基于单片机控制的积分式电压表设计
摘要：设计以51单片机为核心，采用汇编语言编程实现程序设计。设计分为三个模块：数据采集、数据处理和显示模块。数据采集部分通过反相放大器提高了输入阻抗，通过二阶低通滤波器很好的滤除了干扰波，得到的电压信号通过双积分电路，由单片机控制可编程控制电子开关CD4066的通与断，从而实现积分过程中的相关转换和自动调零功能，在此过程中单片机记录下正、反向积分的时间；再由单片机按比例计算得出电压值；处理后的电压值通过LED 显示出来。
关键词：积分式,电压表，单片机， LED显示
一、前言
当今世界，电子技术的发展日新月异，各类电压测量设备也层出不穷，且各具优势，而在这些设备中，积分式数字电压表以其优越的抗干扰性能，在本层次中占有重要的地位。
本次积分式直流数字电压表的设计探讨，从一定层面上延续了已有电压表的优势，并突出积分式的优点。
本设计整体方案概述：使用自制直流稳压电源，在51单片机的控制下，可编程电子开关CD4066在程序控制下闭合断开，从而控制积分器的正反向积分、自动调零，同时单片机利用对积分输出信号的过零比较记录电路反向积分的时间，利用程序控制计算，动态输出显示所测电压。
本设计的优越性：
1、单片机采用5V电源，功耗低；
2、抗干扰能力强；
3、因为采样和比较测量两阶段内使用的是同一个积分器和时钟信号，其影响可相互抵消，所以对元件及时钟信号的稳定性和准确度要求大为降低；
4、由于双积分式DVM有效的解决了抗干扰问题，只要适当的选择积分元件，积分放大器就可以得到很高的增益，所以测量灵敏度高。
二、方案选择与论证
1. 总体方案的选择
通过双积分采集电压信号，在单片机的控制下记录下正、反向积分的时间并由此计算得出电压值，单片机寄存器最大可以记录到65535，理论上精度能超过0.0001V。
2. 调零功能的实现
通过编程控制CD4066的通断，在积分准备的同时，自动进行调零。方案二较新颖，且充分利用了CD4066的功能，所以本设计采用此方案，其系统框图如图4-1所示
图4-1 系统框图
三、各个模块工作原理
1. 数据采集模块
（1）反相放大器：提高了输出阻抗，提高了带载能力。
（2）低通滤波器：使低于某一频率（如f
o ）的信号能通过，而高于f
o
的信号
不能通过。
(a)一阶
(b)二阶
图4-2 有源低通滤波器
R 和C 为无源低通滤波器，运算放大器接成同相比例放大组态，对输入信号中各频率分量均有如下的关系：
i
f i
f B
f B ud o u jwRC
R R u jwC
R jwC
R R u R R u A u ++=++=+
==11
)
1(11
)1()1(1
1
1
由上式可看出，输入信号频率越高，相应的输出信号越小，而低频信号则可得到有效的放大。
令RC
w o 1
=
，则
)
/(11
)
1(1o f i o w w j R R u u ++= 当o w w =时，），其中R R R R A f f u /1()/1(707.01++=是此电路的最大增益Aum 。为了改善滤波效果，使输出信号在)2/(πo o o w f f f =>时衰减得更快，可将上述的滤波电路再加一级RC 低通电路，组成二阶低通滤波电路，如
图4-2（b）所示。
图4-2（b）中，第一个电容C的一端接到运放的输出端，目的是引入反馈，使高频段幅度衰减的更快，更接近理想特性。由此可降低交流干扰，从而很好的滤除了工频干扰。
（3）准备阶段（t0～t1）：实现自动调零，避免使以后的电路受飘逸电压的影响。
首先由逻辑控制电路将上图4-3（a）中电子开关K3接通，K1和K2断开，
＝0。准备阶段对应于图4-3（b）中t0～t1区间。
积分器的输出电压U
C
图4-3（a）双积分电路框图
计数器计数器
计数
器
计数器计数器
图4-3 ( b ) 双积分电路工作波形图
（4）采样阶段（t1～t2）：接入被测电压，对被测电压进行定时积分。 这一阶段在T1时刻，逻辑控制电路控制电子开关K1接通，断开K3,接入被测电压-Ux ，积分器作正向积分，其输出电电压Uo 大于零并线性增加。比较器输出低电平，逻辑控制电路将主门打开，计数器开始计数。当经过预定的积分时间T1，到t2时刻，计数器计得N1个脉冲时，计数器溢出并复位，进位脉冲使逻辑控制电路输出一个比较指令，将T1断开，采样阶段结束。若输入的被测直流电压-x U 不受干扰的影响，且输入电路的传输系数为1，则积分输出电压为
x t t x om U RC
T dt U RC U 12
1)(1=--
