基于单片机的数字电压表设计

..学号20xxxxxxxx《单片机原理与应用》课程设计（2010级本科）题目：基于单片机的简易数字电压表的设计系（部）院：物理与机电工程学院专业：电气工程及其自动化作者姓名：xxxx指导教师：xxxxx职称：xxxxxxx..完成日期：2013年12月15日..单片机原理与应用课程设计任务书学生姓名xxxx学号20xxx专业方向电气工程及其自动化班级电气工程101题目名称基于单片机的简易数字电压表的设计一、设计要求（1）以单片机为核心器件，组成一个简单的直流数字电压表。（2）能够测量0-5V之间的直流电压值。（3）电压显示至少能够显示两位小数。三.设计进度安排阶段设计各阶段名称起止日期1熟悉设计任务书、设计题目及设计背景资料12月1日——12月2日2查阅有关资料12月3日——12月4日3阅读设计要求必读的参考资料12月5日——12月6日4选取方案12月7日——12月8日5完成设计，进行编程，调试12月9日——12月12日6打印整理课程设计资料12月13日——12月14日7答辩及成绩评定12月15日——12月16日指导老师签字：..基于单片机的简易数字电压表的设计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ADC0808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AT89C51来完成，其负责把ADC0808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ADC0808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，并通过一个四位一体的7段数码管显示出来。关键词单片机；数字电压表；A/D转换；AT89C51；ADC0808..目录一、引言..............................................................4二、设计总体方案.....................................................4（一）设计要求....................................................4（二）设计思路....................................................4（三）设计方案....................................................5三、硬件电路设计.....................................................5（一）A/D转换模块................................................5（二）单片机系统..................................................7（三）复位电路和时钟电路..........................................7（四）LED显示系统设计............................................8（五）总体电路设计................................................9四、程序设计........................................................11（一）程序设计方案...............................................11（二）部分程序代码...............................................12五、仿真.............................................................13（一）显示结果及误差分析.........................................13六、结论.............................................................14七、参考文献........................................................15附录.................................................................16..一、引言在电量的测量中，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。传统的指针式刻度电压表功能单一，进度低，容易引起视差和视觉疲劳，因而不能满足数字化时代的需要。数字电压表简称DVM，它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量转换成不连续、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、测量速度快等特而得到广泛应用[1]。数字电压表的内部核心部件是A/D转换器，转换的精度很大程度上影响着数字电压表的准确度。本文是以简易数字直流电压表的设计为研究内容，采用单片机将连续的直流电压转换成不连续的离散的数字形式并加以显示，本系统主要包括：转换模块、数据处理模块及显示模块。其中，A/D转换采用ADC0808芯片，单片机芯片采用AT89C51，显示模块采用四个LED数码管。二、设计总体方案（一）设计要求（1）以单片机为核心器件，组成一个简单的直流数字电压表。（2）能够测量0-5V之间的直流电压值。（3）电压显示至少能够显示两位小数。（二）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，数据端口与单片机的P2口相连，控制引脚和P3口的低四位引脚。（3）电压显示采用4位一体的LED数码管。（4）LED数码的段码输入与P1口连接。位码输入，用P3口高四位控制。..（三）设计方案硬件电路设计由4个部分组成;A/D转换电路，AT89C51单片机系统，LED显示系统以及测量电压输入电路。硬件电路设计框图如图1所示。电压输入A/D转换单片机显示装置图1数字电压表系统硬件设计框图三、硬件电路设计（一）A/D转换模块把模拟量转化成数字量的器件称为模/数转换器（A/D转换器），A/D转换器是单片机数据采集系统的关键接口电路，常用的A/D转换器有：双积分式、逐位比较式及并行直接比较式等几种。本设计采用ADC0808芯片。ADC0808是采用CMOS工艺制成的8位8通道A/D转换器，采用28脚DIP封装。片内带有锁存功能的8路模拟开关，可以对8路0-5V输入模拟电压信号分时进行转换，由于ADC0808设计时考虑到若干种模/数变换技术的长处，所以该芯片非常适应于过程控制，微控制器输入通道的接口电路，智能仪器和机床控制等领域。ADC0808芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，其引脚图如图2所示。..图2ADC0808引脚图下面说明各个引脚功能:IN0-IN7（8条）：8路模拟量输入线，用于输入被转换的模拟信号。ALE：地址锁存允许信号，输入。由低到高的正跳变有效，此时锁存地址选择线的状态，从而选通相应的模拟通道，以便进行A/D转换。ADDA,ADDB,ADDC：模拟通道的地址选择线，输入。其对应关系如表1所示：表1ADC0808通道选择表地址码对应的输入通道CBA000011110011001101010101IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7START：启动信号，输入，高电平有效。为了启动转换，在此端上应加一个正脉冲信号，脉冲的上升沿将内部寄存器全部清0，在其下降沿开始转换。EOC：转换结束信号，输出，高电平有效。在START信号的上升沿之后0-8个时钟周期内，EOC变为低电平。当转换结束时，EOC变为高电平，这时转换得到的数据可供读出。OUT1-OUT8：数字输出线，输出。OUT1为最高位，OUT8为最低位。..OE：输出允许信号，输入，高电平有效。当OE有效时，A/D的输出锁存缓冲器开放，将其中的数据，放到外面的数据线上。VREF+、VREF-:参考电压输入量，给电阻阶梯网络供给标准电压。Vcc、GND:Vcc为电源输入端，GND为接地端。（二）单片机系统AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含有4KB的可反复擦写的程序存储器和128字节的数据存储器。AT89C51采用DIP封装形式，引脚配置如图3所示。XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U4AT89C51图3AT89C51的引脚图Vcc为+5V电源线，Vss接地。ALE：地址锁存允许信号。EA：片外存储器访问允许信号，低电平有效。PSEN：片外程序存储器选通信号，低电平有效。RST：复位输入信号，高电平有效。XTAL1和XTAL2：这两个端子用来接外部石英晶体。（三）复位电路和时钟电路80C51单片机内部带有时钟电路，因此，只需要在片外通过XTAL1和XTAL2引脚接入定时控制元件（晶体振荡器和电容），即可构成一个稳定的自激振荡..器。在80C51芯片内部有一个高增益反相放大器，而在芯片外部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和电容。XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51X1CRYSTALC11nFC21nFvccC31uFR1100图4单片机最小系统图在本系统中选择的时钟信号的震荡频率为12MHz。上述复位电路，上电自动复位，按键电平复位。使单片机从0000H单元开始执行程序。（四）LED显示系统设计在应用系统中，设计要求不同，使用的LED显示器的位数也不同，因此就生产了位数，尺寸，型号不同的LED显示器供选择，在本设计中，选择4位一体的数码型LED显示器。本系统中前一位显示电压的整数位，即个位，后3位显示电压的小数位。4-LED显示器引脚如图5所示，是一个共阴极接法的4位LED数码显示管，其中A，B，C，D，E，F，G为4位LED各段的公共输出端，1、2、3、4分别是每一位的位数选端，DP是小数点引出端，4位一体LED数码显示管的内部结构是由4个单独的LED组成，每个LED的段输出引脚在内部都并联后，引出到器件的外部。..图54位LED数码显示管对于这种结构的LED显示器，它的体积和结构都符合设计要求，由于4位LED阴极的各段已经在内部连接在一起，所以必须使用动态扫描方式（将所有数码管的段选线并