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基于单片机at89c51的数字电压表设计毕业设计论文.docx
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第 1 章 绪论
1.选题背景及意义:
电压表已经有 100 多年的发展历史,虽然不断改进与完善,仍然无法满足现
代电子测量的需求,近二十年,微电子技术,计算机技术,集成技术,网络技术
等高新技术得到了迅猛发展。这一背景和形势,不断地向仪器仪表提出了更高、
更新、更多的要求,如要求速度更快、灵敏度更高、稳定性更好、样品量更少、
遥感遥测更远距、使用更方便、成本更低廉、无污染等。同时也为仪器仪表科技
与产业的发展提供了强大的推动力,并成了仪器仪表进一步发展的物质、知识和
技术基础。数字电压表(Digital Voltmeter 简称 DVM)自 1952 年问世以来,显示
出强大的生命力,现已成为在电子测量领域中应用最广泛的一种仪器。数字电压
表可以显示清晰、直观,读数准确,准确度高,分辨力强,测量范围广,扩展能
力强,测量速度快,输入阻抗高,集成度高,微功耗和抗干扰能力强等优点,独
占电压表产品的熬头。
DVM 的高速发展,使它已成为实现测量自动化、提高工作效率不可缺少的
仪表,数字化是当前计量仪器发展的主要方向之一,而高准度的 DC-DVC 的出
现,又使 DVM 进入了精密标准测量领域。随着现代化技术的不断发展,数字电
压表的功能和种类将越来越强,越来越多,其使用范围也会越来越广泛。采用智
能化的数字仪器也将是必然的趋势,它们将不仅能提高测量准确度,而且能提高
电测量技术的自动化程序,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(如:温度计、湿度计、酸度计、重量、厚度仪等),几乎覆
盖了电子电工测量、工业测量、自动化仪表等各个领域。从而提高计量检定人员
的工作效。
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,本设计 A/D 转换器采用 ADC0808 对输人模拟信号
进行转换,控制核心 AT89C51 再对转换的结果进行运算和处理,最后驱动输出
装置显示数字电压信号。
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第 2 章 总体设计方案
2.1 系统设计
主要分为两部分:硬件电路及软件程序。硬件电路包括:单片机及外围电路,
A/D 转换电路,数码管显示电路,各部分电路的衔接。软件的程序可采用 C 语言
或汇编,这里采用汇编语言,详细的设计思路在后面介绍。
2.2 设计方案
数字电压表的设计方案很多,但采用集成电路来设计较流行。其设计主要是
由模拟电路和数字电路两大部分组成,模拟部分包括 A/D 转换器,数字部分包括
振荡器,数码显示,复位电路。其中,A/D 转换器将输入的模拟量转换成数字量,
它是数字电压表的一个核心部件,对它的选择一般有两种选择方案:
2.2.1 AD 的选择
(1)采用双积分 A/D 转换器 MC14433,它有多路调制的 BCD 码输出端和超
量程输出端,采用动态扫描显示,便于实现自动控制。但芯片只能完成 A/D 转换
功能,要实现显示功能还需配合其它驱动芯片等,使得整部分硬件电路板布线复
杂,加重了电路设计和实际焊接的工作。
(2)逐次逼近式 A/D 转换器。它的转换速度更快,而且精度更高,比如
ADC0808、ADC0809 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,将数字量送单片机进行分析和显示。这样电路
设计简单,电路板布线不复杂,便于焊接、调试。这里采用这种方案。选择 ADC0808
作为模数转换器件,AD 转换器采用一路模拟量输入,能够测量 0—5V 直流电压。
2.2.2 显示部分
显示部分可以采用各类数码管或用 LCD 显示器显示。这里电压采用 4 位一体的
LED 数码管显示,LED 数码的段码输入,由并行端口 P0 产生:位码输入,用并行
端口 P2 低四位产生。并且采用动态扫描的显示方式。
2.2.3 控制器件
AT89C51 功能性能:与 MCS-51 成品指令系统完全兼容;4KB 可编程闪速存储器;
寿命:1000 次写/擦循环;数据保留时间:10 年;全静态工作:0-24MHz;三级
程序存储器锁定;128*8B 内部 RAM;32 个可编程 I/O 口线;2 个 16 位定时/计数
器;5 个中断源;可编程串行 UART 通道;片内震荡器和掉电模式
[6]
。所以选择
AT89C51 单片机为核心控制器件。其他在硬件设计部分介绍。
2.2.4 总体设计方案
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,LED 显
示系统、时钟电路、复位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。
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图 1 数字电压表系统硬件设计框图
时钟电路
复位电路
A/D 转换电路
测量电压输入
显示系统
AT89C51
P1
P2
P2
P0
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