数字电压表

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学号:4106032049毕业设计（论文）题目：数字电压表的设计院（部）系信息工程学院所学专业电子信息科学与技术年级、班级2006级本科1班完成人姓名指导教师姓名专业技术职称2010年6月10日

1论文原创性保证书我保证所提交的论文都是自己独立完成，如有抄袭、剽窃、雷同等现象，愿承担相应后果，接受学校的处理。专业：电子信息科学与技术班级：2006级签名：年月日

2泰山医学院本科毕业设计(论文)摘要数字电压表(DigitalVoltmeter,简称DVM)是采用数字化测量技术,把连续的模拟电压量转换成不连续、离散的数字化形式并加以显示的仪表。传统指针式电压表功能单一、精度低,难于满足数字化时代的需求,采用A/D转换器和单片机构成的数字电压表,由于具有测量精度高,抗干扰和可扩展能力强,以及集成性能好等优点,目前已被广泛应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。与此同时,由DVM扩展而成的各种通用及专用数字仪器仪表,也把电量及非电量测量技术提高到崭新水平。本文在介绍数字电压表设计要求的基础上，详细讨论了系统设计方案的选取，重点介绍了基于AT89S52和ADC0809的硬件和软件方案的设计，并对系统进行调试和性能分析。关键词：AT89S52；数字电压表；系统设计；

3泰山医学院本科毕业设计(论文)AbstractThedigitalvoltmeter(DigitalVoltmeter,iscalledDVM)usesthedigitizedsurveytechnology,transformsthemeasuringappliancethecontinualsimulationvoltagequantitywhichnotcontinuously,theseparatedigitizedformanddemonstrated.Thetraditionalindicatortypevoltmeterfunctionsole,theprecisionislow,difficultywithsatisfiesthedigitizedtimethedemand,usesdigitalvoltmeterwhichtheA/Dswitchandthemonolithicintegratedcircuitconstitute,becausehasthemeasuringaccuracytobehigh,theantijammingandmayexpandability,aswellasintegratedperformancegoodandsoonmerits,atpresentwidelyhasbeenappliedinintellectualizedsurveydomainandsoonelectronicandelectrotechnicalmeasurement,industrialautomationmeasuringappliance,automatedtestsystem.Atthesametime,expandseachkindbyDVMwhichbecomesgeneralandthespecial-purposedigitalinstrumentmeasuringappliance,alsoenhancestheelectricquantityandthenon-electricalquantitysurveytechnologytothebrand-newlevel.Thispaperintroducesthedesignrequirementofdigitalvoltmenter，anddiscusseshowtochoosingthedesignschemeofthissystem，andmainlyintroducesthedesignofhardwareandsoftwareaswellasdescribingthedebuggingofsystemandtheanalysisofperformance.Keywords:AT89S52,digitalvoltmeter，systemdesigning

4泰山医学院本科毕业设计(论文)目录第一章绪论11.课题研究的目的与意义12.数字电压表的设计要求1第二章数字电压表的硬件设计21.硬件设计总体方案22.数字电压表的工作原理33.硬件电路设计及原理4A/D接口技术4第三章数字电压表的软件设计9参考文献10致谢11附录12

5第一章绪论第一章绪论1.课题研究的目的与意义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。数字电压表是诸多数字化仪表的核心与基础,电压表的数字化是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,这有别于传统的以指针加刻度盘进行读数的方法,避免了读数的视差和视觉疲劳。数字电压表的内部核心部件是A/D转换器,转换器的精度很大程度上影响着数字电压表的准确度。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。与此同时，由DVM扩展而成的各种通用及专用数字仪器仪表，也把电量及非电量测量技术提高到崭新水平。本文在简述数字电压表设计要求的基础上,重点介绍了基于AT89S52和ADC0809的某数字电压表的硬件和软件方案的设计。2.数字电压表的设计要求(1)输入直流电压(允许叠加频率为0~100Hz的交流信号),信号的最大幅度范围为0~±20V;(2)分辨率为3位半(即最大显示读数为±19.99V);(3)量程能自动转换,即根据测量结果,自动决定小数点位置;(4)能通过键盘或开关选择测量电压的平均值、峰值和有效值,并用LED显示测量的种类;(5)采用LED数码管显示(可以选用专用的LED显示模块或用多只LED数码管组成),显示信息包括测量的信号种类(平均值、峰值等)、电压极性和数值大小。15

