设计制作一个简易数字电压表.doc
简易数字电压表课程设计
电子测量结课作业简易数字电压表指导教师：学院：专业班级：姓名：学号：摘要本文介绍了一种基于单片机的简易数字电压表的设计。
该设计主要由三个模块组成：A/D转换模块，数据处理模块及显示模块。
A/D转换主要由芯片ADC0832来完成，它负责把采集到的模拟量转换为相应的数字量在传送到数据处理模块。
数据处理则由芯片AT89C52来完成，其负责把ADC0832传送来的数字量经过一定的数据处理，产生相应的显示码送到显示模块进行显示；此外,它还控制着ADC0832芯片工作。
该系统的数字电压表电路简单，所用的元件较少，成本低，且测量精度和可靠性较高。
此数字电压表可以测量0-5V的1路模拟直流输入电压值，并通过一个LCD1602液晶屏显示出来。
关键词: 单片机；数字电压表；A/D转换；AT89C52；ADC0832目录1 数字电压表的简介 01.1数字电压表简介 01.2数字电压表的的背景与意义 02 设计总体方案 (2)2.1 设计要求 (2)2.2 设计思路 (2)2.3 设计方案 (2)3 硬件电路设计 (4)3.1 A/D转换模块 (4)3.2 单片机系统 (6)3.3 复位电路和时钟电路 (9)3.4 LCD显示系统设计 (10)3.5 总体电路设计 (12)4 程序设计 (13)4.1 程序设计总方案 (13)4.2 系统子程序设计 (13)5 仿真 (15)5.1软件调试 (15)5.2显示结果及误差分析 (15)5.2.1 显示结果 (15)5.2.2 误差分析 (17)结论 (19)参考文献 (20)附录............................................................................................... 错误！未定义书签。
1 数字电压表的简介1.1数字电压表简介在电量的测量中，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。
简易数字电压表设计内容
简易数字电压表设计一、设计要求1、利用ADC0809设计一简易数字电压表，要求可以测量0—5V之间8路输入电压值、电压值由四位LED数码管显示，并在数码管上轮流显示或单路选择显示；2、测量最小分辨率为0.019V,测量误差为±0.02V。
二、设计作用与目的利用AT89S51与ADC0809设计制作一个数字表，能够测量直流电压值。
三、所用设备及软件单片机AT89S51、ADC0809芯片、PC设计台四、系统设计方案本设计采用AT89S51单片机芯片配合ADC0809模/数转换芯片构成一个简易的数字电压表，原理框图如图1所示。
该电路通过ADC0809芯片采样输入口IN0输入的0～5 V的模拟量电压，经过模/数转换后，产生相应的数字量经过其输出通道D0～D7传送给AT89S51芯片的P0口。
AT89S51负责把接收到的数字量经过数据处理，产生正确的7段数码管的显示段码，并通过其P1口经三极管驱动，再传送给数码管。
同时它还通过其三位I/O口P3.0、P3.1、P3.2产生位选信号，控制数码管的亮灭。
另外，AT89S51还控制着ADC0809的工作。
其ALE管脚为ADC0809提供了1MHz工作的时钟脉冲；P2.3控制ADC0809的地址锁存端(ALE)；P2.4控制ADC0809的启动端(START)；P2.5控制ADC0809的输出允许端(OE)；P3.7控制ADC0809的转换结束信号(EOC)。
图1 系统原理框图本设计与其它方法实现主要区别在于元器件上例如：AT89C51与AT89C51、AT89S51在AT89C51的基础上，又增加了许多功能，性能有了较大提升。
1.ISP在线编程功能，这个功能的优势在于改写单片机存储器内的程序不需要把芯片从工作环境中剥离。
是一个强大易用的功能。
2.工作频率为33MHz，大家都知道89C51的极限工作频率只有24M，就是说S51具有更高工作频率，从而具有了更快的计算速度。
简易数字电压表设计与制作讲课文档
cs_adc0832=0;
❖
clk_adc0832=1;
clk_adc0832=0;
❖
di_adc0832=1;
clk_adc0832=1;
❖
clk_adc0832=0;
channel;
di_adc0832=
❖
clk_adc0832=1;
clk_adc0832=0;
❖
di_adc0832=1;
❖
for(i=0;i<8;i++)
clk_adc0832=0; }
