用单片机设计数字电压表Word文件下载.docx

1、能用数码管显示电压值；测量精度达 0.1V；要求系统具备复位功能；自制直流稳压电源；系统具备自检功能。1.2 发挥部分：电压测量范围 520V；同时采集 8 路信号分时显示；电压表具备 20V 超量程报警功能；测量精度：05V 内可调可达 0.02V，520V 可达 0.1V；电压表具备抑制脉冲干扰的能力；尽可能减少芯片的使用节约成本；其他发挥。2、系统基本方案2.1 简易数字电压表系统框图如图 12.2 主控部分的选择方案一：用以 AT89S52 为核心的单片机控制系统方案。AT89S52 具有较大程序存储空间，并且其数据存储空间也能够满足用户的需要，它还易于实现功能拓展，AT89S52 内

2、部置有 ISP 在线编程技术，这就省去了专用的程序焼写器。从而提高了它的性价比。方案二：用以 AT89C51 为核心的单片机控制系统方案。AT89C51易于实现对程序的编写，但其程序存储空间和数据存储空间小，编写较长程序时不可用，其不支持 ISP 在线编程技术，需要专用的烧写器来烧写程序，成本高，进而降低了系统性价比。方案三：应用 ICL7107 集成芯片制作的方案。ICL7107 是一块应用非常广泛的集成电 路。它包含 3 1/2 位数字 A/D 转换器，可直接驱动 LED 数码管，内部设有参考电压、独立模 拟开关、逻辑控制、显示驱动、自动调零功能等。ICL7107 是一种制作数字电压表典型

3、的应 用电路。由于该集成芯片在使用上有一定的局限性，不可编程故不能实现功能拓展，无法满 足作品的设计要求。综合以上三种方案分析，采用 AT89S52 作为主控制系统，其性价比最高。2.3 显示器的选择运用液晶显示器。主要能显示大量的文字、数字和图形，清晰化程度高，但是成本高。运用点阵显示器。主要能显示文字、数字，但其内部结构较为复杂，不易连接。运用数码管显示器。显示数字比较直观，且其在使用方面连线比较简单、成本低。 综合各方面考虑系统的性价比故采用方案三。2.4 A/D 转换器的选择采用双积分 A/D 转换器 MC14433，它有多路调制的 BCD 码输出端和超量程输出端，采用动态扫描显示，便

4、于实现自动控制。但芯片只能完成 A/D 转换功能，要实现显示功能还需配合其它驱动芯片等，使得整部分硬件电路板布线复杂，加重了电路设计和实际焊接的工作。采用 A/D 转换芯片ADC0809。ADC0809 是一块 8 路 8 位模数转换芯片，将模拟电路和数字电路集成在一个有 28 个功能端的电路内，包含了A/D转换,逻辑控制, 译码驱动等电路，其转换时间为 100S 左右，符合作品8路采集要求且电路设计简单，电路板布线不复杂，便于焊接、调试。综上所述，故采用方案二。二、系统的硬件设计与实现1 系统硬件概述该作品由六大部分组成，分别是主控模块、A/D 转换模块、显示模块、声光报警模块、量程选择模块

5、，直流稳压电源模块。2 主要单元电路的设计2.1 主控模块数字电压表的控制模块采用 AT89S52 单片机，AT89S52 是 DIP-40 集成电路芯片，该芯片有 4 个八位并行的双向 I/O 口，分别为P0、P1、P2、P3 口。如图（2）示。20引脚为接地端;40引脚为电源端;31引脚需要接高电位使单片机选用内部程序存储器;18,19引脚上接一个 12MHZ 的晶振为单片机提供时钟信号，第 9 脚为复位引脚.在P0 口接上一个蜂鸣器和一个发光二极管，作为声光报警。在 P1 口接上七段译码器 74LS47 来提供给 LED 的显示，在 P3 口的 P3.2，P3.4，P3.5 分别接上两个

6、按键开关和一个发光二极管起到手动切换通道的作用。图（2）2.2 显示模块2.2.1 显示模块芯片介绍 74LS47 是一种 BCD 输入，开路输出的 4 线七段译码器。DCBA 作为 4 线输入，ag 作为七段输出，输出低电平有效。例如，输入 DCBA=0011 时，a,b,c,d,g 等段输出为低 电平，输出显示十进制数 3。345 引脚为功能扩展端。3 脚 LT 是测试灯输入端。作用是 检查数码七段显示是否都能够正常发光。当 LT=1，BI=1 时，七段显示部件全部点亮， 显示“日”字。译码器正常工作时 LT=1。4 脚 RBI 是动态灭灯输入端，作用是将数码 管显示的、不用的零熄灭。5

