单片机的数字电压表的设计
单片机的数字电压表的设计[20200128190944]
【摘要】
数字电压表（Digital Voltmeter）简称DVM，它用数字化测量技术，把连续的模拟量（直流输入电压）转换成不连续、离散的数字形式从而显示的仪表。在传统的指针式刻度电压表功能是一个单一，进度低，容易引起视差和视觉疲劳的电压表，因此这电压表不能满足现代数字化时代的需求。在目前看来，电压表广泛用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域，示出强大的生命力，这些由各种单片A/D 转换器构成的数字。同时，由数字电压表扩展而成的各种通用以及专用数字仪器仪表，它们把电量及非电量测量技术提高到崭新水平。本章重点介绍单片A/D 转换器以及由它们构成的基于单片机的数字电压表的工作原理。
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关键字:】数字电压表A/D转换器电压测量
引言 1
一、设计方案 1
（一）设计思路 2
（二）A/D转换器 2
（三）数码管显示 2
（四）电源电路 2
二、单片机概述 3
（一）AT89C51的特点 3
（二）主要特性 3
（三）管脚功能 4
三、系统的硬件设计 6
（一）系统组成 6
（二）A/D转换电路 6
（三）显示电路 9
（四）电源电路 10
四、系统的软件设计 12
（一）主程序流程图 12
（二）子程序流程图 13
（三）显示子流程图 14
结束语 15
附录一 数字电压表原理图 16
附录二 源程序 17
参考文献 23
致 谢 24
引言
在电路的测量中，电压、电流和频率是最基本的被测量，在电路中它们经常被用各种仪器进行测量，其中对电压的测量最为经常。而在伴随着电子技术的发展，需要测量出更高精确的电压，所以使得一种测量仪器成为必不可少的仪器，这就是数字电压表。数字电压表又可以说成Digital Voltmeter因此它的简称是DVM，它用数字化测量技术，把连续的直流输入电压转换成不连续、离散的数字形式并把它显示在仪表。由于数字式仪器具有读数准确方便、精度高、误差小、测量速度快等特点使它得到广泛应用。
在传统的指针式刻度电压表，它的功能比较单一、进度低、并且容易引起视差使得视觉疲劳的电压表，因此这电压表不能满足现代数字化时代的需求。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。目前，由各种单片机和A/D转换器构成的数字电压表作全面深入的了解是很有必要的。任用单片机的数字电压表，将连续的模拟量如直流电压转换成不连续的离散的数字形式并加以显示，从而精度高、抗干扰能力强，可扩展性强、集成方便，还可与PC实时通信。
近几十年来，跟随着半导体技术、微处理器技术的发展，数字电路和数字化测量技术在技术方面也有了巨大的进步，因此使得数字电压表的快速发展，并不断出现新的类型。1952年数字电压表问世以来，经过了不断改进的过程，最早从采用继电器、电子管和形式渐渐发展到了现在的全固态化、集成化（IC化），另一方面，精度也从0.01%到0.005%。
在目前数字电压表的发展就着眼在高精度和低成本这两个方面，因为在数字电压表内部的核心部件是A/D转换器，转换的精度很大程度上影响着数字电压表的准确度。
单片机数字电压表的设计用了电路分析基础、电子测量、模拟电路、数字电路、单片机基础及应用等学科等理论知识以及必要的实践操作能力。
我设计控制系统是采用89S52单片机的一种电压测量电路，TLC2543作为A/D转换芯片，数码管作为显示器，并用7805稳压器为主的直流稳压电路做电源，配合采集，转换，显示程序共同实现可测量0-10V直流电压的数字式电压表。
一、设计方案
在电路的测量中，电压、电流和频率是最基本的被测量，在电路中它们经常被用各种仪器进行测量，其中对电压的测量最为经常。而在伴随着电子技术的发展，需要测量出更高精确的电压，所以使得一种测量仪器成为必不可少的仪器，这就是数字电压表。数字电压表又可以说成Digital Voltmeter因此它的简称是DVM，它用数字化测量技术，把连续的直流输入电压转换成不连续、离散的数字形式并把它显示在仪表。由于数字式仪器具有读数准确方便、精度高、误差小、测量速度快等特点使它得到广泛应用。本设计从各个角度分析了由单片机组成的数字电压表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A/D转换电路、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；程序的设计使用汇编语言编程详细的设计算法将会在程序设计部分详细介绍。
（一）设计思路
1．根据设计要求，选择AT89C51单片机为核心控制器件；
2．TLC2543作为A/D转换芯片；
