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基于单片机的数字电压表的设计论文.doc
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基于单片机的数字电压表的设计论文.doc
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1
目 录
第一部分 设计任务与调研 ...........................3
1.设计任务 .........................................3
2.设计思路、方法 ...................................3
3.与本课题相关的资料 ...............................3
4.调研 .............................................4
5.设计原理分析调研的目的和总结 .....................6
第二部分 设计说明 .................................7
1.设计理论分析 .....................................7
2.设计方案 .........................................7
3.硬件电路设计 .....................................8
4.LED 显示系统设计.................................14
5.系统程序的设计 ..................................19
第三部分 设计成果 ................................20
1.源程序 ..........................................21
2.软件仿真 ........................................27
3.作品特点 ........................................28
第四部分 结束语 ..................................29
第五部分 致谢 ....................................30
第六部分 参考文献 ................................31
2
第一部分 设计任务与调研
1.设计任务
在电量及非电量的测量中,我们时常会用到电压表。过去大部分电压
表还是模拟的,虽然精度较高但模拟电压表采用指针式,内部是磁电或者电磁式
结构,响应比较慢。为了满足对测量速度的要求,目前许多高速信号领域已广泛
使应数字电压表。数字电压表的诞生打破了传统电子测量仪器的模式和格局,它
显示清晰直观、读数准确。采用了先进的数显技术,大大地减少了人为因素所造
成的测量误差。数字电压表把电子技术、计算技术、自动化技术的成果与精密的
测量技术密切的结合在一起,成为仪器仪表领域中独立而完整的一个分支,数字
电压表的出现标志着电子仪器领域的一场革命,也开创了现代电子测量技术的先
河。 本设计利用 51 单片机和 ADC0808 设计一个直流电压表,能测量 0—5V 之间
的直流电压值,测量结果用四位共阴极 LED 数码显示,能显示电压值的小数点后
两位,当电压超出量程时报警电路报警。
2.设计思路、方法
⑴ 根据设计要求,选择 AT89C51 单片机为核心控制器件。
⑵ A/D 转换采用 ADC0808 实现,与单片机的接口为 P1 口和 P2 口的高四位引
脚。
⑶ 电压显示采用 4 位一体的 LED 数码管。
⑷ LED 数码的段码输入,由并行端口 P0 产生:位码输入,用并行端口 P2 低
四位产生。
3.与本课题相关的资料
【1】《单片机原理及应用》.张迎新.北京.电子工业出版社
【2】《模拟电子技术》.苏士美.李伟.人民邮电出版社
【3】《单片机基础》.李广弟.北京航空航天大学出版社
4.调研
4.1 数字电压表的特点
(1)显示清晰直观,读数准确
传统的模拟式仪表必须借助于指针和刻度盘进行读数,在读数过程中不可避
3
免的会产生人为的测量误差。数字电压表则采用先进的数显技术,使测量结果一
目了然,只要仪表不发生跳读现象,测量结果就是唯一的。
新型数字电压表还增加了标志符显示功能,包括测量项目、符号单位和特殊
符号,为解决 DVM 不能反映被测电压的连续变化过程以及变化趋势这一难题,一
种“数字/模拟条图”仪表业已问世。“模拟图条”(Anal of Bargraph)有
双重含义:第一,被测量为模拟量;第二,利用条状图形来模拟被测量的大小及
变化趋势。这类仪表将数字显示与高分辨率模拟条图显示集于一身,兼有 DVM 与