6第二章数字电压表的硬件设计第二章数字电压表的硬件设计1.硬件设计总体方案数字电压表是诸多数字化仪表的核心与基础,电压表的数字化是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,这有别于传统的以指针加刻度盘进行读数的方法,避免了读数的视差和视觉疲劳。目前数字电压表的内部核心部件是A/D转换器,转换器的精度很大程度上影响着数字电压表的准确度,数字式电压表是由高阻抗电压表头与分压电路组成的，数字电压表的总体设计框图如图2.1.1：AD采样AT89S52程序烧录硬件框图：LED显示高压，短路报警ADC0809键盘电源电源电源图2.1.1总体设计框图根据数字电压表的功能实现要求，选用AT89S52单片机作控制系统，由ADC0809实现A/D转换功能。电源部分提供整个系统的电能，单片机部分控制系统，显示部分显示测量结果以及模式状态，模数转换采集电压以及电阻值发送到单片机，如果电压过高超过量程或者测量短路，单片机控制蜂鸣器报警。通过程序烧录模块可以通过烧录线烧入程序。15

7第二章数字电压表的硬件设计1.数字电压表的工作原理图2.2.1数字电压表的工作原理图1.各部分功能:3位半A/D转换器：将输入的模拟信号转换成数字信号。基准电源：提供精密电压，供A/D转换器作参考电压。译码器：将二-十进制（BCD）码转换成七段信号。驱动器：驱动显示器的a、b、c、d、e、f、g七个发光段，驱动发光数码管（LED）进行显示。15

8第二章数字电压表的硬件设计显示器：将译码输出的七段信号进行数字显示，读出A/D转换结果。2．电路工作数字电压表通过位选信号～进行动态扫描显示，由于MC1433电路的A/D转换结果是采用BCD码多路调制方法输出，只要配上一块译码器，就可以将转换结果以数字方式实现四位数字的LED发光数码管动态扫描显示。～输出多路调制选通脉冲信号，选通脉冲为高电平，则表示对应的数位被选通，此时该位数据在～端输出。每个选通脉冲高电平宽度为18个时钟脉冲周期，两个相邻选通脉冲之间间隔2个时钟脉冲周期。和的时序关系是在脉冲结束后，紧接着是输出正脉冲。以下依次为、和。其中对应最高位（），则对应最低位（）。在对应、和选通期间，～输出BCD全位数据，即以8421码方式输出对应的数字0～9。在选通期间，～输出千位的半位数0或1及过量程、欠量程和极性标志信号。1.硬件电路设计及原理A/D接口技术ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。1.ADC0809的内部逻辑结构ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换.ADC0809内部逻辑电路图及引脚图分别如下：15

9第二章数字电压表的硬件设计图2.3.1ADC0809内部逻辑电路图图2.3.2ADC0809引脚图15

10第二章数字电压表的硬件设计ADC0809各脚功能：D7-D0：8位数字量输出引脚。IN0-IN7：8位模拟量输入引脚。VCC：+5V工作电压。GND：地。REF（+）：参考电压正端。REF（-）：参考电压负端。START：A/D转换启动信号输入端。ALE：地址锁存允许信号输入端。..EOC：转换结束信号输出引脚，开始转换时为低电平，当转换结束时为高电平。OE：输出允许控制端，用以打开三态数据输出锁存器。CLK：时钟信号输入端（一般为500KHz）。A、B、C：地址输入线。从三态输出锁存器取走转换完的数据。2.ADC0809应用说明（1）ADC0809内部带有输出锁存器，可以与AT89S51单片机直接相连。（2）初始化时，使ST和OE信号全为低电平。（3）送要转换的哪一通道的地址到A，B，C端口上。（4）在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号。（5）是否转换完毕，我们根据EOC信号来判断。（6）当EOC变为高电平时，这时给OE为高电平，转换的数据就输出给单片机了。LED数码管显示器基本的半导体数码管是由七个条状发光二极管芯片排列而成的。可实现0～9的显示。八段LED显示器与单片机的接口比较简单，只要将一个8位并行口与显示器的引脚对应相接即可，由8位并行口输出不同的字节数据，显示出不同的数字或字符。AT89S52芯片AT89S52，它是一个低功耗,高性能CMOS8位单片机,片内含8kBytesISP(In-systemprogrammable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造,兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构,芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP15

11第二章数字电压表的硬件设计Flash存储单元,功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。单片机基础电路如下：图2.3.3AT89S52基本电路图引脚功能概述：·VCC：电源电压·GND：地·RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。·ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。·PSEN：程序存储允许PSEN输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。·15

12第二章数字电压表的硬件设计EA/VPP：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。·XTAL1:振荡器反相放大器的内部时钟发生器的输入端。·XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。15

