基于8051单片机的简易数字电压表

1、电子与信息工程学院这门学科毕业论文简易DC数字电压表的设计学生姓名肖学习编号专业电子信息科学与技术班级级别教官程维2013年5月摘要本文叙述了用单片机设计简易DC数字电压表的原理和方法，给出了设计方案、硬件组成、软件仿真和设计程序。这种简单的数字电压表由ATMEL公司生产的8位微控制器AT89S52和美国芯片制造商国家半导体公司生产的ADC0804芯片以及某些部件组成。该系统以AT89S52单片机为主控制器，采集的模拟电压由单片机处理，通过动态扫描实现LED数字显示。电压表可以测量0 5v的DC电压，并显示在四位发光二极管数码管上。它使用的元件少，成本低，并能实现自动调节。该电压表测量精度高，

2、性能稳定，具有良好的应用前景。关键词：单片机；数字电压表。模数转换；ADC0804摘要摘要：本文介绍了一种简单的直流数字电压表的设计和使用单片机的方法，给出了设计方案、硬件组成、软件仿真和设计程序。简单的数字电压表由ATMEL 8位单片机AT89S52和国家半导体公司的ADC0804加上一定数量的元件制成。该系统采用AT89S52单片机作为主控制器，单片机对采集的模拟电压和动态扫描的发光二极管数字显示进行处理。电压表可以测量0 5V的DC电压，并在四个发光二极管数码管上显示。它使用的元件少，成本低，调整可以自动化。该电压表测量精度高，性能稳定，具有很好的应用前景。关键词：单片机；数字电压表。模

3、数转换器；ADC0804目录1导言12总体方案设计32.1设计目标32.2广告芯片选择32.3单片机4对模数转换器查询模式的选择2.3.1程序查询方法42.3.2中断模式42.3.3选项42.4设计理念42.5设计方案43硬件电路设计73.1模数转换模块73.1.1逐次比较模数转换器7的原理3 . 1 . 2 ADC 0804 8的外部引脚特性3.2单片机系统93 . 2 . 1 at89s 52 9简介3 . 2 . 2 at89s 52 9各引脚的功能3.3复位电路和时钟电路123.3.1复位电路12的设计3.3.2时钟电路设计123.4显示系统设计143.4.1发光二极管14的基本结构3

4、.4.2发光二极管数码管14的工作原理3.4.3选择发光二极管显示器153.4.4显示部分与单片机15的接口设计3.5整体电路设计174编程204.1总体方案设计方案204.2系统编程214.2.1初始化程序214.2.2模数转换程序214.2.3显示程序215模拟和误差分析235.1软件模拟235.2显示结果和错误分析235.2.1显示结果235.2.2误差分析256摘要27致谢29参考文献31附加记录331导言在电量的测量中，电压、电流和频率是三个最基本的测量，其中电压是最常测量的。随着电子技术的发展，经常需要测量高精度的电压，因此数字电压表已经成为不可缺少的测量仪器。数字电压表是一种电子

5、测量仪器，它利用数字测量技术将连续的模拟量转换成离散的数字形式并显示出来。传统的指针式电压表功能单一，精度低，不能满足数字时代的需要。数字电压表具有以下特点：显示清晰直观，读数准确；高精度；高分辨率；测量范围宽；膨胀能力强；测量速度快；高输入阻抗；高集成度和低功耗；抗干扰能力强。单片机数字电压表不仅精度高、抗干扰能力强、扩展性强、集成方便，而且能与PC机实时通信。数字电压表是许多数字仪器的核心和基础。电压表的数字化将DC电压等连续的模拟量转换成离散的数字形式并显示出来，不同于传统的用指针和刻度盘读数的方法，避免了读数视差和视觉疲劳。目前，由各种单片机A/D转换器组成的数字电压表已广泛应用于电子

6、电气测量、工业自动化仪表、自动测试系统等领域，显示出强大的生命力。同时，由数字电压表扩展而来的各种通用和专用数字仪器仪表也将电量和非电量的测量技术提高到了一个新的水平。数字仪表因其读数准确方便、精度高、误差小、灵敏度高、分辨率高、测量速度快等优点而受到用户的青睐。数字电压表就是基于这一需求而开发的。数字电压表的内部核心是模数转换器，转换器的精度影响数字电压表的精度。本设计采用ADC0804对输入的模拟信号进行转换，由单片机对转换结果进行计算和处理，形成高精度的数字信号，输出到数码管进行显示。2总体方案设计2.1设计目标(1)以AT89S52单片机为核心器件，构造了一个简单的DC数字电压表。(2

