数字直流电压表
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摘要本文介绍了用ADC0832集成电压转换芯片和ATC89C52单片机设计制作的数字直流电压表。
在测量仪器中，电压表是必须的，而且电压表的好坏直接影响到测量精度。
具有一个精度高、转换速度快、性能稳定的电压表才能符合测量的要求。
为此，我们设计了数字电压表，该系统有三个部分：数据采集，数据处理和显示，终端接收，主要由ADC0832转换器和单片机ATC89C52构成，A/D转换器在单片机的控制下完成对模拟信号的采集和转换功能，最后由译码器74LS164和LED数码显示器构成的显示部分来显示采集的电压值。
此设计通过调试完全满足设计的指标要求。
电路设计简单，设计制作方便有较强的实用性。
关键词：模数转换器ADC0832；单片机ATC89C52；数字电压表; 译码器74LS164;LED数码显示器摘要 (1)第一章电压表概述 (4)第二章总体方案设计 (6)2.1信号采集分析 (6)2.1.1信号采集 (6)2.1.2 A/D转换器的选取 (8)2.2控制与显示方法分析 (8)2.2.1单片机系统分析 (9)2.2.2显示分析 (10)2.3传输方式分析 (11)第三章系统硬件设计 (12)3.1单片机及外围电路的设计 (12)3.1.1 单片机的选择 (12)3.1.2复位和振荡电路的设计 (13)3.2数据采集电路 (14)3.2.1 A/D转换的一般步骤 (14)3.2.2 ADC0832内部功能与引脚介绍 (14)3.2.3 AT89C52单片机 (16)3.2.3 ADC0832与ATC89C52单片机的接口方法 (17)3.3 LED显示电路和译码器74LS164 (18)3.3.1 LED显示电路 (18)3.3.2 译码器74LS164 (18)3.3.3 LED与74LS164的接口方法 (19)3.4通信电路 (20)第四章系统软件设计 (22)4.1 数字电压表系统软件设计方案确定 (22)4.2数字电压表应用程序设计 (24)4.3 LED显示程序 (24)第五章总结 (26)参考文献 (27)附录A：硬件原理图 (28)附录B：源程序......................................... 错误！未定义书签。
第一章电压表概述电压表是采用电流表装配的，电流表的内阻很小，那么串连一个大的电阻，就可以直接并接到需要量取电压的两点，根据欧姆定律的关系可以知道，电流表显示的电流正比于外部电压，所以就可以测量出电压了。
根据测量的方式可以分为模拟式电压表和数字式电压表。
模拟式电压表又叫指针式电压表，一般都采用磁电式直流电流表头作为被测电压的指示器。
测量直流电压时，可直接或经放大或经衰减后变成一定量的直流电流驱动直流表头的指针偏转指示。
测量交流电压时，必需经过交流-直流变换器即检波器，将被测交流电压先转换成与之成比例的直流电压后，再进行直流电压的测量。
因此，模拟式电压表具有电路简单、成本低、测量方便等特点，但测量精度较差，特别是受表头精度的限制，再者，模拟式电压表的输入阻抗不高，测高内阻源时精度明显下降。
数字电压表作为数字技术的成功应用，发展相当快。
数字电压表（Digital V olt Me-ter,DVM），以其功能齐全、精度高、灵敏度高、显示直观等突出优点深受用户欢迎。
特别是以A/D转换器为代表的集成电路为支柱，使DVM向着多功能化、小型化、智能化方向发展。
DVM应用单片机控制，组成智能仪表；与计算机接口，组成自动测试系统。
目前，DVM多组成多功能式的，因此又称数字多用表（DMM）。
DVM是将模拟电压变换为数字显示的测量仪器，这就要求将模拟量变成数字量。
这实质上是量化过程，即将连续的无穷多个模拟量用有限个数字表示的过程，完成这种变换的核心部分是A/D转换器，最后用电子计数器计数显示，因此，DVM的基本组成是A/D转换器，最后用电子计数器显示，因此，DVM的基本组成是A/D转换器和电子计数器。
DVM最基本功能是测直流电压，考虑到仪器的多功能化，可将其他物理量，如电阻、电容、交流电压、电压等，都变成直流电，因此，还应有一个测量功能选择变换器，它包含在输入电路中。
DVM对直流电压直接测量时的测量精度最高，其他物理量在变换成直流电压时，受功能选择变换器精度的限制，测量精度有所下降。
根据本次课设的要求，以51单片机为核心，设计一个简易直流电压表，电压表的作用即是测直流电压的大小，而由所学微控制器的知识可知，可以利用单片机的模数转换来实现这一设计。
模数转换就是用单片机控制模数转换芯片（A/D）,使它对外部的一个模拟信号进行采样、量化然后转化为一个离散的数字量，提供给控制器作进一步处理。
常用的A/D有ADC0832等。
它们都是8位的模数转换芯片，即把模拟量转换为一个8位的二进制数字。
实际应用中还有12位、16位等更高位的A/D,但本次设计做简易电压表，精度上不作太高要求，故只须8位的即可。
此次电压表总体的方案就是用单片机的I/O口输出信号来控制A/D启动转换，将送入的模拟量转换为一个8位数字量，然后再通过I/O口送回单片机内部进行处理，单片机进行一系列的运算和校准后，通过数码管将电压值显示出来。
第二章总体方案设计根据系统基本要求，将本系统划分为如下几个部分：●信号调理电路●8路模拟信号的产生与A/D转换器●发送端的数据采集与传输控制器●人机通道的接口电路●数据传输接口电路数据采集与传输系统一般由信号调理电路，多路开关，采样保持电路，A/D，单片机，电平转换接口，接收端（单片机、PC或其它设备）组成。
