单片机课程设计 数字电压表设计

《单片机原理及应用》课程设计报告书

课题名称数字电压表设计

名姓

学号

专业

指导教师

机电与控制工程学院月年日

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任务书

电压表是测量仪器中不可缺少的设备，目前广泛应用的是采用专用集成电路实现的数字电压表。本系统以8051单片机为核心，以逐次逼近式A/D转换器ADC0809、LED显示器为主体，设计了一款简易的数字电压表，能够测量0～5V的直流电压，最小分辨率为0.02V。

该设计大体分为以下几个部分，同时，各部分选择使用的主要元器件确定如下：

1、单片机部分。使用常见的8051单片机，同时根据需要设计单片机电路。

2、测量部分。该部分是实验的重点，要求将外部采集的模拟信号转换成数字信号，通过单片机的处理显示在显示器上，该部分决定了数字电压表的精度等主要技术指标。根据需要本设计采用逐次逼近型A∕D转换器ADC0809进行模数转换。

3、键盘显示部分。利用4×6矩阵键盘的一个按键控制量程的转换，3或4位LED显示。其中一位为整数部分，其余位小数部分。

关键词：8051 模数转换LED显示矩阵键盘

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目录

1 绪论 (1)

2 方案设计与论证 (2)

3 单元电路设计与参数计算 (3)

4 总原理图及参考程序 (8)

5 结论 (14)

6 心得体会 (15)

参考文献16 (7)

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1.绪论

数字电压表的基本工作原理是利用A/D转换电路将待测的模拟信号转换成数字信号，通过相应换算后将测试结果以数字形式显示出来的一种电压表。较之于一般的模拟电压表，数字电压表具有精度高、测量准确、读数直观、使用方便等优

点。

电压表的数字化测量，关键在于如何把随时连续变化的模拟量转化成数字量，完成这种转换的电路叫模数转换器（A/D）。数字电压表的核心部件就是A/D转换器，由于各种不同的A/D转换原理构成了各种不同类型的DVM。一般说来，A/D 转换的方式可分为两类：积分式和逐次逼近式。

积分式A/D转换器是先用积分器将输入的模拟电压转换成时间或频率，再将其数字化。根据转化的中间量不同，它又分为U-T（电压-时间）式和U-F（电压-频率）式两种。

逐次逼近式A/D转换器分为比较式和斜坡电压式，根据不同的工作原理，比较式又分为逐次比较式及零平衡式等。斜坡电压式又分为线性斜坡式和阶梯斜坡式两种。

在高精度数字电压表中，常采用由积分式和比较式相结合起来的复合式A/D转换器。本设计以8051单片机为核心，以逐次比较型A/D转换器ADC0809、LED 显示器为主体，构造了一款简易的数字电压表，能够测量1路0～5V直流电压，最小分辨率0.02V。

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2.方案设计与论证

基于单片机的多路数字电压表电路的基本组成如图3.1所示。

图2.1 基于单片机的多路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。部分实现数据的采集、编译，A/D转换以及显示的功能，包括单片机电路模块、A/D转换器模块、数码管显示电路模块、按键处理电路模块；软件部分实现控制芯片，使各部件能够正常的运行，同时实现仿真的功能，主要设计思想是利用软件进行仿真，通过仿真得到实验的结果。

多路数字式电压表应用主要利用A/D转换器，先用A/D转换器对各路电压值进行采样，得到相应的数字量，按数字量与模拟量成正比关系运算得到对应的模拟电压值，然后把模拟值通过显示器显示出来。根据系统功能要求，控制系统采用AT89C52单片机，A/D转换器采用ADC0809。ADC0809是8位的A/D转换器。当输入电压为5.00v时，输出的数据值为255（0FFH），因此最大的分辨率为0.0196v （5/255）。ADC0809具有8路模拟输入端，通过3位地址输入端的地址，就能依次对8路中选择一路进行转换。如每隔一段时间依次轮流改变3位地址输入端的地址，就能依次对8路输入电压进行测量。LED数码管显示采用软件译码动态显示。通过按键选择可8路显示，也可单路显示，单路显示可通过按键选择显示通道

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3.单元电路设计与参数计算

3.1ADC0809

3.1.1主要特性

1）8路8位A/D转换器，即分辨率8位。

2）具有转换起停控制端。

3）转换时间约为128μs

4）单个＋5V电源供电

5）模拟输入电压范围0～＋5V，不需零点和满刻度校准。

6）工作温度范围为-40～＋85摄氏度

7）低功耗，约15mW。

3.1.2内部结构

图3.1 ADC0809内部结构框图

ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，内部结构如图4.1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D/A转换器、逐次逼近寄存器、三态输出锁存器等其它一些电路组成。因此，ADC0809可处理8路模拟量输入，且有三态输出能力，既可与各种微处理器相连，也可单独工作。输入输出与TTL兼容。

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外部特性（引脚功能）3.1.3

图3.2 ADC0809引脚

ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如上图所示。下面说明各引脚功能。

IN0～IN7：8路模拟量输入端。

D0～D7：8位数字量输出端。

START： A/D转换启动信号，输入，高电平有效。

ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。

OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输

入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。

CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。

ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路。如表1所示。

EOC： A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电

平（转换期间一直为低电平）。

VREF（+）、VREF（-）：基准电压。

VCC：电源，接＋5V。

GND：地。

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表3.1 地址与通道对应关系