测控技术与仪器课程设计(简易数字电压表).docx

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1、测控技术与仪器课程设计(简易数字电压表) 专业 测控系统原理与设计课程设计任务书 淮阴工学院 电子与电气工程学院 2022年5月 1 日 测控系统原理与设计课程设计课题：简易数字电压表的设计 班级 学号 学生姓名 专业 系别 指导教师 2022年5月 课题介绍 1设计指标 利用单片机AT89S51与ADC0809设计一个数字电压表，能够测量05V之间的直流电压值，四位数码显示。 采用AD转换器对外部模拟信号进行测量； 使用4位共阳LED对测量结果进行显示； 画出完整的电路原理图、模拟仿真图。 2功能要求 电压的测量范围为：05v； 能够用数字显示电压值（即LED数码管显示）； 测量精度为：0.

2、02v。 3创新点 选用单片机AT89C51和AD0808转换芯片实现电压的转换和控制，转换精度高，测量范围宽，抗干扰能力强，同时采用4位LED数码管显示电压，进而可实现电压的控制同时也实现对LED数码管的显示的控制；结构精简。 摘要 在电量的测量中，电压、电流和频率是最基本的三个被测量，其中电压量的测量最为经常。而且随着电子技术的发展，更是经常需要测量高精度的电压，所以数字电压表就成为一种必不可少的测量仪器。本设计从各个角度分析了由单片机组成的数字电压表的设计过程及各部分电路的组成及其原理，并且分析了程序如何驱动单片机进而使系统运行起来的原理及方法。 本设计的课题是“简易数字电压表的设计”。

3、主要解决A/D转换、数据处理及显示控制等三个模块。控制系统采用AT89C52单片机，A/D转换采用ADC0809。 本设计主要分为两部分：硬件电路及软件程序。而硬件电路又大体可分为单片机系统电路、A/D转换电路以及LED显示电路，各部分电路的设计及原理将会在硬件电路设计部分详细介绍；程序的设计使用C语言编程，利用Keil 软件对其编译和仿真，其流程框图将会在软件设计部分给出。 目录 1绪论 1.1 数字电压表的特点 2 硬件电路设计与工作原理 2.1系统结构框图 2.2 A/D转换模块ADC0808逐次逼近式电路说明 2.2.1 工作原理 2.2.2 引脚及使用说明 2.2.3 AD转换电路连

4、接 2.3 控制模块单片机电路说明 2.3.1主要管脚说明： 2.3.2 单片机外围电路连接 2.4显示模块LED数码显示 2.4.1电路说明 2.4.2 LED数码管电路 2.5 数据转换电路接口说明 3 软件设计及流程图 3.1软件流程图 3.2 数据接收程序设计 3.3 数据转换程序设计 3.4 数据显示程序设计 3.5 C语言源程序 4 部分模块仿真 5.仿真结果分析 6 总结 7附录原理图 1绪论 数字电压表简称DVM，它是采用数字化测量设计的电压仪表。 1.1 数字电压表的特点 (1) 显示清晰直观，读数准确 传统的模拟式仪表必须借助于指针和刻度盘进行读数，在读数过程中不可避免的会

5、引入人为的测量误差。数字电压表则采用先进的数显技术，使测量结果一目了然，只要仪表不发生跳读现象，测量结果就是唯一的。 新型数字电压表还增加了标志符显示功能，包括测量项目、符号单位和特殊符号、为解决DVM不能反映被测电压的连续变化过程以及变化趋势这一难题，一种“数字/模拟条图”仪表业已问世。“模拟图条”有双重含义：第一，被测量为模拟量；第二，利用条状图形来模拟被测量的大小及变化趋势。这类仪表将数字显示与高分辨率模拟条图显示集于一身，兼有DVM与模拟电压表之优点。 智能数字电压表均带微处理器和标准接口，可配合计算机和打印机进行数据处理或自动打印，构成完整的测试系统。准确度是测量结果中系统误差与随机