cs_adc0832=1; di_adc0832=1;
clk_adc0832=1;
if(data1==data2)
return data1;
else
return 0;
第二十二页，共23页。
7.系统调试
7.1调试方法和调试工具
（1）调试方法：软件调试和硬件调试
（2）调试工具:Keil uVision、 Proteus仿真图
简易数字电压表设计与制作
第一页，共23页。
（优选）简易数字电压表设计 与制作
第二页，共23页。
1.数字电压表的应用场合
❖ 应用范围：测量实验室、小型仪器直流电压的 测量。
第三页，共23页。
2. 功能描述与性能标
2.1功能描述 ❖ 通过单片机软件计算出输入电压，送数码管或
液晶屏显示，用一路模拟量输入能够测量 0~5V直流信号的测量，同时显示结果由LED 数码管显示转换后的数字量。
经过通过1、2对比我们觉得方案1切合实际准确度高、抗干扰能力强、稳定性好 ，方案1比较简单。
第六页，共23页。
3. 方案设计与选择
3.2系统总体框图
实验三 简易数字电压表设计
电子系统实验报告实验三简易数字电压表设计姓名张巧玲指导教师贾立新课程电子系统设计与实践专业班级自动化1004班学院信息工程学院一、设计题目采用C8051F360单片机最小系统设计一简易数字电压表，实现对0~2.4V直流电压的测量，原理框图如图1所示。
模拟输入电压通过一只1 kΩ电位器产生，采用C8051F360 单片机内部的A/D 转换器将模拟电压转换成数字量后换算成电压值，用十进制的形式在LCD 上显示。
A/D 转换的输入模拟信号由实验板PR3 电位器产生的0~3.3V 的直流电压信号，用一根杜邦实验线将J8 的0~3.3V 输出插针与J7 口的P2.0 插针相连。
注意A/D 转换器模拟输入电压的范围取决于其所选择的参考电压，如果A/D 转换器选择内部参考电压源，其模拟电压的范围为0~2.4V，如果选择外部电源作为参考电压，则其模拟输入电压范围为0~3.3V。
测试时，A/D转换器的模拟输入信号可通过一个电位器产生。
图1 简易数字电压表实验示意框图二．设计方案（1）简易数字电压表设计程序流程图如图2所示。
图2 简易数字电压表设计程序中A/D转换和计时流程图（2）简易数字电压表实验板连接图如图3所示。
此外，还需用一根杜邦实验线将J8 的0~3.3V 输出插针与J7 口的P2.0 插针相连。
图3简易数字电压表设计实验板接线图三、详细设计1.简易数字电压表设计相应C8051F360和LCD初始化程序⑴内部振荡器初始化：OscInit()⑵ I/O端口初始化：PortIoInit()⑶外部数据存储器接口初始化：XramInit()⑷定时器初始化：TimerInit()⑸中断系统初始化：Int0Init()⑹ ADC0初始化：void ADC_Init()⑺ PCA初始化：Int0Init()2.电压转换方式将电压转换成十进制：AT=ADC0H*256+ADC0L;volt=AT*3.31/1024;voltage=volt*1000;for(i=0;i<4;i++){v[i]=voltage%10;voltage=voltage/10;}3. LCD显示接口的设计当时间到达设定值，即0.5s后，执行以下程序将所测的电压值在LCD屏幕上第三排显示出来。
简易电压表设计
《单片机原理与接口技术》课程设计报告设计题目：简易数字电压表设计专业班级：电信1202 学号：2012001452学生姓名：庞宏平同组人：万培石一雄指导教师：武娟萍太原理工大学课程设计任务书注：课程设计完成后，学生提交的归档文件应按，封面—任务书—说明书—图纸的顺指导教师签名：日期：2015.6简易数字电压表设计目录1．引言 (4)1.1设计任务 (4)1.2 设计要求 (5)2．硬件电路设计 (5)2.1 系统的硬件构成及功能 (5)2.2 AT89S51单片机及其引脚说明 (6)2.3 ADC0808引脚及功能说明 (7)2.4 ADC0808的外部引脚特征 (8)2.5 ADC0808的内部结构及工作流程 (9)3.LCD显示系统以及74LS373 (10)3.1 LCD显示系统设计 (10)3.2 74LS373引脚图及功能 (11)3.3 总体电路设计 (13)4．程序设计 (14)4.1 程序设计总方案 (14)4.2 系统子程序设计 (15)5 .软件测试及仿真 (16)5.1 软件调试 (16)5.2 显示结果及误差分析 (17)5.3 附加功能 (18)结论 (19)附录程序代码 (20)第1章引言本次课程设计利用单片机技术来实现一台简易数字电压表，具有性能可靠、电路简单、成本低等特点。
