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基于单片机的数字电压表设计.pdf
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课程设计
题目: 基于单片机的数字电压表设计
专 业: 电气工程及其自动化
班 级:
学 号:
学生姓名:
指导教师:
2010 年 9 月 8 日
1
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。本章重点介绍单片 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。
关键词:数字电压表 A/D 转换器 PC 电压测量
Abstract
Digital voltage meter (Digital Voltmeter) referred to as DVM, it is the use of
digital measuring technology, the continuous analog (DC input voltage) into a
non-continuous, discrete digital form and to display the instrument.Analog voltage
meter features a traditional single, low accuracy, can not meet the digital age, using
the single chip digital voltage meter, from the high precision, anti-interference ability,
scalability, Ji Cheng convenience, and PC can communicate in real time.At present,
by a variety of single A / D converter consisting of digital voltage meter, has been
widely used in electronic and electrical measurement, industrial automation,
instrumentation, automated test systems, intelligent measurement, showing strong
vitality.At the same time, the DVM extension to the various general and specific
digital instruments, but also the power and non-power measurement up to a new
level.This chapter focuses on single-chip A / D converter, and they form by the
microcontroller-based digital voltmeter works.
Keywords
: digital voltmeter A / D converter voltage measurement PC
2
目 录
1 设计方案..........................................................6
1.1 A/D 转换部分 ....................................................6
1.2 电源部分 .......................................................7
2 系统硬件电路设计..................................................8
2.1 单片机芯片......................................................8
2.2 89C51 与外围电路的接口 ........................................10
3 详细设计.........................................................14
3.1 复位电路 .......................................................14
3.2 电源电路 .......................................................16
3.3 程序框图.......................................................17
3.4 源程序.........................................................19
4 总结.............................................................28
参考文献...........................................................29
3
1 设计方案
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(Digital Voltmeter)简称 DVM,它是采用数字化测
量技术,把连续的模拟量(直流或交流输入电压)转换成不连续、离散的数字形式并加以显
示的仪表。由于数字式仪器具有读数准确方便、精度高、误差小、灵敏度高和分辨率高、测
量速度快等特点而倍受青睐。本设计从各个角度分析了由单片机组成的数字电压表的设计过
程及各部分电路的组成及其原理,并且分析了程序如何驱动单片机进而使系统运行起来的原
理及方法。本设计主要分为两部分:硬件电路及软件程序。而硬件电路又大体可分为 A/D
转换电路、LED 显示电路,各部分电路的设计及原理将会在硬件电路设计部分详细介绍;程
序的设计使用汇编语言编程,利用WAVE 和 PROTEUS 软件对其编译和仿真,详细的设计算法
将会在程序设计部分详细介绍。
1.1 A/D 转换部分:
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 ADC0809,ADC574 和 TLC2543 等等。
由于要求测量精度在 5%,因此须选用 12 位精度的 A/D 转换器,且可直接驱动 LED 显示
器工作,0809 为 8 位精度,故不能采用,而综合性价比,TLC2543 就成为了本次设计的首选。
由于 TLC2543 测量范围为 0-+5V,故需要为其设计降压稳压电路。
被测量模拟量变为数字量之后,并不能通过数码管直接显示出来,而需要单片机加以
处理形成段码才能显示出来。而且,A/D 电路的时钟与输入输出都需要单片机与其对接予以
控制。故选择含有内部闪存的 89C51 完成此工作。该芯片无论从性能还是价格上都是非常合
适的。数字信号转换为段码并显示出来需要有程序和其它接口电路配合。在程序上,A/D 采
集程序采用多次取值并求和求平均的方法得出双字节数据,然后通过双字节转换 BCD 码子程
序得出 BCD 码。硬件显示上选用动态扫描法,即数码管位选端连入单片机的某一组I/O 口,
片选端连入另一组 I/O 口,配合显示子程序实现显示。此外,主程序和其它程序用中断方式
进行组合。显示所需的数码管,选用 7 段共阳极数码管,由于精度要求为 5%,故本设计显
示部分由四个数码管组成。
由于单片机各个 I/O 口的驱动能力有限,故应设计驱动电路。本设计中的驱动电路主要
与显示部分有关。数码管的片选端需要连接上拉电阻和三机管以增强驱动能力,位选端也选
4
择连接上拉电阻以增强驱动能力。
1.2 电源部分:
本设计各芯片,数码管及单片机外围电路需要 5V 的直流电源,故需要一个稳定的 5V 直
流稳压源。根据模拟电子技术基础的知识,本设计选择含有 7805 三端集成稳压器的电源电
路。电路中选择二极管整流桥整流,电容进行滤波,并选用 220V-9V 变压器进行变压。
综上,本次设计选用 89C51 单片机作为核心,TLC2543 作为 A/D 转换芯片,数码管作为
显示器,7805 稳压器为主的直流稳压电路做为电源,配合采集,转换,显示程序共同实现
可测量 0-10V 直流电压的数字式电压表。
系统总设计框图见图 1
数据采集端
TLC2543
A/D
转换芯片
单
片
机
数码管
直流稳压电源
图 1-1 系统框图
5
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