=? （2-1） 式中T 1——定时积分时间，121t t T -=
可见，U om 正比于U x 。若被测电压-U x 受到串模电压sm u 的干扰，即加到积分
器的输入电压为)(sm x x
u U U +-='，此时 x t t x
om
U RC
T dt U RC U '='-=?12
11 （2-2） 由式（2-2）可知，om U 与x U 成正比，即正比于输入电压的平均值。这样，
串模干扰电压，由于平均值而大大减小了它对测量结果的影响，从而提高了双积分式DVM 的抗干扰能力。
2. 数据处理模块
即比较阶段（32~t t ）：对基准电压进行定值反向积分。
在2t 时刻，计数器溢出（清零），K1断开，K2合上，接入正极性的标准电压U N 。积分器开始反向积分，计数器从0开始重新计数。到3t 时刻，U o 线性下降至0，零比较器从抵电平变为高电平。主门关闭，计数停止，并将此次的计
数结果N 2以十进制数显示出来。同时，K3接通，重复上述过程，开始新的测量周期。
在3t 时刻，积分器的输出电压为
N om t t N om U RC
T U dt U RC U 23
210-=-
=? （2-3） 将式（2-1）代入上式可得
x N
U U T T 2
2=
（2-4） 或 N x U T T U 1
2
=
（2-5） 若取T 0为时钟周期。则022011,T N T T N T ==。将T 1、T 2代入上式得
21
N N U U N
x =
（2-6） 3. 显示模块
此模块采用共阴数码管的动态驱动电路，相对于静态显示节约了I/O 口线，同时利用人眼的视觉暂留，使每两只数码管点亮的时间间隔小于人人眼的视觉暂留时间，完成数码管所有字符的同时显示。
动态驱动法:将多数码管的笔画端连接在一起，驱动电路将显示字形码（称为段码）同时加在每只数码管上。各个数码管的公共端分别使用驱动器件驱动。任意一个时刻只有一只数码管的公共端被驱动（称为位码），故只有该数码管能显示。其他数码管由于公共端未被驱动，即使笔画端加有段码驱动也不会显示。位驱动电路不停地轮流驱动每一只数码管，段驱动同时输出被驱动的数码管的段码，这样每只数码管轮流显示各自的字符，利用人眼暂留时间，就可实现同时看到各只数码管显示的数字。
四、软件设计
1. 本设计采用Atmel公司生产的89S52单片机做为核心。
2. 采用汇编语言编程
（1）且由于汇编语言是面向机器的语言，在运行过程中不需要烦琐的转换过程，而C语言则需要机器内部的转换，所以汇编语言而言运行速度快；
（2）定时时间较准确，在本系统的设计对定时有很高要求，和汇编语言相比，采用C语言很难掌握定时时间。
3. 各模块的功能和设计思路
本程序主要包括积分模块、数据处理阶段、进制转换模块和显示模块，软件流程图如图4-4所示。
中断分程序
程序主流程图
图4-4 软件流程图
（1）积分模块：由程序控制可编程电子开关的通断及延时，从而完成积分模块中积分准备（即自动调零）、正反积分的转换和定时。
设计思路：
自动较零阶段：闭合电子开关K3，断开K1、K2，并延时延时5ms。
采样积分阶段：断开K3,闭合K1并延时T1。
比较积分阶段：断开K1，闭合K2，延时至反向积分结束，延时时间记为T2。
（2）数据处理阶段：完成积分模块所得数据的处理，得到十六进制的测得电压值。
T2÷T1?U N
设计思路：U
x=
（3）进制转换模块：完成十六进制向十进制的转换。
设计思路（针对两字节范围内的十六进制数）：把积分完毕所得的十六进制数除以1000取整，把所得数放到存储单元20H内，让所得余数除以100取整，把所得数放到存储单元21H内，接着让所得余数除以10取整，把整数放到存储单元22H内，把余数放到存储单元23H内。
（4）显示模块：将转换得到的测得电压值以十进制的形式显示出来。
设计思路： P3.0 ～P3.3对应数码管的公共端，即位码，P2口对应0～9十个数字和小数点的七段码，利用人眼的视觉暂留进行动态显示。
五、系统测试
1.主板和显示模块的测试
使用仪器：三位半数字电压表，直流稳压电源一台，电脑一台
测试方法：在所制的显示模块接入5V电压，在电脑中写入程序，通过适配器进行在线调试。首先，令一只数码管显示0～9和小数点，测试这些字符能否完成在数码管上的显示，再令8只数码管全部显示，测试是否每只数码管是否均能正常工作，在此过程中，用电压表测输入电压，以确保输入电压在数码管的正常工作范围内。
