【《基于单片机的数字电压表设计》8500字（论文）】

基于单片机的数字电压表设计内容摘要随着计算机和微电子技术的飞速发展，电压表的精度不断提高，并有数字化的发展趋势发展数字电压表的优点是精度高，可靠性和舒适性读。读采用单片机技术，可使电压测量过程更为简便它是是世界上最著名的标签之一。由于数字电压表及其庞大的工业制造系统的快速发展，该标签在从高压电到电子等多种产品中都有发现产品.数字电压表是一种综合性产品，不仅是材料组件，但同时也是制造商的生产能力包括。数字电压表不仅生产材料产品，而且还显示了其生产能力制造商数字电压表产品正在全球范围内开发因此数字电压表的研究是非常重要的。本文中A/D转换器使用了ADC0832主要作用是将连续、离散的电压模拟量转换为不连续的数字量，单片机使用了STC89C51主要作用是对A/D转换器中传输的信号进行处理，同时还对该芯片进行控制，待测量电压范围可扩展为0~5V。【关键词】单片机；数字电压表；设计与实现目录第1章前言 3第2章数字电压表的总体设计 42.1设计任务与要求 42.1.1设计任务 42.1.2设计要求 42.2单片机 42.3基于单片机的数字电压表工作原理 42.4数字电压表总体设计 5第3章数字电压表硬件设计 63.1单片机最小系统电路组成设计 63.2模数转换电路设计 73.3显示电路设计 73.4震荡与复位电路 93.5电源电路设计 9第4章数字电压表系统软件设计 104.1软件程序的编写环境 104.2软件程序设计流程图 104.2.1软件主程序流程设计 114.2.2LCD显示控制模块步骤设计 124.2.3数据采集设计 13第5章单片机数字电压表的实现与优化 155.1系统基本试验程序 155.2系统电路调试 155.3单片机数字电压表的优化 16结束语 18参考文献 19第1章前言自从微软时代计算机的快速发展以来，集成电路，微处理器和半导体技术也得到了迅速发展。同时，这些电子产品也促进了电压表的快速发展。随着全球计算机发展的趋势，世界上各种电子技术都在蓬勃发展。我们不能落后于世界发展的步伐。只有将自己融入世界的整个发展浪潮中，我们才不会落后于整体水平；只有通过自身核心技术的发展，我们才能独立。在这项工作中，简单的数字直流电压表被用作研究重点，数据处理，输入，输出和显示为研究对象。首先，A/D转换器模块使用ADC0808芯片将模拟输入信号转换为数字信号。接收到数据后，将自动对其进行处理，然后将其转换为数字量。最后，驱动器上的LED点亮，指示电压信号是否强。电子行业的进步性在最大程度上表明，我们只需要研究中国的电压表就可以了解电压表对世界的原理。解释了中国数字电压表行业的发展状况和差距，并指出，中国在电子方面有更大的扩展空间，同时以四种方式驱动电压表以外的类似电子技术。“以人为本。”“，“环保”，“技术创新”和“面向未来”准确区分了“新型数字电压表行业”和类似替代产品的内涵:（1）更好的使用创新技术，使我们的电子产品走向规模更宽广；（2）应用数字化更为精准清楚；（3）使用范围更宽广，错误率低；（4）发明便携式，使用更便利；（5）测量速度快，不受外界干扰。目前，许多大学将单片机数字电压表的原理和应用集成到工业机械中，电子设备的高速运行和计算机-计算机系统的集成也是这些专业的主要课程。因此，教学模式也需要大大改善。为了使学生更好地掌握单片机技术，提高他们的实践能力和创新精神，并设法使他们尽快解决现实生活中的问题。在目前的情况下，增加专用的学习单片机的教学设备以提高教学质量非常重要。当然，这样一个实验的成本必须非常低，否则，不可能每个学生都可以手工尝试以加深对实验内容的理解并学习单个实验的原理。芯片微型计算机至少会知道完整的一个电路图和实验系统的代号。只有这样，有兴趣的学生才能在业余时间充分了解微控制器，并扩展他们的思维，使学生知道如何在学习和探索中进行创新。最后，将实现数字单片机电压表原理与应用教学的整体发展目标。