13第三章控制器的软件设计第三章数字电压表的软件设计数字电压表软件设计的总体结构，流程图如下：15

14第四章控制器的电路图设计参考文献[1]沙占友.新型数字电压表原理与应用[M].北京：机械工业出版社，2006.[2]吕长飞，吴小玉，唐娟，等.基于AT89C52智能温度控制器设计[J].微计算机信息，2007，7-2：83-84.[3]AD574ADatasheets.AnalogDevicesInc,1999.作者简介:李秋生(1976-),男(汉族),江西南康人,赣南师范学院物理与电子信息学院讲师,硕士,主要从事嵌入式系统和实时信号处理方面的研究;刘小燕(1979-),女,赣南师范学院物理与电子信息学院教师,硕士,从事电子信息教学工作,主要研究方向:单片机与嵌入式系统。[4].周向红/编著51系列弹片机应用与实践教程，北京航空航天大学出版社，2008.[5].胡辉/编著单片机原理与应用，中国水利水电出版社，2007.[6].徐瑞华/编著单片机原理与接口技术，人民邮电出版社，2008.[7].潘永雄/编著新编单片机原理与应用，西安电子科技大学出版社，2008.15

15第五章结论致谢大学生活一晃而过，回首走过的岁月，心中倍感充实，当我写完这篇毕业论文的时候，有一种如释重负的感觉，感慨良多。通过“简易数字电压表的设计”的设计过程，我们结合所学过的课程，了解了简易仪表的发展状况，掌握了目前自动化仪表的一般设计要求，工程设计方法，开发及设计工具使用方法，最重要的是通过这一设计实践过程，我们不再是约束在理论上，而是锻炼了我们的动手能力和分析，解决问题的能力，积累经验，培养按部就班，一丝不苟的工作和对所学知识的综合应用能力，了解了很多课本上学不到的知识，我想这样的实践环节在我的学生生涯是很难得的，也为我们以后步入社会开始工作打下了一定的基础，最后我也要感谢组里的同学们，只有在他们团结协作下，本次课程设计才可以顺利进行并实现所有功能，同时我也明白了团结协作的重要性。首先当然要诚挚地感谢我的论文指导老师田娟老师。她在忙碌的教学工作中挤出时间来审查、修改我的论文。尤其是我因为个人工作原因不能按时回校的情况下，田娟老师更是给了我很多的帮助和照顾，再次真诚地感谢她。祝她在以后的工作中，工作顺利，事事顺心！其次还要感谢在整个毕业设计期间和我密切合作的同学，和曾经在各个方面给予过我帮助的伙伴们，在大学生活即将结束的最后的日子里，我们再一次演绎了团结合作的童话，把一个庞大的，从来没有上手的课题，圆满地完成了。正是因为有了你们的帮助，才让我不仅学到了本次课题所涉及的新知识，更让我感觉到了知识以外的东西，那就是团结的力量。对上述朋友，再一次真诚地表示感谢！15

16参考文献附录程序ORG: 0000H       SJMP  START START：MOV SP，#60H       MOV 50H，#00H       MOV B，#00H       MOV R6，#04H       MOV DPTR，#7FF8HTTO：MOVX @DPTR,A      NOP       NOP       JB P3.2,$      MOVX A,@DPTR      ADD A,50H      MOV 50H,A      JNC TT1      INC  B  TT1:DJNZ R6,TTO      CLR C      XCH A,B      RRC A      XCH A,B      RRC A      CLR C      XCH A,B      RRC A      XCH A,B      RRC A      MOV 50H,A      SJMP DATA  *****数据处理*******  DATA:MOV A,50H       MOV B,#33H       DIV AB       MOV 20H,A       XCH A,B       MOV B,#05H       DIV AB       MOV 21H,A       MOV 22H,B15

17参考文献   *****显示程序*******   MODE:MOV R3,#00H        MOV A,#80H        MOV DPTR,#7FFFH        MOV @DPTR,A   DISP:MOV R0,#22H        MOV R2,#01H    LOOP:MOV A,#00H        MOV DPTR,#7FFFH        MOVX @DPTR,A        MOV A,R2        MOV DPTR,#7FFEH        MOVX @DPTR,A        MOV DPTR,#7FFCH        MOV A,@R0        INC  R3        ADD A,#19H        MOVC A,@A+PC        CJNE R3,#03H,L1        ORL  A,#80H    L1: MOV @DPTR,A        ACLL D1MS        DEC  R0        MOV A,R2        JB ACC.2,EXIT        RL A        MOV R2,A        AJMP LOOP    EXIT:AJMP START    ****数表*******    TAB:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H        DB 6DH,7DH,07H,7FH,6FH        DB 77H,7CH,39H,5EH,79H,71H  *****延时子程序*********    D1MS:MOV R7,#02H     DL0:MOV R6,#0FFH     DL1:DJNZ R6,DL1         DJNZ R7,DL0         RET         END15

18致谢15

19附录15