简易数字电压表设计报告

1、 . . . 第一章 方案选择与总体设计随着电子科学技术的发展，对测量的精度和功能的要求也越来越高，而电压的测量甚为突出，因为电压的测量最为普遍。利用单片机技术结合A/D转换芯片A/D0809构建了一个数字电压表。上电复位电源电路单片机P0P1P2P3模数转换电路LED显示器图11 数字电压表系统设计方案在电量的测量中，电压、电流和频率是最基本的三个被测量，其中电压量的测量最为经常。而且随着电子技术的发展，更是经常需要测量高精度的电压，所以数字电压表就成为一种必不可少的测量仪器。所以这是我选择做数字电压表的原因。数字电压表（Digital Voltmeter）简称DVM，它是采用数字化测量技术

2、，把连续的模拟量（直流或交流输入电压）转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。由于数字式仪器具有读数准确方便、精度高、误差小、灵敏度高和分辨率高、测量速度快等特点而倍受青睐。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与各部分电路的组成与其原理，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与方法。总体设计框图如下： 本设计主要分为两部分：硬件电路与软件程序。而硬件电路又大体可分为单片机小系统电路、电源电路、上电复位电路、A/D转换电路、LED显示电路，各部分电路的设计与原理将会在硬件电路设计部分详细介绍；程序的设计使用汇编语言编程，利用伟福软件对其编译和仿真，详细的设

3、计算法将会在程序设计部分详细介绍。第二章 硬件设计与电路图 兼容标准MCS-51指令系统的AT89C52单片机是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，片置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多高性低比的系统控制应用领域。AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器

4、件采用ATMEL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，片置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。  AT89C52具有以下标准功能：兼容MCS51指令系统、8k可反复擦写(>1000次）Flash ROM、32个双向I/O口、256x8bit部RAM、3个16位可编程定时/计数器中断、时钟频率0-24MHz、2个串行中断 、可编程UART串行通道、2个外部中断源 、共6个中断源、2个读写中断口线 、3级加密位、低功耗空闲和掉电模式、软件设置睡眠和唤醒功能。AT89C52有

5、40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。其芯片引脚图如下图12 AT89C52引脚图2.1 单片机管脚说明VCC：供电电压。 GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，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 口作为原码输入口，当

6、FIASH进行校验时此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个部上拉电阻的8位双向I/O口，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被部上拉电阻拉高，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

7、址“1”时，它利用部上拉优势，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个带部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被部上拉为高电平，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AT89C52的一些特殊功能口，如下表所示：P3口引脚第二功能P3.0RXD（串行口输入）P3.1TXD（串行口输出）P3.2INT0（外部中断0输入）P3.3INT1（外部中断1输入）P3.4T0（定时器0外部

8、脉冲输入）P3.5T1（定时器1外部脉冲输入）P3.6WR（外部数据存储器写脉冲输出）P3.7RD（外部数据存储器读脉冲输出）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，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SFR8E

9、H地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC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），不管是否有部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间部程序存储器。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

10、器的输入与部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。2.2 电路原理图图1-3 8路输入模拟信号数值显示电路图1-4 8路输入模拟信号数值显示电路PCB2.3 AD转换器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，它们通常带有自动

11、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路模拟选通开关与地址译码、锁存电路等，它们可以与单片机系统连接，将数字量送单片机进行分析和显示。ADC0809是采样频率为8位的、以逐次逼近原理进行模数转换的器件。其部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8个单断模拟输入信号中的一个进行A/D转换。其部原理与管脚如附图1-5所示。 图 1-5图中多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用一个A/D转换器进行转换，这是一种经济的多路数据采集方法。地址锁存与译码电路完成对

12、A、B、C 3个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于通道选择，其转换结果通过三态输出锁存器存放、输出，因此可以直接与系统数据总线相连，表1-6为通道选择表 表1-6 通道选择表2.4 A/D转换器管脚说明 对ADC0809主要信号引脚的功能说明如下： 1. IN7IN0模拟量输入通道 2. ALE地址锁存允许信号。对应ALE上跳沿，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。3.START转换启动信号。START上升沿时，复位ADC0809；START下降沿时启动芯片，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持 低电平。本信号有时简写为ST.4.A、B、C地址线。 通道端口选择线，A为低地

13、址，C为高地址，引脚图中为ADDA，ADDB和ADDC。其地址状态与通道对应关系5.CLK时钟信号。ADC0809的部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信号引脚。通常使用频率为500KHz的时钟信号6.EOC转换结束信号。EOC=0,正在进行转换；EOC=1,转换结束。使用中该状态信号即可作为查询的状态标志，又可作为中断请求信号使用。7.D7D0数据输出线。为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。D0为最低位，D7为最高8.OE输出允许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0，输出数据线呈高阻；OE=1，输出转换得到的数据。9.Vcc +5V电源

