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基于单片机的电压表

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课 程 设 计

题 目 数字电压表实验

学 院 计信学院

专 业 自动化

班 级 09级一班

学生姓名 邓晓晓 赖明丽 许娟 艾菱 许楣 刘显军

指导教师 文远熔

2011年6月15日 2

基于单片机的数字电压表的设计 目录 一、引言„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 3

二、设计的性质与目的„„„„„„„„„„„„„„„3 三、设计内容与要求„„„„„„„„„„„„„„„„ 3 四、实验器件介绍及原理„„„„„„„„„„„„„„ 4 1、系统硬件设计„„„„„„„„„„„„„„„„ 4 （1）8051AH单片机系统和显示电路„„„„„„„„ 4 （2）TLC549芯片介绍„„„„„„„„„„„„„„ 5 （3）A/D转换电路„„„„„„„„„„„„„„„ 8 (4)独立控制的LED、拨动开关、键盘电路：„„„„„„ 8 (5) 数码管显示原理„„„„„„„„„„„„„„ 9 (6) ZLG7290芯片„„„„„„„„„„„„„„„ 9

2、系统软件设计„„„„„„„„„„„„„„„„10 流程图„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 10

五、完整设计程序„„„„„„„„„„„„„„„„„ 11 六、实验心得体会„„„„„„„„„„„„„„„„„11 3

一、引言 随着电子科学技术的发展，电子测量成为广大电子工作者必须掌握的手段，对测量的精度和功能的要求也越来越高，而电压的测量甚为突出，因为电压的测量最为普遍。数字电压表简称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。数字电压表与模拟电压表相比，具有读数直观、准确、显示范围宽、分辨率高、输入阻抗大、集成度高、功耗小、抗干扰能力强，可扩展能力强等特点，因此在电压测量、电压校准中有着广泛的应用。在现代检测技术中，常需用高精度数字电压表进行现场检测，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。 本实验中的数字电压表的控制系统设计采用8051AH单片机、A/D转换器采用TLC549为主要硬件，实现数字电压表的硬件电路与软件设计。该系统的数字电压表电路简单，所用的元件较少，成本低，调节工作可实现自动化。正文着重给出了软硬件系统的各部分电路，介绍了模/数转换电路的原理，8051AH的特点，TLC549芯片的功能和应用，LED数码管的功能和应用。数字电压表可以测量0~5V的输入电压，并在LED数码管显示。 （关键词：数字电压表；8051AH；TLC549; ZLG7290;LED数码管）

二、设计性质与目的 性质：该设计是在学生学完《单片机原理与应用》和电子学相关课程的基础上，结合测控技术与仪器和机电工程专业的特点进行的具有一定难度和覆盖面的综合性实践环节。 目的：综合运用所学的《单片机原理与应用》理论知识，通过实践加强对所学知识的理解，具备设计单片机应用系统的能力。

三、设计内容与要求 1、设计任务 4

通过电位器改变输入电压，使用串行A/D转换器，电压值用数码管或液晶显示。输入电压：0-5V，显示精度：+-0.01V，可用键盘设置采样周期、改变显示模式（如显示A/D输出、电压等）。 2、根据设计任务设计该单片机应用系统的硬件电路图，软件流程图，编写相应的程序，实现数字电压表的硬件电路与软件设计。 3、驱动LED数码管显示模数转换之后的电压，以及电位器的电压值，并用按键控制数码管的显示，实现采样频率的增减。

