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基于单片机的直流数字电压表的设计.doc
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基于单片机的直流数字电压表的设计.doc
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常用电子设备维护实践实习报告
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10
目录
目录................................................................1
1 题目名...........................................................2
2 功能和技术指标要求...............................................2
3 国内外相关情况概述...............................................3
3.1 数字电压表简介 ..............................................3
3.2 国内外的发展现状与趋势 ....................................3
4 技术方案.........................................................4
4.1 检测的基本原理 ..............................................4
4.2 总体技术方案 ................................................4
5 硬件设计.........................................................5
5.1 各模块电路介绍 ..............................................5
5.1.1 单片机模块.............................................5
5.1.2 A/D 转换电路模块 .......................................6
5.1.2.1 A/D 转换芯片的选择 ...............................6
5.1.2.2 ADC0809 工作原理...................................7
5.1.2.3 ADC0809 与单片机的接口方法 ......................8
5.1.3 显示电路模块...........................................9
5.1.4.1 1602LCD 主要技术参数: ...........................9
5.1.4.2 引脚功能说明 .................................10
5.1.4 复位电路模块........................................................10
5.1.5 晶振电路模块..........................................11
5.1.6 量 程 转 换 电 路 模
块..............................................................10
5.1.7 时钟电路模块................ ................................10
5.1.8 电源电路模块..............................................11
6 总体电路原理图..................................................14
7 PCB 图: ........................................................15
8 软件设计........................................................16
8.1 主程序设计 .................................................16
8.2 AD 转换子程序...............................................17
8.3 显示子程序 ...............................................18
9 硬件调试 ......................................................19
9.1 调试步骤 .................................................19
9.2 可能出现的问题解答 .......................................19
10 软件调试 .....................................................19
11 显示结果及误差分析.............................................20
11.1 显示结果 ..................................................22
11.2 误差分析 ..................................................23
12 实习总结:.....................................................24
13 基于单片机的直流数字电压表设计 C51 源程序........................25
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11
14 参考文献 ......................................................32
基于单片机的直流电压表的设计
2 功能和技术指标要求
(1)能够测试负载的直流电压值 1V-30VDC
(2)能用 LCD1602 显示电压值
(3)测量精度达为±1%
(4)自制直流稳压电源
(5)系统具备复位功能
3 国内外相关情况概述
3.1 数字电压表简介
数字电压表简称 DVM,它是采用数字化测量技术设计的电压表。从性能来看:
数字电压表的发展从一九五二年美国 NLS 公司由四位电子管数字电压表精度千
分之一到现在已经出现 8 位数字电压表。参数可测量直流电压、交流电压、电流、
阻抗等。测量自动化程度不断提高,可以和计算机配合显示、计算结果、然后打
印出来。目前世界上美国 FLUKE 公司,在直流和低频交流电量的校准领域居国际
先进水平。例如该公司生产的“4700A”多功能校准器和“8505”危机数字多用
电压表,可用 8 位显示,直流精度可达到±5/10-6,读书分辨力为 0.1μV。带
有 A/D 变换模式、数据输出接口形式 IEEE-488。具有比率测量软件校准和有交
流电阻、电流选件。还具有高精度电压校准器“5400A”、“5200A”、“5450A”等
数字仪表,都是作为一级计量站和国家级计量站使用的标准仪表。还有英国的