测试结果分析：测得要求的所有字符均能在数码管上正常显示，但与P3.5和P3.6相连的两只数码管无法同时正常显示所要求的所有字符。
经测量电压和程序均正常，初步认为是主板中芯片两管教连焊。用数字电压表测量芯片管脚P3.5和P3.6的间电阻和电压均为0，经过从新焊接，和再次在线调试，确认是属于芯片管脚连焊造成。 2. 电子开关转换波形测试
使用仪器：GOS-620示波器，直流稳压电源。
测试方法：在系统中接入15V 左右电源，分别将示波器的探头线接到P0.1、P0.2、P0.3，观察测试波形。其中P0.1连接K1、P0.2连接K2、P0.3连接K3，即电子开关转换波形的测试点。
测试结果：如图4-5
计数器
计数器
计数器
计数器
计数器
T e x t
T e x t
T e x t
T e x t
K 1
K 2K 3、K 4
K1K3
K2
图4-5 电子开关转换波形
3. 整机测试
使用仪器：五位半真有效值数字台式万用表（型号UT805）、直流稳压电源。
测试方法：分别将输入电压接入UT805和设计的积分式直流数字电压表
中，观察并比较两表测得的电压值，并记录，计算所得误差。结果如表 4.1所示
表4.1测试结果
所测电压值大小基本和UT805的测得值相吻合，但是无法完成量程的自动转换。
六、结论
1. 取得的成果：
通过测试，此设计满足了10mV-2mV的量程，且数码管显示范围达到十进制0～1999，分辨率达到了1mV，且具有自动调零和抑制工频干扰的功能，输入阻抗在1.2MΩ以上，基本达到设计目的。由测试结果证明了积分式数字电压表具有优越的抗干扰性能，尤其降低了对积分元件及时钟信号的稳定度和准确度的要求。
2. 存在的问题：
（1）、本设计存在的主要不足：测量速率慢，且未实现自动量程转换。
（2）、系统的被测电压不能高于2.3V。
（3）、本方案采用C8051为系统的核心，但未充分利用其芯片资源，如在正、积分的定时中，可应用芯片内部的可编程计数阵列PCA，从而省去因用
目录 1 引言 (1) 2设计原理及要求 (2) 2.1数字电压表的实现原理 (2) 2.2数字电压表的设计要求 (2) 3软件仿真电路设计 (3) 3.1设计思路 (3) 3.2仿真电路图 (3) 3.3设计过程 (3) 3.4 AT89C51的功能介绍 (4) 3.4.1简单概述 (4) 3.4.2主要功能特性 (5) 3.4.3 AT89C51的引脚介绍 (5) 3.5 ADC0808的引脚及功能介绍 (7) 3.5.1芯片概述 (7) 3.5.2 引脚简介 (7) 3.5.3 ADC0808的转换原理 (7) 3.6 74LS373芯片的引脚及功能 (8) 3.6.1芯片概述 (8) 3.6.2引脚介绍 (8) 3.7 LED数码管的控制显示 (8) 3.7.1 LED数码管的模型 (8) 3.7.2 LED数码管的接口简介 (9) 4系统软件程序的设计 (10) 4.1 主程序 (10) 4.2 A/D转换子程序 (10) 4.3 中断显示程序 (12) 5电压表的调试及性能分析 (13) 5.1 调试与测试 (13) 5.2 性能分析 (13) 6电路仿真图 (14) 7总结 (15) 参考文献 (16)
附录1 源程序 (17) 附录2 仿真原理电路 (23)
1 引言 随着微电子技术的不断发展，微处理器芯片的集成程度越来越高，单片机已可以在一块芯片上同时集成CPU、存储器、定时器／计数电路，这就很容易将计算机技术与测量控制技术结合，组成智能化测量控制系统。 数字电压表（DigitalVoltmeter）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。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。本章重点介绍单片机A/D 转换器以及由它们构成的基于单片机的数字电压表的工作原目前，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，示出强大的生命力理。 本设计AT89C51单片机的一种电压测量电路,该电路采用ADC0808一种基于A/D转换电路，测量围直流0～5V 的4路输入电压值，并在四位LED数码管上显示或单路选择显示。测量最小分辨率为0.019V，测量误差约为正负0.02V。
单片机课程设计 ——电压表的设计 学院：信息工程学院 专业：电子信息科学与技术 班级：2011150 学号：201115002 姓名：王冬冬 同组同学：凡俊兴 201115001