1.1数字电压表概述电压表应用十分广泛，但大部分是模拟电压表，而由于其特性，反应速度慢，读数麻烦并且误差较大，所以为适应不断快速的高速信号领域，已经广泛使用数字电压表。
本实验设计是基于51单片机开发平台实现的一种数字电压表系统。
该设计采用AT89S51单片机为核心，以ADC0809为模数转换数据采样，实现被测电压的采样。
1.2此次设计任务1.2.1设计任务设计制作一个简易数字电压表，该直流电压表能测直流电压目标：基于MCS—51单片机，对设计硬件电路和软件程序应用的设计，使用发光二极管来显示所要测试模拟电压的数字电压值。
简易数字电压表设计报告
摘要--------------------------------------------------------2 1.数字电压表的简介------------------------------------------31.1数字电压表的发展--------------------------------------31.2数字电压表的分类--------------------------------------42.设计的目的------------------------------------------------53.设计的内容及要求------------------------------------------54.数字电压表的基本原理--------------------------------------54.1数字电压表各模块的工作原理----------------------------54.2数字电压表各模块的功能--------------------------------54.3数字电压表的工作过程----------------------------------65.实验器材--------------------------------------------------76.电路设计实施方案------------------------------------------76.1.实验步骤---------------------------------------------76.2各个模块设计------------------------------------------86.2.1 基准电压模块-----------------------------------86.2.2 3 1/2位A/D电路模块---------------------------106.2.3 字形译码驱动电路模块--------------------------126.2.4 显示电路模块----------------------------------136.2.5 字位驱动电路模块------------------------------167.总结-----------------------------------------------------17 参考文件---------------------------------------------------18 附录-------------------------------------------------------19本文介绍了一种简易数字电压表的设计。
简易电压表设计方案
简易电压表设计方案设计简介：本设计方案旨在制作一个简易的电压表，能够准确测量直流电压，并且具备整洁美观的外观。
此外，我们还将为电压表添加一个提示灯，用于指示电源是否正常开启。
材料清单：1. 直流电压表模块2. 透明塑料外壳3. 灯泡模块4. 电线5. 开关6. 电源适配器7. 线缆连接器搭建步骤：1. 将直流电压表模块安装在透明塑料外壳的正中央位置。
2. 使用线缆连接器将电源适配器与直流电压表模块连接。
确保连接稳固无松动。
3. 在透明塑料外壳的一侧选取一个合适的位置，用电钻钻一个适配灯泡模块尺寸的孔。
4. 将灯泡模块插入孔内，并使用固定螺丝固定灯泡模块。
5. 连接灯泡模块与电源适配器，确保连接正常。
6. 使用开关连接电源适配器与灯泡模块，确保开关能正常控制灯泡的开关状态。
7. 将透明塑料外壳的上下侧打开合适大小的孔，以方便线缆连接器的使用。
8. 将所有电线组织整齐，并将开关和电源适配器的线缆连接器通过打孔处拉出外壳，接近电压表模块。
