基于单片机的数字电压表设计

论文总字数：9163字

摘 要

本文介绍了一种基于单片机的简易数字电压表的设计,该设计主要由三个模块组成：A/D转换模块，数据处理模块及LED显示模块，能够测量一定范围内的电压量。将输入的模拟电压量通过转换器转换成对应的数字量，然后将数字量传送给单片机进行数据处理，最后由七段数码管显示屏显示出来。通过仿真，设计的电压表能够显示出相对应的数字量。本系统所需元器件少、电路结构简易、成本耗费低，给家庭和工业提供了便利。

关键词：数字电压表，模块，数据处理，七段数码管

Abstract: This article describes a simple digital volt meter based on single-chip design, the design and consists of three modules: a/d conversion module, module and LED display module, capable of measuring voltage within a certain range. Input corresponds to the analog voltage converter to convert to digital, and digital transmission to single-chip microcomputer for data processing, and finally by seven-segment digital tube display is displayed. Through the simulation, voltmeter designed to display corresponding to digital form. Our system components, circuit of simple structure, low cost less, to facilitating the domestic and industrial.

Key words : Digital voltage meter, Modules, data processing, seven-segment digital tube

目 录

1 引言 4

2 系统方案设计 4

2.1 系统总体设计方案 4

2.2 系统设计框图 4

3 系统硬件设计 5

3.1 单片机的选择 5

3.1.1 AT89C51单片机的结构和性能 6

3.1.2 AT89C51的引脚特性概述 6

3.2 A/D转换器ADC0808 8

3.2.1 逐次逼近型ADC0808转换原理 8

3.2.2 ADC0808外部引脚特性 8

3.3 时钟与复位电路 10

3.3.1 时钟电路设计及电路图 10

3.3.2 复位电路设计及电路图 10

3.4 LED显示系统设计及电路图 11

3.4.1 LED基本结构 11

3.4.2 LED显示器的选择及译码 11

3.4.3 显示器与单片机接口 12

4 系统软件设计 13

4.1 软件设计方案 13

4.2 软件设计流程图 13

4.3 系统子程序设计 14

4.3.1 初始化程序 14

4.3.2 A/D转换模块子程序 14

4.3.3 显示系统模块子程序 15

5 仿真 16

5.1 仿真步骤 16

5.2 显示结果及误差分析 16

5.2.1 显示结果 16

5.2.2 误差分析 17

结论 18

参考文献 19

致谢 20

1 引言

随着电子智能化的速度加快，电压表也顺应时代的要求逐步改良，数字电压表越来越得到工农生产业和家庭生活的青睐，数字电压表在成本、精度、测量速度、抗干扰能力方面都体现了比较大的优势，是大众不可或缺的测量仪器。不管是生产领域还是家庭使用方面，人们都开始追求成本低、精度高的数字电压表来进行测量。数字电压表扩展性强、读取数据方便，抗干扰能力好，已被广泛用于各个领域的电子测量。转换精度随着转换器的不同而改变，转换器位数越高，测量精度也越高，因此，应该尽量选择转换器位数高的。

本次设计的简易数字直流电压表由数据转换模块、数据处理模块及数据显示模块构成。其中，A/D转换模块选用ADC0808，控制核心选用AT89C51，二者结合，对输入数据进行处理转换，最后在数码管上显示^［５］。

2 系统方案设计

2.1 系统总体设计方案

本系统主要以AT89C51单片机为主要控制器件，逐次逼近型的ADC0808为主要转换器件，四位七段LED数码管为主要显示器件，Proteus为主要仿真软件，争取以最低的成本和最少的元器件来设计出测量精度在0.02V之内、测量范围在0-5V的基于单片机的数字电压表。

2.2 系统设计框图

简易式数字电压表容易实现，成本相对较低，测量获取电压值的速度也快，系统通过软件设置定时器T0产生中断，选择8路通道中的一路，将电压值送入ADC0808转换器进行转换，并设置EOC端和eo端为高电平，将转换的十进制数存入RAM。最后软件编程将转换结果显示在七段数码管上^[2]。整个系统硬件部分由AT89C51单片机系统，ADC0808转换电路、LED七段数码管显示系统、时钟电路、复位电路、测量电压输入电路这六个部分构成，系统框图如图1：

图1 系统总体设计框图

3 系统硬件设计

系统硬件电路由ADC0808转换器、AT89C51单片机系统、四位七段LED数码管显示系统、测量电压输入电路、时钟电路和复位电路六部分构成，整体电路图如图2：

图2 系统整体电路图

3.1 单片机的选择

MCS-51系列单片机都是八位的，按资源的配备数目分成51基本型和52增强型，独具特色，已经成为单片机开发者的首选。AT89C51系列单片机功耗低，同时其片内集成了4KB的FalshPEROM用来寄存应用程序，不仅容许普通的编程器离线编程，还支持在线编程，自动对程序提供加密保护^[1]。AT89C51系列单片机的晶振频率高，一个机器周期短，工作速度比其他单片机快。AT89C51系列单片机操作指令简单，电路也很简洁，硬件设计相对比较方便，内部资源丰富，供多个领域使用。

3.1.1 AT89C51单片机的结构和性能

AT89C51单片机中，CPU是运算和控制中心；RAM进行数据存储；ROM进行程序存储；I/O接口分为串行接口和并行接口两种，共32个，双向可独立寻址；T0/T1是定时器/计数器，共2个；中断系统可以管理5个中断源，两级中断；内部总线是内部各部件之间进行信息交流的通道；数据储存性能好保密性高；不管是闲置还是掉电模式，功率消耗都很低，综合而言，AT89C51单片机是一种高效的控制器。

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