数字电子技术项目教程 课件 项目五 数字电压表的制作

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项目五

数字电压表的制作

任务5-1学习数字电压表电路知识子任务5-1-1

模数转换电路

模数转换电路数模转换电路本节内容：一、数模A/D转换器的基本工作原理

二、模数A/D转换器常用类型子任务5-1-1

模数转换电路

连续变换的物理量经传感器转换成电信号后仍然是模拟量，必须对模拟信号转换成数字信号后才能进行处理和运算，即要用模数转换器（A/D转换器）。经过数字电路处理后的数字信号要被外界所接收，还须将数字信号转换成模拟信号，即数模转换（D/A转换器）。子任务5-1-1

模数转换电路

一、数模A/D转换器的基本工作原理

模数转换器是将模拟量转换成与其成正比例的数字量。其主要功能是将一个模拟信号A转换成一个位的数字量D。如图所示：A/D转换一般需要经过采样、保持、量化和编码。四个过程。A/D转换的四个过程子任务5-1-1

模数转换电路

一、数模A/D转换器的基本工作原理1.采样与保持

采样就是对模拟信号进行周期性地抽取样值的过程，就是把在时间上连续变化的模拟量转换成在时间上断续、在幅度上等于采样时间内模拟信号大小的一串脉冲信号。如图所示是采样-保持电路和采样波形。（a）原理图（b）波形图子任务5-1-1

模数转换电路

一.数模A/D转换器的基本工作原理2.量化与编码模拟信号经采样后得到样值脉冲，这些仍是模拟信号的瞬时值。需将每个样值脉冲转换成对应的数字量。为使离散模拟量与二进制码对应，需将模拟量归并到特定离散电平上，这称为量化。最后，量化结果用二进制代码表示，即编码。量化单位是被采样模拟量的最小表示单位，记作Δ。量化是将采样信号与量化单位比较，转换为量化单位整数倍的过程，一般有四舍五入法和舍去小数法两种方法。子任务5-1-1

模数转换电路

一.数模A/D转换器的基本工作原理2.量化与编码

（1）四舍五入法子任务5-1-1

模数转换电路

一.数模A/D转换器的基本工作原理2.量化与编码舍去小数法就是把不足一个量化单位的部分舍去，对等于或大于一个量化单位部分按一个量化单位处理。即：把小于Δ的电压作为“0Δ”处理，把大于等于Δ且小于2Δ的电压作为“1Δ”处理。例如将0～1V电压转换成三位二进制代码。如图所示。（2）舍去小数法子任务5-1-1

模数转换电路

二.模数A/D转换器常用类型1.逐次逼近型A/D转换器

逐次逼近型A/D转换器的转换原理框图子任务5-1-1

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二.模数A/D转换器常用类型2.双积分型A/D转换器

双积分型A/D转换器的转换原理框图子任务5-1-1

模数转换电路

子任务5-1-1

模数转换电路

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数字电压表的制作

任务5-1学习数字电压表电路知识子任务5-1-2

数模转换电路

模数转换电路数模转换电路本节内容：一、数模D/A转换器的基本工作原理

二、数模D/A转换器常用类型

三、D/A转换器的主要技术指标子任务5-1-2

数模转换电路

一、数模D/A转换器的基本工作原理

数模转换电路输入的是数字信号，而输出的是与输入数字量成正比的电压或电流。数字信息可以用任何一种编码形式来代表正负或正负都有的输入值。N位D/A转换器的组成框图子任务5-1-2

数模转换电路

一、数模D/A转换器的基本工作原理

如图所示，表示的是一个双极性输出型的4位输入的DAC转换特性。纵轴表示的模拟电压输出、横轴表示的数字电压输入（一共4位，最高位为符号位，1表示负值、0表示正值，并且这些输入是以原码的形式表示的、例如0101表示的是+5V、1101表示的是-5V）。N位D/A转换器的组成框图子任务5-1-2

