单片机的数字电压表设计
引 言 1
一、设计背景 1
（一）设计背景 1
（二）数字电压表的特点 1
（三）本设计完成的主要工作 2
二、系统总体设计 2
（一）设计要求 2
（二）总体设计方案 3
（三）器件介绍 4
三、系统硬件设计 7
（一）主控器电路设计 8
（二）测试电压电路设计 9
（三）ADC0808电路设计 9
（四）时钟电路设计 10
（五）数码管显示电路 10
四、系统软件设计 11
（一）软件设计方案 11
（二）软件设计 11
五、系统调试 12
六、结论 16
致谢 16
七、参考文献.................................................17
八、附录.....................................................18
引言
二十世纪八九十年代，电子技术进入了飞速的发展的阶段，在其推动下，现代化电子产品几乎渗透了社会的每个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使得现代化电子产品的性能得到进一步的提高，产品更新换代的节奏也变得越来越快。而随着电子技术快速的发展，经常需要测量高精度的电压和电流，因此数字电压表变成了一种必不可少的精密测量仪器。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、离散的数字形式来直接显示的仪表。因为数字式得仪器 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
具有读数方便、误差相对来说小、精度比较高、灵敏度高和分辨率高、测量速度相比很快等特点而受到青睐。
一、 设计背景
（一）设计背景
现如今，在电量测量的领域中，电压、电流和频率是气质最基本的三个被测量量，其中电压测量是最常用的。随着电子技术的迅速发展，在系统的设计过程中通常需要测量电压以及电流，从而使得数字电压表成为了一种必不可少的测量设备。数字电压表简称DVM，是采用数字化测量技术，将连续的模拟量转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。由于数字式仪器具有读数准确方便、误差小、精度高、测试速度快等优点，从而使其在实际生活中得到了广泛的应用。
与数字电压表相比，指针式电压表功能相对单一、进度较低，读起来误差较大，正因为这些缺点，它满足不了数字化时代的需要。基于单片机的数字电压表，是将连续的模拟变通过AD采样转换成数字信号，并通过单片机将采集的结果显示出来，从而使得数字电压表具有抗干扰性强、测试精度高、扩张性强等优势。
现在，数字电压表的内部核心部件是A/D转换器，转换的精度在很大程度上影响着数字电压表的准确度，因而，以后数字电压表的发展就着眼于高精度与低成本这两个方面。
（二） 数字电压表的主要特点和发展趋势
数字电压表是采用数字化测量技术，将连续的模拟量转换成不连续的，离散的数字形式，并通过单片机控制进行显示的仪表设备。
与传统的指针式的电压表相比，数字电压表具有以下4大特点：
1.显示清晰，显示精度高
传统的指针式的电压表都是借助指针和刻度盘进行读数，在读数过程中存在着视觉误差，并容易引起视觉的疲劳。而数字电压表采用数字显示技术，测量结果一目了然，方面了用于的使用，同时也节省了读数和记录数据的时间。
2.准确度高
数字电压表的准确度是测量结果中系统误差与随机误差的综合。它表示着测量结果和真值的一致程度，同时也反映测量误差的大小。
3.测量范围宽
多量程数字电压表通常可以测到0-1000V的直流电压，配上高压探头可以测到几千伏。
4.抗干扰能力强
噪声干扰大致分两类，一直是串模干扰，干扰电压与被测信号串联后加入仪表输入端。另一类是共模干扰。干扰电压同时加于仪表设备的两个输入端，衡量仪表干扰能力的技术指标有两个：串模抑制比和共模抑制比。
目前数字电压表进入了一个蓬勃发展的新时期，数字电压表正朝着高准确度、智能化，低成本方向发展。主要有三种发展趋势。（1）采用新的技术，开发新的产品（2）使用单片专用的IC进行设计（3）多重显示。
此外，数字电压表在安装工艺，外观设计、安全性、可靠性等方面不断改进，日趋完善。
（三） 本设计完成的主要工作
1. 本文提出设计一款基于单片机的数字电压表，主要工作包括：
2. 搜集资料，初步确定设计方案。
3. 使用仿真软件Protues绘制仿真原理图，准备进行测试仿真。
