直流电压表的设计

目 录

一、设计要求 (2)

二、设计目的 (2)

三、设计的具体实现 (2)

1. 系统概述 (12)

2. 单元电路设计 (15)

3. 软件程序设计 (18)

四、结论与展望 (21)

五、心得体会及建议 (23)

六、附录 (26)

七、参考文献 (30)

一﹑设计要求

设计一个由8051MCU组成的简易直流电压表系统。能够测量一定范围的电压值，并以数字形式进行显示。通过这个过程熟悉A/D转换、键盘控制、串口通信和七段数码管的使用，掌握51系列单片机控制和测试方法。设计以AT89C51单片机为核心，对电压信号首先进行比例调节以满足A/D的需要；设置按键用于调节不同的电压档位；用LED显示测量得到的电压值；设计通信接口电路以实现测量数据的传送。完成基本要求，可以适当发挥进行扩展设计。

①测量范围0-200V

②10位模数转换

③采样结果通过LED数码管显示

④通过串行口与PC通信

二、设计目的

(1)利用所学单片机的理论知识进行软硬件整体设计，锻炼学生理论联系实际、提高我们的综合应用能力。

(2)我们这次的课程设计是以单片机为基础，设计并开发直流电压表。

(3)掌握各个接口芯片(如ADC0808等)的功能特性及接口方法，并能运用其实现一个简单的微机应用系统功能器件。

三、设计的具体实现

技术，把连续的模拟量（直流输入电压）转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表.传统的指针式电压表功能单一、精度低，不能满足现代测量的需求，采用单片机的数字电压表，它的精度高、抗干扰能力强。可扩展性强、集成方便，还可与PC进行实时通信。目前，有各种单片A/D转换器构成的数字电压表，以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测量领域，与此同时，也能把电量及非电量测量技术提高到崭新水平。该系列产品是一种高精度的安装式仪表.

本设计为简易直流数字电压表, A/D转换器部分采用普通元器件构成模拟部分，利用MCS-51单片机借助软件实现数字显示功能，自动校零、LED显示等功能时采用AT89C51单片机编程实现直流电压表量程的自动转换。

本文是以简易数字直流电压表的设计为研究内容，本系统主要包括三大模块：转换模块、数据处理模块及显示模块。其中，A/D转换采用ADC0808对输入的模拟信号进行转换，控制核心AT89C51再对转换的结果进行运算处理，最后驱动输出装置LED显示数字电压信号。总体结构框图如图1所示

模拟电压

AT89C51

单

片

机

ADC0808

转换

LED数字显示

图1 总体结构框图

2.单元电路设计

（1)各部分概述

①输入放大与量程自动转换电路的设计

输入放大与量程自动转移电路的主要自用是提高输入阻抗和完成量程转换，本设计采用MCS-51集成运算放大器构成同相比例放大电路，以提高电路的输入阻抗，以达到题目要求，模拟开关以滑动变阻器为主，在单片机的控制下形成不同的通断组合，实现量程的自动转换和自动校零功能。

② A/D转换器的设计

A/D转换器具有抗干扰能力强的特点，在采用零点校准的前提下，其转换精度也可以做得很高，但显著的不足是转换速度较慢，并且分辨率越高，其转换速度也就越慢，因此本设计采用了A/D转换器，可以较好的改善转换速度慢的缺点，它的转换速率分辨率的乘积比传统的双积分式A/D转换器提高至少两个数量级。

③单片机计数、控制电路设计

通过对A/D转换器的方案分析，本设计采用的单片机编程实现A/D转换，脉冲的计数功能由单片机实现，所以对单片机的速度提出了较高的要求，基本要求分辨率为11位，转换速度不低于2次/S，发挥部分要求分辨率15位，采用MCS-51单片机实现控制和脉冲计数，采用16MHZ晶振，完全能满足分辨率15位和转换速度2次/S的要求。

④显示电路

显示是电路采用数码管显示器，可显示各种字体的数字、字母，还可以自定义内容，增加了显示的美观性与直观性，是重要的是提供了友好的人机界面。

同时LED 8段数码管有静态显示和动态显示两种方式。

静态显示方式的各位数码管相互独立，公共端恒定接地或接正电源。每一个字段都要独占一条I/O口只要有断码输出，显示器就可以显示出所要显示的字符，如果CPU不改写，则一直保持下去。

动态显示方式下各位数码管的段选线相应并连在一起，由一个8位的I/O口控制；各位的为选线有另外的I/O口控制。

（2）单元硬件电路

①本次设计是以单片机AT89C51芯片、A/D转换器为核心设计了一个简易的电压测电压电路，在硬件方面，通过一个可变电阻调节输入电压的

变化来反映所检测到的电压变化。此变化的电压通过ADC0808的一个通道（INO）送入并进行A/D转换后的数字靓仔单片机AT89C51中进行处理，在转换成相应的实际电压值，最后通过四位LED数码管显示，精确到十分位，LED采用的是动态扫描显示，使用74HC02P芯片进行驱动，软件方面采用汇编编程。使得整个系统完成一个简易的数字电压表的功能。

②AT89C51单片机

AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。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，AT89C2051是它的一种精简版本。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。外形及引脚排列如下图所示：

图2 AT89C51引脚图

接口分配电路设计如右图3所示：

VCC：供电电压。