四、实验器件介绍及原理： 1、系统硬件设计 硬件电路设计主要包括：8051AH单片机系统，A/D转换电路，显示电路

和按键处理电路等。图2-1是数字电压表硬件电路原理图

图2-1 数字电压表硬件电路原理图 （1）8051AH单片机系统和显示电路 由于单片机体积小、重量轻、价格便宜，所以本系统采用8051AH单片机， 5

其原理图如图1所示。 805l的P1、P3．0～P3-3端口作为四位LED数码管显示控制。P3．5端口用作单路显示／循环显示转换按钮，P3．6端口用作单路显示时选择通道。P0端口作TLC549的A／D转换数据读入用，P2端口用作TLC549的A／D转换控制。 8051的性能特点： 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 ·两个16位定时器/计数器 ·5个中断源 ·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 （2）TLC549芯片介绍 TLC549是美国德州仪器公司生产的8位串行A/D转换器芯片，它以8位开关电容逐次逼近的方法实现A/D转换，其转换速度小于17us,它能方便的采用三线串行接口方式与各种微处理器连接，构成各种廉价的测控应用系统。 ★TLC549的主要特性： 8位分辨率A/D转化器，总失调误差最大为±0.5LSB。 采用三线串行接口方式与各种微处理器连接。 具有4MHZ片内系统时钟和软、硬件控制电路，并与操作控制用的I/OCLOCK相互独立。 TLC549位40000次/s。典型功耗值为6mW。采用差分参考电压高阻输入，抗 6

干扰，可按比例量程校准转换范围，VREF+—VREF-

≥1V，可用于较小信号的采样。

★引脚图如下：

TLC549引脚图及引脚名称 ★ TLC549的极限参数： 电源电压：6.5V； 输入电压范围：0.3V~VCC+0.3V； 输出电压范围：0.3V~VCC+0.3V； 峰值输入电流：±10mA； 总峰值输入电流：±30mA； 工作温度： TLC549C：0℃~70℃ ；TLC549I：-40℃~85℃ TLC548M：-55℃~125℃ ★ TLC549功能框图：

★ 工作时序图： 7

当/CS变为低电平后，TLC549芯片被选中，同时前次转换结果的最高有效位MSB（A7）自DATAOUT端输出，接着要求自I/O CLOCK端输入8个外部时钟信号，前7个I/O CLOCK信号的作用，是配合TLC549输出前次转换结果的A6—A07位，并为本次转换做准备：在第四个I/O CLOCK信号由高至低的跳变之后，片内采样/保持电路对输入模拟量采样开始，第八个I/O CLOCK信号的下降沿使片内采样/保持电路进入保持状态并启动A/D开始转换。转换时间为36个系统时钟周期，/CS保持高电平，或者I/O CLOCK时钟端保持36个系统时钟周期的低电平。 由此可见，在自TLC549的I/O CLOCk端输入八个外部时钟信号期间需要完成以下工作：读入前次A/D转换结果，对本次转换的输入模拟信号采样并保持，启动本次A/D转换。 8

（3）A/D转换电路 图2-2 TLC549 A/D转换原理图 D/A转换电路就是将数字信号转换成模拟信号的电路。数据转换精度和转换速度是衡量D/A转换器的重要指标。A／D转换由集成电路TLC549完成。TLC549 A/D转换电路如图2所示。TLC549具有8路模拟信号输入端口，地址线(24～26脚)可决定对哪一路模拟信号进行A／D转换。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。6脚为测试控制，当输入一个2 s宽高电平脉冲时，就开始A／D转换。7脚为A／D转换结束标志，当A／D转换结束时，7脚输出高电平。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转换数据从该端口输出。l0脚为0809的时钟输入端，利用单为0809的时钟输入端，利用单片机30引脚的六分频晶振频率再通过14024Z分频得到1MHz时钟。 (4)独立控制的LED、拨动开关、键盘电路： 9

(5) 数码管显示原理

共阴极7段LED数码管和共阳极：LED数码管结构类似，其引脚配置，如图所示。从图中可以看出7段LED数码管同样由八个发光二极管组成，其中7个发光二极管构成字形“8”，另一个发光二极管构成小数点。 共阴极7段LED数码管的内部结构，如图所示，其中所有发光二极管的阴极为公共端，接GND。如果发光二极管的阳极为低电平的时候，发光二极管截止，该字段不发光。 (6) ZLG7290芯片 1、ZLG7290作用及其功能介绍