4. 编程程序，并在仿真仿真软件中对程序进行测试
二、系统总体设计
（一） 设计要求
本设计要求设计一款基于单片机的数字电压表，以51单片机为核心器件，AD转换芯片ADC0808用来采集外部模拟信号，使用4位数码管显示转换结果。测量电压范围为0-5V，测量精度在0.02V。首先，在Protues仿真软件中绘制设计的原理图。包括单片机工作电路图，AD转换芯片ADC0808的电路图，数码管显示的电路图等。编写数字电压表的程序，并在仿真软件中测试程序的正确性，修改数字电压表程序，完善整个系统的设计。
（二） 总体设计方案
本设计框图见图2-1。
图2-1 系统框图
本设计主要包括5个部分。
1. 单片机。单片机是本设计的控制核心，主要控制启动AD转换，并读取AD转换结果。此外单片机还控制将结果显示到数码管上面。
2. ADC0808。本设计选用ADC0808作为AD转换模块，ADC0808的电压分辨率大约在0.02V，满足本设计的要求。
3. 数码管显示电路。为了降低成本，本设计选用数码管显示测量的电压结果，为了节约端口，选用数码管的工作方式选用动态扫描。
4. 时钟电路。复位和晶振电路是用来支持单片机正常工作的。
5. 测试电压。在仿真系统中我们使用电位器分压来测试程序正确性。
（三）器件介绍
1． 单片机
本设计从成本、稳定性以及可扩展性等诸多因素出发，最终选用STC89C52单片机作为本设计的控制器。
STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS的8位微控制器，在系统上具有8K可编程Flash存储器。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，从而使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 STC89C52具备以下标准功能： 8k字节Flash，32 位I/O口线，256字节RAM，看门狗定时器，2个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。STC89C52引脚见图2-2。
一、设计背景 1
（一）设计背景 1
（二）数字电压表的特点 1
（三）本设计完成的主要工作 2
二、系统总体设计 2
（一）设计要求 2
（二）总体设计方案 3
（三）器件介绍 4
三、系统硬件设计 7
（一）主控器电路设计 8
（二）测试电压电路设计 9
（三）ADC0808电路设计 9
（四）时钟电路设计 10
（五）数码管显示电路 10
四、系统软件设计 11
（一）软件设计方案 11
（二）软件设计 11
五、系统调试 12
六、结论 16
致谢 16
七、参考文献.................................................17
八、附录.....................................................18
引言
二十世纪八九十年代，电子技术进入了飞速的发展的阶段，在其推动下，现代化电子产品几乎渗透了社会的每个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使得现代化电子产品的性能得到进一步的提高，产品更新换代的节奏也变得越来越快。而随着电子技术快速的发展，经常需要测量高精度的电压和电流，因此数字电压表变成了一种必不可少的精密测量仪器。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、离散的数字形式来直接显示的仪表。因为数字式得仪器 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
具有读数方便、误差相对来说小、精度比较高、灵敏度高和分辨率高、测量速度相比很快等特点而受到青睐。
一、 设计背景
（一）设计背景
现如今，在电量测量的领域中，电压、电流和频率是气质最基本的三个被测量量，其中电压测量是最常用的。随着电子技术的迅速发展，在系统的设计过程中通常需要测量电压以及电流，从而使得数字电压表成为了一种必不可少的测量设备。数字电压表简称DVM，是采用数字化测量技术，将连续的模拟量转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。由于数字式仪器具有读数准确方便、误差小、精度高、测试速度快等优点，从而使其在实际生活中得到了广泛的应用。
