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单片机控制的数字电压表设计.doc
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单片机控制的数字电压表设计
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淮海工学院
课程设计报告书
课程名称: 智能仪器课程设计
题 目:单片机控制的数字电压表设计
系 (院): *********学院
学 期: 2012-2013-2
专业班级: ********
姓 名: ****
学 号: 031005110
评语:
成绩:
签名:
日期:
1 引言
在电量的测量中,电压、电流和频率是最基本的三个被测量,其中电压量的
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,所
以数字电压表就成为一种必不可少的测量仪器。数字电压表简称 DVM,它是采用
数字化测量技术,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的
仪表。由于数字式仪器具有读数准确方便、精度高、误差小、测量速度快等特而
得到广泛应用。
传统的指针式刻度电压表功能单一,进度低,容易引起视差和视觉疲劳,因
而不能满足数字化时代的需要。采用单片机的数字电压表,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,从而精度高、抗干扰能力强,
可扩展性强、集成方便,还可与 PC 实时通信。数字电压表是诸多数字化仪表的
核心与基础。以数字电压表为核心,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。目前,由各种单片机和 A/D 转换器构成的数字电
压表作全面深入的了解是很有必要的。
目前,数字电压表的内部核心部件是 A/D 转换器,转换的精度很大程度上影
响着数字电压表的准确度,因而,以后数字电压表的发展就着眼在高精度和低成
本这两个方面。
本文是以简易数字直流电压表的设计为研究内容,本系统主要包括三大模块:
转换模块、数据处理模块及显示模块。其中,A/D 转换采用 ADC0808 对输入的模
拟信号进行转换,控制核心 AT89C51 再对转换的结果进行运算处理,最后驱动输
出装置 LED 显示数字电压信号。
2 目的
(1)进一步熟悉和掌握单片机的结构和工作原理;
(2)掌握单片机的接口技术及 ADC0808 等芯片的特性,控制方法;
(3)通过这次设计,掌握以单片机为核心的电路设计的基本方法和技术;
(4)通过实际程序设计和调试,逐步掌握模块化程序设计的方法和调试技术。
3 设计内容及要求
设计的数字电压表可以测量:
1、0~5V 范围的输入电压,并 4 位 LED 数码管上显示;
2、分辨力为 100μV 即最小分辨率为 0.002V;
3、测量速率:2 次/秒自动连续测量;
4.、结果显示方式:当前电压显示以及与上一次电压差值显示。
4 设计方案
分析:电压是模拟量,而数码管显示需要的是数字量,故需要采用 A/D 转换
模拟信号为数字信号供数码管显示出来,可供选择的芯片有 AD0808、AD0809、
AD7723、AD974、AD976A、AD976 等等。 且因为量程是 0-5v,分辨力是 0.1mv。
可以求出其 AD 转换芯片的位数。5000mv/0.1mv=50000 份;50000=2 的 x 次方;
可求 x>=16(2 的 16 次方是 1024*64=65526,2 的 15 次方是 32768)。所以需要
一个 16 位的 AD(模数)转换芯片 16 位,而且可直接驱动 LED 显示器工作,而单
片机一般很难实现 16 位的 AD 转换要求,故采用逐次逼近式 A/D 转换器 AD0808。
它的转换速度更快,而且精度更高,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。
逐次逼近式 A/D 转换器原理图
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,
模拟信号采集电路,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。
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,基准电源等;
数字部分包括振荡器,数码显示,计数器等。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。
显示部分可以采用各类数码管或用 LCD 显示器显示。在此简化采用 4 位八
段共阴极数码管对 A/D 转换变换后的结果加以显示。
总体思路:测量一个 0-5V 的直流电压,通过输入电路把信号送给 AD0808,
转换为 x 数字信号再送至 AT89C51 单片机,通过其 P1 口经数码管显示出测量值。
顺序脉冲发生
器
逐次逼近
寄存器
ADC
电压
比较器
输入电压
输入数字量
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oligaga
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