7、脚 BI/RBO，BI 是灭灯输入端，当 BI=0 时，不管输入如何 ， ag 均为 1，数码管不显示。RBO 是动态灭灯输出端。作用是控制低位灭零信号。若 RBO=1，说明本位处于显示状态；若 RBO=0 且低位为零，则低位被熄灭，它于 BI 组成 线与关系 345 引脚使用时应接上高电位。管脚信息与 LED 连接如图（3）所示图（3） LED 管脚信息如图（4）图（4）2.22 显示模块的连接从图（5）可以观察到单片机 P1 口低 4 位连接一块七段译码器 74LS47， 由于 74LS47 是共阳极的七段译码器所以要选用共阳极的数码管。单片机 P1.0P1.3 的输出 信号经过 74LS

8、47 译码后就可以驱动数码管显示相应的数字，另外在 74LS47 的输出与数码 管之间还要接上 7 个 470 欧姆的限流电阻，以防止有过大的电流流过时烧坏数码管。P1.4P1.7 口接于四个 PNP 三极管的基极，四个三极管分别接于六个数码管的公共端。 通过由 P1.4P1.6 口的输出量来控制数码管的点亮。采用 PNP 型的三极管来驱动数码管， 在此三极管相当于一个开关的作用。依靠 74LS47 七段译码器和四个 PNP 三极管就可以实现 数码管的动态显示。2.3 A/D 转换模块图（5）显示模块A/D 转换器用于实现模拟量向数字量的转换，由于模数转换电路的种类很多，选 择 A/D 的转换

9、器件主要从速度、精度和价格方面考虑。目前最常用的是双积分式和逐 次逼近式 A/D 转换器。双积分式 A/D 转换器的优点是转换精度高，抗干扰性能好，价 格便宜；但转换速度较慢。因此这种转换器主要用于速度要求不高的场合。逐次逼近 式 A/D 转换器是一种速度较快、精度较高的转换器，其转换时间大约在几微秒到微秒 之间。该系统采用的模数转换器芯片为 ADC0809，该芯片为 8 路模拟信号的分时采集.片内有 8 路模拟选通开关，以及相应的通道抵制锁存用译码电路，其转换时间为 100S 左右。2.3.1 ADC0809 的内部逻辑结构ADC0809 的内部逻辑结构图如图（6）所示图中多路开关可选通 8

10、 个模拟通道，允许 8 路模拟量分时输入，共用一个 A/D 转换器 进行转换，这是种经济的多路采集方法。地址锁存与译码电路完成对 A、B、C 3 个地 址进行锁存译码，其译码输出用于通道选择，其转换结果通过三态输出锁存器存放、 输出，因此可以直接与系统数据总线。表（6.1）为通道选择表2.3.2 ADC0809 引脚功能（1）ADC0809 引脚图（6.2）ADC0809 芯片为 DIP-28，其主要信号引脚的功能说明如下：IN7IN0 模拟量输入通道。A、B、C地址线。通道端口选择线，A 为低地址，C 为高地址，引脚图中 ADDC、ADDB 和 ADDC。其地址状态与通道对应关系见表（6.1

11、）ALE地址锁存允许信号。对应 ALE 上跳沿，A、B、C 地址状态送入地址锁存器中。 START转换启动信号。START 上升沿时，复位 ADC0809；START 下降沿时启动芯片，开始 进行 A/D 转换；在 A/D 转换期间，START 应保持低电平。写为 ST。 D4D0数据输出线。为三态缓冲输出形式。可以和单片机的数据线直接相连。D0 为最 低位，D7 为最高。 OE输出允许信号。用于控制三态门输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0，输 出数据线呈高阻；OE=1，输出转换所得到的数据。CLK时钟信号。ADC0809 的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟 信

12、号引脚。通常使用频率为 500KHZ 的时钟信号。 EOC转换结束信号。EOC=0，正在进行转换；EOC=1，转换结束。使用中该状态信号即可 作为查询的状态标志，又可以作为中断请求信号使用。VCC+5V 电源。 Vref参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。起典型 值为+5VVref（+）=5V,Vref（-）=-5V。2.3.3 AT89S52 与 ADC0809 接口电路 AT89S52 与 ADC0809 接口电路如图（6.3）接口电路的连接要涉及两个问题。一是 8 路模拟信号通道的选择，二是 A/D 转换完成后转 换数据的传送还处理。图（6.3）所示模拟通道

