 3Fi L PI DEJJVFPALEPROn PEENP； 7 2 6P2 A P243P： 2P* P2.Q和393537363531J53233d25J2Z2120訓 起222L图2-2 AT89C51管脚排列-两个16位定时器/计数器-6个中断源-可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振汤器和时钟电路2）管脚说明VCC供电电圧。GND :接地。P

30、0 口: P0 口为一个8位漏级开路双向I/O 口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1 口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存 储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口乍为原码输 入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1 口： P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8位双向I/O 口，P1 口缓冲器能FLASH接收输出4TTL门电流。P1 口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 编程和校验时， P1 口作为第八位地址接收。P2 口： P2

31、口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P2 口缓冲器可接收, 输出4个TTL门电流，当P2 口被写“ 1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时， P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于 内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行 存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“ 1”时，它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3 口： P3 口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O 口，可接收输出4个TTL门电流。当

32、P3 口写入“ 1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL ）这是由于上拉的缘故。P3 口也可作为AT89C5啲一些特殊功能口，如下表所示: 管脚 备选功能 :P3.0 RXD （串行输入口）P3.1 TXD （串行输出口）P3.2 /INT0 （外部中断 0）P3.3 /INT1 （外部中断 1）P3.4 T0 （记时器0外部输入）P3.5 T1 （记时器 1 外部输入）P3.6 /WR （外部数据存储器写选通）P3.7 /RD （外部数据存储器读选通）P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位信号的输入。当振荡器

33、复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用 于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。 然而要注意的是: 每当用作外部数据 存储器时，将跳过一个 ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EI地址上置0。此时，ALE只有在执行MOV，MOV指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微 拉高。如果微处理器在外部执行状态 ALE禁止，置位无效。/PSEN:外部程序存储器的选通信号。在由外

34、部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 /PSEN 信号将不出现。/EA/VPP : 当 /EA 保 持 低 电 平 时 ， 则 在 此 期 间 外 部 程 序 存 储 器(0000H-FFFFH，不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH编程 期间，此引脚也用于施加12V编程电源(VPP。XTAL1 :反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。3) 震荡特性XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向

35、放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。 如采用外部时钟源驱动器件， XTAL2 应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器， 因此对外部时钟信 号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。4) 芯片擦除整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“ T且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。4 分频模块设计之所以会有分频模块，是因为AD部分工作的时钟是500KHZ与芯片AT89C51能提供的时钟（2MHZ相差较大，所以把AT89C51 （30脚）提供

36、的时钟进行四分频，得到500KHZ送入AD分频电路所需原件及连线U4B的11脚接到单片机的ALE脚（30脚）输入信号，Q非（即Q上有一横杠的脚）接D脚，Q或Q作输出，这是二分频电路，像这样只用单级（一个 D触发器）就是二分频，用两级就是四分频；如此，经分频后的时钟频率为单片机 时钟频率的1/24，单片机的时钟平率为11.0592MHz,机器周期为6个时钟周期， 则ALE脚输出的频率近视为2MHz在经四分频电路后得到频率为 500KHZ的时钟,在将此时钟输入到ADC0809专换芯片作为时钟信号。利用单片的ALE输出脚作为 分频电路的输入时应该在单片的 EA/V PP脚接上+5V电压。六、系统软件

37、部分设计这个部分是依托于系统硬件设计部分的芯片连接设计部分，是整个数字电压表核心，是数字电压表的整体和细节控制终端。1 数字电压表功能模块前面已经提到主要有四个功能模块：档位部分，AD转换部分，芯片AT89C51（内部烧录程序），显示部分（LED数码管）（时钟模块不需软件设计）。系统的软件部分主要是实现这四个功能模块， 并让它们衔接起来。 故进行数字电压表软件设计，就是从这四个功能模块出发。从这四个部分出发，本设计的软件部分分为了 AD转换模块，数据处理模块，显示模块，还有一个延时模块。AD转换模块通过控制 P3.0-P3.2的值来控制AD的START EOC OE引脚来控制ADC0809的转