第2章数字电压表的总体设计2.1设计任务与要求2.1.1设计任务单片机电压力表的大概形成；比方我们所实验的数字电压表可以非常准确的测出OV~5V的电压值，而它的误差率只在0.02v之间。2.1.2设计要求(1)我们以MCS-51系列单片机为实验标本，自建组成一个简单的电压力表；(2)从一方面实验电流输入，直接测量电压值；(3)电压表使用LED数码显示，最少要显示二位小数点以后；(4)实验中要设定电压过高的保护装置；(5)测量电压范围为-5V~5V2.2单片机太大的集成电路在使用中非常麻烦，因此出现了诸如单片机之类的微集成电路。它的组成主要由中央处理单元和随机编程和读取以及大量的I/O系统集中在同一微机中断系统，同一时钟电路和不同的UO接口II等组成。它连接到地址总线（AB），控制线（CB）和数据（DB）。一旦连接到I/O线，它就连接到外部设备和外围芯片，并通过单片机系统中的系统。用于控制整个电路系统的操作软件和用户应用软件。在装备该实验时，我们都使用了著名的AT89C51单片机作为控制核心系统的主要部分。与其他单片机相比，51单片机具有更强大的功能，适用于许多更复杂的控制应用。另外，它还可以满足设计要求比较实用。2.3基于单片机的数字电压表工作原理了解单片机的工作原理，编程系统的转换以及将LED显示屏组合成数字电压表的原理：（1）编程模数转换器芯片的初始电压（A/D）以及要测量的输入电压和进入前的电压；（2）将模数转换为编程，将输入之前从电压采集的模拟数据转换为数字数据，通过单片机的编程软件输入，以便单片机系统可以准确地捕获数字信息，然后使用编程数据中的代码将其转换为目标电压表的电压；（3）单片机的计算系统通过编程软件自动输出电压值，并将其显示在LED模块上。本设计中使用的ADC0808芯片是CMOS器件，精度为8位。它是一个ADC部件，由8位数字逐步形成，可以提供相应的8个通道作为多个开关及其相应的通道。因此，寻址编程[7]可以用作“数据采集系统”。数据编程芯片的检测可以对输入端的8通道单端模拟信号进行A/D转换，输入端和对应通道的来回检测可以广泛使用。ADC0808使用的意义（1）INOIN7引脚由8个模拟输入通道组成，通过3个地址解码线DA，DB，DC选通单向。（2）D7-DO引脚是数据转换后的输出端子，DO为最低位，D7为最高位。而且输出状态不是一种类型，它具有可控的选择性，因此可以连接到处理器的端口。（3）DA,DB,DC是模拟通道地址选通信号，DA为低位，DC为高位。（4）ALE是地址锁定信号，有效为高。当出现高电平时，三个通道A，B和C的信号被屏蔽，处理器的编程转换选择一个合适的模拟通道。在使用过程中，START信号链接到该信息，并且可以屏蔽信号通道并打开A/D转换通道。（5）VR(十)和VR(一)是正、负参考电压的输人端，提供片内DAC电阻网络基准电压。如果想要两极输入那么要让VR(十)、VR(一)分别接正、负两极来参考电压，如果想要单极输入时就是VR(十)=VR(一)=OV。2.4数字电压表总体设计在本研究项目中，使用了STC89C51型单片机，用于数据采集的编程型号为ADC0832，从而在实验和使用中获得了明显的优势。单片机是一个很小的集成计算机，具有很好的稳定性，并且STC89C51单片机芯片的语音编程也非常完整，程序空间非常开放，并且I/O端口易于使用，请参见。可以完全实现设计。功能网络，用于0〜5V电压测量。绘制出的简易电路图2-1电源模板电源模板显示电路STC89C51模板ADC0832模板显示电路STC89C51模板ADC0832模板按键电路按键电路图2-1系统总体方框图

第3章数字电压表硬件设计单片机数字电压表的硬件电路由以下6个硬件部分组成。系统主要模块的方案如下：控制系统以单片机STC89C51为核心，A/D转换电路：单片机系统ADC0832使用非常方便，操作非常方便。简单。该单片机可以直接将所需的控制信号和时钟信号转换成。按照要求的方式，每次单片机的转换过程都是快速的，这是普通计算机无法达到的，单片机硬件系统的组成部件又小又轻，可以更好地为有需要的人们服务。他们。上面提到的这种单芯片数字系统的内部结构小巧便携，价格是公众可以接受的。它可以更好地用于需要不断改进的控制系统中。最终采用单片机系统数字电压表芯片单片机ADC0832用于电压表转换功能，电压表显示屏采用LCD1602。显示屏价格低，功耗低，连接非常方便，是首选用于显示，并使用警报。它是一个蜂鸣器，其蜂鸣声淹没了警报功能。如图2-2双量电压输入AD转换电路时钟电路AT89C51双量电压输入AD转换电路时钟电路AT89C51复位电路显示系统复位电路显示系统图2-2数字电压表系统硬件设计框图3.1单片机最小系统电路组成设计单片机的形状也具有最小系统的电路设计。