6、误差的综合。 (2) 分辨率高，测量范围宽 数字电压表在最低电压量程上末位1个字所代表的电压值，称为仪表的分辨力，它反映仪表灵敏度的高低。分辨力随显示位数的增加而提高。分辨率是指所能显示的最小数字（零除外）与最大数字的百分比。多量程DVM一般可测量01000V直流电压，配上高压探头还可测上万伏的高压。 (3) 测量速度快 数字电压表在每秒钟内对被测电压的测量次数，叫测量速率，单位是“次/S”。它主要取决于A/D转换器的转换速率，其倒数是测量周期。 (4) 输入阻抗高，集成度高，微功耗 数字电压表具有很高的输入阻抗，通常为10M10000M，最高可达1T 。并且新型数字电压表普遍采用CMOS大规

7、模集成电路，整机功耗很低。(5) 抗干扰能力强 其串模抑制比、共模抑制比各别可达100dB、80120dB。高档DVM还采用数字滤波、浮地保护等先进技术，进一步提高了抗干扰能力，共模抑制比可达 180dB。 2 硬件电路设计与工作原理 2.1系统结构框图 系统总体硬件框图 2.2 A/D转换模块ADC0808逐次逼近式电路说明 2.2.1 工作原理 ADC0808集成了一个8位的A/D转换器、一个8路通道和一个兼容控制逻辑的微处理器。其中，8位的A/D转换器采用了连续逼近的转换技术，具有高阻抗稳定的断续比较器特性，包括一个带模拟开关树的256R的分压器和一个逐次逼近寄存器；而由ADC0808中

8、的8路通道，可直接从8个单一模拟信号中获取任何一个作为输入信号。 2.2.2 引脚及使用说明 ADC0808是CMOS集成工艺制成的逐次比较逼近型A/D转换芯片。分辨率8位，输入模拟电压范围0至5V，片内含8通道多路开关，单电源+5V工作。引脚排列见图所示。 ADC0808引脚图 各引脚功能为： (1)IN0IN7（第15 脚，第26 28脚）：8路模拟量输入脚，可以从8个脚输入0V至+5V待转换模拟电。 (2)CLOCK（第10脚）：时钟CP输入端，ADC0808只有在CP信号同步下,才能进行A/D转换。时钟频率的上限是640KHZ。 (3)ALE（第22脚）：地址锁存允许端。当ALE=1时

9、地址锁存和译码部分把外部数据的值输入和译码并接通IN0IN7之一。当 ALE=0时，把此值锁存起来。(4)START（第6脚）：启动脉冲输入端，启动脉冲的上升沿清除逐次逼近寄存器SAR，下跳沿启动ADC开始转换。 (5)VDD(第11脚)：电源输入端：+5V+6.5V。 (6)GND（第13脚）：地 (7)VREF(+)（第12脚）VREF(-)（第16脚）：分别为基准电压的高电平和低电平端。 (8)EOC（第7脚）：转换结束信号端。EOC=0，表示转换正在进行，输出数据不可信。EOC=1表示转换已完成，输出数据可信。 (9)B0B7（第8、14、15、1721脚）：转换所得八位输出数据，B7

10、是最 高位，B0是最低位。 (10)OE（第9脚）：允许输出端。OE端控制输出锁存器的三态门。当OE=1时，转换所得的数据送到B0B7端，当OE=0时，B0B7脚对外呈高阻状态。(11)ADDA、ADDB、ADDC（第2523脚）：通道地址输入端（如表2.1）。 表2.1 通道地址表 2.2.3 AD转换电路连接 2.3 控制模块单片机电路说明 AT89C51（如图2.4）是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机 单片机外部引脚图 2.3.1主要管脚说明： (1)P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门

11、电流。当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 (2)P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 (3)P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 (4)P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口

12、，可接收输出4个TTL门电流。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如：P3.3 /INT1(外部中断1)。P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 (5)RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 (6)ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地 址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 (7)XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 (8)XTAL2：来自反向振荡器的输出。 振荡器特性： XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 2.3.2 单片机外围电路连接