13、选择信号 A、B、C 分别接到 74LS373 三态锁 存器的 A0、A1、A2 即接到 P0 口最低三位地址（P0.0、P0.1、P0.2）而地址锁存端由 P2.0 控制，8 路模拟选通地址为 0FEF8H0FEFFH。通道地址选择以 WR作写选通信号，把 ALE 信号与 STAET 信号接在一起这样使得在信号的前沿写入（锁存）通道地址，紧接着其后沿就 启动转换。这就是 A/D 转换模块电路连接，之后的数据采集、通道选择、量程选择、数据处 理都由后续的程序编写来完成。2.4 声光报警模块为了判断采集的电压量是否超出量程，增加了声光报警模块。该模块工作原理如下当系 统采集到的电压值大于 20V

14、 时，发光二极管点亮蜂鸣器响且数码管不显示数据，此时实现声光报警功能.声光报警电路模块如图（7）2.5 量程选择模块图（7）声光报警电路量程模块根据电阻分压原理而设计，该系统的量程模块由一个 15K 的电阻和 10K 的滑 动电阻串上 8 个 1K 的电阻构成分压模式，根据作品设计要求采集电压值的量程可在0V至5V和5V20V之内的电压量进行选择,图（8）中SW 开关就起到选择量程的作用，AT89S52 的 P3.3 P3.5 所对应接的按键开和发光二极管起到这里则起来到选择量程通道的作用。量程模块电路图如图（8）三、系统的软件设计3.1 系统软件概述图（8）量程模块电路该系统由 AT89S5

15、2 单片机系统、转换模块、LED 动态显示模块、电源模块、量程选择模块和报警系统组成。 该系统能完成电压量的采集、转换、手动量程切换、实时显示采集到电压量和声光提 示等功能。依据实际的情况还可以添加自动量程切换功能。3.2 数字电压表总程序流程图数字电压表主程序流程图开始自检量程选择8 次 A/D 转换滤除干扰报警子程序延时切换通道数据处理显示程序3.3 子程序的设计该系统程序由上电自检、数据采集、通道选择、量程选择、超量程报警子程序还有数据处理等子程序组成下面对各子程序简单介绍如下：3.3.1 上电自检子程序 自检子程序是检测显示模块的好坏看是否能正常工作同时可以检查出硬件是否焊接正确，当运

16、行自检时数码管上显示四个“8”红灯绿灯亮且蜂鸣器发出报警，说明显示模块可以正常运行.自检程序如下:START:MOV R2,#250 ;自检子程序L1:MOV R3,#250 ;自检循环设定ZOO:MOV P1,#11101000B;设置数码管自检显示全部为 8MOV P1,#11011000B MOV P1,#10111000B MOV P1,#01111000B SETB P3.0CLR P3.1CLR P3.3DJNZ R3,ZOO ；延时等待一段时间DJNZ R2,L1SETB P3.1 ;灭数码管，灯和蜂鸣器CLR P3.0SETB P3.2SETB P3.3SETB P3.4SET

17、B P3.5MOV P1,#11111111BMOV 60H,#00H ;给寄存器清零MOV 61H,#00H MOV 62H,#00H MOV 63H,#00H MOV 64H,#00H MOV 65H,#00H MOV 66H,#00H MOV 67H,#00H MOV 21H,#00H MOV 22H,#00H MOV 23H,#00H MOV 24H,#00H3.3.2 数据采集子程序数据采集程序就是把模拟电压值送到 ADC0809 中，由 0809 进行模数转换最后得出 8 位 数字量的位码，在由单片机进行位码与 BCD 码的转换并由数码管显示出来，即为当前的测 量电压值，具体程序如

18、下：LIANGCHENG1: ;0 到 5 伏量程子程序MOV R1,#60HMOV R6,#5DD11:检测第一路JNB P3.5,LIANGCHENG11 ;判断是否要进行 8 路采集CLR EAMOV DPTR,#0FEF8H ;选择通道 1MOVX DPTR,AJB P3.2,$ ;判断 AD 转换是否完成MOVX A,DPTR ;单片机进行读超做MOV R1,AINC R1 ;采集 5 次DJNZ R6,DD11JNB P3.5,LIANGCHENG11LCALL PAIXU1 ;排序LCALL DEL3 ;显量程LCALL PIS ;对采集的数据进行处理LCALL PANDUAN1

