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论文题目：基于单片机数字电压表的硬件设计

专    业：微电子学

本 科 生：韦晓艳                 （签名）＿＿＿＿

指导教师：王媛彬                 （签名）＿＿＿＿

 

摘 要

 

本系统主要采用AT89C52芯片和ADC0809芯片来完成一个数字电压表设计，能够对输入的0～5 V的模拟直流电压进行测量，并通过一个4位一体的8段LED数码管进行轮流显示或单路选择显示，测量误差约为0.02 V。还可以与PC进行串行通信。该电压表的测量电路主要由三个模块组成：A/D转换模块、数据处理模块及显示控制模块。A/D转换主要由芯片ADC0809来完成，它负责把采集到的模拟量转换为相应的数字量再传送到数据处理模块。数据处理则由芯片AT89C52来完成，其负责把ADC0809传送来的数字量经一定的数据处理，产生相应的显示码送到显示模块进行显示；另外它还通过P2端口控制着ADC0809芯片的模拟通道地址、A/D转换控制信号和时钟信号。显示模块主要由8段数码管组成，显示测量到的电压值。

    最终，该系统达到设计的目的，高精度的显示了所测量的电压值，并可以通过按键开关准确无误的轮流或单路显示8（IN0～IN7 ）个通道。

 

关键词：数字电压表,单片机，A/D转换,LED数码管,数据处理

 

 

 

 

 

Subject: Based on single-chip digital voltage meter of the hardware design

Specialty: Microelectronics

Name:   WeiXiaoYan                   (Signature) ＿＿＿＿

Instructor: WangYuanBin               （Signature）＿＿＿＿

 

ABSTRACT

 

                    

In the system AT89C52 chip and ADC0809 chip are mainly used to complete the design of a digital voltage meter, The measurement from the digital voltage meter can be carried out at the arrange of the input 0~5V analog DC voltage, and 4 through a one paragraph 8 digital tube LED take turns to display take turns or one-way choose to display, the measurement error is about 0.02 V. The system can also communicate with PC serially. It mainly consists of three modules: A / D converter module, data processing module and the display control module. ADC0809 chip is employed for A / D conversion, and it is responsible for collecting analog signal and  converting the analog signal to digital signal and sends digital data-processing module. AT89C52 is the controller and in charge of data processing, the ADC0809 is responsible for transmission to digital by a certain degree of data processing; Analog channel address of ADC0809 chip, A / D conversion control signal and clock signal are all controlled by the P2 port. Display module mainly composes of 8digits, indicating the voltage value that is measured.

In final, the design goal is achieved, The voltage measured is displayed accurately. the 8 (IN0 ~ IN7) channels alternative display or one-way choice display can be carried out by button correctly.

 

Key words: Digital voltage meter, Single-chip Microcomputer , A / D converter, LED digital tube, Data processing

前 言

1．研究意义

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。电学参量测量技术涉及范围广，适用于学校、工业、科研、国防等各种领域，供

和工业现场测试用。而且随着电子技术的发展，在数字化、智能化、科技化为主的今天。数字电压表已成为电压表设计的主要方向，在当前电压测量系统中占有非常重要的位置。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。在电气测量中，电压是一个很重要的参数。如何准确地测量模拟信号的电压值，一直是电测仪器研究的内容之一。数字电压表是通用仪器中使用较广泛的一种测试仪器，很多电量或非电量经变化后都用可数字电压表完成测试。因此，数字电压表被广泛地应用于科研和生产测试中。

2．研究现状

最近十几年来，随着半导体技术、集成电路(IC)和微处理器技术的发展，数字电路和数字化测量技术也有了巨大的进步，从而促使了数字电压表的日新月异，并不断出现新的类型。
    数字电压表自1952年问世以来,大致经历了五代产品。第一代是电子管数字电压表,第二代属于晶体管数字电压表,第三代是中小规模集成电路的DVM。由大规模集成电路或超大规模集成电路构成的数字电压表、智能数字电压表,分别属于第四代、第五代产品。经历了不断改进的过程，从最早采用继电器、电子管的型式发展到了现在的全固态化、集成化(IC化〕，另一方面，精度也从0.1%提高到了现在的0.01%—0.005%，而且从实验空用的高价的所谓的样品开始已发展到了现在厂矿企业广为利用的所谓的廉价型，进而出现了能够用于安装板上作指示仪表的安装型。近年来,国内许多厂家通过积极引进,吸收国外先进技术, 努力赶超先进水平,现以能够大批量生产多种高、精、尖的数字电压表以及相应的

源、校验仪。新型单片数字电压表以其高准确度、高可靠度、高分辨力、高性价比等优良特性倍受人们的青睐。

本设计在分析研究和总结了单片机技术的发展历史及趋势的基础上，以实用、可靠、经济、精度高等设计原则为目标，设计出基于单片机的数字测量电压表。单片机有着微处理器所不具备的功能，它可单独地完成现代工业控制所要求的智能化控制功能，这是

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单片机最大的特征。单片机控制系统能够取代以前利用复杂电子线路或数字电路构成的控制系统，可用软件控制来实现，并能够实现智能化。由于单片机具有功能强、体积小、功耗低、价格便宜、工作可靠、使用方便等特点，因此，现在单片机控制范畴无所不在，例如通信产品、家用电器、智能仪器仪表、过程控制和专用控制装置等等，单片机的应用领域越来越广泛。

正因为单片机技术的广泛应用，使得高精度的电子测量成为可能。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（直流或交流输入电压）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。数字电压表是诸多数字化仪表的核心与基础。以数字电压表为核心，可以扩展成各种通用数字仪表、专用数字仪表及各种非电量的数字化仪表(如：温度计、湿度计、酸度计、重量、厚度仪等)，几乎覆盖了电子电工测量、工业测量、自动化仪表等各个领域。而且数字式仪器具有读数准确方便、精度高、误差小、灵敏度高和分辨率高、测量速度快等特点。因此对数字电压表作全面深入的了解是很有必要的。

3． 研究内容

在数字电压表的设计中，控制系统采用AT89C52单片机,A／D转换器采用ADC0809高精度、8位逐次逼近式转换电路，测量范围直流0～5伏，并在四位8段LED数码管上轮流显示或单路选择显示，可以与PC机进行串行通信。本文中该系统的数字电压表电路简单,所用的元件较少,成本低,调节工作可实现自动化。系统除能确保实现要求的功能外，还可以方便地进行8路A／D转换量的测量,远程测量结果传送等扩展功能。

 

 

 

 

 

 

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目 录

第1章  数字电压表.....................................................1

1.1 电压表的发展概况.................................................1

1.2 数字电压表的设计背景.............................................1

1.3 数字电压表的特点.................................................1

1.4 数字仪表的发展趋势...............................................3

第2章 系统硬件设计....................................................5

2.1 功能要求.........................................................5

2.2 方案论证.........................................................5

 

2.2.1 核心芯片的选择................................................5

 

2.2.2 模数转换芯片的选择............................................5

 

2.2.3 设计方案......................................................5

2.3 系统硬件电路的设计...............................................6

第3章  系统主要硬件模块介绍...........................................8

3.1  AT89C52控制模块.................................................8