目录 1 引言 (1) 2设计原理及要求 (2) 2.1数字电压表的实现原理 (2) 2.2数字电压表的设计要求 (2) 3软件仿真电路设计 (2) 3.1设计思路 (2) 3.2仿真电路图 (3) 3.3设计过程 (3) 3.4 AT89C51的功能介绍 (4) 3.4.1简单概述 (4) 3.4.2主要功能特性 (5) 3.4.3 AT89C51的引脚介绍 (5) 3.5 ADC0809的引脚及功能介绍 (7) 3.5.1芯片概述 (7) 3.5.2 引脚简介 (8) 3.5.3 ADC0809的转换原理 (8) 3.6 74LS373芯片的引脚及功能 (8) 3.6.1芯片概述 (8) 3.6.2引脚介绍 (9) 3.7 LED数码管的控制显示 (9) 3.7.1 LED数码管的模型 (9)
LED数码管模型如图3-6所示。 (9) 3.7.2 LED数码管的接口简介 (9) 4系统软件程序的设计 (9) 4.1 主程序 (10) 4.2 A/D转换子程序 (11) 4.3 中断显示程序 (12) 5使用说明与调试结果 (13) 6总结 (13) 参考文献 (14) 附录1 源程序 (15) 附录2原理电路 (19)
1 引言 在电量的测量中，电压、电流和频率是最基本的三个被测量，其中电压量的测量最为经常。而且随着电子技术的发展，更是经常需要测量高精度的电压，所以数字电压表就成为一种必不可少的测量仪器。数字电压表简称DVM，它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。由于数字式仪器具有读数准确方便、精度高、误差小、测量速度快等特而得到广泛应用[1]。 传统的指针式刻度电压表功能单一，进度低，容易引起视差和视觉疲劳，因而不能满足数字化时代的需要。采用单片机的数字电压表，将连续的模拟量如直流电压转换成不连续的离散的数字形式并加以显示，从而精度高、抗干扰能力强，可扩展性强、集成方便，还可与PC实时通信。数字电压表是诸多数字化仪表的核心与基础[2]。以数字电压表为核心，可以扩展成各种通用数字仪表、专用数字仪表及各种非电量的数字化仪表。目前，由各种单片机和A/D转换器构成的数字电压表作全面深入的了解是很有必要的。 最近的几十年来，随着半导体技术、集成电路（IC）和微处理器技术的发展，数字电路和数字化测量技术也有了巨大的进步，从而促使了数字电压表的快速发展，并不断出现新的类型[4]。数字电压表从1952年问世以来，经历了不断改进的过程，从最早采用继电器、电子管和形式发展到了现在的全固态化、集成化（IC 化），另一方面，精度也从0.01%-0.005%。 目前，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，因而，以后数字电压表的发展就着眼在高精度和低成本这两个方面[3]。 本文是以简易数字直流电压表的设计为研究内容，本系统主要包括三大模块：转换模块、数据处理模块及显示模块。其中，A/D转换采用ADC0808对输入的模拟信号进行转换，控制核心AT89C51再对转换的结果进行运算处理，最后驱动输出装置LED显示数字电压信号
单片机原理及系统课程设计 专业：电气工程及其自动化 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 兰州交通大学自动化与电气工程学院 2010 年 3 月 7 日
基于单片机的数字电压表设计 摘要
图3.2系统原理图4软件设计
5.系统调试及仿真结果 6.总结 两周的课程设计结束了，在这过程中，我学到了很多东西。首先，我学会了单片机设计的基本过程有哪些，每一过程有哪些基本的步骤，怎样通过查资料去完成这每一步。其次我巩固了上学期所学的一些单片机知识，从而加深了对ADC0809芯片的功能的了解。在编程过程中，遇到了许多困难，通过与同学之间的交流和咨询，最后解决了这些困难。所谓实践出真知，学到的东西只有运用到实践当中，才能真正体会到知识的力量。最后，通过这次课程设计，让我明白了想法和实践还是有差距的，当你真正去做一件事的时候，你会发现你的想法可能不适用，随时都需要调整，另外扎实的理论知识也是完成设计任何设计必不可少的要素，一切想法离开了理论知识都是空想。 参考文献 [1]彭为,黄科,雷道仲.单片机典型系统设计实例精讲[M].电子工业出版社.2009:22-54. [2] 谭浩强.C程序设计(第三版)[M].清华大学出版社.2009:32-46. [3] 王思明,张金敏,张鑫等.单片机原理及应用系统设计(第一版)[M].科学出版社.2012:70-292.