ZLG7290能够直接驱动8 位共阴式数码管（或64 只独立的LED），同时还可以扫描管理多达64 只按键。其中有8 只按键还可以作为功能键使用，就像电脑键盘上的Ctrl、Shift、Alt 键一样。另外ZLG7290B 内部还设置有连击计数器，能够使某键按下后不松手而连续有效。采用I2C 总线方式，与微控制器的接口仅需两根信号线。可控扫描位数，可控任一数码管闪烁。 引脚说明如下图： 10

2、ZLG7290使用说明 ZLG7290B是基于I2C总线接口的芯片。主控单片机ADUC831作为主器件时，内部没有I2C总线功能，因此需用SPI总线的引脚来模拟I2C总线。具体连接如下：

ZLG7290B ADUC831 GND DGND SDA MOSI SCL SCLOCK /INT INT0 VCC DVDD 但是，这种连接不是唯一的，只是在所写的软件里需要这样连接。其实中断可以根据自己所选的中断而定。地（GND）和电源（VCC）也可以另外从电源上接过来。所用电源为5V。 编译软件使用的是WSD，这个软件主要是用于AD系列芯片的。只要下载扩展名为HEX的文件即可。

3、ZLG7290工作原理 ZLG7290的核心是一块ZLG7290B芯片，它采用I2C接口，能直接驱动8位共阴式数码管，同时可扫描管理多达64只按键，实现人机对话的功能资源十分丰富。除具有自动消除抖动功能外，它还具有段闪烁、段点亮、

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基于51单片机的直流数字电压表设计

基于51单片机的直流数字电压表设计

基于51单片机的直流数字电压表设计概述：直流数字电压表是一种用于测量直流电压的仪器，它通过将电压信号转换为数字形式，并显示在数码管上，实现对电压的准确测量。

本文将介绍基于51单片机的直流数字电压表的设计原理和实现方法。

一、设计原理：1.1 电压信号采集：直流数字电压表的第一步是采集待测电压信号。

常用的采集方法是使用一个分压电路将待测电压降低到合适的范围，再通过运算放大器将其放大到合适的电平。

51单片机的模拟输入引脚可以接受0-5V的模拟电压信号，因此可以直接将放大后的信号接入单片机进行采集。

1.2 模数转换：采集到的模拟电压信号需要经过模数转换（A/D转换）才能被单片机读取和处理。

51单片机内部集成了一个10位的A/D转换器，可以将输入的模拟电压转换为相应的数字量。

通过设置不同的参考电压和采样精度，可以实现对不同电压范围的准确测量。

1.3 数码管显示：经过模数转换后，得到的数字量需要通过数码管进行显示。

51单片机的IO口可以通过控制段选和位选的方式，将数字量转换为相应的数码管显示。

可以根据需要选择常用的七段数码管或者液晶显示屏进行显示。

二、设计实现：2.1 硬件设计：硬件设计包括电路原理图设计和PCB布局设计两个部分。

电路原理图设计主要包括电压采集电路、运算放大器、A/D转换器和数码管驱动电路等部分。

PCB布局设计需要考虑信号的走线和电源的分布，以保证电压信号的准确采集和显示。

在设计过程中，需要注意地线和信号线的分离，以减少干扰。

2.2 软件设计：软件设计主要包括单片机的程序编写和调试。

首先需要编写采集模拟电压信号和进行A/D转换的程序，将转换后的数字量存储在单片机的内部存储器中。

然后编写数码管驱动程序，将存储的数字量转换为相应的数码管显示。

最后，通过按键或者旋转编码器等方式，可以实现对量程和精度的选择。

三、设计优化：3.1 精度优化：为了提高直流数字电压表的测量精度，可以采用更高精度的A/D转换器，增加参考电压的精度，或者通过校准电路对测量误差进行校正。

基于单片机的工频电压(电流)表的设计

基于单片机的工频电压(电流)表的设计

检测系统实习报告题目：基于单片机的工频电压（电流）表的设计姓名：院（系）：专业：指导教师：职称：评阅人：职称：年月摘要在实际中，有效值是应用最广泛的参数，电压表的读数除特殊情况外，几乎都是按正弦波有效值进行定度的。