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二、数模D/A转换器常用类型

D/A转换器种类较多，常用的类型有：电阻网络型、倒T型电阻网络型、集成D/A型等。采用较多的还是倒T型电阻网络D/A转换器。我们以倒T形电阻网络D/A转换器为例，如图所示为倒T形电阻网络D/A转换器为例的电路结构。倒T形电阻网络D/A转换器为例的电路结构子任务5-1-2

数模转换电路

二、数模D/A转换器常用类型

在倒T形电阻网络中，各位电子模拟开关S在输入的数字量D=1,合向位置1，将相应的2R支路连接到求和运算放大器的虚地端；在D=0时，合向位置0,将相应的2R支路连接到地。因此，各2R支路的上端都等效为接地，其等效电路如图所示。等效电路图子任务5-1-2

数模转换电路

二、数模D/A转换器常用类型

子任务5-1-2

数模转换电路

三、D/A转换器的主要技术指标1.分辨率分辨率是指电路所能分辨的最小输出电压与最大输出电压之比。所以对应以个n位的D/A转换器的分辨率是用来说明D/A转换器在理论上可达到的精度，用来表征D/A转换器对输入微小变化量的敏感程度，显然输入数字量的位数越多，分辨率越小，分辨能力越高。2.转换误差D/A转换误差又称转换精度，是指电路在稳定工作时，模拟电压的实际值和理论输出模拟电压的最大误差。D/A转换器误差产生的主要原因有参考电压的波动、求和运算放大器的零点漂移、电阻网络中电阻值的误差、模拟开关的压降等因素引起的。子任务5-1-2

数模转换电路

三、D/A转换器的主要技术指标3.转换速度

4.电源抑制比在高质量的D/A转换器中，要求模拟开关电路和运算放大器的电源电压发生变化时，对输出电压的影响非常小，输出电压的变化与对应的电源电压的变化之比，称为电压抑制比。子任务5-1-2

数模转换电路

谢谢观看！子任务5-2-1熟悉数字电压表电路子任务5-2-1熟悉数字电压表电路一、熟悉电路1．功能要求（1）通过STC89C51/52（与AT89S51/52、AT89C51/52通用，可任选）单片机以及单片机最小系统和ADC0809芯片以及数码管显示等部件组成，电压测量准确。（2）测量范围是0~5v，量程是5v时，可以显示小数点后两位，其他量程显示小数点后1位。2．参考电路一、熟悉电路子任务5-2-1熟悉数字电压表电路二、电路结构组成及工作原理1．电路组成

电路主要由单片机ADC0809模数转换电路、AT89S52单片机系统、数码显示电路组成2．电路工作原理

（1）ADC0809模数转换电路

ADC0809是一种逐次比较式8路模拟输入、8位数字量输出的A/D转换器。由图可见，ADC0809共有28个引脚，采用双列直插式封装。

ADC0809片内有锁存功能的8路选1的模拟开关，由C、B、A引脚的功能来决定所选的通道。0809完成一次转换需100μs左右，输出具有TTL三态锁存缓冲器，可直接连接到MCS-51的数据总线上。ADC0809与单片机的连线图如图所示：子任务5-2-1熟悉数字电压表电路ADC0809的连线图子任务5-2-1熟悉数字电压表电路二、电路结构组成及工作原理2．电路工作原理

（2）AT89S52单片机系统1）复位电路：

MCS-51的复位输入引脚RST为MCS-51提供了初始化的手段，可以使程序从指定处开始执行，在MCS-51的时钟电路工作后，只要RST引脚上出现超过两个机器周期以上的高电平时，即可产生复位的操作，只要RST保持高电平，则MCS-51循环复位，只有单RET由高电平变成低电平以后，MCS-51才从0000H地址开始执行程序，本系统采用按键复位方式的复位电路。子任务5-2-1熟悉数字电压表电路二、电路结构组成及工作原理2．电路工作原理

（2）AT89S52单片机系统2）时钟电路：

外接晶振以及电容C1和C2构成了并联谐振电路接在放大器的反馈回路中，对接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响振荡频率的高低，振荡器的稳定性，起振的快速性和温度的稳定性。晶振的频率可在1.2MHZ~12MHZ之间任选，电容C1和C2的典型值在20pf~100pf之间选择，由于本系统用到定时器，为了方便计算，采用了12MHZ的晶振，采用电容选择30pf。子任务5-2-1熟悉数字电压表电路二、电路结构组成及工作原理2．电路工作原理