最小的系统需要最少的硬件。小型单芯片微型计算机通常只需要一个小芯片。小型单芯片数字电压表由一个主体和一个连接器组成。电气连接和模拟时钟板由微型单片机系统组成。最小电路系统的电路使用12MHz的复位电路晶体振荡器。重置是重置按钮。根据当前的发展，一家公司已经制造了一个8位的微型计算机控制器。专门使用MCS-51系列单片机的关键核心。单片机具有经典单片机的功能。在使用经典的单片机进行了许多改进之后，开发了现代的单片机模型，并且该单片机具有许多功能。STC89C51不仅具有8个微处理机，而且还具有可编程的闪存。目前，这种单芯片数字机已成为现代发展的主流趋势。3.2模数转换电路设计该公司生产的微机客户处理器可以更好地帮助单片数字电压表的输入和输出功率实现模拟能量转换。当微控制器开始转换时，转换信号为低电压。一段时间后，E0C引脚将输出高电平，转换结果将存储在ADC0809的输出数据锁存器中。当单片机进行转换数据输出时，单片机控制端UE为高电压，数据库中的数据通过单片机ADC0809输出到单片机数据端D0〜D7。在开发过程中，应特别注意模数转换器电路的设计和实现。对于ADC0832单片机模数转换器模块，ADC0832单片机可以支持2个输入端子。此输入方法是一个模拟8位微型计算机转换器，因此计算机客户端的CS输入为高电压，因此芯片无法正常工作。为了使单片机的转换顺利进行，首先必须说CS处于低电压状态，并且必须确保保持该状态直到单片机被转换为止。芯片微机齐全。接口MCU和ADC0832的电路图如图2-3所示。P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0 26 25CSVCCCHOCLKCHIDOGNDDI 24 VCCCSVCCCHOCLKCHIDOGNDDI 23 1 8 22 2 723 21 33 6 20 R13 R14 4 5 10K 10K12 GND12图2-3ADC0832接口电路图3.3显示电路设计当单片机数字电压表的主程序开始运行时，必须首先执行初始管理，使用模拟量块的转换功能和LCD屏幕来更清晰地显示数据。系统电压表的主程序由这三个模板组成。是的，电压表程序序列如图3-1所示。同时，数字电压表系统的主程序由这三个模板组成。它的主要程序部分，其AD转换子例程和其显示子例程被逐部分编写并最终合并。（1）初始化程序所谓初始化是指微控制器内部硬件的设置或芯片的初始化。初始化程序的主要任务是在单片机上设置计时器和程序的初始值。（2）A/D转换子程序该程序的内容可以转换能量，可以测量数字单片机电压表的电流，并将测得的电压值存储在相应的单片机单元中。单片机转换流程图如图3-2所示。（3）显示子程序电子屏幕子例程使用动态的四位数字值。当单片机处于动态扫描模式时，LED屏幕亮度高且颜色均匀，必须达到合理的速度，增加或减慢动态扫描的频率。系统假定采样频率为70Hz，并且每10毫秒对LED进行一次动态采样。每个LED的显示时间为1毫秒，可以产生更理想的显示效果。启动转换开始启动转换开始 A/D转换结束A/D转换结束初始化初始化输入转换结果使用A/D转换子程序输入转换结果使用A/D转换子程序数值转换调用显示子程序序数值转换调用显示子程序序显示结束显示结束结束结束图3-1数学式直流电压表主程序框图如图3-2A/D转换流程设计时，数字管用于显示，STC89C51单片机的P1端口用作LED显示器的动态数字控制。在此，基于系统功能需求设计一研究，给出系统主程序流程，如图3-3所示。开始开始转换是否结束 N转换是否结束系统初始化系统初始化采集A/D转换值采集A/D转换值选择ADC0832转换模块选择ADC0832转换模块启动A/D转换数码管显示电压启动A/D转换数码管显示电压结束结束图3-3系统流程图3.4震荡与复位电路单片机AT89C51的内部系统的对面有一个放大器。单片机的内部结构具有两种当前结构。这两个引脚连接到石英晶体振荡器（频率为11.0951MHz）和两个电容器（电容器22pF）以形成稳定的振荡器。将电源频率除以2后，将单片机的振荡电流脉冲用作单片机的系统信号。根据电源频率除以当前脉冲后的两个电源频率，使用三个电源频率信号生成ALE系统信号。单片机数字电压表工作了很长时间后，有两种方法可以复位单片机。重置按钮是指在需要重置时按下RESET按钮。