51单片机的数字电压表设计

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1、基于单片机的数字电压表的设计摘要近些年来，数字电压表逐渐进入人们的视线中，它主要采取数字化测量技术。与传统的指针式仪表相比，它的功能有了进一步的完善，并且精度也有了很大的提高。数字电压表主要采用单片机和模/数转换模块，这样不仅提高了测量速度，而且抗干扰能力强、使用便捷、可扩展性强、测量准确。本文主要采用AT89C51单片机和ADC0808芯片制作的简易数字电压表，可以采集0~5V和5~10V的模拟直流电压进行测量，其测量结果在液晶LCD1602上显示。该设计硬件电路主要有三个模块组成:A/D转换模块、数据处理模块及输出显示模块。数据处理由单片机AT89C51来

2、完成，它主要把ADC0808传送来的数值经一定的数据处理，然后送至显示模块进行显示，同时控制显示芯片1602的工作。程序设计上有各模块初始化操作、电压档位选择和LCD1602液晶显示程序等。关键词:单片机;数字电压表;LCD1602;ADC0808;AT89C511系统硬件设计总体方案1.1设计要求以MCS-51单片机为关键部件，制作一个简易的数字电压表。（1）使用双通道可选择直流电压输入，能够测量0-5V和5-10V之间的直流电压。当电压值超过5V时，选择通道2（5-10V通道）采集电压。（2）使用LCD1602来完成电压的液晶显示。（3）使用较少的元器件，

3、尽可能降低功率损耗，同时准确、快速完成测量。（4）由于电压表允许过载，因此所测电压允许适当超过量程。1.2设计方案总体设计电路有以下几部分组成：AT89C51单片机、A/D转换电路、液晶LCD显示电路、时钟电路、复位电路、被测电压输入电路及量程选择和报警电路。总体硬件设计框图如图1-1所示:AT89C51P1时钟电路A/D转换电路输入直流复位电路电压显示电路P2量程选择图1-1硬件电路设计框图21.32.系统硬件电路设计2.1A/D转换模块日常生活中的物理量都是模拟量，为了能够方便的分析各个量，就需要把模拟量转换成数字量的器件。现在越来越多的设备都需要进行模数

4、转换，把复杂的模拟信号转换成已明白的数字信号，因此A/D转换器也得到了更深一层的研究。按照不同的A/D转换芯片的转换原理可把其分为逐次逼近行、双积分型等。其中双积分式A/D转换器抗干扰能力强、转换精度高、价格便宜。但与双积分相比，逐次逼近式A/D转换的转换速度更快，而且精度更高，它们可以与单片机系统连接，将数字量送入单片机进行分析和显示。一个n位的逐次逼近型转换器只需要比较n次，这样大大节省了时间，而且逐次逼近型转换速度快，因而在实际中得到广泛的使用。由于ADC0808芯片采用逐次逼近式A/D转换原理，因此本设计便运用其进行模/数转换，它可以实现8路模拟信号的

5、选择采集，而且它的转换时间为100us。此次使用的是12MHz的晶振，因此它能够提供转换的时钟即满足设计的需要。n对于n位的A/D转换器，它的分辨率是满量程输入电压和2之比。ADC0808的满量程为5V。则其分辨率为0.02V。ADC0808内部结构主要有8路模拟通道选择开关、地址锁存与译码器和8位A/D转换器、三态输出锁存器等构成，其引脚及连接电路如图2-1所示：3图2-1ADC0808引脚图由图2-1所示，其中IN0~IN7为模拟量输入通道，其输入电压范围均为0~5V。此次设计分为两通道输入分别为IN0（0-5V）和IN1（5-10V），并且采用开关K1、

6、K2来选择。A、B、C为模拟量输入通道的选择端，是与单片机的P1相连并通过软件的编程产生控制信号。ALE、START为地址锁存允许信号和转换启动信号，它们都有单片机P3口产生控制信号。转换器的CLK由单片机的中断程序产生，主要是完成输入数据的扫描。EOC是ADC0808转换结束信号端口，只有等到EOC变为高电平，数据转换才结束。实现这个过程，就需要使用程序设计来完成。OE是输出允许信号，只有OE为低电平时，才能输出转换得到的数据。程序中先让OE为0，然后为1，这样把数据送入单片机P2口。VREF（+）、VREF（—）是芯片的电源接口。2.2电压输入电路ADC0

7、808的基准电压为+5V，所以当要测量的电压值超过5V时则需要由开关选择衰减电路，经过衰减后输入转换采集器。输入电路如图2-4所示：4图2-4输入电路图当要测试的电压为0~5V时，选择IN0输入，在仿真中运用滑动变阻器分压的原理产生0-5V的电压来代表实际电压。而当超过5V时则选择左边的电路，由于实际的电压变允许适当的超量程，所以图中R5和R6的电阻值分别为6k、3k，这样就把电压衰减为原来电压值的1/3，同时由于RV5分压的原理可以得到5~10V的电压来模拟实际要测试的电压值。同时其最高测量电压允许适当超过10V。这样本电压表就有两个量程即0~5V和5V~1

8、0V。需要变换量程时，由选侧开关K1、