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单片机数字电压表.doc
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1 引言
单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管它的大部分功能集
成在一块小芯片上,但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件:CPU、内存、
内部和外部总线系统,目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器,
实时时钟等外围设备。单片机具有体积小、功耗低、控制功能强等优点。单片机作
为微型计算机一个重要的分支,以它优异的控制功能,在工业控制、智能化仪器仪
表系统等领域中日益显示着强大的生命力。
数字电压表(Digital Voltmeter)简称 DVM,它是采用数字化测量技术,把连
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。
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。本次课程设计基于单片 A/D 转换器以及由它们构成的
基于单片机的数字电压表的工作原理。目前,由各种单片 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,示出强大的生命力。
本设计 AT89C51 单片机的一种电压测量电路,该电路采用 ADC0808 本文介绍
一种基于 A/D 转换电路,测量范围直流 0~5V 的 8 路输入电压值,并在四位 LED
数码管上显示或单路选择显示。测量最小分辨率为 0.019V,测量误差约为正负
0.02V。
2 数字电压表的设计及方案
2.1 数字电压表概述
数字电压表(Digital Voltmeter)简称 DVM,它是采用数字化测量技术,把连
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,由精度高、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 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,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。
2.2 电压表设计的基本框图
2.3 数字电压表的工作原理
系统首先通过按键逐路选择八路通道中的一路或是循环显示,将该路某一路电
压送入 ADC0808 相应通道,单片机软件设置 ADC0808 开始 A/D 转换,转换结束
ADC0808 的 EOC 端口产生高电平,同时将 ADC0808 的 EO 端口置为高电平,单片
机将转换后结果存如片内 RAM。系统调出计算子程序,将保存结果转化为
0.00-5.00V 分别保存在片内 RAM。系统调用显示子程序,将转化后数据查表,输出
到 LED 显示电路,将相应电压显示出来,程序进入下一个循环。
输入电路
A/D 转换
89C51 单片机
LED 显示
图 1 电压表设计基本框图
2.4 数字电压表设计方案说明
2.4.1 显示电路设计
系统通过对 LED 灯的动态显示及不停的轮流给数码管位选端加驱动电压,及
在给其中一个数码管位选段加驱动电压的时候它才能变亮,而其他的是暗的,由于
数码管暗下来需要一定的时间,人眼具有视觉暂留特点,同时系统又给其它的施加
驱动电压,所以我们看到的就是稳定的亮着的数字了。
2.4.2 A/D 转换电路设计
A/D 转换电路主要由 ADC0808 芯片组成,IN0~IN7 与八路模拟电压相连,单
片机的 P2 口高四位分别对应 ADC0808 的 CLK、ALE、EOC 和 OE 端,用软件设
定给定的值。转换后的数字量输出给单片机的 P1 口进行显示。
ADC0808 是采样分辨率为 8 位的、以逐次逼近原理进行模/数转换的器件。其
内部有一个 8 通道多路开关,它可以根据地址码锁存译码后的信号,只选通 8 路模
拟输入信号中的一个进行 A/D 转换。ADC0808 是 ADC0809 的简化版本,功能基本
相同。一般在硬件仿真时采用 ADC0808 进行 A/D 转换,实际使用时采用 ADC0809
进行 A/D 转换。
复 位
P3
P1
P0
P2
图 2 数字电压表设计方案框图
A/D 转换器
3 芯片选择和介绍
3.1 电压表转换电路所用芯片
3.1.1 A/D 转换器 ADC0808 的管脚说明
器件引脚如图 3:
IN0~IN7:为模拟量的输入口,我们选取 IN3 口为入口,外接可变电阻,
通过改变阻值来控制模拟量的输入。A、B、C:3 位地址输入,2 个地址输入
端的不同组合选择八路模拟量输入。
ALE:地址锁存启动信号,在 ALE 的上升沿,将 A、B、C 上的通道地址锁
存到内部的地址锁存器。
D0~D7:八位数据输出线,A/D 转换结果由这 8 根线传送给单片机。
OE:允许输出信号。当 OE=1 时,即为高电平,允许输出锁存器输出数
据。
START:启动信号输入端,START 为正脉冲,其上升沿清除 ADC0808 的
内部的各寄存器,其下降沿启动 A/D 开始转换。
EOC:转换完成信号,当 EOC 上升为高电平时,表明内部 A/D 转换已完
成。
CLK:时钟输入信号,选用频率 500KHZ。
图 3 ADC0808 引脚图
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