简易电压表实验报告1

2.4 A/DC0809 的转换流程图
数字量电压值输入 89C51
启动 ADC0809
等待转换是否结束
将结果转换成 BCD 码并输出 图 2-3 A/DC0809 的转换流程图
图 2-3 A/DC0809 的转换电路图
2.4 液晶显示部分
显示接口用来显示系统的状态，命令或采集的电压数据。本系统显示部分用 的是 LCD 液晶模块，采用一个 16×1 的字符型液晶显示模块， 点阵图形式液晶 由 M 行×N 列个显示单元组成，假设 LCD 显示屏有 64 行，每行有 128 列，每
第三章 芯片及软件介绍
3.1 ADC0809
3.1.1 引脚功能（外部特性）
ADC0809 芯片有 28 条引脚，采用双列直插式封装，如右图所示。各引脚功 能如下：
1～5，26～28（IN0～IN7）：8 路模拟量输入端。 8，14，15，17～21：8 位数字量输出端。 22（ALE）：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。 6（START）： A／D 转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少 100ns 宽） 使其启动（脉冲上升沿使 0809 复位，下降沿启动 A/D 转换）。 7（EOC）： A／D 转换结束信号，输出，当 A／D 转换结束时，此端输出一个 高电平（转换期间一直为低电平）。 9（OE）：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当 A／D 转换结束时，此 端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。
1.3 系统原理及基本框图
输入电路
A/D 转换
89C51 单片机
LED 显示
图 1-1 系统基本流程图 如图 1-1 所示，模拟电压经过滑动变阻器切换到不同的分压电路后，送到 A/D
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转换器进行 A/D 转换，然后送到单片机中进行数据处理。处理后的数据，通过 P0 口传输送到 LED 中显示。
1.4 方案说明
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8 列对应 1 个字节的 8 个位，即每行由 16 字节，共 16×8=128 个点组成，屏 上 64×16 个显示单元和显示 RAM 区 1024 个字节相对应，每一字节的内容和屏 上相应位置的亮暗对应。一个字符由 6×8 或 8×8 点阵组成，即要找到和屏上 某几个位置对应的显示 RAM 区的 8 个字节，并且要使每个字节的不同的位为 ‘1’，其它的为‘0’，为‘1’的点亮，为‘0’的点暗，这样一来就组成某个字 符。但对于内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可让控制器 工作在文本方式，根据在 LCD 上开始显示的行列号及每行的列数找出显示 RAM 对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。
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10（CLK）：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于 640KHZ。 12（VREF（+））、16（VREF（-））：参考电压输入端。 11（Vcc）：主电源输入端。 13（GND）：地。 23～25（ADDA、ADDB、ADDC）：3 位地址输入线，用于选通 8 路模拟输入中 的一路。 3.1.2 内部结构 ADC0809 是 CMOS 单片型逐次逼近式 A/D 转换器，它由 8 路模拟开关、地址 锁存与译码器、比较器、8 位开关树型 A/D 转换器、逐次逼近。 极限参数电源电压（Vcc）：6.5V 。 控制端输入电压：—0.3V～15V 。 其它输入和输出端电压：-0.3V～Vcc+0.3V 。 贮存温度：—65℃～+150℃ 功耗（T=+25℃）：875mW。 引线焊接温度：①气相焊接（60s）：215℃；②红外焊接(15s)：220℃ 抗静 电强度：400V。
3.2.1 主要特性
与 MCS-51 兼容 ；4K 字节可编程闪烁存储器 ；寿命：1000 写/擦循环 ； 数据保留时间：10 年；全静态工作：0Hz-24MHz ；三级程序存储器锁定 ；128*8 位内部 RAM；32 可编程 I/O 线 ；5 个中断源，两个 16 位定时器/计数器 ；可编 程串行通道；低功耗的闲置和掉电模式 ，片内振荡器和时钟电路。
第二章 电路设计
2.1 输入电路
输入电路的作用是把不同量程的被测的电压规范到 A/D 转换器所要求的电 压值。本电路设计所用电压为 0-5V，其大小通过滑动变阻器调节。
2.2 A/D 转换电路
A/D 转换器的转换精度对测量电路极其重要，它的参数关系到测量电路性能。 本设计采用双积 A/D 转换器，它的性能比较稳定，转换精度高，具有很高的抗 干扰能力，电路结构简单，其缺点是工作速度较低。在对转换精度要求较高，而 对转换速度要求不高的场合如电压测量有广泛的应用。
2.5 设计调试及性能分析
2.5.1 调试与测试
采用 Keil uVision2 编译器进行源程序编译及仿真调试，同时进行硬件电路板 的设计制作，烧好程序后进行软硬件联调，最后进行端口电压的对比测试，要求 测试对比中标准电压值采用数字万用表测得。
简易数字电压表与“标准”数字电压表测得的绝对误差应在 0.02V 以内。
简易电压表测得的值基本上均比标准值偏大 0.01～0.02V。这可以通过校正 0809 的基准电压来解决，因为该电压表设计时直接用 7805 的供电电源作为基准 电压，电压可能有偏差。另外可以用软件编程来校正测量值。
ADC0809 的直流输入阻抗 1MΩ，能满足一般的电压测试需要。另外，经测试 ADC0809 可直接在 2MHz 的频率下工作，这样可省去分频器 14024。
