数字电压表设计

单片机系统课程设计单片机系统课程设计成绩评定表设计课题：数字电压表设计学院名称：电气工程学院指导教师：臧海河设计地点：31-630设计时间：2013-12-16～2012-12-27指导教师意见：成绩:签名：年月日单片机系统课程设计1单片机系统课程设计课程设计名称：数字电压表设计指导教师：臧海河课程设计地点：31-630课程设计时间：2012-12-16～2012-12-27单片机系统课程设计2单片机系统课程设计任务书学生姓名专业班级学号题目数字电压表设计课题性质工程设计课题来源自拟指导教师臧海河主要内容（参数）利用89C51设计一个数字电压表，实现以下功能：1．测量0-5V的直流输入电压值；2．测量值通过数码管直接显示出来；任务要求（进度）第1-2天：熟悉课程设计任务及要求，查阅技术资料，确定设计方案。第3-4天：按照确定的方案设计单元电路。要求画出单元电路图，元件及元件参数选择要有依据，各单元电路的设计要有详细论述。第5-6天：软件设计，编写程序。第7-8天：实验室调试。第9-10天：撰写课程设计报告。要求内容完整、图表清晰、文理流畅、格式规范、方案合理、设计正确，篇幅合理。主要参考资料[1]张迎新．单片微型计算机原理、应用及接口技术（第2版）[M]．北京：国防工业出版社，2004[2]伟福LAB6000系列单片机仿真实验系统使用说明书[3]阎石．数字电路技术基础（第五版）．北京：高等教育出版社，2006[4]夏路易石宗义．Protel99se电路原理图与电路板设计教程．北京：北京希望电子出版社，2004审查意见系（教研室）主任签字：年月日单片机系统课程设计3目录1概述....................................................................................................................................42设计总体方案....................................................................................................................52.1设计要求.....................................................52.2设计思路....................................................52.3设计方案....................................................53硬件电路设计.....................................................................................................................63.1A/D转换模块................................................63.1.1逐次逼近型A/D转换器原理...............................63.1.2ADC0808主要特性......................................73.1.3ADC0808的外部引脚特征..................................73.1.4ADC0808的内部结构及工作流程..........................93.2单片机系统................................................113.2.1AT89C51性能.........................................113.2.2AT89C51各引脚功能...................................113.3复位电路和时钟电路........................................123.3.1复位电路设计.........................................123.3.2时钟电路设计.........................................133.4LED显示系统设计...........................................143.4.1LED基本结构.........................................143.4.2LED显示器的选择.....................................143.4.3LED译码方式.........................................153.4.4LED显示器与单片机接口设计...........................153.5总体电路设计..............................................164程序设计..........................................................................................................................184.1程序设计总方案............................................184.2系统子程序设计............................................184.2.1初始化程序...........................................184.2.2A/D转换子程序.......................................18单片机系统课程设计44.2.3显示子程序...........................................194.2.4程序代码..............................................195总结...................................................................................................................................211概述什么是数字电压表？数字电压表就是采用数字化技术，把需要测量的直流电压转换成数字形式，并显示出来。通过单片机技术，设计出来的数字电压表具有精度高，抗干扰能力强的特点。通过网上资料显示，目前由各种A/D转换器构成的数字电压表已经广泛的应用于电工测量，工业自动化仪表等各个领域。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。而且随着电子技术的发展，更是经常需要测量高精度的电压，所以数字电压表就成为一种必不可少的测量仪器。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。目前，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，因而，以后数字电压表的发展就着眼在高精度和低成本这两个方面。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。单片机系统课程设计52设计总体方案2.1设计要求⑴在MCS-51系列单片机的基础上，组成一个直流数字电压表。⑵采用1路模拟量输入，能够测量0-5V之间的直流电压值。⑶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。2.2设计思路⑴基于AT89C51单片机来设计。⑵用ADC0808芯片做为A/D转换器，与单片机的接口为P1口和P2口的高四位引脚。⑶电压的输出显示采用4位一体的LED数码管。⑷LED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设计方案电路由以下六个部分组成;1.A/D转换电路，2.AT89C51单片机系统，3.LED显示系统、4.时钟电路、5.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。单片机系统课程设计6AT89C51时钟电路复位电路A/D转换电路测量电压输入显示系统3硬件电路设计3.1A/D转换模块现实世界的物理量都是模拟量，能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，按照各种A/D芯片的转化原理可分为逐次逼近型，双重积分型等等。逼近式A/D转换的转换速度更快，而且精度更高，比如ADC0809、ADC0808等，它们通常具有8路模拟选通开关及地址译码、锁存电路等，它们可以与单片机系统连接，将数字量送到单片机进行分析和显示。逐次逼近型A/D转换器转换速度快，因而在实际中广泛使用[1]。3.1.1逐次逼近型A/D转换器原理逐次逼近型A/D转换器是由一个比较器、A/D转换器、存储器及控制电路组成。它利用内部的寄存器从高位到低位一次开始逐位试探比较。转换过程如下：开始时，寄存器各位清零，转换时，先将最高位置1，把数据送入A/D转换器转换，转换结果与输入的模拟量比较，如果转换的模拟量比输入的模拟量小，则1保留，如果转换的模拟量比输入的模拟量大，则1不保留，然后从第二位依单片机系统课程设计7次重复上述过程直至最低位，最后寄存器中的内容就是输入模拟量对应的二进制数字量。其原理框图如图2所示：顺序脉冲发生器逐次逼近寄存器ADC电压比较器输入电压输入数字量3.1.2ADC0808主要特性ADC0808是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，带有使能控制端，与微机直接接口，片内带有锁存功能的8路模拟多路开关，可以对8路0-5V输入模拟电压信号分时进行转换.ADC0808主要特性:8路8位A/D转换器，即分辨率8位；具有锁存控制的8路模拟开关；易与各种微控制器接口；可锁存三态输出，输出与TTL兼容；转换时间：128μs；转换精度：0.2%；单个+5V电源供电；模拟输入电压范围0-+5V。3.1.3ADC0808的外部引脚特征ADC0808芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，其引脚图如图3所示。单片机系统课程设计8图3ADC0808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，用于输入和控制被转换的模拟电压。地址输入控制（4条）：ALE:地址锁存允许输入线，高电平有效，当ALE为高电平时，为地址输入线，用于选择IN0-IN7上那一条模拟电压送给比较器进行A/D转换。ADDA,ADDB,ADDC:3位地址输入线，用于选择8路模拟输入中的一路，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CBA000010011001010IN0IN1IN2IN3IN4单片机系统课程设计9111011101IN5IN6IN7START：START为“启动脉冲”输入法，该线上正脉冲由CPU送来，宽度应大于100ns，上升沿清零SAR,下降沿启动ADC工作。EOC:EOC为转换结束输出线，该线上高电平表示A/D转换已结束，数字量已锁入三态输出锁存器。D1-D8：数字量输出端，D1为高位。OE：OE为输出允许端，高电平能使D1-D8引脚上输出转换后的数字量。REF+、REF-:参考电压输入量，给电阻阶梯网络供给标准电压。Vcc、GND:Vcc为主电源输入端，GND为接地端