19、 ;判断是否超量程NOPLJMP LIANGCHENG1 ；返回3.3.3 通道选择及量程选择子程序 通道选择程序是由按键开关控制来完成的，通过软件对按键的反复扫描来判断是否有按键按下，当有按键会跳到相应的量程子程序，并进行八路采集，程序流程图如下：3.3.4 数据处理子程序数据处理子程序包含有对采集到的数据进行排序，求和，求平均值，从而减小测量误差 ， 程序流程图如下：3.3.5 超量程报警子程序每个系统都有它的最高耐压值，当超出它的额定电压时会对系统带来损坏，所以设置 了超量程报警，判断寄存器中的数据是否超出设定值，如果超出则发出声光报警，否则继续 采集。四、系统测试4.1 测试仪器与设备

20、 测试仪器及设备如表 4-1 所示表 4-1 测试仪器及设备仪器名称型 号用 途数 量可跟踪直流稳压电源SS2323提供电压源电压1（台）烧写软件双龙烧写程序1（个）数字万用表VC9800测量输出电压2（个）ISP 下载板无调试程序4.2 测试指标和误差分析（1）基本要求05V 预置电压与实测电压的偏差测试如表 4-2 所示表 4-2 预置电压与实测电压的偏差输入档位/V预置电压/V实测电压/V误差/V00.0000.021.501.5001.4700.032.502.5002.473.503.5003.47505.0005.03（2）发挥部分5V20V 预置电压与实测电压的偏差测试如表 4-

21、3 所示606.0005.9000.101010.0009.901414.0013.9500.151818.0017.902020.0020.3000.304.3 测试结果分析根据检测结果，分析简易电压表的技术性能指标：误差较小，达到了电路的设计要求。电压值小时相对误差较大，主要是采集电压值小，导致采样电压时分辨率不够高，这时可使用软件编程，提高采样电压的次数求平均值，从而提高分辨率，减小相对误差。另外由于电源提供的电压很不稳定，也会导致采集到的电压值存在一定误差。 。五、总结1、作品总结本系统以 AT89S52 单片机为核心部件，结合模数电路的设计原理，利用电阻分压的原 理选择测试点电压的技

22、术，并配合一套独特的程序完成了题目所有的功能。在设计中力求发 挥软件灵活方便的特点，来满足系统的设计要求。2、自我总结 经过自己的努力与同伴的合作以及辅导老师的点拨终于如期完成了简易数字电压表的设计。在刚开始选择这个课题的时侯感觉很自信，觉得自己能够把这个课题做的很好，因为原理与工作机理自己都很了解。但真正让自己一步步去做的时候，才发现很多细节问题自己之前根本没考虑到，觉得一时慌了手脚。其实这次课题用的都是以前学过的理论知识，我们要做的只是适当的发挥与扩展。将自己学过的理论知识举一反三，并且用于实践。虽然之前也做过一些实训课题，像抢答器，收音机，也有了一些经验。但是这次课题要求比以前提高了很多

23、，不再是单纯的硬件问题。它需要自己编写程序，收集资料，还要解决一些新的问题，所以一开始感到有些棘手。同时也发现自己确实存在很多问题与不足，看问题容易犯眼高手低的毛病，做事缺乏耐心与钻劲儿，没能够把已学的知识灵活应用。通过这次实训培养了我积极解决问题的能力，和面对新问题解决新问题的自信。同时也提高了自己的合作意识与沟通能力，能够坦然面对自己的不足并且逐步改正，这在我以后的学习与工作中将会有很大的帮助。六、致谢词感谢领导给我们提供这次锻炼的机会,使得我们得到一个自我能力提升的平台,使我们有机会把自己掌握的理论知识通过实践得以应用.感谢辅导老师的点拨和帮助,在我们制作的过程中帮我们解除疑难.通过这次

24、实训提高了我解决问题的积极性以及和同学的合作与老师的互动交流.。七、参考文献1 王法能.单片机原理及应用.科学出版社.20042 刘 勇.数字电路.电子工业出版社.20043 赵伟军.PROTEL 99 SE 教程.人民邮电出版社.20044 黄强.模拟电子技术.科学出版社.20035 21IC 资料搜索附录一：系统总原理图ORG 0000H LJMP START附录二：系统总程序清单ORG 0030H START:MOV P1,#11101000B MOV P1,#11011000B MOV P1,#10111000B MOV P1,#01111000B SETB P3.0DJNZ R3,ZOO DJNZ R2,L1START2:JNB P3.4,LIANGCHENG1 ;JNB P3.5,LIANGCHENG2LJMP START2LIANGCHENG2:LJMP LIANGCHENG3