7、)使用一个模拟输入，可以测量0 5V之间的DC电压。(3) 4合1显示电压的发光二极管数码管，可显示3位小数。(4)尽量少用组件。2.2广告芯片选择最常用的8位模数转换器是美国芯片制造商生产的模数转换器系列芯片，其中最常用的是ADC0804和ADC0808/0809，它们是连续比较的8位模数转换器。ADC0804是一款8位CMOS连续比较模数转换器。其主要特点如下：(1)分辨率：8位。(2)不可调整误差：1 LSB。(3)转换时间：100us。(4)输入模式：单通道(5)具有三态数据输出的锁存器。(6)输入电压：0 5V。(7)单个5V电源。(8)时钟频率为100 1460千赫，典型值为640

8、千赫。ADC0804的特点是内部时钟电路，只要在外部连接一个电阻和一个电容，就可以提供自己的时钟信号；允许模拟输入信号为差分或非公共电压信号。ADC0808/0809是一款8通道8位模数转换器，可转换8路05V模拟信号。其主要特点如下：(1)分辨率为8位。(2)未调整至1/2 LSB(ADC0808)或1LSB(ADC0809)。(3)转换时间为100微秒。(4)单个5V电源。(5)八个带锁存控制的模拟开关可以输入八个模拟信号。(6)具有三态数据输出的锁存器。(7)输入模拟电压信号为05V。(8)时钟频率为1001460千赫，典型值为640千赫。与ADC0804相比，ADC0808/ADC08

9、09内部没有时钟电路，需要一个外部时钟源。ADC0808/ADC0809是8通道输入，可以分时传输8个模拟信号模数转换的编号。在这种设计中，只需测量一个输入电压，ADC0804是一个8位模数转换器。数值范围为0 255，模拟电压输入范围为0 5V，每次数字变化对应的电压值为5V/255=0.0196 V，能够满足系统要求，因此选择ADC0804作为模数转换器。2.3单片机对模数转换器查询方式的选择2.3.1程序查询方法单片机首先向模数转换器发送启动控制信号，然后反复查询模数转换结束信号。当查询结果为“转换完成”时，从模数转换器中读取转换后的数据。如果查询结果为“未完成转换”，则继续查询。2.3

10、.2中断模式在中断模式下，微控制器可以在启动模数转换器后执行其他任务。只有当模数转换完成时，才会向单片机发出中断请求。当允许时，单片机将读出模数转换结果，然后再次启动模数转换器。2.3.3方案选择程序查询的设计方法虽然简单，但需要单片机反复查询模数转换结束信号，占用更多的CPU时间；中断模式只占用一个输入输出端口和一个中断源。经过比较，我们选择了第二种方式，即中断查询。2.4设计理念(1)选择AT89S52单片机作为核心控制装置。(2)模数转换由ADC0804实现。(3)电压显示采用4合1普通阴极数码管。(4)4)发光二极管数码管的段码由并口P0产生；位代码由并行端口P2的低4位输入和生成。2

11、.5设计方案硬件电路设计由六部分组成：AT89C52单片机系统、模数转换系统、发光二极管显示系统、时钟电路、复位电路和测量电压输入电路。硬件电路设计框图如图2-1所示。重接电路钟脉冲电路模数转换电路测量电压输入显示系统AT89S52第一亲代P3P2p0蛋白图2-1数字电压表系统硬件设计框图3硬件电路设计3.1模数转换模块众所周知，计算机能够处理的数据是数字量。在自然界中，许多现象都是不断变化的模拟量(如温度、压力、流量、液位、速度等)。)。如果你需要用计算机处理模拟信号，你必须先把模拟量转换成数字量，然后再把它们送到计算机进行处理。模拟量到数字量的转换是通过模数转换器实现的，模数转换器是将模拟

12、电压或电流转换成数字量的装置，是模拟系统和计算机之间的接口。模数转换器已经广泛应用于数据采集和控制系统中。3.1.1逐次比较模数转换器的原理逐次逼近型模数转换器由比较器、模数转换器、存储器和控制电路组成。它使用内部寄存器从高阶到低阶开始逐位试验比较。转换过程如下：开始时，所有寄存器都被清零。在转换过程中，首先将最高位置设置为1，并将数据发送到模数转换器进行转换。将转换结果与输入的模拟量进行比较。如果转换后的模拟量小于输入的模拟量，则保留1；如果转换后的模拟量大于输入模拟量，1将不会保留。然后从第二位到最低位依次重复上述过程。最后，寄存器中的内容是对应于输入模拟量的二进制数。原理框图如图3-1所示：顺序脉冲发生器逐次逼近寄存器模数转换器电压比较仪输入电压输入号码图3-1连续比较模数转换器示意图3 . 1 . 2 ADC 0804的外部引脚特性ADC0804芯片有20个引脚，其引脚图如图3-2所示。图3-2 ADC 0804引脚图每个引脚的功能：描述如下:芯片选择信号输入端，低电平有效。有效表示已选择开始工作。:从外部读取转换结果的控制信号。:模数转换器启动控制信号。当引脚从高