系统框图如图2-1所示。
图2-1 一般系统框图2.1信号采集分析被测电压为0～5V直流电压，可通过电位器调节产生。
2.1.1信号采集多路数据采集系统多采用共享数据采集通道的结构形式。
数据采集方式有顺序控制数据采集和程序控制数据采集。
方案一：顺序控制数据采集，顾名思义，它是对各路被采集参数，按时间顺序依次轮流采样。
原理如下图2-2所示，系统的性能完全由硬件设备决定。
在每次的采集过程中，所采集参数的数目、采样点数、采样速率、采样精度都固定不变。
若要改变这些指标，需改变接线或更换设备方能实现。
数据采集时，控制多路传输门开启和关闭的信号来自脉冲分配器，在时钟脉冲的推动下，这些控制信号不断循环，使传输门以先后顺序循环启闭。
图2-2 顺序数据采集原理方案二：程序控制数据采集，由硬件和软件两部分组成。
，据不同的采集需要，在程序存储器中，存放若干种信号采集程序，选择相应的采集程序进行采集工作，还可通过编新的程序，以满足不同采样任务的要求。
如图2-3所示。
图2-3 程序控制数据采集原理程序控制数据采集的采样通道地址可随意选择，控制多路传输门开启的通道地址码由存储器中读出的指令确定。
即改变存储器中的指令内容便可改变通道地址。
由于顺序控制数据采集方式缺乏通用性和灵活性，所以本设计中选用程序控制数据采集方式。
本题要求中的被测量为0～5V直流信号，由于输出电压比较大，满足A/D转换输入的要求，故可省去放大器，而将电源输出直接连接至A/D转换器输入端。
2.1.2 A/D 转换器的选取1.转换时间的选择转换速度是指完成一次A/D 转换所需时间的倒数，是一个很重要的指标。
A/D 转换器型号不同，转换速度差别很大。
通常，8位逐次比较式ADC 的转换时间为100us 左右。
由于本系统的控制时间允许，可选8位逐次比较式A/D 转换器。
2.ADC 位数的选择A/D 转换器的位数决定着信号采集的精度和分辨率。
要求精度为0.5%。
对于该8个通道的输入信号，8位A/D 转换器，其精度为80.39%2-=输入为0～5V 时，分辨率为 850.01961122Fs N V v ==-- Fs v —A/D 转换器的满量程值N —ADC 的二进制位数量化误差为850.0098(1)2(1)222Fs N Q V v===-⨯-⨯ADC0832是8位逐次逼近式模数转换器，包括一个8位的逼近型的ADC 部分，并提供一个8通道的模拟多路开关和联合寻址逻辑，为模拟通道的设计提供了很大的方便。
用它可直接将8个单端模拟信号输入，分时进行A/D 转换，在多点巡回监测、过程控制等领域中使用非常广泛,所以本设计中选用该芯片作为A/D 转换电路的核心。
2.2控制与显示方法分析用单片机作为这一控制系统的核心，接受来自ADC0832的数据，经处理后通过串口传送，完成采样通道的选择，单片机通过接口芯片与LED 数码显示器相连，驱动显示器显示相应通道采集到的数据。
2.2.1单片机系统分析1.复位电路单片机在开机时都需要复位，以便中央处理器CPU以及其他功能部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。
51的RST引脚是复位信号的输入端。
复位电平是高电平有效，持续时间要有24个时钟周期以上。
本实验采用上电复位电路，上电瞬间，RST端的的电位与Vcc相同，随着电容的逐步充电，充电电流减小，RST电位逐渐下降。
如图2-4所示。
图2-4 复位电路2.振荡源在MCS-51内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器。
引脚XTAL1(19)、XTAL2(18)分别是此放大器的输入端和输出端。
如图2-5所示。
图2-5 振荡电路方案一：内部方式与作为反馈元件的片外晶体或陶瓷谐振器一起组成一个自激振荡器。
方案二：外部方式外部振荡器信号的接法与芯片类型有关。
CMOS工艺的MCU其XTAL1端接外部时钟信号，XTAL2端可悬空。
HMOS工艺的MCU则XTAL2端接外部时钟信号，XTAL1端须接地。
2.2.2显示分析对系统输出显示测量结果，主要是由LED数码显示器组成。
1．译码方法用单片机驱动LED数码管有很多方法，按显示方式分，有静态显示和动态（扫描）显示，按译码方式可分硬件译码和软件译码之分。
方案一：硬件译码硬件译码就是显示的段码完全由硬件完成，CPU只要送出标准的BCD码即可，硬件接线有一定标准。
方案二：软件译码软件译码是用软件来完成硬件的功能，接线灵活，显示段码完全由软件来处理，是目前常用的显示驱动方式。
2．显示方法在该单片机系统中，使用7段LED显示器构成4位显示器，段选线控制显示的字符，位选线控制显示位的亮或暗。
方案一：静态显示静态显示，显示驱动电路具有输出锁存功能，单片机将所要显示的数据送出后就不用再管，直到下一次显示数据需要更新时再传送一次数据。
编程容易，管理简单，显示亮度高，显示数据稳定，占用很少的CPU时间。
但引线多，线路复杂，硬件成本高。
方案二：动态显示动态显示需要CPU时刻对显示器件进行数据刷新，显示数据会有闪烁感，占用的CPU时间多。
这两种显示方式各有利弊；静态显示虽然数据稳定，占用很少的CPU时间，但每个显示单元都需要单独的显示驱动电路，使用的硬件较多；动态显示虽然有闪烁感，占用的CPU时间多，但使用的硬件少，能节省线路板空间。