14、。10.Vref参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。其典型值为+5V(Vref(+)=+5V, Vref(-)=-5V).2.5 电压显示设计中采用的是8段LED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、耐震与寿命长等优点，它由8个发光二极管组成，其中7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8个发光二极管连在一起，公共端接高电平，叫共阳极接法， 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。例如，要显示“0”，则

15、dp g f e d c b a分别为：1100 0000B；要显示“A”，则dp g f e d c b a分别为：0001 0001B（共阳极）。对于单个数码管来说，从它的正面看进去，左下角那个脚为1脚，以逆时针方向依次为110脚，左上角那个脚便是10脚了，3脚和8脚是连通的，这两个都是公共脚。 图1-7 数码管引脚图另外，一般I/O接口芯片的驱动能力是很有限的，在LED显示器接口电路中，输出口所能提供的驱动电流一般是不够的尤其是设计中需要用到多位LED，此时就需要增加LED驱动电路。驱动电路有多种，常用的是TTL或MOS集成电路驱动器，在本设计中采用了灌流驱动电路，如图1-3。第三章.

16、软件设计与程序清单3.1 软件设计数字电压表的软件由以下程序构成 初始化，系统上电后，初始化程序将存单元70H77H清零，P2口置0 显示子程序 显示子程序采用动态扫描法实现四位数码管的数值显示，将测得A/D转化数据存放在存单元70H77H中。同时将显示时需转化的十进制BCD码放在78H7BH单元中。 模数转换测量子程序模数转换测量子程序用来控制对0809八路模拟输入电压的A/D转化，并将对应的数值移入70H77H存单元中。启动测试A/D转换结束？取数据0809地址加1地址数小于8？结束开始YYNN图18 A/D转换测量程序流程图系统在上电之后，系统默认循环显示8个通道的电压值状态，当进行一次

17、测量后，将显示每一个通道的A/D转换值，每一个通道显示时间为1S左右，主程序在调用显示子程序和测试子程序之间循环，主程序流程图如图19所示。开始初始化调用A/D转化子程序调用显示子程序图19 主程序流程图ORG 0000H LJMP START ORG 0003H RETI-1 ORG 000BH RETI ORG 001BH RETI ORG 0023H RETI ORG 002BH RETI CLEARMEMIO: CLR A MOV P2,A MOV R0,#70H MOV R2,#0CHLOOPMEM: MOV R0,A INC R0 DJNZ R2,LOOPMEM MOV A,#0F

18、FH MOV P0,A MOV P1,A MOV P3,A RETSTART: LCALL CLEARMEMIOMAIN: LCALL DISPLAYLCALL TEST AJMP MAIN NOP NOP NOP LJMP STARTDISPLAY: MOV R3,#08H MOV R0,#70H MOV 7BH,#00HDISLOOP1: MOV A,R0 MOV B,#100 DIV AB MOV 7AH,A MOV A,#10 XCH A,B DIV AB MOV 79H,A MOV 78,B MOV R2,#0FFHDISLOOP2: LCALL DISP DJNZ R2,DISLO

19、OP2 INC R0 INC 7BH DJNZ R3,DISLOOP1 RETDISP: MOV R1,#78H MOV R5,#0FEHPLAY: MOV P1,#0FFH MOV A,R5 ANL P3,A MOV A,R1 MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV P1,A END第四章 实物制作与调试说明4.1 实物图 图1-10 数字电压表实物图4.2 调试说明设计完成之后，我们要对系统进行调试。调试过程可以利用对部分给定电压的测量结果分析来完成。首先要校对零点：将A/D转换器的模拟输入端口接地，即让电压为0V，校准零点之后，就可以进行调试了。以下表所示对系统进

20、行测试并调节：实际电压（V）显示电压（V）0.15V0.12.5.V1.45V1.25V若显示电压与实际电压的误差在误差围之，并且显示电压与实际电压的差别不大的话，则表示系统运行正常；因为8个电位器是粗调电位器，在实物图中每个电位器都调零了，但电位器本身就有一定的电阻，每个电位器大概有6K的电阻，阻值很大，就是说在调零的情况下，还存在一定的误差。所以有误差是再所难免的，还有的就是因为电池本身的原因，在设计电路的时候，没有考虑到提供稳定电源的电源电路，所以供电电源没有能够提供稳定的5V电压，所以在测试的时候也有误差的，但是这些误差可以通过人为的原因，使其变的更小，增加电压表的灵敏度。第五章 使用说明书本设计为简易的数字电压表，看其名字就可以很清楚的知道它所要实现的功能，就是测电压的时候，能够快速显示数字电压值，让人直观可以知道电压的大小，免去的口算的麻烦。1、 功能与技术指标要求2、 可以测量8路输入电压值3、 四位LED数码管上轮流显示或者单路选择显示当前测量电压值4、 测量最小分辨率为0.019V5、 测量误差约为+/0.02V 该电路有8个通道可以输入，你可以选择其中任何一个通道进行输入，但你把电压加有通道的两端的时候，在LED数码管上就能快速显示出你要测的电压值。第六章 结束语那么通过这次课程设计，