简易数字电压表的设计()

1、目录1引言22系统硬件设计22. 1 ATMEL89C31单片机系统和显示电路32.2 A/D转换电路43系统软件设计53. 1初始化程序53. 2 A/D转换子程序53. 3显示子程序64系统安装调试及结果144. 1系统安装调试144. 1. 1电路焊接144. 1. 2程序下载及程序下载144. 2系统调试结果144.2. 1调试所用工具144. 2. 2记录测试数据145总结156致谢157注释8参考文献简易数字电压表的设计【内容摘要】此在现代检测技术中，常需用高精度数字电压表进行现场检测， 将检测到的数据送入微计算机系统，完成讣算、存储、控制和显示等功能。本 文中的数字电压表的控制系

2、统采用ATMEL89C51单片机，A/D转换器采用TLC549 为主要硬件，实现数字电压表的硬件电路与软件设汁。该系统的数字电压表电 路简单，所用的元件较少，成本低，调节工作可实现自动化。【关键词】数字单片机；数字电压表；A/D转换；模拟信号1引言数字电压表(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

3、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系统硬件设计硬件电路设计主要包括：ATNEL89C51单片机系统，A/D转换电路，显示电 路。图2-1是数字电压表硬件电路原理图。JP1HEADER跑O-pl?vccC0H8vcc30P L_VCCGOCOW20jVIMEL 刃 C5：讥c卜-H-EDRO4?018195 15 p3J 】GVIT 一DM8 7 6 S 4 3 o 11234567 8pLO 1Dll 2E2 2pl

4、3 4D “ M pd5 G plO 7 nW fi10n 2252_12514T-30P7CC巩丄12PODF13P0.1P02E5P03pl 5 巩丿P0.4P2P06BSMZFD P0.7ALEZRO0PSSTP2.7P2万 MSP2.4P23CTA12心1TAL1P2.1P2DGIB58poi7pO236p0355p0454p0533p0632p0739 dOOn5020II-图2-1数字电压表硬件电路原理图2. 1 ATMEL89C51单片机系统和显示电路由于单片机体积小、重量轻、价格便宜，所以本系统采用ATMEL89C51单片机，苴原 理图如图1所示。89C51的Pl、P3. 0P

5、33端口作为四位LED数码管显示控制。P3. 5端口用作单路 显示/循环显示转换按钮，P3. 6端口用作单路显示时选择通道。P0端口作TLC549的A / D转换数据读入用，P2端口用作TLC549的A/D转换控制。ATMEL89C51的性能特点：4K字节可编程闪烁存储器寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年全静态工作：OHz-24MHz三级程序存储器锁定128X8位内部RAM32可编程1/0线两个16位定时器/计数器5个中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路2.2 A/D转换电路TVCCaJI;1Cl TLC549s3AN/lLpfe IN I/O COLOCK

6、 J2123：27乙18忖:36二斗CS宀5104 % XJW1A COM31DKVCCIII19 kn 寸 Z C iJ3 COM4图2-2TLC549 A/D转换原理图D/A转换电路就是将数字信号转换成模拟信号的电路。数据转换精度和转 换速度是衡量D/A转换器的重要指标。A/D转换山集成电路TLC549完成。 TLC549 A/D转换电路如图2所示。TLC549具有8路模拟信号输入端口，地址线 （2325脚）可决定对哪一路模拟信号进行A/D转换。22脚为地址锁存控制， 当输入为高电平时，对地址信号进行锁存。6脚为测试控制，当输入一个2 s 宽高电平脉冲时，就开始A/D转换。7脚为A/D转换

7、结束标志，当A/D转换 结束时，7脚输出高电平。9脚为A/D转换数据输出允许控制，当0E脚为高电 平时，A/D转换数据从该端口输出。10脚为0809的时钟输入端，利用单为 0809的时钟输入端，利用单片机30引脚的六分频晶振频率再通过14024Z分频 得到1MHz时钟。3系统软件设计图3-1主程序图图3-2A/D转换测量程序3. 1初始化程序系统上电，初始化程序将70H77H内存单元清0, P2 口置0。系统默认为 循环显示8个通道的电压值，当进行一次测量后，将显示每一通道的A/D转换 值，每个通道显示时间为1 So 70H-77H内存单元存放采样值，78H-7BH内存 单元存放显示数据，依次

8、为个位、十位、百位、通道标志位。3. 2A/D转换子程序A/D转换子程序用来控制对0809 / k路模拟输入电压的A/D转换，并将 对应的数值存入70H77H内存单元。3. 3显示子程序显示子程序采用动态扫描实现四位数码管的数值显示。测量数据在显示时需转 换成BCD码放在78H7BH内存单元中，其中7BH存放通道标志数。R3作为8 路循环控制，RO用作显示数据指针。程序代码如下： I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I

9、I I I I I I I I I I I I I * 文件名：tlc549. c*主要功能：应用IIC总线读取tlc549模数转换后的电压值* 时 钟：11.0592MHz I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I #include #include #include #include#define uchar unsigned char#define uint u

