基于单片机的数字电压表设计

摘要:数字电压表是对电子电路进行现场检测的常用仪表，本文讨论了一种基于单片机的数字电压表设计方式，将检测到的数据送入微计算机系统，完成计算、存储、控制和显示等功能。本文中数字电压表的控制系统采用AT89C51单片机，A/D转换器采用ADC0809为主要硬件，实现简易数字式直流电压表的硬件电路与软件设计。

关键词：单片机 数字电压表 A/D转换 AT89C5 ADC0809

中图分类号：TM0 2 文献标识码：A文章编号：1007-9416（2011）06-0121-02

目前，由各种单片机和A/D转换器构成的数字电压表，已被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。显示出强大的生命力。与此同时，由DVM扩展而成的各种通用及专用数字仪器仪表，也把电量及非电量测量技术提高到崭新的水平。因此对数字电压表作全面深入的了解是很有必要的[4]。

1、系统总体方案设计

本设计选择AT89C51单片机作为核心控制器件。A/D转换采用ADC0809实现。电压显示采用4位一体的LED数码管，LED数码管的段码输入由并行端口P2产生；位码输入由并行端口P3低四位产生[6]。

硬件电路设计由7个部分组成：主控模块AT89C51单片机系统，A/D转换电路，LED显示系统，LED驱动电路，复位电路，晶振电路以及测量电压输入电路。硬件电路设计框图如图1所示。

2、系统硬件设计

2.1 系统硬件电路设计

该系统硬件电路工作原理是：A/D转换采用ADC0809。ADC0809具有8路模拟输入端口，地址线可决定对哪一路模拟输入作A/D转换。第22脚为地址锁存控制，当输入为高电平时，对地址信号进行锁存。第6脚为测试控制，当输入一个2微秒宽高电平脉冲时，就开始A/D转换。第7脚为A/D转换结束标志，当A/D转换结束时，第7脚输出高电平。第9脚为A/D转换数据输出允许控制，当OE脚为高电平时，A/D转换数据从端口输出。第10脚为ADC0809的时钟输入端，利用单片机第30脚的6分频晶振频率，再通过7474二分频得到1MHz时钟。此处ADC0809经过74S373进行A/D转换的控制输入到P0口，然后再经过单片机的P2、P3.0-P3.3、P3.5口作为4位LED数码管显示控制。P3口作为位选控制，即通道显示。P0口用作A/D转换数据读[1、2]。

3、软件设计

3.1 A/D转换子程序

A/D转换子程序用来控制对ADC0809输入的8路模拟电压信号的采集测量，并将对应的数值存入相应的内存单元中。其转换流程图如图2所示。

3.2 LED显示子程序

显示子程序采用动态扫描实现四位数码管的数值显示。在采用动态扫描显示方式时，要使得LED显示的比较均匀，又有足够的亮度，需要设置适当的扫描频率。当扫描频率在70Hz左右时，能够产生足够的图形和较好的显示效果。[3、5]

4、系统的仿真实现

本系统的调试主要以软件为主，其中，系统电路图的绘制和仿真采用的是Proteus软件，而程序方面采用的是C语言，用keil软件实现编程。

显示结果分析:当通过分压变阻器向IN2口输入1.5V电压时，显示结果如图3所示。测量误差为0.01V。

5、结语

本测量系统实用性强、结构简单、成本低、外接元件少。在实际应用中工作性能稳定，测量电压准确，精度较高。系统功能、指标达到了课题的预期要求。系统在硬件设计上充分考虑到了可扩展性，经过一定的添加或改造，很容易增加功能，如加入开关控制位选和控制单路/循环等功能。

参考文献

[1]宋凤娟,孙军,李国忠.基于89C51单片机的数字电压表的设计[J].制造业自动化,2007,29(2):89～90,93.

[2]李秋生,刘小燕.基于AT89C52的某数字电压表的设计[J].微计算机信息,2008,24(25)：19～200,233.

[3]韩磊,张宇,贾志敏.基于AT89S52的数字电压表的设计[J].工业控制计算机,2009，4：70～70,72.

[4]王晓亮.基于MSP430单片机的数字电压表的设计[J].科技创新导报,2009,1:21,23.

[5]骆旭坤.基于AVR单片机实现积分式数字电压表的设计[J].黎明职业大学期刊,2008,1:31～34.

[6]杨居义.单片机课程设计指导[M].北京:清华大学出版社,2009.89～94.

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文

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