3．数码管作为显示器；
4．7805稳压器为主的直流稳压电路做为电源。
（二）A/D转换器
应为电路中需要把模拟信号为数字信号供数码管显示出来需要A/D转换器,而A/D转换器的种类很多比如：有的ADC574和TLC253等选择芯片。
因为要求测量精度在5%，所以我们须选用12位精度的A/D转换器，并且可直接驱动LED显示器工作，因此本次设计TLC2543就成为了首选。
（三）数码管显示
本设计需要单片机加以处理形成段码才能显示出来，因为被测量模拟量变为数字量之后，并不能通过数码管直接显示出来。而且，A/D电路的时钟与输入输出都需要单片机与其对接予以控制。故选择含有内部闪存的89C51完成此工作。该芯片无论从性能还是价格上都是非常合适的。数字信号转换为段码并显示出来需要有程序和其它接口电路配合。硬件显示上选用动态扫描法，即数码管位选端连入单片机的某一组I/O口，片选端连入另一组I/O口，配合显示子程序实现显示。在程序上，A/D采集程序采用多次取值并求和求平均的方法得出双字节数据，然后通过双字节转换BCD码子程序得出BCD码。此外，主程序和其它程序用中断方式进行组合。显示所需的数码管，选用7段共阳极数码管，由于精度要求为5%，故本设计显示部分由四个数码管组成。
由于单片机各个I/O口的驱动能力有限，故应设计驱动电路。本设计中的驱动电路主要与显示部分有关。数码管的片选端需要连接上拉电阻和三机管以增强驱动能力，位选端也选择连接上拉电阻以增强驱动能力。
（四）电源电路
本设计各芯片，需要一个稳定的5V直流稳压源。根据模拟电子技术基础的知识，用含有7805三端集成稳压器的电源电路。电路中选择二极管整流桥整流，电容进行滤波，并选用220V-9V变压器进行变压。
二、单片机概述
在美国的ATMEL公司生产的AT89C51单片机是一种功耗低，性能高CMOS 8位单片机，在其中片内含4K bytes的可系统编程的Flash只读程序存储器，它采用ATMEL公司的密度高而且非易失性存储技术生产，其中包括了标准的8051指令系统及引脚。它既可以在线进行编程又可用传统方法进行编程，ATMEL公司的功能强大，低价AT89C51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
（一）AT89C51的特点
AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。
【摘要】
数字电压表（Digital Voltmeter）简称DVM，它用数字化测量技术，把连续的模拟量（直流输入电压）转换成不连续、离散的数字形式从而显示的仪表。在传统的指针式刻度电压表功能是一个单一，进度低，容易引起视差和视觉疲劳的电压表，因此这电压表不能满足现代数字化时代的需求。在目前看来，电压表广泛用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域，示出强大的生命力，这些由各种单片A/D 转换器构成的数字。同时，由数字电压表扩展而成的各种通用以及专用数字仪器仪表，它们把电量及非电量测量技术提高到崭新水平。本章重点介绍单片A/D 转换器以及由它们构成的基于单片机的数字电压表的工作原理。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:】数字电压表A/D转换器电压测量
引言 1
一、设计方案 1
（一）设计思路 2
（二）A/D转换器 2
（三）数码管显示 2
（四）电源电路 2
二、单片机概述 3
（一）AT89C51的特点 3
（二）主要特性 3
（三）管脚功能 4
三、系统的硬件设计 6
（一）系统组成 6
（二）A/D转换电路 6
（三）显示电路 9
（四）电源电路 10
四、系统的软件设计 12
（一）主程序流程图 12
（二）子程序流程图 13
（三）显示子流程图 14
结束语 15
附录一 数字电压表原理图 16
附录二 源程序 17
参考文献 23
致 谢 24
引言
在电路的测量中，电压、电流和频率是最基本的被测量，在电路中它们经常被用各种仪器进行测量，其中对电压的测量最为经常。而在伴随着电子技术的发展，需要测量出更高精确的电压，所以使得一种测量仪器成为必不可少的仪器，这就是数字电压表。数字电压表又可以说成Digital Voltmeter因此它的简称是DVM，它用数字化测量技术，把连续的直流输入电压转换成不连续、离散的数字形式并把它显示在仪表。由于数字式仪器具有读数准确方便、精度高、误差小、测量速度快等特点使它得到广泛应用。
在传统的指针式刻度电压表，它的功能比较单一、进度低、并且容易引起视差使得视觉疲劳的电压表，因此这电压表不能满足现代数字化时代的需求。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。目前，由各种单片机和A/D转换器构成的数字电压表作全面深入的了解是很有必要的。任用单片机的数字电压表，将连续的模拟量如直流电压转换成不连续的离散的数字形式并加以显示，从而精度高、抗干扰能力强，可扩展性强、集成方便，还可与PC实时通信。