模拟电压表之优点。
智能数字电压表均带微处理器和标准接口,可配合计算机和打印机进行数据
处理或自动打印,构成完整的测试系统。
(2) 显示位数
显示位数通常为 3 1/2 位、3 2/3 位、3 3/4/位、4 1/2 位、4 3/4 位、5 1/2
位、6 1/2 位、7 1/2 位、8 1/2 位共 9 种。判定数字仪表的位数有两条原则:①
能显示 0~9 所有数字的位是整数位;②分数位的数值是以最大显示值中最高位
数字为分子,用满量程时最高数字作分母。例如,某数字仪表的最大显示值为
1999,满量程计数值为 2000,这表明该仪表有 3 个整数位,而分数位的分子为
1,分母是 2,故称之为 3 1/2 位,读作三位半。
(3)准确度高
准确度是测量结果中系统误差与随机误差的综合。
(4)分辨率高
数字电压表在最低电压量程上末位 1 个字所代表的电压值,称为仪表的分辨
力,它反映仪表灵敏度的高低。分辨力随显示位数的增加而提高。分辨率是指所
能显示的最小数字(零除外)与最大数字的百分比。例如 3 1/2 位 DVM 的分辨率
为 1/1999≈0.05%。需要指出,分辨力与准确度属于两个不同的观念。从测量
角度看,分辨力是“虚”指标(与测量误差无关),准确度才是“实”指标(代
表测量误差的大小)。
(5)测量范围宽
多量程 DVM 一般可测量 0~1000V 之间的直流电压,配上高压探头还可测上
万伏的高压。
4
(6)扩展能力强
在数字电压表的基础上,还可扩展成各种通用及专用数字仪表、数字多用表
(DMM)和智能仪表,以满足不同的需要。
数字电压表在每秒钟内对被测电压的测量次数,叫测量速率,单位是“次/S”。
它主要取决于 A/D 转换器的转换速率,其倒数是测量周期。
(8)输入阻抗高
数字电压表具有很高的输入阻抗,通常为 10MΩ~10000MΩ,最高可达 1T
Ω。
(9)集成度高,微功耗
新型数字电压表普遍采用 CMOS 大规模集成电路,整机功耗很低。
(10)抗干扰能力强
5 1/2 位以下的 DVM 大多采用积分式 A/D 转换器,其串模抑制比、共模抑制
比各别可达 100dB、80~120dB。高档 DVM 还采用数字滤波、浮地保护等先进技
术,进一步提高了抗干扰能力,共模抑制比可达 180dB。
4.2 数字仪表的发展趋势
采用新技术、新工艺,由 LSI 和 VLSI 构成的新型数字仪表及高档智能仪器
的大量问世,标志着电子仪器领域的一场革命,也开创了现代电子测量技术的先
河。具体来说测量控制与仪器仪表的国际发展趋势,可以总结为以下主要特点:
1、技术指标不断提高,就如奥林匹克运动的口号是更高、更快、更强一样,
测量控制与仪器仪表在提高测量控制的技术指标和功能上是永远的追求,测量控
制与仪器仪表的技术指标水平是一个国家测量控制与仪器仪表水平的量化标志。
提高产品环境适应性,根据不同用户的要求,有高温、高湿、高尘、腐蚀、振动、
冲击、电磁场、辐射、深水、雨淋、高电压、低气压等条件下的适应性。
2、新的科学研究成果和发现如信息论、控制论、系统工程理论,微观和宏
观世界研究成果及大量高新技术如微弱信号提取技术,计算机软、硬件技术,网
络技术,激光技术,超导技术,纳米技术等均成为测量控制与仪器仪表科学技术
发展的重要动力。仪器仪表不仅本身已成为高技术的新产品,而且利用新原理、
新概念、新技术、新材料和新工艺等最新科技成果集成的装置和系统层出不穷。
5
3、测量单元微小型化、智能化测量控制与仪器仪表大量采用新的传感器、
大规模和超大规模集成电路、计算机及专家系统等信息技术产品,不断向微小型
化、智能化发展,从目前出现的“芯片式仪器仪表”,“芯片实验室”、“芯片
系统”等看,测量单元的微小型化和智能化将是长期发展趋势。从应用技术看,
微小型化和智能化测量单元的嵌入式连接和联网应用技术得到重视。
4、测控范围向立体化、全球化扩展,测量控制向系统化、网络化发展随着
仪器仪表所测控的既定区域不断向立体化、全球化甚至星球化发展,仪器仪表和
测控装置已不再呈单个装置形式,它必然向测控装置系统化、网络化方向发展。
5、便携式、手持式以至个性化仪器仪表大量发展随着生产的发展和人民生
活水平的提高,人们对自己的生活质量和健康水平日益关注,检测与人们生活密
切相关的各类商品、食品质量的仪器仪表,预防和治疗疾病的各种医疗仪器是今
后发展的一个重要趋势。科学仪器的现场化、实时在线化,特别是家庭和个人使
用的健康状况和疾病警示仪器仪表将有较大发展。
5.设计原理分析调研的目的和总结
通过制作简易的数字电压表,加深对所学专业知识的认知,提高分析,
解决工程实际问题的能力,提高对单片机的应用能力,提高收集文献,资料的能
力,从而达到综合运用所学的专业知识进行电子产品设计,制作与调试的能力。
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