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基于单片机的三位半数字电压表设计.doc
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更新于2023-03-16
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基于51单片机的数字电压设计,AD转换模块为ADC0809,内涵完整原理图和程序。
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摘 要
本次设计用单片机芯片 AT89C51 设计一个数字电压表,能够测量直流电压值,
四位数码显示,量程范围为 0-200V,显示分辨率为 0.1 mV。此系统由分压电阻、
51 单片机最小系统、显示部分、报警部分、AD 转换和控制部分组成。
本电压表具有设计方法合理、简单易行、成本低、安全实用等特点。
关键词:数字电压表 ;AT89S52 单片机 ;低成本
I

Abstract
This design is design a digital voltmeter with chip AT89C51 of one-chip computer,
can measure and hand in , direct current pressing value , four numbers show ,Span the
range of 0-200V, a display resolution of 0.1 mv. This system is shunted resistance,
resistance of partial pressure, basic resistance, minimum system of 51 one-chip computers,
shown that some , warning part , AD change and control making up partly.
This voltmeter has the design method reasonably, easy and feasible, the cost low, safe
practical and so on characteristics, and has certain promoted value.
Key word: digital voltmeter ;AT89C51 ;Low cost

前 言
数字电压表(Digital Voltmeter)简称 DVM,它是利用模拟/数字变换器
(A/D)原理,以十进制数字形式显示被测电压值的仪表
[1]
。DVM 除了广泛用于电
压测量外,通过各种变换器还可以测量其他电量或非电量,用途十分广泛
[2]
。
DVM 的高速发展,使它已成为实现量程自动化、提高工作效率不可缺少的仪
表。数字化是当前计量仪器仪表发展的主要方向之一
[2]
。而高准确度直流 DVM 的出
现,又使 DVM 进入了精密标准测量领域。测量是一种认识过程,就是用实验的方
法将被测量与所选用单位的相同参量进行比较,从而确定它的大小。科学技术和结
构工艺也与测量息息相关。现代的测量仪器仪表是科学技术成果之一,而离开测量
技术,科学技术便无从发展。例如,各种物理定律的正确性就必须通过精密的测试
来验证。正是坚持理论与实验定量的一致性,才使科学技术获得进步并促进国民经
济的发展,可见测量在科学技术中占的地位是多么重要。DVM 广泛应用在测量领域
中,其测量结果的准确度和可信度取决于它结构主要性能和技术指标。评价某种
DVM 性能的优劣,产品质量是否合格,是否满足技术指标的要求,必须通过正确的
鉴定和测试结果才能分析判断出来。
传统的指针式电压表功能单一,精度底,读数不方便,不能满足数字化时代的
需要。采用单片机的数字电压表,具有精度高,抗干扰能力强,可扩展性强等优点。
现今,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,展示了强大的生命力。而且,
由DVM扩展而成的各种通用及专用数字仪表仪器,也把电量及非电量测量技术提高
到新的水平
[15]
。
本 设 计 中 电 压 表 可 以 测 量 直 流 电 压 测 量 范 围 ( 0~200V ) 共 分 四 档 :
200mv、2v、20v、200v,并且通过4位LED数码管三位半显示其数值。 所谓三
位半的三位是指可以显示0-9的十个数字,称作全位。千位数最大显示为1(小于1
时消隐),这位在理论上讲最大能显示2,比如在2V挡,最大显示应该是2.000,
但实际显示1.999,和理论值还差一。那么这位理论值最大应该显示2,而实际只能
显示1,就叫做1/2位
[15]
。理论值为分母,实际显示最大值为分子。根据数字电压表
的功能实现要求,选用AT89C51单片机作控制系统,由ADC0809实现A/D转换功

能,放大器选用OPA336实现放大10倍的功能。在保证送入A/D的电压为2V的等效
电压时,利用AD还可以较精确地测出其值。因为对不同电压档位采用不同的端口和
程序控制,所以可以大大减小电路的要求,更利于实现。

目 录
摘 要....................................................................................................................................................................I
Abstract.............................................................................................................................................................II
前 言.................................................................................................................................................................III
第 1 章 方案论证................................................................................................................................................1
1.1
课题设计要求
...........................................................................................................................................1
1.2
方案论证
...................................................................................................................................................1
1.2.1 主控部分的选择................................................................................................................................1
1.2.2 A/D 转换方案....................................................................................................................................3
1.2.3 单片机复位方案................................................................................................................................4
1.2.4 数据显示电路....................................................................................................................................5
1.2.5 LED 显示方案...................................................................................................................................5
1.2.6 量程转换电路....................................................................................................................................6
第 2 章 基于单片机的数字电压表基本原理和组成........................................................................................9
2.1
系统总体设计
...........................................................................................................................................9
2.2
主要芯片介绍
.........................................................................................................................................10
2.2.1 AT89C51 单片机..............................................................................................................................10
2.2.2 ADC0809 芯片介绍.........................................................................................................................13
2.2.3 74LS74 芯片介绍............................................................................................................................16
第 3 章 基于单片机的数字电压表的电路设计..............................................................................................18
3.1
电源设计
.................................................................................................................................................18
3.2
衰减电路设计
.........................................................................................................................................18
3.3
放大电路设计
.........................................................................................................................................19
3.4
单片机最小系统设计
.............................................................................................................................20
3.5
报警电路设计
.........................................................................................................................................21
为了使电压表在使用中能够准确的反应测量情况,给电压表配以报警电路
.
当当前测量电压超量程
测量时系统报警,电压表停止工作。
.......................................................................................................21
3.6 A/D
转换电路设计
..................................................................................................................................21
3.7
开关电路设计
.........................................................................................................................................22
3.8
显示电路设计
.........................................................................................................................................23
3.9
分频电路设计
.........................................................................................................................................24
3.10
硬件整体电路图
...................................................................................................................................25
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