电源Vcc由电阻R1和R2共享，并且在RESET系统端口处产生高电压。单片机长时间工作后，可以连接和复位连接到单片机的电源，并且需要通过对外部电气设备的电容器RESET充电来自动复位单片机。终端在上电时进入高电平。但是，随着电容器充电，RERSTMCU系统连接器电流将缓慢降低。在上述单片机的数字电压的高电压模式下，如果电荷保持一定时间，则可以复位单片机。3.5电源电路设计使用单片机确定p1.7的高电平或低电平应实现05V电压输出还是-5V-5V电压。但是，简单数字电压表的精度误差增加到0.0392V。当测量负电压时。外部提供-5V电压，因为我们的过压保护功能无法起到保护作用，因此我们需要另一根连接电缆作为输入测试电压。模拟电压信号（负电压）被变阻器分压并进入ADC0808的INO引脚（由于使用了INO连接器，因此DA，DB，DC必须连接到低电平），将生成相应的数字量通过输出通道DO-D7到达AT89C51的P2端口（P2.0〜P2.7）。AT89C51负责处理接收到的数字量，然后显示正确的数字管显示段，将代码发送到LED灯，然后AT89C51通过其I/O端口P1.0〜P1生成位选择信号。控制数码管的打开和关闭。到目前为止，已经设计了简单数字直流电压表的硬件电路，然后通过硬件电路选择了相应的电子元件和芯片。可以使用Protel或AlbumDesigne软件绘制电路原理图并仔细检查更改。精度正确后，您可以使用电路板进行自动布线和增强，然后进行构建和处理。如果要实现电压测量和显示功能，则需要编写适当的程序以满足要求。

第4章数字电压表系统软件设计4.1软件程序的编写环境在设计软件程序时，总共需要在Keil5软件环境中编写软件程序，Keil5的优点是：（1）KeilC51转换后的总体目标代码非常有效，对于大多数句子转换后的汇编来说，它非常紧凑且易于理解。在开发和设计大型软件时，它可以更好地体现高级编程语言的优势。（2）与汇编语言相比，C语言在功能，结构，可读性和维护性方面具有明显的优势，因此易于学习和实用。Keil5初始环境界面如图所示：图4-1keil5初始界面4.2软件程序设计流程图该系统的数字电压测试基于STM32微芯片，该芯片使用芯片作为中央控制核心和完整的数字电压测试系统。该系统由一个测量模块，一个电源模块，一个数字显示模块和一个LED显示模块组成。测量模块连接到要测量的电压源，并且测量的电压进入单片机。在对单片机进行内部处理之后，LED显示模块将显示它，以显示确切的电压值。系统总流程图如图4-2所示：图4-2系统总流程图4.2.1软件主程序流程设计主程序负责启动和初始化微控制器，还应在启动微控制器之前完成外部模块和其他设备的初始化。主程序流程图如图4-3所示：图4-3主程序流程图主程序启动，并在MCU连接到电源后启动。主程序检测操作是否在任何时候被手动中断，如果被手动中断，则直接进行下一次测量。然后，主程序使用计数器确定延迟。如果延迟满足要求，则将延迟标志设置为0，并开始读取外部接口。读取数据后，继续下一次测量。4.2.2LCD显示控制模块步骤设计LCD1602是工业液晶显示器，一次可以显示32个字符。LCD1602液晶显示器的原理是利用液晶显示器的物理特性，根据工作电压来控制屏幕表面，通电后显示器将显示图形。液晶1602也称为字符液晶1602，它是由液晶制成的矩阵模块，其特别用于显示字母，数字，符号等。LCD流程图如图4-4所示：图4-4LCD显示流程图4.2.3数据采集设计通过A/D转换将模拟信号转换为数字信号后，模块将读取数据。如果数据发生更改，则将读取更改后的数据并将其发送到显示模块以进行显示。如果数据没有更改，请等待数据更改。流程图如下：图4-5数据采集流程图第5章单片机数字电压表的实现与优化5.1系统基本试验程序由于许多大学的实验资源有限且缺乏硬件设备，因此在为微控制器教授数字电压表时，大多数学校都侧重于理论解释，而学生却无法进行个人操作实验。这些信息也可以在人才培训计划中找到；理论教学时间通常占三分之二以上。许多学校都有在诸如应用电子技术，电气自动化和机电一体化等专业课程中开发单片机的原理和课程。每周上几个小时的课程任务基本上是在教室里完成的，在实验室进行实际操作的机会也越来越少。从电气自动化专业人员的样本结果来看，数字单芯片电压表部分的结果非常不令人满意。可以看出，学生的实际实践能力不强，更不用说项目的发展了。