有效值获得广泛应用的原因，一方面是由于它直接反映出交流信号能量的大小，这对于研究功率、噪声、失真度、频谱纯度、能量转换等是十分重要的；另一方面，它具有十分简单的叠加性质，计算起来极为方便。

本文详细介绍了一个数字工频电压、电流表设计，以AT89S52单片机为控制核心，由电压、电流传感器模块，真有效值测量模块，信号调理模块，AD采集模块及控制、显示模块等构成。

系统采用电压、电流互感器对输入信号进行降压处理，经AD736转换得到原信号的真有效值，由TLC549转换为数字量后送入单片机内进行简要的数据处理并将结果通过LCD实时显示，达到了较好的性能指标。

关键词：工频数字电压（电流）表真有效值AD736 TLC549 AT89S52AbstractIn practice, RMS is the most widely used parameters. Except in special circumstances,voltage meter readings almost all carried out by the RMS of sine wave . The reasons of RMS is widely available, on the one hand, because it directly reflects the size of the exchange of signal energy, which the study of power, noise, distortion, spectrum purity, energy conversion, such as it is very important; On the other hand, it has a very simple superposition of the nature of the calculation will be extremely convenient. The design of single-chip Atmel Corporation AT89S52 as control core, by the current sensor module, True RMS measurement modules, signal conditioning modules, AD acquisition and control module, display module. System uses a current sensor circuit for step-down of the input signal processing, has been converted by the original AD736 True RMS signal by the TLC549 convert into single-chip digital conducted after the brief and the results of data processing in real time through the LCD display, achieve a better performance.Keyword: Digital voltage(current) meter True RMS AD736 TLC549AT89S52目录第一章绪论 (1)§1.1 选题背景及意义 (1)§1.2 系统设计任务 (1)第二章系统总体设计 (2)§2.1 方案论证与比较 (2)2.1.1 电压、电流变换部分 (2)2.1.2 有效值测量部分 (2)§2.2 系统总体设计 (2)第三章硬件设计 (4)§3.1 传感器电路设计 (4)3.1.1 电压互感器 (4)3.1.2 电流互感器 (4)§3.2 真有效值转换电路设计 (5)3.2.1 电压、电流切换电路 (5)3.2.2 真有效值测量电路 (6)§3.3 信号调理电路设计 (7)§3.4 A/D转换电路设计 (7)§3.5 单片机及显示电路设计 (9)第四章软件设计 (10)§4.1 LCD1602液晶显示程序 (10)§4.2 A/D转换程序 (10)§4.3 主程序设计 (12)第五章系统调试及误差分析 (13)§5.1 系统调试及测试结果 (13)5.1.1 AD736测试结果 (13)5.1.2 OP07测试结果 (13)5.1.3 TLC549测试结果 (13)5.1.4 工频电压测量精度 (14)5.1.5 工频电流测量精度 (14)§5.2 误差分析 (14)§5.3 改进方法 (15)结束语 (16)致谢 (17)参考文献 (18)附录 (19)附录一完整电路图 (19)附录二程序清单 (20)第一章绪论§1.1 选题背景及意义在日常的生产、生活和科研中，工频电无处不在，所谓工频就是电力供电系统交流电的频率，我国国家规定工频为50赫兹，即周期为0.02秒，英、美等国规定的工频为60赫兹。

基于单片机的数字电压表设计

基于单片机的数字电压表设计

基于单片机的数字电压表设计一、背景介绍随着科技的发展，越来越多的人开始关注电压表。

电压表是一种测量电压的仪器，它可以根据检测到的电压值显示出相应的数字。

传统的电压表使用指针或指示灯来显示电压值，但这种方式会有很多限制，例如不能显示小于1V的电压值，对于高精度的测量也不能满足要求。

为了解决上述问题，本文提出了一种基于单片机的数字电压表设计方案。

二、基于单片机的数字电压表设计原理基于单片机的数字电压表设计采用单片机ADC（模数转换）模块来检测电压值，将检测到的电压值转换成数字值，然后通过LCD（液晶显示器）来显示。