与数字电压表相比，指针式电压表功能相对单一、进度较低，读起来误差较大，正因为这些缺点，它满足不了数字化时代的需要。基于单片机的数字电压表，是将连续的模拟变通过AD采样转换成数字信号，并通过单片机将采集的结果显示出来，从而使得数字电压表具有抗干扰性强、测试精度高、扩张性强等优势。
现在，数字电压表的内部核心部件是A/D转换器，转换的精度在很大程度上影响着数字电压表的准确度，因而，以后数字电压表的发展就着眼于高精度与低成本这两个方面。
（二） 数字电压表的主要特点和发展趋势
数字电压表是采用数字化测量技术，将连续的模拟量转换成不连续的，离散的数字形式，并通过单片机控制进行显示的仪表设备。
与传统的指针式的电压表相比，数字电压表具有以下4大特点：
1.显示清晰，显示精度高
传统的指针式的电压表都是借助指针和刻度盘进行读数，在读数过程中存在着视觉误差，并容易引起视觉的疲劳。而数字电压表采用数字显示技术，测量结果一目了然，方面了用于的使用，同时也节省了读数和记录数据的时间。
2.准确度高
数字电压表的准确度是测量结果中系统误差与随机误差的综合。它表示着测量结果和真值的一致程度，同时也反映测量误差的大小。
3.测量范围宽
多量程数字电压表通常可以测到0-1000V的直流电压，配上高压探头可以测到几千伏。
4.抗干扰能力强
噪声干扰大致分两类，一直是串模干扰，干扰电压与被测信号串联后加入仪表输入端。另一类是共模干扰。干扰电压同时加于仪表设备的两个输入端，衡量仪表干扰能力的技术指标有两个：串模抑制比和共模抑制比。
目前数字电压表进入了一个蓬勃发展的新时期，数字电压表正朝着高准确度、智能化，低成本方向发展。主要有三种发展趋势。（1）采用新的技术，开发新的产品（2）使用单片专用的IC进行设计（3）多重显示。
此外，数字电压表在安装工艺，外观设计、安全性、可靠性等方面不断改进，日趋完善。
（三） 本设计完成的主要工作
1. 本文提出设计一款基于单片机的数字电压表，主要工作包括：
2. 搜集资料，初步确定设计方案。
3. 使用仿真软件Protues绘制仿真原理图，准备进行测试仿真。
4. 编程程序，并在仿真仿真软件中对程序进行测试
二、系统总体设计
（一） 设计要求
本设计要求设计一款基于单片机的数字电压表，以51单片机为核心器件，AD转换芯片ADC0808用来采集外部模拟信号，使用4位数码管显示转换结果。测量电压范围为0-5V，测量精度在0.02V。首先，在Protues仿真软件中绘制设计的原理图。包括单片机工作电路图，AD转换芯片ADC0808的电路图，数码管显示的电路图等。编写数字电压表的程序，并在仿真软件中测试程序的正确性，修改数字电压表程序，完善整个系统的设计。
（二） 总体设计方案
本设计框图见图2-1。
图2-1 系统框图
本设计主要包括5个部分。
1. 单片机。单片机是本设计的控制核心，主要控制启动AD转换，并读取AD转换结果。此外单片机还控制将结果显示到数码管上面。
2. ADC0808。本设计选用ADC0808作为AD转换模块，ADC0808的电压分辨率大约在0.02V，满足本设计的要求。
3. 数码管显示电路。为了降低成本，本设计选用数码管显示测量的电压结果，为了节约端口，选用数码管的工作方式选用动态扫描。
4. 时钟电路。复位和晶振电路是用来支持单片机正常工作的。
5. 测试电压。在仿真系统中我们使用电位器分压来测试程序正确性。
（三）器件介绍
1． 单片机
本设计从成本、稳定性以及可扩展性等诸多因素出发，最终选用STC89C52单片机作为本设计的控制器。
STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS的8位微控制器，在系统上具有8K可编程Flash存储器。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，从而使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 STC89C52具备以下标准功能： 8k字节Flash，32 位I/O口线，256字节RAM，看门狗定时器，2个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。STC89C52引脚见图2-2。
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