在课程开始时，有很多有关单芯片数字电压表的基本硬件知识和复杂的组装说明，这些知识非常无聊，难以为学生所接受。许多学生在一开始对MCU学习失去信心，只能稍后再处理。学生对学习没有兴趣，这反过来影响了老师的教学，最终造成了无法解决的难题。在课堂上，我们还改变了以前的鸭子灌装课程。遵循从容易到艰难的原则，使学生能够真正掌握相关知识并踏入快乐学习的MCU世界之门。在实际编程中，经过许多基础和广泛的培训课程之后，学生们在执行项目方面具有实际经验，并且对芯片机的数字电压表技术有了更全面的了解。自从该实验系统在我校使用以来，单片机数字电压表的教学就取得了良好的效果。由于大学生的学术成就，单片机的理解得到了极大的提高，学生们也有所反思，单片机学习并不像其他课程那样乏味。从实验中得知，硬件的选择不能取决于组件是否为高性能组件。当然，高性能硬件设备也很昂贵。因此，有必要根据每个项目所需的设备来设计和选择必要的硬件设备。单芯片系统设计是硬件和软件的组合。因此，单片机系统的开发必须结合硬件和软件，协调并通过仿真和实验，得出基于单片机ADC0809的数字电压表可以实现0-5V电压的测量值的结论。分辨率约为20mV，具有测量精度高和显示直观的优点。因此，单片机被广泛应用于许多领域。数字单片机电压是一种常见的电子基本设备，可用于教学，科研和工作。数字单芯片电压表是一种电子测试仪，在大学教学中不应缺少。在特定的测量项目中，可以使用单片机技术来测量要测量的项目。高质量，高精度的测量值和分辨率。单片机的分辨率误差很高，测量时间很短，单片机又小又便携，更有利于对某物的仔细，准确的测量。传统的电压表精度差，设计复杂并且重量重，这使其难以携带。数字单芯片电压表将电流和电压转换为数字电流，并像电流和电压一样连续显示在LED屏幕上。与传统指针加上表盘上的读数相比，当前的数字单片机电压表更好。5.2系统电路调试对于基于单片机的数字电压点的系统电路的测量，可以使用通过示例查询真实性的软件来通过数字内部系统查询真实性。该程序使用C语言，匹配正确的程序，然后生成一个HEX文件并将其粘贴到单片机中，单片机数字系统可以使用该软件来验证真实性。当前有可以查询比较真实性的软件。该软件是模拟平台软件，集成了模拟，数字电路，模拟，数字混合电路以及各种幕后微机控制系统。该软件是世界上最先进，最完美的电子仿真软件之一。它是一种微型计算机集成，已根据计算机原理进行了更新。可以在计算机上执行所有软件操作。该过程包括原理，系统电路分析，仿真和单片机代码系统测试。该实验系统的仿真是Proteus。当然，仿真软件无法仿真环境因素（例如温度，湿度和电信号干扰）的影响。因此，调试这种类型的仿真仍然需要一个坚实的现实平台。测量结果分析:当按键断开，就测直流电压。（1）如果测量的电压小于5V，则INO通道打开，并观察测量结果。（2）当测得的电压大于5V且小于上限电压时，电路的INO通道将打开以进行观察和测量。（3）如果测得的电压大于20V且小于220V，则IN2通道打开。仔细观察应力结果，如表5-1所示。表5-1直流电压测量结果分析表被测值（V）0.004.46.611.019.824.157.0200220观察值（V）0.004.36.611.019.824.156.9200.1报警绝对误差（V）0.00-0.10.00.00.00.00.10.1/相对误差（%）/2.2700000.170.05/当按键被按下，即该端为低电平时，该电路就测量交流电压。(1)如果测量的电压小于5V，则INO通道打开，并观察测量结果。(2)当被测电压大于5V小于20V时，IN1通道打开，观察测量结果。(3)如果测得的电压大于20V而小于220V，则打开IN2通道并观察测量结果。结果如表5-2所示表5-2交流电压测量结果分析表被测值（V）0.004.396.5110.819.150.8101200220观察值（V）0.003.96.310.719.050.7100.7201.2报警绝对误差（V）0.00-0.49-0.2-0.1-0.10.10.31.4/相对误差（%）/11.163.060.920.510.190.290.70/5.3单片机数字电压表的优化当前，流行的新型数字单芯片电压表示具有特殊的性能，例如：例如：准确性，仿真可靠性和高仿真分辨率。对于上表中列出的该型号的单片机数