该设计中需要使用一个模拟信号处理电路，它包括一个放大器、一个滤波器和一个参考电压电路。

放大器可以增加信号的幅值，以便更好地检测信号的电压值；滤波器可以削弱外部电磁干扰，以便更好地检测电压值；参考电压电路可以把外部电压转换为0-5V之间的电压，以便更好地检测电压值。

三、设计方案1.单片机：AT89S522.ADC模块：AD79053.放大器：LM3584.滤波器：LPF（低通滤波器）5.参考电压电路：LM3176.LCD显示器：12864四、设计步骤1. 利用LM358放大器和LPF滤波器对测量的电压值进行放大和滤波处理，以获得更精准的数据。

2. 利用LM317参考电压电路将放大后的电压值转换为0-5V的电压，以便更好地检测电压值。

3. 将转换后的电压值送入AD7905 ADC模块，将检测到的电压值转换成数字值。

4. 将转换后的数字值送入AT89S52单片机，并通过12864 LCD显示器将检测到的电压值显示出来。

五、总结本文提出了一种基于单片机的数字电压表设计方案，主要采用单片机ADC模块来检测电压值，并将检测到的电压值转换为数字值，然后通过LCD显示器显示出来。

该设计方案可以满足各种电压测量要求，具有良好的精度和可靠性。

基于单片机的数字电压表设计毕业论文答辩new

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致谢
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两个多月的设计时间很快的过去了，在这两个月里我通过学习掌握了许
多单片机的相关知识，锻练了自学能力，了解到了一些设计上的方法和技巧。 感谢学校给了我们这样一个培养动手能力和自主学习能力的时机，我相信， 这对我们将来走入工作岗位后的帮助是很大的，而这也必定是学校开设毕业 论文设计的目的所在。在这里首先我要感谢一直帮助指导我的刘桂英老师， 设计当中我们遇到了什么不明白的问题，刘老师都会很耐心很细心的帮助我 们，使我们的论文设计可以顺利进行；同时我也要感谢我同组的同学和宿舍 的同学，在做论文时我积极向他们请教，解决做论文时遇到的许多困难，在 此我要对他们表示衷心的感谢。
设计成果仿真与调试
• 5V电压表仿真调试结果
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本方案实现的数字电压表量程是5V，测量精度可以精确到小数点后两位，
由于单片机为8位处理器，当输入电压为5.00 V时，ADC0809输出数据值为
255〔FFH〕，单片机最高的数值分辨率只能为0.0196 V〔5/255〕的原因，
还存在着不能满足高精度测量的缺陷，可以通过采用更高位的A/D转换器
缺乏之处：由于技术上的缺陷加上时间问题，所设计的两种量程电压表没有做到多路 电压的测量，假设实现就更好了。 255V量程的电压表中也没有做到多档量程的自动切 换，精度和分辨率较5V量程电压表的低；电压表设计的显示偏差，这个可以通过校正 ADC0809的基准参考电压来解决，或用软件编程来校正其测量值。
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本论文设计是以单片机为开发平台，控制系统采用AT89C51单片机的电压 测量电路，也就是在单片机控制下完成电压信号的采集，A/D转换器采用 ADC0809为主要硬件，先完成5V量程电压表、在此根底上通过改变程序再 扩展到255V量程数字电压表的硬件和软件设计，最后在四位共阴极数码管 7SEG-MPX4-CC上显示。这种硬件电路设计比较简单，所用元器件也少，经 济实惠，而且调节非常方便。本设计实现后可广泛应用于某些学校的电路电 子电工实验室，因此本设计具有非常实际的意义。