1、基于单片机的简易数字电压表设计,答 辩 人：指导教师：学 号：专 业：电子信息科学与技术,提纲,1.选题意义2.国内外发展现状3.研究内容及成果4.总体方案设计5.硬件电路设计6.程序设计7.系统仿真及测试8.结论,1.选题意义,测量是一种认识过程，就是用实验的方法将测量和被选用的相同参量进行比较，从而确定它的大小。 在现代测量技术中，常常需要用数字电压表进行现场检测，将测量的数据送入微计算机系统中，完成计算、存储、控制和显示等功能。本课题的实际意义在于使自己能够掌握对数字电压表的理解，并且设计电路与仿真，加深对电路知识的巩固与复习。,2.国内外发展现状,数字电压表是在上世纪50年代初兴起，6
2、0年代末发展起来的电压测量仪表，简称DVM，它采用的是数字化测量技术，把连续的电压模拟量转变为离散的数字量，通过数字处理利用显示器件显示。 如今，数字电压表已经绝大部分取代了传统的模拟指针式电压表，因为传统的模拟指针式电压表功能单一，精度低，读数容易产生视觉疲劳，还经常出错。而数字电压表测量精度高，速度快，读数方便，抗干扰能力强，可扩展性强等诸多优点。它已被广泛应用于各种电子、电工测量领域。,3.研究内容及研究成果,主要研究内容是： （1）设计单片机的最小系统； （2）采用A/D转换器； （3）应用数码管显示； （4）系统流程：硬件电路仿真以及软件烧写，实现数字电压表功能。 （5）对设计电路和
3、程序进行调试与仿真。 研究成果： （1）组成一个直流数字电压表，量程0-5V; （2）数码管显示数据，并显示小数点后两位； （3）能够成功读取数据。,4.总体设计方案,数字电压表设计的两种方案 （1）.由数字电路及芯片构建 （2）.由单片机及A/D转换芯片构建设计要求设计方案,数字电压表设计的两种方案,由数字电路及芯片构建 这种设计方案纯硬件电路，由模拟电路与数字电路两大 部分组成，模拟部分包括输入放大器。A/D转换器和基准电压源；数字部分包括计数器、译码器、逻辑控制器、振荡器和显示器。由单片机及A/D转换芯片构建 这种方案在第一种方案的基础上将数字电路部分应用到单片机系统中，然后通过对单片机
4、系统软件编程，采集信号并加以转换，从而通过单片机送入显示器显示。此方案不仅能够继承上一中方案的各种优点，还能改进上一中设计方案设计的不灵活，以及原基础上进行功能扩展的不足。,设计要求,（1）以51系列单片机为核心器件，组成一个简易的直流数字电压表。 （2）采用1路模拟量输入，能够测量0-5V之间的直流电压值。 （3）电压显示用4位一体的LED数码管显示，至少能够显示两位小数。 （4）电压表精确度受A/D转换的影响，误差0.02V。最小分辨率0.02V。,设计方案,数字电压表的内部核心部件是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。硬件电路设计由6个部分组成; A/D转换电路，
5、AT89C51单片机系统，LED显示系统、时钟电路、复位电路及测量电压输入电路。硬件电路设计框图所示。,5.硬件电路设计,单片机最小系统：时钟电路，复位电路A/D转换器模块：ADC0808显示模块：LED电压测量电路：通过滑动变阻器避免电流输入过大,电路原理图,6.程序设计,根据模块的划分原则，将该程序划分初始化模块，A/D转换子程序和显示子程序，这三个程序模块构成了整个系统软件的主程序，如图所示。,显示子程序,A/D转换子程序,7.系统仿真及测试,由于单片机AT89C51为8位处理器，当输入电压为5.00V时，ADC0808输出数据值为255（FFH），因此单片机最高的数值分辨率为0.019
6、6V(5/255)。这就决定了电压表的最高分辨率只能到0.0196V，从上表可看到，测试电压一般以0.01V的幅度变化。 从上表可以看出，简易数字电压表测得的值基本上比标准电压值偏大0-0.01V，这可以通过校正ADC0808的基准电压来解决。因为该电压表设计时直接用5V的供电电源作为电压，所以电压可能有偏差。当要测量大于5V的电压时，可在输入口使用分压电阻，而程序中只要将计算程序的除数进行调整就可以了。,8.结 论,对应前面的设计要求在，基本上达到了以下要求： （1）运用单片机AT89C51做成一个简易的直流数字电压表。 （2）数字电压表量程0-5V。 （3）电压显示用4位一体的LED数码管显示，显示了两位小数。 （4）电压表精确度受A/D转换的影响，误差0.02V。最小分辨率0.02V。 当然由于本课题过于简易，完全可以将其功能复杂化，可以添加分压器改变量程，在电压测量部分添加转化器可以测量非电量。,谢谢,