附录A源程序代码#include
本文介绍的速度与里程表设计以单片机和光电传感器为核心。传感器将不同车速转变成的不同频率的脉冲信号输入到单片机进行控制与计算，再采用LED模块进行显示，使得电动自行车的速度与里程数据能直观的显示给使用者。 系统概述 本系统由信号预处理电路、单片机AT89C2051、系统化LED显示模块、串口数据存储电路和系统软件组成。其中信号预处理电路包含信号放大、波形变换和波形整形。对待测信号进行放大的目的是降低对待测信号的幅度要求;波形变换和波形整形电路则用来将放大的信号转换成可与单片机相连的TTL信号;通过单片机的设置可使内部定时器T1对脉冲输入引脚T0进行控制，这样能精确地算出加到T0引脚的单位时间内检测到的脉冲数;设计中速度显示采用LED模块，通过速度换算得来的里程数采用I2C总线并通过E2PROM来存储，既节省了所需单片机的口线和外围器件，同时也简化了显示部分的软件编程。 系统的原理框图如图1所示。
图1 系统的原理框图 工作原理 该设计能实时地将所测的速度与累计里程数显示出来，主要是将传感器输入到单片机的脉冲信号的频率(传感器将不同车速转变成不同频率的脉冲信号)实时地测量出来，考虑到信号的衰减、干扰等影响，在信号送入单片机前应对其进行放大整形，然后通过单片机计算出速度和里程，再将所得的数据存储到串口数据存储器，并由LED显示模块交替显示所测速度与里程。本设计的里程数的算法是一种大概的算法(假设在一定时间内自行车是匀速行进，平均速度与时间的乘积即为里程数)。 设计时，应综合考虑测速精度和系统反应时间。本设计用测量脉冲频率来计算速度，因而具有较高的测速精度。在计算里程时取了自行车的理想状态。实际中，误差控制在几米之内，相对于整个里程来说不是很大。为了保证系统的实时性，系统的速度转换模块和显示数据转BCD码模块都采用快速算法。另外，还应尽量保证其他子模块在编程时的通用性和高效性。本设计的速度和里程值采用6位显示，并包含两个小数位。 系统的硬件设计 脉冲发生源 本设计采用了ST1101红外光电传感器，进行非接触式检测。当有物体挡在红外光电发光二极管和高灵敏度的光电晶体管之间时，传感器将会输出一个低电平，而当没有物体挡在中间时则输出为高电平，从而形成一个脉冲。 该系统在自行车后轮的轴处保持着与轮子旋转切面平行的方向延伸附加一个铝盘，在这个铝盘的边沿处挖出若干个圆形过孔，把传感器的检测部分放在圆孔的圆心位置。每当铝盘随着后轮旋转的时候，传感器将向外输出若干个脉冲。把这些脉冲通过一系列的波形整形成单片机可以识别的TTL电平，即可算出轮子即时的转速。
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学位论文作者（签名）： 年月
关于毕业论文使用授权的声明 本人在指导老师的指导下所完成的论文及相关的资料（包括图纸、实验记录、原始数据、实物照片、图片、录音带、设计手稿等），知识产权归属华北电力大学。本人完全了解大学有关保存，使用毕业论文的规定。同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版或电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权大学可以将本毕业论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存或编汇本毕业论文。如果发表相关成果，一定征得指导教师同意，且第一署名单位为大学。本人毕业后使用毕业论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为大学。本人完全了解大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容： 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存或汇编本学位论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入学校有关数据库和收录到《中国学位论文全文数据库》进行信息服务。在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 论文作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 单片机硬件实习任务书
