基于AT89C51单片机的数字电压表的设计与实现

1、 南京理工大学泰州科技学院毕业设计(论文)开题报告学 生 姓 名：学 号：专 业：电气工程及其自动化设计(论文)题目：基于AT89C51单片机数字电压表设计指 导 教 师: 2010 年 3 月 15 日开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3“文献综述”应按论

2、文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册）；4有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2008年3月15日”或“2008-03-15”。毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述摘要 本文是以基于单片机的数字电压表设计为研究内容。首先对数字电压表作了详细介绍，接着讲述了数字电压表的类型和作用以及一些数字电压表的制作原理和构造，

3、对比一下各种方法制造的压表。对各种电压表的制作做一个归纳和总结，最后给出自己的方案和准备采用的手段方法。关键词 单片机 A/D转换 数据处理1 简介数字电压表(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

4、。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。数字电压表是诸多数字化仪表的核心与基础，电压表的数字化是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，这有别于传统的以指针加刻度盘进行读数的方法，避免了读数的视差和视觉疲劳。目前数字电压表的内部核心部件是A/D转换器，转换器的精度很大程度上影响着数字电压表的准确度，本文A/D转换器采用ADC0809对输人模拟信号进行转换，控制核心AT89C51再对转换的结果进行运算和处理，最后驱动输出装置显示数字电压信号。数字电压表(数字面板表)是当前电子、电工、仪器、仪表和测量领域大量使用的一

5、种基本测量工具有关数字电压表的书籍和应用已经非常普及了。数字电压表的主要技术指标：测量范围、输入阻抗、显示位数、测量速度、分辨率。2 数字电压表的几种类型DVM的种类有多种，分类方法也很多，有按位数分的，如3/2位、5位、8位；有按测量速度分的，如高速、低速；有按体积、重量分的，如袖珍式、便携式、台式。但通常是按A/D转换方式的不同将DVM分成两大类，一类是直接转换型，也称比较型；另一类是间接转换型，又称积分型，包括电压时间变换(VT变换)和电压频率变换(V-f变换)。(1) 逐次逼近比较型。逐次逼近比较型电压表是利用被测电压与不断递减的基准电压进行比较，通过比较最终获得被测电压值，然后送显示

6、器显示的。虽然逐次比较需要一定时间，要经过若干个节拍才能完成，但只要加快节拍的速度，还是能在瞬间完成一次测量的。图1所示是逐次逼近比较型数字电压表的原理框图。图中，数码开关可把由基准电压源输出的高稳定性电压Ub分成若干个步进小电压Ub1、Ub2、Ub3等，而且这些步进电压的前一个值比后一个大一倍，用二进制表示则刚好增加一位，例如，取基准电压Ub为1024mV，并将其分成512mV、256mV、128mV、64mV、32mV、16mV、8mV、4mV、2mV、1mV等若干电压，然后通过控制电路将Ub逐个送到比较器与被测电压进行比较。所取出的Uu应按从大到小顺序取出，也就是先取最大的电压Ub1与U

7、X进行比较，若Ub1>Ux，就由数码寄存器输出一个数码“0”，并舍去Ub1；若Ubt<Ux，则由数码寄存器输出一个数码“1”，并保留Ub1，以便与下一个取出的步进电压Ub2相加，相加后的电压重新与被测电压在比较器中进行比较，并重新输出数码，决定取舍。这个原则称为从大到小、舍大留小的原则。按此原则逐个取出Ub进行比较后，将数码寄存器输出的二进制码按序排列就会等于被测电压值。图1 逐次逼近比较型数字电压表的原理框图(2) 电压时间变换型。所谓电压时间变换型是指测量时将被测电压值转换为时间间隔t，电压越大，t越大，然后按t大小控制定时脉冲进行计数，其计数值即为电压值。电压-时间变换型又称

8、为V-T型或斜坡电压式，其原理框图如图2所示。图2 V-T型数字电压表原理框图控制器ST是电压表的指挥部，它每隔一定时间(例如每隔2s)就发出一个启动脉冲，一方面利用启动脉冲打开控制门T，让等间隔的标准时间脉冲序列能通过控制门进入十进制计数器；另一方面启动脉冲触发斜坡电压发生器，使它开始产生一个直线上升的斜坡电压，在斜坡电压上升的过程中，斜坡电压不断与被测电压在电压比较器中进行比较，当斜坡电压等于被测电压Ux时，电压比较器即发出关门信号，将T门关闭。这时十进制计数器所保留的数就是T门从开启到关闭的时间间隔中，通过T门的标准时间脉冲的个数。被测电压Ux越大，斜坡电压从零上升到被测电压Ux，值所需

