基于单片机的数字电压表设计学士学位论文.doc

基于单片机的数字电压表设计

设计总说明

本文详细介绍了一种基于单片机的数字电压表设计方案。该设计方案主要

由四个模块组成：模拟输入模块，A/D 转换模块，数据处理模块及显示模块。模

拟输入模块会根据待测电压的大小自动选择不同的转换通道，A/D 转换主要由芯

片 ADC0809 来完成，它负责把采集到的模拟量转换为相应的数字量，然后传送

到单片机的数据处理模块。数据处理则由芯片 AT89C51 来完成，其负责把

ADC0809 传送来的数字量经过一定的数据处理，产生相应的显示码送到显示模块

进行显示，此外,它还控制着 ADC0809 芯片工作。

Design Description

This paper which introduces a kind of simple digital voltmeter is based on

single-chip microcontroller design. The circuit of the voltage meter is mainly

consisted of four mould pieces:Anolog input mould piece, Anolog input is

mainly convert automatically select different channels according to the size of the

test voltage.A/D converting mould piece, A/D converting is mainly completed by the

ADC0809, it converts the collected analog data into the digital data and transmits the

outcome to the manifestation controlling mould piece. Data processing is mainly

completed by the AT89C51 chip, it processes the data produced by the ADC0809

chip and generates the right manifestation codes, also transmits the codes to the

range conversion function.

Keywords:Single-chip microcontroller; Digital voltmeter; A/D converter;

Automatic conversion range

目 录

1 绪 论......................................................................................................................1

1.1 数字电压表简介 ...............................................................................................1

1.2 课题意义和目的 ...............................................................................................2

2 基于单片机的数字电压表的整体设计 ................................................................3

2.1 设计指标 ...........................................................................................................3

2.2 系统概述 ...........................................................................................................3

3.3.1 A/D 转换芯片的选择...............................................................................8

3.3.2 重要元器件介绍......................................................................................8

3.3.3 A/D 转换电路 ........................................................................................11

3.4 数据处理模块 .................................................................................................11

3.4.1 单片机的选择........................................................................................12

3.4.2 重要元器件介绍....................................................................................12

3.4.3 单片机复位电路设计............................................................................14

3.4.4 单片机时钟电路设计............................................................................14

3.4.5 电源电路................................................................................................15

3.5 显示模块.........................................................................................................16

3.5.1 重要元器件介绍....................................................................................16

3.5.2 LED 显示器与单片机接口设计.............................................................18

3.6 单片机和 PC 机通信模块连接 .......................................................................19

4 基于单片机数字电压表的软件设计 ..................................................................21

4.1 程序设计总方案 .............................................................................................21

4.2 子程序设计 .....................................................................................................22

5.2 显示结果及误差分析 .....................................................................................26

5.2.1 显示结果................................................................................................26

5.2.2 误差分析................................................................................................27

6 总 结....................................................................................................................29

致 谢.........................................................................................................................30

参考文献.....................................................................................................................31

附 录.........................................................................................................................32

的测量最为经常。而且随着电子技术的发展，更是经常需要测量高精度的电压，

续的模拟量(直流输入电压)转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。

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。目前，由各种单片机和 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，

显示出强大的生命力。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。

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

的从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，本文 A/D 转换器采用 ADC0809 对输入模拟信号进行转换，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

20 世纪 90 年代初，世界各国相继研发了新的 A/D 转换技术。例如：四斜

率 A/D 转换技术（美国）、余数再循环技术（美国）、自动校准技术（英国）、

固态真有效值转换技术（英国）、约瑟夫森效应基准源、智能化专用芯片（80C51

系列，荷兰）等，这些新技术使数字电压表向高准确度、高可靠性及智能化、

低成本方向发展。

2）智能化、复合型仪表

由 CMOS 数字 IC、模拟 IC 及微处理器集成在一个超大规模集成电路内，只