38、换开始和数字量输出。数据处理模块则负责调用 AD模块并且处理AD输出的数据，把它们送到显示模块。显示模块则是将处理后的数据， 由位选信号选通不同位的数码管来显示电 压。延时模块则是在不同是模块中被调用，是各个模块更好地进行。2 软件部分的程序流程图3 软件部分的实现软件设计就是在单片机中烧录程序， 从而用这个程序对各个单元电路进行 功能和工作时序的控制，它使得整个系统正常的工作，完成整个电路的功能。首先是电路中各个部件初始化。初始化单片机的引脚连接，把单片机的各 个引脚分配到正确的元件位置。(1)单片机P1.oP1.7端口作为A/D转换信号的输出，用于转换后的信号是输出，初始化要清零；(2)单

39、片的的P3 口用于信号的检测和反馈;P3.0-P3.2分配给AD0809勺三个控制引脚。P3.0作为启动A/D开始转换信号的控制端与A/D芯片的START脚连接；P3.1作为A/D转换芯片转换信号 输出允许输入输出的控制信号与 A/D的ENABLE卩连接；P3.2用于接收来自A/D转换芯片EOC引脚的外来信号，如果接收到的为高电平那么表示A/D转换结束;否则输出低电平表明 A/D 正在进行转换。 P3.3 用于反馈当前测量信号是否超量 程报警，超量程是该量程输出一个高电平， 扬声器报警提示用户量程超限和欠压 请换用其他档位测量。P3.4P3.7 分配给档位部分，用于检测档位信号。3)单片机的

40、P2.0P2.7 分配给显示部分，它们连接到数码管的段码部分，用于送段码给数码管来显示；4)单片机的 P0.0P0.3 分配给显示部分的数码管位选端， 用于控制输出显示。初始化完后，数据处理模块要开始工作，它首先调用 A/D 部分进行采样 和量化输出：单片机向A/D转换芯片的启动转换引端ST启动转换命令；此阶段 单片机将通过P3.2引脚检测A/D的准换结束引脚EOC是否为高电平；当检测到 高电平时，单片机P3.1向A/D的输出允许端OE发一个高电平，A/D输出转换后 的数字信号。 单片机接收到来自A/D转换后的数字信号后，送到数据处理模块 进行片内数据处理。然后将处理后的数据输出到 LED显示

41、。4 程序设计、编译和调试 本次设计用到的开发工具是 Keil IDE, Keil采用C语言编程，是51系列单片机的通用编程软件。之所以采用C语言进行程序设计，是因为首先我个人对C语言的熟悉程度稍微高一点，而且 C语言中，函数是程序的基本组成单位，因此可以很方便地用函数作为程序模块来实现 C语言程序。故用C语言来设计不仅简单，程序的可读性和可维护性也大大提升，减轻了程序员的代码工作量。程序代码见附录二。匕、系统测试与结果分析本次设计的系统测试是直接在 51开发盒上进行的，因为整个设计比较直观易懂，加上51开发盒的便利性能很方便地进行系统的测试和维护，找出软硬 件设计中的各种问题并一一解决。在系

42、统的测试中也的的确确遇到过很多问题, 如数码管不亮，显示电压有误等，但都一一解决，最后比较成功地显示出了结果。实验室验收结果如下图比较准确地显示出了待测电压 V乙F. 测试的各档位几组数据如下表0-200mV档位（实验室200口档只能显示输出0.1和0.2）输入待测电压/V输出测量电压/V绝对误差/V相对误差0.10.1170.0170.17000.20.2190.0190.09500-2V档位输入待测电压N输出测量电压N绝对误差N相对误差0.40.4300.030.07501.11.1170.0170.01561.21.2140.0140.01171.51.4890.0110.00731.8

43、1.8080.0080.00440-20V档位输入待测电压输出测量电压N绝对误差N相对误差3.73.666-0.0340.00928.07.84-0.0160.002012.512.15-0.3500.028018.117.64-0.4600.025419.719.20-0.5000.02540-200V档位（实验室只能提供20-32V的电压）输入待测电压N输出测量电压N绝对误差N相对误差22.822.140.660.028924.323.710.590.024328.928.520.380.013130.729.980.620.020231.630.770.830.0263结果分析从实验室测

44、试的 4 个档位数据来看，数字电压表的测量大致准确，误差在0.02到0.03之间，输出比较稳定。只有200mV勺档位误差比较大，当然，实验室输出只能显示到100mV级对此影响较大。分析整个设计，在档位选择部分，我选择的电阻可能精度不够，因为没有准确的9K, 90K和900K故而在衰减的时候，电压值就产生了一部分误差；再经过放大电路放大，误差更大（而且放大电 路本身就有一些误差产生）；还有就是 A/D转换部分，ADC将模拟值转换为数字值也会有一个量化误差。 这些主要勺误差加起来对数字电压表勺影响比较大。 总勺来说，还是比较成功地完成了整个设计。0-200V 的 4 档位(0-200mV 0-2V