9、要的时间、T门开启时间也越长，计数器所计数值也越大，利用数码显示器将计数器所计数值显示出来，所计的数就是通过T门的脉冲个数。适当选择标准脉冲发生器的重复频率和斜坡斜率，就能使通过T门的脉冲个数与被测电压值相等，显示器上便可以直接显示出被测电压值。(3) 电压频率变换型。所谓电压频率变换型是指测量时将被测电压值转换为频率值，然后用频率表显示出频率值，即能反映电压值的大小。这种表又称为V-f型，图3为V-f型数字电压表原理框图。图中有两个振荡器，HO为固定频率振荡器，AO为可控频率振荡器。利用被测电压直接控制AO的输出电压频率，使被测电压越大，频率就越高，经混频器混频之后，输出的频率也越高；当被测

10、电压为零时，让可控频率振荡器AO输出的频率等于HO的频率，经混频器混频之后，输出频率为零。这样就能通过可控频率振荡器，把被测电压值转换为频率值，然后通过计数显示出来。只要适当选择AO和HO的振荡频率，就能够使显示器读数直接等于被测电压值。图3 V-f型数字电压表原理框图数字电压表的设计和开发，已经有多种类型和款式。传统的数字电压表各有特点，它们适合在现场做手工测量，要完成远程测量并要对测量数据做进一步处理，传统数字电压表是无法完成的。然而基于PC通信的数字电压表，既可以完成测量数据的传递，又可借助PC做测量数据的处理。所以这种类型的数字电压表无论在功能和实际上，都具有传统数字电压表无法比拟的特

11、点，这使得它的开发和应用具有良好的前景。基于单片机的简易数字电压表设计，控制系统采用AT89C51单片机，A/D转换器采用ADC0809为主要硬件，实现数字电压表的硬件电路与软件设计。数字电压表可以测量0V5V的8路输入电压值，并在四位LED数码管上轮流显示或单路选择显示。本系统用单片机AT89C51构成数字电压表控制系统，具有精度高、速度快、性能稳定和电路简单且工作可靠等特点，具有很好的使用价值。参 考 文 献1 吴金戌，沈庆阳，郭庭吉编著. 8051单片机实践与应用M. 北京：清华大学出版社，2002.2 黄智伟. 基于NI Multisim的电子电路计算机仿真设计与分析M. 北京：电子工

12、业出版社，2008.3 余文俊. 8051 C语言实习M. 北京：中国水利水电出版社，2003.4 周林等编著. 数据采集与分析技术M. 西安：西安电子科技大学出版社，2005.5 基于单片机控制的新型交流电压表系统J. 微计算机信息，2008，(14)：103104，209.6 吴昌东，吴学杰. 基于单片机的新型数字式电压表设计J. 微计算机信息，2008，(08):133134，136.7 张铮. Multisim在单片机系统仿真中的应用J. 现代电子技术，2008，10：174179.8 骆旭坤. 基于avr单片机实现积分式直流数字电压表的设计J.黎明职业大学学报，2008，03：313

13、4.9 王伟，刘晓平. 高精度数字电压表方案设计J. 仪表技术，2007，(4)：3639.10 李秋生，刘小燕. 基于AT89C52的某数字电压表的设计J. 微计算机信息, 2008，(25)：199200，233.11 宋凤娟，孙军，李国忠. 基于89c51单片机的数字电压表设计J. 制造业自动化，2007，(02)：8990，9312 任艳玲. 基于单片机的量程自动转换电压表设计J电子科技，2006，(11)：5659.13 吴正伟. 任意波形真有效值检测的实现J. 继电器，2001，(12)：2526.14 苗红霞. 单片机实现数字电压表的软硬件设计J. 河海大学常州分校学报，2002

14、，(03)：7475，79.15 黄亮. 基于HT46R51单片机的数字电压表设计J. 常州工学院报，2007，(05)：1922. 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：研究或解决的问题:通过对AT89C51的工作原理的学习，AD0808的转换研究，以及LCD1602显示原理的学习和研究，设计一个具有一定量程范围和精度的数字万用表，完成电路的设计，程序的设计，并利用Proteus仿真软件对所设计的电路进行仿真验证。研究的手段：(1) 学习电压测量和数据采集的基本原理。(2) 学习LCD1602的工作和显示原理。(3) 研究数据的转换和显示程序。(4) 学习电路仿真软件Proteus的使用方法。(5) 利用Proteus进行电路设计。(6) 完成系统软件设计。(7) 仿真验证。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告指导教师意见：1对“文献综述”的评语