8路数字数字电压表.docx
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8路数字数字电压表
目录
1引言1
2设计总体方案2
2.1设计要求2
2.2设计思路2
2.3设计方案2
3硬件电路设计3
3.1A/D转换模块3
3.2单片机系统7
3.3复位电路和时钟电路9
3.4LED显示系统设计11
3.5总体电路设计13
4程序设计15
4.1程序设计总方案15
4.2系统子程序设计15
5仿真17
5.1软件调试17
5.2显示结果及误差分析17
结论20
参考文献21
附录程序代码22
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[1]。
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[2]。
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。
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[11]。
2设计总体方案
2.1设计要求
⑴以MCS-51系列单片机为核心器件,组成一个简单的直流数字电压表。
⑵采用1路模拟量输入,能够测量0-5V之间的直流电压值。
⑶电压显示用4位一体的LED数码管显示,至少能够显示两位小数。
⑷尽量使用较少的元器件。
2.2设计思路
⑴根据设计要求,选择AT89C51单片机为核心控制器件。
⑵A/D转换采用ADC0809实现,与单片机的接口为P0口和P2口的高四位引脚。
电压显示采用4位一体的LED数码管。
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。
2.3设计方案
硬件电路设计由6个部分组成;A/D转换电路,AT89C51单片机系统,LED显示系统、时钟电路、复位电路以及测量电压输入电路。
硬件电路设计框图如图1所示。
⑶电压显示用4位一体的LED数码管显示,至少能够显示两位小数。
2.4设计电路
根据2.2设计思路
图1数字电压表系统硬件设计框图
3硬件电路设计
3.1A/D转换模块
现实世界的物理量都是模拟量,能把模拟量转化成数字量的器件称为模/数转换器(A/D转换器),A/D转换器是单片机数据采集系统的关键接口电路,。
。
逐次逼近式A/D转换的转换速度更快,而且精度更高,比如ADC0809、ADC0808等,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,将数字量送到单片机进行分析和显示。
一个n位的逐次逼近型A/D转换器只需要比较n次,转换时间只取决于位数和时钟周期,逐次逼近型A/D转换器转换速度快,因而在实际中广泛使用[1]。
3.1.1逐次逼近型A/D转换器原理
逐次逼近型A/D转换器是由一个比较器、A/D转换器、存储器及控制电路组成。
它利用内部的寄存器从高位到低位一次开始逐位试探比较。
转换过程如下:
开始时,寄存器各位清零,转换时,先将最高位置1,把数据送入A/D转换器转换,转换结果与输入的模拟量比较,如果转换的模拟量比输入的模拟量小,则1保留,如果转换的模拟量比输入的模拟量大,则1不保留,然后从第二位依次重复上述过程直至最低位,最后寄存器中的内容就是输入模拟量对应的二进制数字量[5]。
其原理框图如图2所示:
图2逐次逼近式A/D转换器原理图
3.1.2ADC0809主要特性
ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器,带有使能控制端,与微机直接接口,片内带有锁存功能的8路模拟多路开关,可以对8路0-5V输入模拟电压信号分时进行转换,由于ADC0809设计时考虑到若干种模/数变换技术的长处,所以该芯片非常适应于过程控制,微控制器输入通道的接口电路,智能仪器和机床控制等领域[5]。
ADC0809主要特性:
8路8位A/D转换器,即分辨率8位;具有锁存控制的8路模拟开关;易与各种微控制器接口;可锁存三态输出,输出与TTL兼容;转换时间:
128μs;转换精度:
0.2%;单个+5V电源供电;模拟输入电压范围0-+5V,无需外部零点和满度调整;低功耗,约15mW[6]。
ADC0809的外部引脚特征
ADC0809芯片有28条引脚,采用双列直插式封装,其引脚图如图3所示。
图3ADC0809引脚图
下面说明各个引脚功能:
IN0-IN7(8条):
8路模拟量输入线,用于输入和控制被转换的模拟电压。
地址输入控制(4条):
ALE:
地址锁存允许输入线,高电平有效,当ALE为高电平时,为地址输入线,用于选择IN0-IN7上那一条模拟电压送给比较器进行A/D转换。
ADDA,ADDB,ADDC:
3位地址输入线,用于选择8路模拟输入中的一路,其对应关系如表1所示:
表1ADC0808通道选择表
地址码
对应的输入通道
C
B
A
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
IN0
IN1
IN2
IN3
IN4
IN5
IN6
IN7
START:
START为“启动脉冲”输入法,该线上正脉冲由CPU送来,宽度应大于100ns,上升沿清零SAR,下降沿启动ADC工作。
EOC:
EOC为转换结束输出线,该线上高电平表示A/D转换已结束,数字量已锁入三态输出锁存器。
D1-D8:
数字量输出端,D1为高位。
OE:
OE为输出允许端,高电平能使D1-D8引脚上输出转换后的数字量。
REF+、REF-:
参考电压输入量,给电阻阶梯网络供给标准电压。
Vcc、GND:
Vcc为主电源输入端,GND为接地端,一般REF+与Vcc连接在一起,REF-与GND连接在一起.
