基于单片机的数字电压表的设计

论文总字数：17324字

摘 要

随着工业和社会的不断发展，多路采集系统在各领域的应用越来越广泛。尤其是以电压信号的采集制成的多路电压表更是遍地开花。以抗干扰能力强的单片机配合精度高的ADC0809设计一款多路电压表有着很大价值。本设计在主控制器上采用了性能更高的单片机芯片STC89C52，在模数转换器方面，则选用了支持8路模拟信号输入的A/D转换元件ADC0809。本设计采用了单片机直连数码管和ADC0809的方案，元件少，成本低。此方案采用了动态扫描显示技术和并行输入技术，实现了8路0至5v信号的实时监控，并且分辨率高达0.02V还可通过按键选择循环显示或某一单通道显示，软件方面采用C语言编写，效率高，可读性强，便于维护扩展。

关键词：ADC0809，AD转换，LED数码管，STC89C52

Abstract: With the continuous development of industry and society, multi-path acquisition system has been widely used in various fields. In particular, the multi-channel voltmeter with voltage signal is widely distributed. It is of great value to design a multi - circuit voltmeter with high anti - jamming and high precision ADC0809. This design adopts A single chip microcomputer chip STC89C52 with higher performance. In the aspect of analog-to-digital converter, A/D conversion element ADC0809, which supports 8-channel analog signal input, is selected. This design adopts the single-chip microcomputer with the digital tube and ADC0809 plan, the element is small, the cost is low. The scheme adopts the dynamic scanning display technology and parallel input technology, implements the 8 0 to 5 V signals real-time monitoring, and resolution as high as 0.02 V can also be through the key choice cycle display or a single channel, software using C language to write, high efficiency, readable, easy to maintain.

Key words: ADC0809, AD conversion, LED digital tube, STC89C52

目 录

1 绪论 4

1.1 选题背景及意义 4

1.2 研究历史及现状 5

2 系统总体设计方案 6

2.1设计要求 6

2.2设计思路 6

2.3设计方案 7

3 系统硬件设计 8

3.1 单片机模块 8

3.2 ADC0809模块 13

3.3 显示模块 16

3.4 系统总电路设计 18

4 系统软件设计 19

4.1程序设计总方案 19

4.2 系统子程序设计 19

5 系统仿真与测试 24

5.1仿真软件简介与使用 24

5.2仿真结果及误差分析 25

6 硬件布线与调试 27

6.1 Protel简介与布线 27

6.2 焊接指南 27

6.3实测及误差分析 28

结论 29

参考文献 30

致谢 31

附录A：源程序 32

附录B：元器件清单 36

附录C：实物图 37

1 绪论

1.1选题背景及意义

在电压、电流、电阻、电容、电感、频率等等一些基本的被测量中，电压量的测量显得举足轻重。而且随着电子技术的发展和工业的需求，对电压的测量精度更是有了更高的精度要求，所以不论现在还是未来人们根本离不开数字电压表。数字电压表英语单词全称为digital voltmeter，通常简称为DVM。生活中很多被测量都是模拟量，包括电压信号也是一种连续变化的模拟量。而显示器大都只能读懂离散的数字信号，核心来说，电压表就是把模拟电压转换成数字电压并交给显示器。在数字化发展的今天，电压表也引入了数字化测量技术。数字化测量给测量仪器带来了翻天覆地的变化，使得测量速度加快，读数更加方便准确，同时误差也减小了，精度大大提高。数字式仪器逐步取代传统仪器而得到到广泛应用。 与传统的指针式刻度电压表相比，传统电压表功能不仅非常少而且稳定性差，精度也很低，由于需要看指针刻度读数，非常容易使人产生视觉疲劳读数时更会有一定的视觉误差，而数字电压表在数字化测量技术的发展下，测量速度快，读书准确，误差小，精度也越来越高。以MCU为核心设计的数字电压表，就是用MCU控制模数转换器，将模拟量转化成数字量，最后再将数字量处理成显示段码然后加以显示。它不仅不怕干扰，精度高、可扩展性强、集成方便，还可利用串口通讯与PC等实时通信。正是因为上述种种优点，随着数字电表技术的成熟，越来越多功能化、智能化的仪表基于数字电压表被发明出来。21世纪以来，社会出现巨大变革，人才云集，微电子技术得到空前发展，数字测量领域也取得了进步。可见很有必要对各种单片机和A/D转换器构成的数字电压表作全面深入的了解和研究。最早从上世纪五十年代的继电器电压表，历经电子管时代的洗礼，如今和计算机一样实现了IC化固态化。在芯片技术的支持和设计方案的不断改进下，精度早已达到0.01%-0.005%甚至更高。数字化仪器的核心在于模数转换，虽然模数转换芯片已经高端化，但在精度上仍有一定的上升空间。未来生产成本更低，精度更高的数字电压表将是我们持续的奋斗目标。

1.2 研究历史及现状

自20世纪初期，电压表问世以来，虽然经过了100多年的发展,有了很大的改进与完善,但在现代电子技术的高速发展下，老式电压表已不能满足其测量需求。在强烈的需求推动下加上数字化技术的发展，于1952年数字电压表诞生了,自数字电压表问世以来，就受到了人们的热烈欢迎，表现出强大的生命力,到了今天已发展成为电子测量领域中不可或缺的一种测量仪器。数十年前数字电压表由于刚刚发明不久，它的体积异常巨大，采样速度也十分缓慢，但是较老式电压表而言，测量精度相对较高。当时主要放在在实验室里供研究人员使用，并没有实现广泛的民用。考虑到一开始采用伺服步进比较式原理实现模数转换的数字电压表成本过高且采样速度慢。人们提出了一种新的方案，基于双引伸出阶梯波技术的数字电压表被发明出来，虽然此方案在成本和采样速度上有了改善，但在精度和稳定性方面表现的差强人意，甚至还不如老式电压表。可见前期数字电压表仍有很大改进空间，实用价值有限，没有市场应用前景。斜坡采样速度方面稍有提高；在数字技术的高速发展的催动下，虽然数种数字电压表被陆续发明出来，但是在体积、重量、精度、便携性等方面都不能做到尽善尽美，最终没有得到市场的认可而没有获得广泛应用。后来随着集成电路和电子芯片的发展，数字电压表变得小型化，但是抗干扰能力很差，测量精度也没有显著提升，这让数字电压表的应用环境变得很窄。尤其是在电力行业，如果测得电压值精度不够甚至因为不稳定输出错误的电压值，将会造成不可想象的后果。在过去，虽然数字电压表的精度、稳定性等方面都有了提高，然而始终不能够满足达到人们的日常使用需求。发展到了21世纪的今天，局面已经焕然一新，随着新兴电子技术的快速发展，数字电压表的各种性能参数都得到突破式的提升。首先就种类而言。已经由一开始的一两种，发展出了数十种不同的电压表。而且在精度上，呈指数级提高，抗干扰方面也实现了飞跃。虽然外界干扰不可能完全被消除，但是运用了各种稳定性极强的新型电子元件后，这些外界干扰造成微小影响几乎不用考虑。这也是数字电压表抗干扰能力提高的根本所在。其次在采样速度方面也在单片机芯片技术的高速发展的带动下达到了8位甚至更高，这样的采样速度位数对一般的数字电压检测来说是足够的，用户可以实时获得他想要测量的电压值，并且几乎不会有任何延迟。而且较传统的数字电压表而言，体积上变得小巧精悍，稳定性更是不容置疑，精度方面也表现的擘两分星。

2系统总体设计方案

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