“7055”数字电压表采用脉冲调制技术。日本横河公司的“2501”型采用三次采
样等等在不断的蓬勃发展。从发展过程来看:数字电压表自 1952 年问世以来,
已有 50 年多年的发展史,大致经历了五代产品。第一代产品是 20 世纪 50 年代
问世的电子管数字电压表,第二代产品属于 20 世纪 60 年代出现的晶体管数字电
压表,第三带产品为 20 世纪 70 年代研制的中、小规模集成电路的数字电压表。
今年来,国内外相继推出有大规模集成电路(LSI)或超大规模集成电路(VLSI)
构成的数字电压表、智能数字电压表,分别属于第四代、第五代产品。它们不仅
开创了电子测量的先河,更以高准确度、高可靠性、高分辨力、高性价比等优良
特性而受到人民的青睐。
3.2 国内外的发展现状与趋势
数字电压表作为电压表的一个分支,在近五十年间得到巨大发展,构成数字电
压表的核心器件已从早期的中小规模电路跨入到大规模 ASIC(专用集成电路)阶
段。数字电压表涉及的范围也从传统的测量扩展至自动控制、传感、通信等领域,
展示了广阔的应用前景。
传统电压表的设计思路主要分为:用电流计和电阻构成的电压表;用中小规模集
成电路构成的电压表;用大规模 ASIC(专用集成电路)构成的电压表。这几中电
压表设计方式各有优势和缺点,分别适用于几种特定的应用环境,同时,也为很
多新颖的电压表的设计所借鉴和依据。
近入 21 世纪,随着信息技术一日千里的发展,电压表也必经历从单一测量向数
据处理、自动控制等多功能过度的这一历程,特别是计算机技术的发展必将出现
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/87945447/bg4.jpg)
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智能化技术。因此,把电压表和计算机技术相结合的智能化电压表就将成为 21
世纪的新课题。目前,数字化仪器与微处理器取得令人瞩目的进展,就其技术背
景而言,一个内藏微处理器的仪表意味着计算机技术向仪器仪表的移植,它所具
有的软件功能使仪器 呈现出有某种延伸,强化的作用。这相对于过去传统的、
纯硬件的仪器来说是一种新的突破,其发展潜力十分巨大,这已为 70 年代以来
仪表发展的历史所证实。概括起来,具有微处理器的仪表具有以下特点:①测量
过程的软件控制对测量数据进行存储及运算的数据处理功能是仪表最突出的特
点;②在仪器的测量过程中综合了软件控制及数据处理功能,使一机多用或仪器
的多功能化易于实现,成为这类仪器的又一特点;③以其软件为主体的智能仪器
不仅在使用方便、功能多样化等方面呈现很大的灵活性。 下面从 5 个方面阐述
新型数字仪表的发展趋向。(1)广泛采用新技术,不断开发新产品随着科学技术
的发展,新技术的广泛应用,新器件的不断出现。首先是 A/D 转换器:20 世纪 90
年代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(2 个纳米稳定度)、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。另外,集成电路的发展使电压表只在外围配置少量元器件,即可构
成完整的智能仪表,可以完成储存、计算、比较、控制等多项功能。 (2)广泛
采用新工艺新一代数字仪表正朝着标准模块化的方向发展。预计在不久的将来,
更多的数字仪表将由标准化、通用化、系列化的模块所构成,给电路设计、安装
调试和维修带来极大方便。(3)多从显示仪表 为彻底解决数字仪表不便于观察
连续变化量的技术难题;“数字/模拟条图”双显示仪表已成为国际流行款式,它
兼有数字仪表准确度高、模拟式仪表便于观察被测量的变化过程及变化趋势这两
大优点。(4)提高安全性仪器仪表在设计和使用中的安全性,对生产厂家和广大
用户都至关重要。一方面厂家必须为仪表设计安全保护电路,并使之符合国家标
准;另一方面用户必须安全操作,时刻注意仪表上的各种安全警告指示(5)操作
简单化 集成电路的发展使电压表只在外围配置少量元件,即可构成完整的智能
仪表,可以完成储存、计算、比较、控制等多项功能。这使的按键变少,操作简
单。但是数字电压表并不能完全取代指针式的电压表,在反映电压的连续变化和
变化趋势方面不如指针表的直观。为克服这种缺憾,20 世纪 90 年代初,一种
“数字/光柱”的双重显示仪表已经出现,并成功地应用于生产实践中。
综上所述,十几年来智能仪器虽然有了很大的发展,但总的看来,人们还是较习
惯于从硬件的角度做工作,这是由于设计者的(硬件)技术背景,LSI 器件不断
迅速更新的冲击以及在现阶段仪器硬件更新的数量还很大等因素所造成的。这种
趋势虽然仍会继续下去,但从智能仪表的内涵,从软件的角度上看,软件的作用
还远未发挥出来,这里有许多的领域等待着去开发。智能仪表最终必然会与人工
智能联系起来开创出全新的仪器。从这个观点看,目前的智能仪器尚处于“幼年
时期”。所以,就仪表的发展看来电压表会朝着具有微控制处理单元的智能仪表
方向发展。
4 技术方案
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4.1 检测的基本原理
根据设计要求,系统可分为电压采集模块、A/D 转换模块 、主控模块、显示
模块。 A/D 转换模块:
方案一: A/D 转换器采用 ICL7107 型三位半显示的芯片,输入信号,流经取样
电路取样后送到 ICL7107 型三位半 A/D 转换器,只需要很少的简单外围元件,就
可组成数字电流表模块,直接驱动三位半 LED 显示器显示,最后输入电流在显示
部分显示。由于本人对此电路不熟悉,而且 ICL7107 做的 LED 数字表,最大的缺
点就是数字乱跳不稳定,特别最后一位。接口模块:使用数字电路实现,采用译
码芯片 CD4543 作为接口芯片,这种方案能实现功能,但稳定性不高,结构复杂。
方案二: 采用 ADC0809 转换芯片,其中 A/D 转换器用于实现模拟量向数字量
的转换,单电源供电。它是具有 8 路模拟量输入、8 位数字量输出功能的 A/D 转
换器,转换时间为 100μs,模拟输入电压范围为 0V~+30V,不需零点和满刻度
校准,功耗低,约 15mW。 由于模拟转换电路的种类很多,通过对转换速度,
精度和价格方面考虑,所以选择方案二采用 ADC0809 为本次设计的转换芯片。单
片机模块采用 AT89S51 单片机作为系统的控制单元,通过 A/D 转换将被测值转换
为数字量送入单片机中,再由单片机来送显。此方案各类功能易于实现,成本低、
功耗低,显示稳定。
4.2 总体技术方案
本次直流电压表的设计采用的是上述两种方案中的方案二。数字电压表的设计
即将连续的模拟电压信号经过 A/D 转换器转换成二进制数值,再经由单片机软件
编程转换成十进制数值并通过显示屏显示。按系统实现要求,决定控制系统采用
AT89C51 单片机,A/D 转换采用的是 ADC0809,数字电压表系统整体框图如下图
所示。
系统通过软件设置单片机的内部定时器 T1 产生中断信号。通过片选选择 8 路通
道中的一路,将该路电压送入 ADC0809 的 EOC 端口产生高电平,同时将 ADC0809
的 OE 端口置为高电平,单片机将转换后结果存到片内 RAM。系统调出转换显示
程序,将转换为二进制的数据在转换成十进制数并输出到 LCD 显示电路,将相应
电压显示出来。
5 硬件设计
模拟
电压
输入
ADC
0809
转换
AT89
C51
单 片
机
LCD
数据
显示
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