CLK:
时钟输入端。
3.1.4ADC0809的内部结构及工作流程
ADC0809由8路模拟通道选择开关,地址锁存与译码器,比较器,8位开关树型A/D转换器,逐次逼近型寄存器,定时和控制电路和三态输出锁存器等组成,其内部结构如图4所示。
图4ADC0809的内部结构
其中:
(1)8路模拟通道选择开关实现从8路输入模拟量中选择一路送给后面的比较器进行比较。
(2)地址锁存与译码器用于当ALE信号有效时,锁存从ADDA、ADDB、ADDC3根地址线上送来的3位地址,译码后产生通道选择信号,从8路模拟通道中选择当前模拟通道。
(3)比较器,8位开关树型A/D转换器,逐次逼近型寄存器,定时和控制电路组成8位A/D转换器,当START信号有效时,就开始对当前通道的模拟信号进行转换,转换完成后,把转换得到的数字量送到8位三态锁存器,同时通过引脚送出转换结束信号。
(4)三态输出锁存器保存当前模拟通道转换得到的数字量,当OE信号有效时,把转换的结果送出。
ADC0809的工作流程为:
(1)输入3位地址,并使ALE=1,将地址存入地址锁存器中,经地址译码器从8路模拟通道中选通1路模拟量送给比较器。
(2)送START一高脉冲,START的上升沿使逐次寄存器复位,下降沿启动A/D转换,并使EOC信号为低电平。
(3)当转换结束时,转换的结果送入到输出三态锁存器中,并使EOC信号回到高电平,通知CPU已转换结束。
(4)当CPU执行一读数据指令时,使OE为高电平,则从输出端在电量的测量中,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[1]。
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[2]。
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。
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[11]。
⑴以MCS-51系列单片机为核心器件,组成一个简单的直流数字电压表。
⑵采用1路模拟量输入,能够测量0-5V之间的直流电压值。
⑶电压显示用4位一体的LED数码管显示,至少能够显示两位小数。
⑷尽量使用较少的元器件。
⑴根据设计要求,选择AT89C51单片机为核心控制器件。
⑵A/D转换采用ADC0809实现,与单片机的接口为P0口和P2口的高四位引脚。
电压显示采用4位一体的LED数码管。
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。
硬件电路设计由6个部分组成;A/D转换电路,AT89C51单片机系统,LED显示系统、时钟电路、复位电路以及测量电压输入电路。
硬件电路设计框图如图1所示。
⑶电压显示用4位一体的LED数码管显示,至少能够显示两位小数。
现实世界的物理量都是模拟量,能把模拟量转化成数字量的器件称为模/数转换器(A/D转换器),A/D转换器是单片机数据采集系统的关键接口电路,。
。
逐次逼近式A/D转换的转换速度更快,而且精度更高,比如ADC0809、ADC0808等,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,将数字量送到单片机进行分析和显示。
一个n位的逐次逼近型A/D转换器只需要比较n次,转换时间只取决于位数和时钟周期,逐次逼近型A/D转换器转换速度快,因而在实际中广泛使用[1]。
逐次逼近型A/D转换器是由一个比较器、A/D转换器、存储器及控制电路组成。
它利用内部的寄存器从高位到低位一次开始逐位试探比较。
转换过程如下:
开始时,寄存器各位清零,转换时,先将最高位置1,把数据送入A/D转换器转换,转换结果与输入的模拟量比较,如果转换的模拟量比输入的模拟量小,则1保留,如果转换的模拟量比输入的模拟量大,则1不保留,然后从第二位依次重复上述过程直至最低位,最后寄存器中的内容就是输入模拟量对应的二进制数字量[5]。
其原理框图如图2所示:
ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器,带有使能控制端,与微机直接接口,片内带有锁存功能的8路模拟多路开关,可以对8路0-5V输入模拟电压信号分时进行转换,由于ADC080