近几十年来，跟随着半导体技术、微处理器技术的发展，数字电路和数字化测量技术在技术方面也有了巨大的进步，因此使得数字电压表的快速发展，并不断出现新的类型。1952年数字电压表问世以来，经过了不断改进的过程，最早从采用继电器、电子管和形式渐渐发展到了现在的全固态化、集成化（IC化），另一方面，精度也从0.01%到0.005%。
在目前数字电压表的发展就着眼在高精度和低成本这两个方面，因为在数字电压表内部的核心部件是A/D转换器，转换的精度很大程度上影响着数字电压表的准确度。
单片机数字电压表的设计用了电路分析基础、电子测量、模拟电路、数字电路、单片机基础及应用等学科等理论知识以及必要的实践操作能力。
我设计控制系统是采用89S52单片机的一种电压测量电路，TLC2543作为A/D转换芯片，数码管作为显示器，并用7805稳压器为主的直流稳压电路做电源，配合采集，转换，显示程序共同实现可测量0-10V直流电压的数字式电压表。
一、设计方案
在电路的测量中，电压、电流和频率是最基本的被测量，在电路中它们经常被用各种仪器进行测量，其中对电压的测量最为经常。而在伴随着电子技术的发展，需要测量出更高精确的电压，所以使得一种测量仪器成为必不可少的仪器，这就是数字电压表。数字电压表又可以说成Digital Voltmeter因此它的简称是DVM，它用数字化测量技术，把连续的直流输入电压转换成不连续、离散的数字形式并把它显示在仪表。由于数字式仪器具有读数准确方便、精度高、误差小、测量速度快等特点使它得到广泛应用。本设计从各个角度分析了由单片机组成的数字电压表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A/D转换电路、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；程序的设计使用汇编语言编程详细的设计算法将会在程序设计部分详细介绍。
（一）设计思路
1．根据设计要求，选择AT89C51单片机为核心控制器件；
2．TLC2543作为A/D转换芯片；
3．数码管作为显示器；
4．7805稳压器为主的直流稳压电路做为电源。
（二）A/D转换器
应为电路中需要把模拟信号为数字信号供数码管显示出来需要A/D转换器,而A/D转换器的种类很多比如：有的ADC574和TLC253等选择芯片。
因为要求测量精度在5%，所以我们须选用12位精度的A/D转换器，并且可直接驱动LED显示器工作，因此本次设计TLC2543就成为了首选。
（三）数码管显示
本设计需要单片机加以处理形成段码才能显示出来，因为被测量模拟量变为数字量之后，并不能通过数码管直接显示出来。而且，A/D电路的时钟与输入输出都需要单片机与其对接予以控制。故选择含有内部闪存的89C51完成此工作。该芯片无论从性能还是价格上都是非常合适的。数字信号转换为段码并显示出来需要有程序和其它接口电路配合。硬件显示上选用动态扫描法，即数码管位选端连入单片机的某一组I/O口，片选端连入另一组I/O口，配合显示子程序实现显示。在程序上，A/D采集程序采用多次取值并求和求平均的方法得出双字节数据，然后通过双字节转换BCD码子程序得出BCD码。此外，主程序和其它程序用中断方式进行组合。显示所需的数码管，选用7段共阳极数码管，由于精度要求为5%，故本设计显示部分由四个数码管组成。
由于单片机各个I/O口的驱动能力有限，故应设计驱动电路。本设计中的驱动电路主要与显示部分有关。数码管的片选端需要连接上拉电阻和三机管以增强驱动能力，位选端也选择连接上拉电阻以增强驱动能力。
（四）电源电路
本设计各芯片，需要一个稳定的5V直流稳压源。根据模拟电子技术基础的知识，用含有7805三端集成稳压器的电源电路。电路中选择二极管整流桥整流，电容进行滤波，并选用220V-9V变压器进行变压。
二、单片机概述
在美国的ATMEL公司生产的AT89C51单片机是一种功耗低，性能高CMOS 8位单片机，在其中片内含4K bytes的可系统编程的Flash只读程序存储器，它采用ATMEL公司的密度高而且非易失性存储技术生产，其中包括了标准的8051指令系统及引脚。它既可以在线进行编程又可用传统方法进行编程，ATMEL公司的功能强大，低价AT89C51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
（一）AT89C51的特点
AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。
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