9. 确保所有组件稳固连接，开关能正常控制电压表以及灯泡的开关状态。
10. 完成搭建后，仔细检查所有连接，确保电压表和灯泡正常工作，并且外壳整洁美观。
操作方法：1. 将电源适配器插入电源插座，并通过开关控制电源的开启和关闭。
2. 开启电源后，电压表显示器将显示当前的直流电压数值。
3. 如果提示灯亮起，表示电源正常开启，否则表示电源未正常开启或存在故障。
4. 关闭电源时，确保电压表和灯泡都处于关闭状态，以节省能源和延长使用寿命。
维护与注意事项：1. 确保电压表和灯泡处于稳定的工作环境，避免受到剧烈震动或高温等影响。
2. 定期检查电线和连接器的连接状态，如果发现松动或损坏，应及时修复或更换。
3. 避免将液体或金属物品接触到电压表或灯泡模块，以防止短路或损坏。
4. 当不使用电压表时，建议关闭电源以节省能源和确保安全。
5. 如遇到电压表显示不准确或异常情况，应停止使用并寻求专业技术支持或维修。
自已动手制作数字电压表(ICL7107)
数字电压表（ICL7107）做了一款数字电压表，发现网上发表好多原理图都是有错误，会误导电子爱好者。
今天逛了下电子市场买了套数字表头外壳，想做成个市场上有卖很实用的表头。
把制作全过程共享给大家。
并提供套件给初学者.ICL7107引脚图如下：这是2种封装的引脚图，40PIN直插封装的使用普遍一些，买起来方便。
ICL7107是高性能、低功耗的三位半A/D转换器电路，它包含有七段译码器、显示驱动器、系统时钟等，并且ICL7107可以直接驱动共阳数码管。
实体图如下：芯片正面小圆点对应的是芯片的1脚，按照反时针方向去走，依次是第 2 至第 40 引脚。
安装的时候一定要注意。
整理一下原理图，如下：电子市场买的表头框：做好的PCB：配齐元件，准备焊接测试：开始焊接了，这时候要注意焊接的顺序，否则个别元件不好焊的。
首先：将40PIN的IC座处理一下，如下图：然后将IC座插入PCB，并焊好。
接着焊C2和C4的位置，并将这2个电容卧倒安装！再下来焊4个共阳的0.56英寸的数码管，注意不要焊反。
剩下元件的顺序没什么讲究，想焊哪个就焊哪个。
焊完后就变成这样了,如下：将ICL7107插入IC座，注意方向。
将自制的可调电源调到5V，接入表头。
用万用表测量ICL7107的26脚电压应该为-2.5 ~ -4V，因为D5，D6，C6，C7，R8，R9，Q1，L1组成负电压产生电路，如果没有这个负电压，显示就会出错。
接着就要调ICL7107的36脚电压，这是给IC的基准电压，调整VR1可调电位器，使36脚电压为100mV。
在标准电压源未接入的情况下，数码管应该显示000，有可能最后一位会跳到1，那就要看看你的手是不是直接拿的PCB了，是的话就把表头装进壳里再看显示。
将标准电压源调整到一个固定值，此时显示的电压值和标准电压源的电压值不一样，调整VR2使显示正确。
再将标准电压源调整到其他值，看表头显示是否正确。
反复调整，至其线性显示在接受范围。
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设计制作一个简易数字电压表目录一、设计要求................................................................................................... 错误!未定义书签。
二、设计方案、电路图和工作原理............................................................... 错误!未定义书签。
三、软件仿真................................................................................................... 错误!未定义书签。
四、PCB设计.................................................................................................. 错误!未定义书签。
五、元器件清单表........................................................................................... 错误!未定义书签。
