基于单片机的简单数字电压表

河南科技学院新科学院单片机课程设计报告

题目：数字电压表设计

专业班级：电气工程及其自动化106

姓名：王

时间：2012.12.03 ～2012.12.23

指导教师：苗青林王超

完成日期：2012年12月21 日

数字电压表设计任务书

一设计目的与要求

（一）基本功能

1.测压范围0—5V

2.精度误差0.02V以内

3.能够同时采集8路数据并能循环（6位）显示

4.具备过压保护功能

（二）扩展功能

1．测压范围扩展至 -5V—+5V

2．在测直流电压时表笔能够自动调整极性

二计划完成时间三周

1．第一周完成软件和硬件的整体设计，同时按要求上交设计报告一份。

2．第二周完成软件的具体设计和硬件的制作。

3．第三周完成软件和硬件的联合调试。

目录

1 引言 (1)

2 设计总方案 (1)

2.1设计要求 (1)

2.2 设计思路 (2)

2.3 总体设计框图 (2)

3 设计原理分析 (2)

3.1 A/D转换电路 (2)

3.2 过压保护电路 (4)

3.3 数码管显示电路 (5)

3.4 震荡与复位电路 (5)

3.5 拓展功能负压显示 (6)

3.6 八通道循环显示 (7)

4 总结体会 (8)

参考文献 (8)

附录1 (9)

附录2 (13)

简易数字电压表设计

摘要：本课题实验主要采用AT89C51芯片和ADC0808芯片来完成一个简易的数字电压表，能够对输入的0～5 V的模拟直流电压进行测量，并通过一个4位一体的7段LED数码管进行显示，测量误差约为0.019V。该电压表的测量电路主要由三个模块组成：A/D转换模块、数据处理模块及显示控制模块。A/D转换主要由芯片ADC0808来完成，它负责把采集到的模拟量转换为相应的数字量再传送到数据处理模块。数据处理则由芯片AT89C51来完成，其负责把ADC0808传送来的数字量经一定的数据处理，产生相应的显示码送到显示模块进行显示；另外它还控制着ADC0808芯片的工作。显示模块主要由7段数码管及相应的驱动芯片(74HC245)组成，显示测量到的电压值。

关键词：简易数字电压表；ADC0809；AT89C51；LED。

1 引言

数字电压表（Digital Voltmeter）简称DVM，作为智能仪表的一种，它是采用数字化测量技术，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，不能满足数字化时代的需求，采用单片机的数字电压表，由精度高、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，由各种单片A/D 转换器构成的数字电压表，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，示出强大的生命力。

最近的几十年来，随着半导体技术、集成电路（IC）和微处理器技术的发展，数字电路和数字化测量技术也有了巨大的进步，从而促使了数字电压表的快速发展，并不断出现新的类型。数字电压表从1952年问世以来，经历了不断改进的过程，从最早采用继电器、电子管和形式发展到了现在的全固态化、集成化（IC化），另一方面，精度也从0.01%-0.005%。

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。

2 设计总方案

2.1设计要求

（1）以MCS-51系列单片机为核心器件，组成一个简单的直流数字电压表。

（2）采用1路模拟量输入，能够测量0-5V之间的直流电压值。

（3）电压显示用4位一体的LED数码管显示，至少能够显示两位小数。

（4）具有过压保护功能。

（5）能够测量-5V-5V电压。

（6）可以八通道循环显示。

（7）尽量使用较少的元器件。

2.2 设计思路

（1）根据设计要求，选择AT89C51单片机为核心控制器件。

（2）A/D转换采用ADC0808实现，与单片机的接口为P1口和P2口的高四位引脚。

（3）电压显示采用4位一体的LED数码管。

（4）LED数码的段码输入,由并行端口P0产生：位码输入，用并行端口P2低四位产生。

2.3 总体设计框图

硬件电路设计由6个部分组成; A/D转换电路，AT89C51单片机系统，LED显示系统、时钟电路、复位电路以及测量电压输入电路。硬件电路设计框图如图1所示。

图1 数字电压表系统硬件设计框图

3 设计原理分析

3.1 A/D转换电路

本设计采用的是ADC0808，ADC 0808精度为8位，它是CMOS器件，不仅包括一个8位的逐次逼近型的ADC部分，而且还提供一个8通道的模拟多路开关和通道寻址逻辑，因而有理由把它作为简单的“数据采集系统”。利用它可直接输入8个单端的模拟信号分时进行A/D转换，在多点巡回检测和过程控制、运动控制中应用十分广泛。

其外部引脚图如图2所示：

图2 ADC0808/0809外部引脚图

各个引脚的功能为：

（1）IN0～IN7——8路模拟输入，通过3根地址译码线ADDA、ADDB、ADDC来选通一路。

（2）D7～D0——A/D转换后的数据输出端，为三态可控输出，故可直接和微处理器数据线连接。8位排列顺序是D7为最高位，D0为最低位。

（3）ADDA、ADDB、ADDC——模拟通道选择地址信号，ADDA为低位，ADDC为高位。

（4）VR(+)、VR(-)——正、负参考电压输入端，用于提供片内DAC电阻网络的基准电压。在单极性输入时，VR(+)=5V，VR(-)=0V；双极性输入时，VR(+)、VR(-)分别接正、负极性的参考电压。

（5）ALE——地址锁存允许信号，高电平有效。当此信号有效时，A、B、C三位地址信号被锁存，译码选通对应模拟通道。在使用时，该信号常和START信号连在一起，以便同时锁存通道地址和启动A/D转换。

（6）START——A/D转换启动信号，正脉冲有效。加于该端的脉冲的上升沿使逐次逼近寄存器清零，下降沿开始A/D转换。如正在进行转换时又接到新的启动脉冲，则原来的转换进程被中止，重新从头开始转换。

（7）EOC——转换结束信号，高电平有效。该信号在A/D转换过程中为低电平，其余时间为高电平。该信号可作为被CPU查询的状态信号，也可作为对CPU的中断请求信号。在需要对某个模拟量不断采样、转换的情况下，EOC也可作为启动信号反馈接到START 端，但在刚加电时需由外电路第一次启动。

（8）OE——输出允许信号，高电平有效。当微处理器送出该信号时，ADC0808/0809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。