1.1数字电压表介绍 数字电压表简称DVM，数字电压表基本原理是将输入的模拟电压信号转化为数字信号，再进行输出显示。而A/D转换器的作用是将连续变化的模拟信号量转化为离散的数字信号，器基本结构是由采样保持，量化，编码等几部分组成。因此AD转换是此次设计的核心元件。输入的模拟量经过AD转换器转换，再由驱动器驱动显示器输出，便得到测量的数字电压。 本次自己的设计作品从各个角度分析了AD转换器组成的数字电压表的设计过程及各部分电路的组成及原理，并且分析了数模转换进而使系统运行起来的原理及方法。通过自己的实践提高了动手能力，也只有亲历亲为才能收获掌握到液晶学过的知识。其实也为建立节约成本的意识有些帮助。本次设计同时也牵涉到了几个问题：精度、位数、速度、还有功耗等不足之处，这些都是要慎重考虑的，这些也是在本次设计中的收获。 1.3 本次设计要求 本次设计的作品要求制作数字电压表的量程为0到10v，由于用到的模数转换芯片是ADC0809，设计系统给的供电电压为+5v，所以能够测量的电压围为-0.25v到5.25v之间，但是一般测量的直流电压围都在这之上，所以采用电阻分压网络，设计的电压测量围是0到25v之间，满足设计要求的最大量程5v的要求。同时设计的精度为小数点后三位，满足要求的两位小数的精度，在不考虑AD芯片的量化误差的前提下，此次设计的精度能够满足一般测量的要求。
2单片机和AD相关知识 2.1 51单片机相关知识 51单片机是对目前所有兼容intel 8031指令系统的单片机的统称。该系列单片机的始祖是intel的8031单片机，后来随着技术的发展，成为目前广泛应用的８为单片机之一。单片机是在一块芯片集成了CPU、RAM、ROM、定时器／计数器和多功能I/O口等计算机所需要的基本功能部件的大规模集成电路，又称为MCU。51系列单片机包含以下几个部件： 一个８位CPU；一个片振荡器及时钟电路； 4KB的ROM程序存储器； 一个128B的RAM数据存储器； 寻址64KB外部数据存储器和64KB外部程序存储空间的控制电路； 32条可编程的I/O口线； 两个16位定时／计数器； 一个可编程全双工串行口； ５个中断源、两个优先级嵌套中断结构。51系列单片机如下图： 图1 51单片机引脚图
电子车速里程表的设计 摘要 随着电子技术的迅猛发展，电子式里程表得以广泛应用，现在很多轿车仪表已经使用电子车速里程表。本设计介绍一种基于AT89C51单片机的智能电子里程表。该电子式里程表是一种数字式仪表，主要由车速表和里程表两部分组成，其传感器采用霍尔传感器的脉冲信号检测与转换。此里程表不仅可显示车辆行驶的总里程，也可显示一段时间的阶段里程，还可显示车速，以及实现超速报警等功能，并具有较强的再开发能力。 本文详细描述了利用霍尔传感器和AT89C51单片机开发测速系统的过程，重点对传感器在单片机下的硬件连接，软件编程以及各模块系统流程进行了详尽分析，对各部分的电路也一一进行了介绍，该系统可以方便的实现实时速度、里程的采集和显示，它使用起来相当方便，具有精度高、量程宽、灵敏度高、体积小、功耗低等优点，有利于我们日常生活和汽车生产业的发展，也可以当作测速处理模块嵌入其它系统中，作为其他主系统的辅助扩展。该系统结构简单，抗干扰能力强，适合于恶劣环境下进行速度里程测量，有广泛的应用前景。 关键词：AT89C51，数码管显示器，霍尔传感器，速度里程表
目录 1 绪论 (1) 1.1 课题描述 (1) 1.2 基本工作原理及框图 (1) 2 相关芯片及硬件电路设计 (2) 2.1 AT89C51芯片 (2) 2.1.1 AT89C51的主要特性 (2) 2.1.2 AT89C51的管脚说明 (3) 2.2 霍尔速度传感器 (4) 2.2.1 霍尔传感器工作原理 (4) 2.2.2 霍尔效应 (4) 2.2.3 霍尔元件 (4) 2.3 单片机最小系统及电路 (5) 2.4 车速信号处理电路 (6) 2.5 显示电路 (8) 2.5 系统原理图 (9) 3 系统的软件及程序设计 (9) 3.1 主程序程序框图 (9) 3.2 调试及仿真 (11) 总结 (12) 致谢 (13) 参考文献 (14) 附录 (15)
科技学院毕业设计（学士） 1 学科分类号：_ _08_______ 科技学院 本科生毕业设计 题目：基于单片机的智能电压表设计专业年级：电子信息工程