10、nsigned int#define ulong unsigned long/sbit sda=P02o/sbit scl=P03osbit Tlc549_CLK = P25。sbit Tlc549_DATA = P26。sbit Tlc549_CS = P27。void delay_us(uint x)。void shift (unsigned char function, int b)。void led_display() o/uchar AD_convert()oint TLC549_0UTPUT()。/*const char led_codeL19. = 0xll, 0xd7, 0x3

11、2, 0x92, 0xd4, 0,1,2, 3,40x9& 0x18, 0xd3, 0x10, 0x90,/5, 6, 7, & 90x50, Oxlc, 0x39, 0x16, 0x3& 0x78,/ a, b, c, d, e, fOxfe,Oxef, Oxffo / - dot dark I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 名称：void delay_us(u

12、int x)功能：延时输入：NULL全局变量：NULL返回值：NULL调用：NULL明：通过改参数X来改变延时的时间 | 4 | 1 | 4 | 4 | 1 | 4 | 4 | 1 | 4 | 4 | 1 | 4 | 4 | 1 | 4 | 4 | 1 | 4 | 4 | 1 | 4 | 4 | 1 | 4 | 4 | void delay_us(uint x)uint iofor (i=0o i=Xo i+).nop_() of I I I I I 1 I I I I I I I 1 I I I I I I I 1 I I I I I I I 1 I I I I I I I 1 I I I

13、I I I I 1 I I I I I I I 1 I I I I I I I 1 I I I I I I void shift(uchar n)把一个显示代码送入数码管显示输入:NULL全局变量：:NULL返回值:NULL调用:NULL说明:从最高位开始读入 I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I /*void shift(uchar n)uchar m, ion

14、Fled_coden。scl=0o for (i=0o i0o i-)V=loTlc549_CLK=lodelay_us (1)。if(Tlc549_DATA)vk0x01odelay_us (1)。Tlc549_CLK二0。Tlc549_CS=lo delay_us (1)。 return (v)。 I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I * 名称：void ma

15、in()*功能：主函数*输入：NULL*全局变量：NULL*返 回 值：NULL*调用：NULL | 4 | 1 | 4 | 4 | 1 | 4 | 4 | 1 | 4 | 4 | 1 | 4 | 4 | 1 | 4 | 4 | 1 | 4 | 4 | 1 | 4 | 4 | 1 | 4 | 4 | int main()TLC549_In 辻()。 TLC549_OUTPUT ()。while (1)led_display ()。 delay_us(10000)。return 0。/while(1)shift (1, 1) oshift (0, 3) oshift (1,4)oshift (0

16、, 5) odelay_us(10000)。*/4系统安装调试及结果4. 1系统安装调试系统调试主要分三部分：电路焊接，软件调试及程序下载。4. 1. 1电路焊接完成PCB板的制作后，在电路板上安装元件，并焊接。经过将近三天的电 路焊接，系统电路焊接基本完成。4.1.2程序下载及程序下载软件编程采用C语言和汇编语言设计，C语言在Keil uVision3开发环境 和Microsoft Visual C+开发环境下完成设计和编译。在系统板以及各功能模块连接好后，将从PC机并口接上ISP下载线，给系统上电，并对系统板进行程序下载测试，51单片机支持ISP在线编程。4. 2系统调试结果4. 2.1调

17、试所用工具表1仪器设备使用说明仪器设备名称仪器设备型号示波器TDS2012 型万用表DT9205A 型信号发生器SP F40 型稳压电源HH1733B2 型4. 2. 2记录测试数据制作的作品按照课题设汁要求，对各项指标进行测试，测量最大值+5V最小值0Y,精确到0. lVo5总结通过这次课程设计的学习我学到了不少知识，并且进一步熟悉了做板的流 程和仪器的使用，专业知识更加精深真的是受益匪浅啊。制作过程也并不是一 帆风顺的，我们也遇到了许多困难，但是我们通过上网查资料，图书馆内查阅 书籍克服了这些困难并最终制作成功。据调试和所测量数据，本系统采用ATMEL89C51单片机作为主控核心，按照 设

18、计要求，完成了数字电压表的设计。该系统的数字电压表电路简单，所用的 元件较少，成本低，设计简单，容易实现，适合于要求不同的电子技术应用领 域。6致谢在本课题完成之际，我们的基础理论得到了进一步巩固和加深，同时在此 基础上，我们掌握了仪器仪表的硬件设计原理和软件调试方法。但这些都离不 开我们身边的老师和同学的大力帮助与支持。感谢彭宇林老师的帮助。7注释J.北京:北京航空航天大学出版社，2004.第172页.8参考文献1 谢自美点子线路设计实验测试（笫三版）J.西安:华中科技大学大 学出版社，2006.2 谢自美.点子线路综合设计J.北京:华中科技大学岀版社，2006.Design of simple digital voltage meterRenkai Chen MiaoxinAbstract：This in modern detection techniques, the