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随着我国现代化技术建设的发展,电子检测技术日新月异,本此设计基于89C51单片机的一种8路输入电压测量电路,该电路采用PCF5891A/D转换元件,实现数字电压表的硬件电路与软件设计。该系统的数字电压表电路简单, 可以测量0~5V的电压值,并在四位LED数码管上轮流显示或单路选择显示。所用的元件较少,成本低,调节工作可实现自动化。还可以方便地进行8路A/D转换量的测量,远程测量结果传送等功能。
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1 绪论 ...............................................................................................................................................2
1.1 电压表概述 .......................................................................................................................3
1.2 设计目的和意义研究的目的 ...........................................................................................3
1.3 课题设计要求 ...................................................................................................................3
2 数字电压表系统硬件设计...........................................................................................................4
2.1 系统设计框图 ...................................................................................................................4
2.2 硬件方案选择 ...................................................................................................................5
2.2.1 单片机芯片的选择方案和论证.............................................................................5
2.2.2 显示的选择 .............................................................................................................5
2.3 硬件模块电路设计 ...........................................................................................................5
2.3.1 单片机最小系统......................................................................................................5
2.3.2LCD1602 显示模块 ..................................................................................................7
2.3.3PCF8 591 模块电路设计.........................................................................................14
3 数字电压表系统软件设计.........................................................................................................20
3.1 主总流程图 .....................................................................................................................20
3.2 软件模块实现 .................................................................................................................20
3.2.1 串口初始化 ...........................................................................................................20
3.2.2 LCD1602 初始化 ....................................................................................................20
3.2.3 PCF8591 软件设计.................................................................................................22
4 结论 ............................................................................................................................................26
4.1 总结 .................................................................................................................................26
4.2 心得体会 .........................................................................................................................26
致 谢 ........................................................................................................................................27
参考文献 ........................................................................................................................................28
程序附录 ........................................................................................................................................29
2
摘 要
随着我国现代化技术建设的发展,电子检测技术日新月异,本此设计基于 89C51 单片机的
一种 8 路输入电压测量电路,该电路采用 PCF5891A/D 转换元件,实现数字电压表的硬件电路
与软件设计。该系统的数字电压表电路简单, 可以测量 0~5V 的电压值,并在四位 LED 数码
管上轮流显示或单路选择显示。所用的元件较少,成本低,调节工作可实现自动化。还可以方
便地进行 8 路 A/D 转换量的测量,远程测量结果传送等功能。