科技学院毕业设计（学士）基于单片机的智能电压表设计 摘要：设计一种基于STC89C52单片机的智能数字电压表。分析了电压测量原理，设计了硬件电路和软件。主要通过STC89C52，AD574模数转换，模拟开关，LM324放大电路来实现量程自动转换，来实现电压表的功能。该表测量电压范围0~500v，输入阻抗大于22M，分辨率为12位。能自动完成量程选择，零点/满量程校正的直流电压表，仅使用两次按键，使用非常方便。数据由数码管显示。 关键词：电压测量；自动换挡；AD574；STC89C52 I
科技学院毕业设计（学士） Microcontroller-based smart voltmeter Abstract:Design AT89C52intelligent digital voltmeter.V oltage measurement principles, the design of hardware and software.On AT89C52Application of AD574 analog to digital conversion,analog switches,the LM324amplifier circuit to achieve the automatic range conversion,to achieve the function of the voltmeter.The meter to measure the voltage range of 0~500v,input impedance is greater than22M,with a resolution of12.Can automatically complete the range selection,zero /full scale calibrated DC voltmeter,use only two buttons,very easy to use.Data by the digital display. Keywords:voltage measurement;automatic shift;Application of AD574; STC89C52 II
数字电压表 单片机课程设计报告 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 2011 年3 月29 日
数字电压表电路设计报告 一、题目及设计要求 采用51系列单片机和ADC设计一个数字电压表，输入为0～5V线性模拟信号，输出通过LED显示，要求显示两位小数。 二、主要技术指标 1、数字芯片A/D转换技术 2、单片机控制的数码管显示技术 3、单片机的数据处理技术 三、方案论证及选择 主要设计方框图如下： 1、主控芯片 方案1：选用专用转化芯片INC7107实现电压的测量和实现，用四位数码管显示出最后的转换电压结果。缺点是京都比较低，内部电压转换和控制部分不可控制。优点是价格低廉。 方案2：选用单片机AT89C51和A/D转换芯片ADC0809实现电压的转换和控制，用四位数码管显示出最后的转换电压结果。缺点是价格稍贵；优点是转换京都高，且转换的过程和控制、显示部分可以控制。 基于课程设计的要求和实验室能提供的芯片，我选用了：方案2。 2、显示部分 方案1：选用4个单体的共阴极数码管。优点是价格比较便宜；缺点是焊接时比较麻烦，容易出错。 方案2：选用一个四联的共阴极数码管，外加四个三极管驱动。这个电路几乎没有缺点；优点是便于控制，价格低廉，焊接简单。 基于课程设计的要求和实验室所能提供的仪器，我选用了：方案2。
四、电路设计原理 模拟电压经过档位切换到不同的分压电路筛减后，经隔离干扰送到A/D 转换器进行A/D 转换。然后送到单片机中进行数据处理。处理后的数据送到LED 中显示。同时通过串行通讯与上位通信。硬件电路及软件程序。而硬件电路又大体可分为A/D 转换电路、LED 显示电路，各部分电路的设计及原理将会在硬件电路设计部分详细介绍；程序的设计使用汇编语言编程，利用Keil 和PROTEUS 软件对其编译和仿真。 一般I/O 接口芯片的驱动能力是很有限的，在LED 显示器接口电路中，输出口所能提供的驱动电流一般是不够的尤其是设计中需要用到多位LED ，此时就需要增加LED 驱动电路。驱动电路有多种，常用的是TTL 或MOS 集成电路驱动器，在本设计中采用了74LS244驱动电路。 本实验采用AT89C51单片机芯片配合ADC0808模/数转换芯片构成一个简易的数字电压表，原理电路如图1所示。