五、焊接和调试............................................................................................... 错误!未定义书签。
六、过程照片................................................................................................... 错误!未定义书签。
七、总结、心得及其他................................................................................... 错误!未定义书签。
八、指导老师评定........................................................................................... 错误!未定义书签。
目录二．课程设计任务与要求2.1 设计目的2.2 设计要求三．设计思路3.1 方案选择3.2 系统框图四．课程设计框图及工作原理4.1 工作原理4.2 ICL7107的工作原理4.3原理图五．电路设计与仿真六．系统调试与结果分析6.1 调试仪器6.2 调试方法6.3测试结果分析6.4 硬件实物图七．元器件清单八．总结及心得体会课程设计任务及要求2.1设计目的1、了解双积分式A/D转换器的工作原理2、熟悉A/D转换器ICL7107的性能及其引脚功能3、掌握用ICL7107构成直流数字电压表的方法2.2设计要求1.设计制作一个简易数字电压表，该简易电压表对输入的0~200mv模拟直流电压进行测量和数据显示。
2.量程为0-200mV。
3.显示位数为3位半。
4.选取合理的元器件，制作pcb版，焊接线路。
5.对自己所设计的简易数字电压表进行测试标定。
设计思路3.1方案选择1).根据设计要求和功能，我们考虑了如下三个可行性方案：方案1：主要器件由芯片ICL7107和液晶显示器LCD组成关键词：芯片ICL7107 液晶显示器LCD由于7107是把模拟电路与逻辑电路集成在一块芯片上，属于大规模CMOS集成电路，因此本方案主要有以下特点：（1）采用单电源供电，可使用5V迭层电池，有助于实现仪表的小型化。
（2）芯片内部有异或门输出电路，能直接驱动LCD显示器。
（3）功耗低。
芯片本身消耗电流仅1。
8mA，功耗约16mW。
（4）输入阻抗极高，对输入信号无衰减作用。
（5）能通过内部的模拟开关实现自动调零和自动显示极性的功能。
（6）噪声低，失调温标和增益温标均很小。
具有良好的可靠性，使用寿命长（7）整机组装方便，无须外加有源器件，可以很方便地进行功能检查。
方案2：主要器件由芯片ICL7107和共阳极半导体数码管LED组成。
关键词：A/D转换器芯片ICL7107 共阳极半导体数码管LED本方案的主要特点是：（1）能直接驱动共阳极的LED显示器，不需要另加驱动器件，使整机线路简化。
（2）采用+5V和—5V两组电源供电。
（3）LED属于电流控制器件，在3 1/2位数字仪表中采用直流驱动方式，芯片本身功耗较小。
（4）显示亮度较高。
课程设计框图及工作原理4.1 工作原理ICL7107是双积型的A/D转换器，还集成了A/D转换器的模拟部分电路，如缓冲器、电压比较器、积分器、正负电压参考源和模拟开关，以及数字电路部分如振荡器、计数器、锁码器、译码器、驱动器和控制逻辑电路等，使用时只需外加少量的电阻、电容元件显示器件，就可以完成模拟到数字量的转换，从而满足设计要求。
显示稳定可读和测量显示速度快，是本设计的关键，ICL7107是一个用4000个计数脉冲时间作为A/D转换的一个周期时间，每个周期分为自动稳零（AZ）、信号积分（INT）和反积分（DE）3个阶段。
内部逻辑控制电路不断的重复产生AZ=、INT、DE、3个阶段的控制信号，适时的指挥计数器、锁存器、译码器等协调工作。
使输出对应输入信号的数值，而输入模拟信号的数值在其内部数值上等于计数数值T，即：VIN的数值=T的数值或Vin=Vref(T/1000)式中：1000为积分时间（1000个脉冲周期）：T为反积分时间（满度时间为2000）。
4.2 ICL7107的工作原理ICL7107的管脚分布：V＋和V-分别为电源的正极和负极，a1-g1,a2-g2,a3-g3：分别为个位、十位、百位笔画的驱动信号，依次接个位、十位、百位LED显示器的相应笔画电极。
Bck：千位笔画驱动信号。
接千位LEO显示器的相应的笔画电极。
Oscl-OSc3 ：时钟振荡器的引出端，外接阻容或石英晶体组成的振荡器。