（3）数码显示电路本电路的时间显示选用4个共阳八段数码管LED，其外形和内部结构如图所示：

子任务5-2-1熟悉数字电压表电路三、主要芯片介绍1．ADC0809

ADC0809是一种比较常用的CMOS型集成模／数转换器，属于8位逐次逼近型A/D转换器。如图(a)是它的逻辑框图。ADC0809由一个8选1模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。8选1模拟开关使得ADC0809可选通8个模拟信号输入通道，允许8路模拟量分时输入，共用一个A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当

端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。其引脚排列如图(b)所示。子任务5-2-1熟悉数字电压表电路三、主要芯片介绍1．ADC0809子任务5-2-1熟悉数字电压表电路三、主要芯片介绍1．ADC0809

①模拟量输入部分：ADC0809对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是0~5V,若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A2、A1、A0三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进入转换器进行转换。A2、A1、A0为地址输入线，用于选通INO~IN7上的一路模拟量输入。

②数字量输出部分：

START为转换启动信号。当START上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D转换；在转换期间，START应保持低电平。EOC为转换结束信号。当EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D转换。OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=1，输出转换得到的数据；OE=0,输出数据线呈高阻状态。DB7~DB0为数字量输出线。子任务5-2-1熟悉数字电压表电路三、主要芯片介绍2．STC89C51/52引脚功能说明：（1）VCC（40引脚）：电源电压、VSS（20引脚）：接地（2）P0端口（P0.0～P0.7，39～32引脚）：P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL负载，对端口P0写入“1”时，可以作为高阻抗输入。（3）P1端口（P1.0～P1.7，1～8引脚）：P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。（4）P2端口（P2.0～P2.7，21～28引脚）：P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。（5）P3端口（P3.0～P3.7，10～17引脚）：P3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。子任务5-2-1熟悉数字电压表电路三、主要芯片介绍（6）RST（9引脚）：复位输入。当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效，用来完成单片机单片机的复位初始化操作。看门狗计时完成后，RST引脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。2．STC89C51/52引脚功能说明：（7）ALE/

（30引脚）：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。在Flash编程时，此引脚（

）也用作编程输入脉冲。

（8）

（29引脚）：外部程序存储器选通信号（

）是外部程序存储器选通信号。当AT89C51RC从外部程序存储器执行外部代码时，在每个机器周期被激活两次，而访问外部数据存储器时，将不被激活。子任务5-2-1熟悉数字电压表电路三、主要芯片介绍（9）

/VPP（31引脚）：访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，必须接GND。注意加密方式1时，将内部锁定位RESET。为了执行内部程序指令，应该接VCC。在Flash编程期间，也接收12伏VPP电压。2．STC89C51/52引脚功能说明：（10）XTAL1（19引脚）：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。

XTAL2（18引脚）：振荡器反相放大器的输入端。子任务5-2-1熟悉数字电压表电路谢谢观看！子任务5-2-2

数字电压表电路的制作子任务5-2-2

数字电压表电路的制作一、设计方案1．设计要求（1）使用单片机STC89C51/52（与AT89S51/52、AT89C51/52通用，可任选）和ADC0809设计一个数字电压表。（2）在单片机的作用下，能监测两路的输入电压值，用8位串行A/D转换器，8位分辨率，逐次逼近型，基准电压为5V。（3）能够测量0－5V之间的直流电压值，两位数码显示。2、电路结构框图子任务5-2-2

数字电压表电路的制作3、电路原理图子任务5-2-2

数字电压表电路的制作3、元器件清单子任务5-2-2

数字电压表电路的制作二、工作任务

根据数字电压表电路原理图和PCB板图，采用规范的安装程序对元器件的引脚进行整形和插装、焊接，对整机电路进行装配。子任务5-2-2

数字电压表电路的制作三、任务分析准确无误安装电路是保证数字电压表电路正常工