基于8051单片机的数字电压表课程设计

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1、1.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。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[1]。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。采用单片机的数字电压表，将连续的模拟量如直流电压转换成不连续的离散的数字形式并加以显示，从而精度高、抗干扰能力强，可扩展性

2、强、集成方便，还可与PC实时通信。数字电压表是诸多数字化仪表的核心与基础[2]。以数字电压表为核心，可以扩展成各种通用数字仪表、专用数字仪表及各种非电量的数字化仪表。目前，由各种单片机和A/D转换器构成的数字电压表作全面深入的了解是很有必要的。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[4]。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%。目前，数

3、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LCD显示数字电压信号。2.设计总体方案2.1设计要求⑴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；⑵采用1路模拟量输入，有2.5V、5V、10V三个量程；⑶电压显示用LCD显示，至少能够显示三位小

4、数；⑷有报警电路；（5）尽量使用较少的元器件。2.2设计思路⑴根据设计要求，选择AT89C51单片机为核心控制器件。⑵A/D转换采用ADC0808实现，与单片机的接口为P0口引脚。⑶电压显示采用1602LCD显示。2.3设计原理选定以8051单片机为核心器件，组成一个简单的直流数字电压表。此电路的工作原理是：+5V模拟电压信号通过变阻器RV2分压后由ADC08008的IN0通道进入（由于使用的IN0通道，所以ADDA,ADDB,ADDC均接低电平），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AT89C51芯片的P0口，AT89C51负责把接收到的数字量经过数据处理

5、，产生正确的二进制数码经过算法转化成十进制数，然后将数据送往显示缓冲区，最后单片机通过调用LCD显示子程序，进行循环显示；同时它还通过其它的I/O口P2.1控制LCD寄存器选择信号，P2.2控制LCD读/写选择信号，P2.3控制LCD使能信号。此外，AT89C51还控制ADC0808的工作。其中，单片机AT89C51通过P2.0发正脉冲启动A/D转换，P3.3检测A/D转换是否完成，转换完成后，AD0808的EOC口置高，然后通过74LS02变成低电平，再通过查询的方式P3.3口是否为低电平，若转化完成从P0口读取转换结果送给LCD显示出来。该电路采用1路模拟量输入，通过模拟的电位器的

6、控制改变，能够测量0-5V之间的直流电压值。电压显示用LCD显示，至少能够显示两位小数。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，LCD显示系统、时钟电路、报警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。这里选用的8051单片机集成了并行I/O口、异步串行口、16位定时器/计数器、中断系统、片内RAM、和片内ROM以及一些功能部件。图1硬件电路设计框图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

7、理可分为逐次逼近型，双重积分型等等。双积分式A/D转换器具有抗干扰能力强、转换精度高、价格便宜等优点。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，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。一个n位的逐次逼近型A/D转换器只需要比较n次，转换时间只取决于位数和时钟周期，逐次逼近型A/D转换器转换速度快，因而在实际中广泛使