第38脚至第40脚电容量的选择是根据下列公式来决定：Fosl = 0.45/RCCOM ：模拟信号公共端，简称“模拟地”，使用时一般与输入信号的负端以及基准电压的负极相连。
TEST ：测试端，该端经过500欧姆电阻接至逻辑电路的公共地，故也称“逻辑地”或“数字地”。
VREF＋ VREF- ：基准电压正负端。
CREF：外接基准电容端。
INT：27是一个积分电容器，必须选择温度系数小不致使积分器的输入电压产生漂移现象的元件IN＋和IN- ：模拟量输入端，分别接输入信号的正端和负端。
AZ：积分器和比较器的反向输入端，接自动调零电容CAz 。
如果应用在200mV满刻度的场合是使用0.47μF，而2V满刻度是0.047μF。
BUF：缓冲放大器输出端，接积分电阻Rint。
其输出级的无功电流( idling current )是100μA，而缓冲器与积分器能够供给20μA 的驱动电流，从此脚接一个Rint至积分电容器，其值在满刻度200mV时选用47K，而2V满刻度则使用470K。
工作原理：ICL7107内部包含模拟电路和数字电路两部分二者是相互联系的。
亦方面由控制逻辑产生控制信号，按定时序将多路模拟开关接通或断开，保证A\D转换正常进行，另一方面模拟电路的比较器输出信又控制着数字电路的工作状态和显示结果。
下面介绍各部分的工作原理。
下面介绍各部分的工作原理。
模拟电路：模拟电路由双积分式A\D转换器构成，电路如图2所示。
主要包括2.8V基准电压。
源（EO）、缓冲器（AL）、积分器（A2）、比较器（A3）和模拟开关的组成。
缓冲器A4专门用来提高COM端带负载的能力，可谓设计数字多用表的电阻挡、二极管挡和hFE挡提供便利条件.这种转换器具有转换准确高度、抗串模干扰能力强、电路简单、成本低等优点。
适合做低速\模转换。
每个转换周期分为三个阶段进行，自动调零（AZ）、正向积分（INT）、反向积分（DE），并按照AZ到INT到DE到AZ的顺序进行循环。
令计数脉冲的周期为TCP。
每个测量周期共需要4000个TCP，其中，正向积分时间固定不变。
T1=1000TCP，仪表显示值，将T1=1000TCP,UREF=100.0mV带入上式得。
N=10UIN、或UIN=0.1N。
（2-2）只要把小数点定在十位上，即可直读结果，满量程时：N=2000，此时UM=2UREF=200mV。
仪表显示超量程符号“1”。
要测量2V以上的直流电压，必须利用精密电阻分压器对UIN进行衰减。
积分电阻应采用金属膜电阻，积分电容选绝缘性好、介质吸收系数小的聚苯乙烯电容聚丙烯电容。
为了提高仪表抗串模干扰能力，正向积分时间（称采样时间）T1应是工频周期的整数倍，我国采用50Hz交流电网，其周期为20ms,应选T1=20n （ms）. (2-3)式中，n=1,2,3，………。
例如取n=2,4,5时，T1=40ms、80ms、100ms,能有效地抑制50Hz干扰。
这是因为积分过程有取平均的作用，只要干扰电压的平均值就不影响积分器的输出。
但n值也不宜过大，以免测量速率太低。
数字电路：数字电路如图4所示，主要包括8个单元：（1）时钟振荡器，（1）频分器；（2）计数器；（3）锁存器；（4）译码器；（5）异或门相应为驱动器；（6）控制逻辑；（7）LCD显示器。
时钟振荡器由ICL7107内部相反器F1、F2以及外部阻容元件R、C组成。
若取R为120千殴，C为100皮法，则F0=40kHz。
F0经过4分频后得到计数频率，fPC=10kHz,即TCP=0.1ms。
此时测量周期T=16000T0=4000TCP=0.4s.测量速率为2.5次每秒。
F0还经过800分频。
得到50Hz方波电压，接LCD的背电极BP。
LCD 须采用交流驱动方式，当笔段电极a到g与背电极BP呈等电位时不显示，当二者存在一定的相位差时，液晶才显示因此，可将两个频率与幅度相同而相反的方波电压，分别加至某个笔段引出端与BP端之间，利用二者电位差来驱动该笔段显示。
驱动电路采用异或门。
其特点是当两个输入端得状态相异时（一个为高电平、另一个为低电平），输出为高电平；反之输出低电平。
小数点驱动电路S为小数点选择开关，DP1到DP3一次为个位、十位、百位的小数点驱动端，LCD的背电极接BP。
剩下一个异或门还可驱动标识符。
4.3原理图仿真及焊接时的注意事项辨认引脚：芯片的第一脚，是正放芯片，面对型号字符，然后，在芯片的做下方为第一脚。
也可以把芯片的缺口朝左放置，在左下角也就是第一脚了。
许多厂家会在第一脚旁边打上一个小圆点作为标记。