关键词:数字电压表,单片机, A/D 转,AT89C51
abstract
With the construction of modern technology, electronic detection technology advances, the
80C51 microcontroller for this design is based on an 8-input voltage measurement circuit that
uses ADC0809 A / D conversion components, digital voltage meter hardware and software
design . The system's digital voltmeter circuit is simple, can measure the voltage 0 ~ 5V, and the
four turns on the LED digital display or a single select Show. Fewer components used in low cost,
regulation work can be automated. You can also easily 8 A / D conversion volume measurement,
remote measurement transfer functions.
Keywords : Digital, voltmeter microcontroller ,A / D ,conversion AT80C51
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1 绪论
1.1 电压表概述
数字电压表简称 DVM,它是采用了数字化测量技术,把连续模拟量(直流输入电压)
转换成不连续,离散的数字形式加以现实的仪表。传统的指针是电压表功能单一,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,不可与 PC 进行实时通信。目前由各种单片机 A/D 转换器构成的数字电压
表,已被广泛的应用为电子及其电工的测量,工业自动化仪表,自动测试系统等智能化测量
领域,显示出强大的生命力。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
的指针加刻度盘进行读数的方法,避免了读数的视差和视觉的疲劳,目前数字电压表的核心
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。本设计主要分
为两部分:硬件电路及软件程序。而硬件电路又大体可分为单片机小系统电路、A/D 转换电
路、LED 显示电路,各部分电路的设计及原理将会在硬件电路设计部分详细介绍;程序的设
计使用汇编语言编程,利用纬福软件对其编译,详细的设计算法将会在程序设计部分详细介
绍。
1.2 设计目的和意义研究的目的
随着我国现代化建设的发展,电子检测产品日新月异,特别是单片机的出现,正在引
起测量控制仪表领域的新的技术革命。数字电压表则利用单片机技术结合 A/D 转换芯片,
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仪表。目前,有各种单片机转换
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,示出了强大的生命力。
数字电压表的现状和发展趋势
随着我国现代化建设的发展,电子检测产品日新月异,特别是单片机的出现,正在引起测量
控制仪表领域的新的技术革命。
数字电压表则利用单片机技术结合 A/D 转换芯片,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仪表。目前,有各种单片机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,示出了强大的生命力。
根据对出口、消费、投资等带动经济发展的“三驾马车”分析得出,我国电子信息产业总体
面临一个较为有利的发展环境:
1.3 课题设计要求
数字电压表示诸多数字化仪表的核心与基础,本次设计是采用 AT89C51 单片机与 PCF8591
为主要硬件设计一个可测量 0-10V 电压值的数字电压表。同时设计的精度为小数点后三位,
满足要求的两位小数的精度,在不考虑 AD 芯片的量化误差的前提下,此次设计的精度能够
满足一般测量的要求。
4
2 数字电压表系统硬件设计
2.1 系统设计框图
单片机
PCF8591电
池电压采集
电源模块
LCD1602显
示
图 2.1 系统框图
此次设计的是数字电压表,要求的电压范围是 0~10v。系统设计主要包括四个部分:分
别是电源模块、AD 模数转换部分、51 单片机最小系统部分、1602 液晶显示部分。首先由单
片机初始化 ADC0809 模数转换芯片和 1602 液晶显示,当外接被测电压后,pcf5891 将模拟电
压信号转换为数字信号输入到单片机的 I/O 口,通过单片机处理后将电压的大小显示在
1602 液晶上面。
5
2.2 硬件方案选择
2.2.1 单片机芯片的选择方案和论证
方案一:采用 51 单片机
51 单片机是 Atmel 公司生产的 8 位 8031 指令系统微控制器,IO 口无需寄存器设置即可双向
通信,芯片内部外设较少,网络上资料齐全,程序简单易懂,外围电路简单,成本低,最高时钟频率
为 24MHz,程序运行速度慢,并且稳定性不高,容易受到各种干扰。
方案二:AVR 单片机
AVR 单片机也是 Atmel 公司生产的 8/16 位精简指令微控制器,网络上资料比较齐全,程序比
较复杂,但不容易受到各种干扰。
方案三:采用 STM32F103RBT6 的 MCU(微控制器)。
STM32F103RBT6 单片机是基于 ARM 内核的 32 位 RISC 指令微控制器。关于 STM32F103RBT6
这一微控制器,在网络上有很多对他的介绍,程序也很容易懂,我在这里就不做很详细的说明
了,在此,说一下的他的具体的特点,他的最高时钟是 72MHZ,说道这里你就会明白,他的运行速
度就会比较快,功耗相对也比较低,也不容易受到干扰有很好的稳定性,但是他的成本相对的
也高,综合来看性价比不是太高。STM32F103RBT6 属于 STM32 单片机系列增强型,其内部外设
多,应用起来方便[9]。STM32 单片机的每一 I/O 口都可以设置为中断输入口,按键输入就不在
需要外加电路。
考虑到价格和系统实现简单,考虑使用 51 单片机。
2.2.2 显示的选择
方案一:
LED 数码管的动态显示,在单片机的应用中,是很广泛的一种显示方式。显示效果比较明显,也
很清晰,适合在强光条件像白天阳光很好的这种条件下使用。占用单片机接口也较少,显示数
字的话还可以,但显示字体就有点麻烦,连线也要花费一点时间,综合考虑此种方案不在选择
范围内。
方案二:
点阵式数码管,是通过发光二极管组成的,有八行八列的,也有十六行十六列的,显示文字和数
字均可,但只是用来显示数字的话综合价格和性能来看,其性价比不高,不宜作为本课题的首
选方案。
方案三:
采用 1602 液晶显示屏,液晶显示屏的拥有强大的显示功能,里面置有 192 种字符,可以显示很
多符号、数字,并且很清晰,功率消耗低寿命长抗干扰能力也强。所以在此设计中采用 1602 液
晶显示屏。
2.3 硬件模块电路设计
2.3.1 单片机最小系统
单片机到底是什么呢?就是一个电脑,只不过是微型的,麻雀虽小,五脏俱全:它内部
也有和电脑功能类似的模块。只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能,高效率,
以及高可靠性!由于单片机对成本是敏感的,所以目前占统治地位的软件还是最低级汇编语
言(近几年,C 语言也开始广泛被应用),一个可视化高级语言编写的小程序里面即使只有一
个按钮,也会达到几十 K 的尺寸!对于家用 PC 的硬盘来讲没什么,可是对于单片机来讲是
不能接受的。 C51 是这几年在我国非常流行的单片机,它是由美国 ATMEL 公司开发生产的,
其内核兼容 MCS-51 单片机。单片微型计算机简称单片机,是典型的嵌入式微控制器
(Microcontroller Unit),单片机芯片。常用英文字母的缩写 MCU 表示单片机,单片机又称
单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片
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