定时/计数器 6 输入 4 优先级嵌套中断结构 1 个串行 I/O 口可用于多 机通信 I/O 扩展或全双工 UART。以及片内振荡器和时钟电路 89C51 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。89C2051 是一种带 2K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机 的可擦除只读存储器可以反复擦除 100 次。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储 器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。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 89C51 是一种高效微控制 器，89C2051 是它的一种精简版本。89C 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。
1.2 概述
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。目前，由各种单片 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， 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水平。
南昌工程学院
《仪器检测调试》综合报告
简易数字电压表
学院（系）： 信息工程学院
班级 ： 2010 级应用电子技术班
姓名：
福靖凌
学号： 2010$$$$088
联系方式： 15500000000
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概述 任务书
目录
第一章：系统总体设计及方案
1.1 设计题目、内容、要求 1.2 概述 1.3 系统原理及基本框图 1.4 方案说明 1.5 方案论证
3.2 89C51
单片机该系列单片机是采用高性能的静态 80C51 设计由先进 CMOS 工艺 制造并带有非易失性 Flash 程序存 储器，全部支持 12 时钟和 6 时钟操作。
P89C51X2 和 P89C52X2/54X2/58X2 分 别 包 含 128 字 节 和 256 字 节 RAM 32 条 I/O 口线 3 个 16 位。
2.3 双积 A/D 转换器的工作原理
如图 2-1 所示：对输入模拟电压和基准电压进行两次积分，先对输入模拟电
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压进行积分，将其变换成与输入模拟电压成正比的时间间隔 T1，再利用计数器 测出。
图 2-2 双积 A/D 转换器的波形图 图 2-1 双积分 A/D 转换器工作原理图
此时间间隔，则计数器所计的数字量就正比于输入的模拟电压；接着对基准 电压进行同样的处理。在常用的 A/D 转换芯片（如 ADC -0809、ICL7135、ICL7109 等）中，ICL7135 与其余几种有所不同，它是一种四位半的双积分 A/D 转换器， 具有精度高（精度相当于 14 位二进制数）、价格低廉、抗干扰能力强等优点。
第二章： 电路设计
第三章: 芯片及软件介绍
第四章: 数字电压表设计电路
第五章: 总结
附录 1：实验程序 附录 2：参考文献
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第一章 系统总体设计及方案
1.1 设计题目、内容、要求
设计题目：简易数字电压表的设计。 设计内容： 1．可以测量 0～5V 范围内的 2 路直流电压值。 2．在 4 位 LED 数码管上轮流显示各路电压值或单路选择显示，其中 3 位 LED 数码管显示电压值，显示范围为 0.00V～5.00V，1 位 LED 数码管显示路数,8 路 用数字表示分别为 0-7。 3．测量最小分辨率为 0.02V。 设计要求： 1．进行系统总体设计。 2．完成系统硬件电路设计。 3．完成系统软件设计。 4．撰写设计说明书。
3.2.2 管脚说明
VCC：供电电压。 GND：接地。 P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储 器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输入 口，当 FIASH 进行校验时Biblioteka BaiduP0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。
1.5.2 A/D 转换部分
通过 A/D 转换器将输入的模拟信号转换成数字信号，然后进行处理。为了达 到这一目的，使用调试简单，能与微处理机或其他数字系统兼容的 A/D 转换器 0809 芯片。
ADC0809 是采样分辨率为 8 位的、以逐次逼近原理进行模/数转换的器件。 其内部有一个 8 通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通 8 路模拟输入信号中的一个进行 A/D 转换。
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P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接 收输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程和校验时，P1 口作为第八位地址接收。
1.5 方案论证
1.5.1 显示部分
系统通过对 LED 灯的动态显示及不停的轮流给数码管位选端加驱动电压，及 在给其中一个数码管位选段加驱动电压的时候它才能变亮，而其他的是暗的，由 于数码管暗下来需要一定的时间，人眼具有视觉暂留特点，同时系统又给其它的 施加驱动电压，所以我们看到的就是稳定的亮着的数字了。
系统首先通过按键逐路选择八路通道中的一路或是循环显示，将该路某一路 电压送入 ADC0809 相应通道，单片机软件设置 ADC0809 开始 A/D 转换，转换结束 ADC0809 的 EOC 端口产生高电平，同时将 ADC0809 的 EO 端口置为高电平，单片 机 将转换后 结果存如 片内 RAM。系统 调出计算子程 序，将保 存结 果转化为 0.00-5.00V 分别保存在片内 RAM;系统调用显示子程序，将转化后数据查表，输 出到 LED 显示电路，将相应电压显示出来，程序进入下一个循环。
2.5.2 性能分析
由于单片机为 8 位处理器，当输入电压为 5.00V 时，输出数据值为 25（5 FFH）， 因此单片机最大的数值分辨率为 0.0196V（5/255）。这就决定了该电压表的最大 分辨率（精度）只能达到 0.0196V。测试时电压数值的变化一般以 0.02 的电压 幅度变化，如要获得更高的精度要求，应采用 12 位、13 位的 A/D 转换器。