45、, 0-20V, 0-200V)的数字电压表。我把它分为示部分,再加一个分频电路,件方面搭成一个数字电压表,再加上烧录进芯片的软件部分就是一个可以工作的八、心得体会与项目总结心得体会就我个人来说,很少参与到这种硬件设计,而且是要一个人完成对整个项 目的设计, 不仅搭建好项目框架, 项目细节, 各个部分都要自己一个人去仔细推 敲,一步一个脚印,慢慢付出时间与汗水。所以,总的下来,我的体会是很深刻 的，而且收获颇多。选择项目时，考虑到个人的能力有限，选择了数字电压表，而且听人说秦 臻老师也比较好相处。 第一次开会选择实现方案， 犹豫许久，最后选择了单片机。其实三种方案都可以， 但为了挑战一下， 选

46、择了第一次接触的单片机， 而且我有定的 C 语言基础， 做起来应该不会太吃力。 所以从选择方案后从头开始接触单片机，学习一些例程， 慢慢熟了后开始数字电压表的设计。 说实话整个设计过程 不轻松,因为还是对单片机不太熟, 所以在网上找了许多资料对比着来看。 慢慢 才摸清楚每个模块,并对每个模块有了自己的理解,然后开始自己的模块设计。 硬件慢慢搭好, 软件部分参考了许多资料后慢慢清晰, 终于进入调试阶段, 这时 就出了许多问题, 例如数码管不亮等等。 你不会知道是哪部分出了问题, 只能一 部分一部分调试测量, 分析每部分的输出结果的好坏, 一步步排除。 慢慢数码管 从亮到显示出正确的结果，这其中经

47、历许多。项目总结这次项目虽然对我有一定挑战但是总的来说难度真的不是太大，比较适合 一个人完成。项目实现一个4个部分，档位部分、ADC专换部分、芯片控制和显分频电路可以归结与芯片控制部分。 4各部分在硬 4 档电压表了。 4 个不部分的完成情况比较好,尽管遇到过问题,但也都一一解 决,顺利显示出电压。致谢此次电子线路硬件课程在经过几个星期的努力下， 终于比较圆满地完成了。整个过程我从零开始，收获颇多。首先要感谢的是我的老师，她不仅在我的题目和方案确立的过程给予了我 巨大的帮助，而且，在我设计整个硬件电路和程序时，给与了我精心的指导。对我在设计中遇到的问题也不辞辛苦地帮我检查电路，指导我解决问题。

48、在最后几 天百忙中抽出时间来帮我调试，验收整个设计。其次要感谢一些丛书的作者，我在设计时查找了大量资料，感谢他们的智 慧结晶给与我的巨大帮助。参考文献1康华光. 电子技术基础 . 高等教育出版社2罗杰，谢自美 . 电子线路设计 . 实验.测试. 电子工业出版社3梁宗善 . 电子技术基础课程设计 . 华中科技大学出版社4沙占友. 数字万用表的原理、使用与维修 .M. 北京电子工业出版社， 20055王晓亮.基于MSP430单片机的数字电压表的设计J.科技创新导报,2009,(01) 王守华.李智.基于PC的数字电压表设计J.今日电子,2006,(08)7张英平.基于AT89C51单片机的数字电压

49、表的 Proteus仿真设计与应用J.机床电器 ,2008,(06)附录 1 程序代码#include #include #define _Nop() _nop_();/ 空操作sbit ST = P3A0; /转换启动信号，正脉冲有效sbit EOC = P3M;/输出允许信号，高有效void DeplayMS(unsigned int ms)转换结束信号，高有效。当微处理器送出该信号时，ADC0808/0809sbit OE = P32; /的输出三态门被打开，使转换结果通过数据总线被读走。在中断工作方式下，该信号往 往是CPU发出的中断请求响应信号。sbit V1 = P34; /200V档位sbit V2 = P35; /20V档位sbit V3 = P36; /2V档位sbit V4 = P37; /200mV档位unsigned long int dianya = 0;unsigned char code DIG_PLACE8 = 0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f;/ 位选控制 unsigned char code DIG_COD