该电路通过ADC0808芯片采样输入口IN0输入的0～5 V 的模拟量电压，经过模/数转换后，产生相应的数字量经过其输出通道 D0～D7传送给AT89C51芯片的P0口。AT89C51负责把接收到的数字量经过数据处理，产生正确的7段数码管的显示段码，并通过其P1口传送给数码管。同时它还通过其三位I/O 口P1.0、P1.1、P1.2、P1.3产生位选信号，控制数码管的亮灭。另外，AT89C51还控制着ADC0808的工作。其ALE 管脚为ADC0808提供了1MHz 工作的时钟脉冲；P2.4控制ADC0808的地址锁存端 (ALE)；P2.1控制ADC0808的启动端(START)；P2.3控制ADC0808的输出允许端(OE)；P2.0控制ADC0808的转换结束信号(EOC)。 电路原理图如下所示，三个地址位ADDA,ADDB,ADDC 均接高电平+5V 电压，因而所需测量的外部电压可由ADC0808的IN7端口输入。由于ADC0808
基于单片机的数字电压表 摘要：本文介绍一种基于89S52单片机的一种电压测量电路,该电路采用ICL7135高精度、双积分A/D转换电路，测量范围直流0-±2000伏，使用LCD液晶模块显示，可以与PC机进行串行通信。正文着重给出了软硬件系统的各部分电路，介绍了双积分电路的原理，89S52的特点，ICL7135的功能和应用，LCD1601的功能和应用。该电路设计新颖、功能强大、可扩展性强。 关键词：电压测量，ICL7135，双积分A/D转换器，1601液晶模块 Abstract: The introduction of a cost-based 89S52 MCU a voltage measurement circuits, the circuits used ICL7135 high-precision, dual-scoring A/D conversion circuits, measuring scope DC 0-2000 volts, the use of LCD that can be carried out with a PC serial communications. The paper focuses on providing a software and hardware system components circuit, introduced double integral circuit theory, 89S52 features ICL7135 functions and applications, LCD1601 functions and applications. the circuit design innovative, powerful, can be expansionary strong. Key Words: Digital Voltmeter ICL7135 LCD1601 89S52 1前言 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。本章重点介绍单片A/D 转换器以及由它们构成的基于单片机的数字电压表的工作原理。
电路原理图程序清单： //*******************************头文件及宏定义************************** * #include
#define LCDPORT P0 //LCD数据接口sbit SET=P1^3; //定义调整键sbit DEC=P1^4; //定义减少键sbit ADD=P1^5; //定义增加键uchar x=0; //计数器 sbit LCDRS=P3^5;// 寄存器选择信号sbit LCDRW=P3^6; //读写信号sbit LCDE=P3^7; //片选信号sbit LED1=P1^0; //下限提示灯sbit LED2=P1^1; //上限提示灯sbit START=P3^4;//ATART，ALE接口。0->1->0:启动AD转换。sbit EOC=P3^3; //转换完毕由0变1. sbit alarmflag=P1^2; sbit CLK=P3^2; //********************************全局变量***************************** unsigned int shangxian=300; //上限报警温度，默认值为38 unsigned int xiaxian=200; //下限报警温度，默认值为38 unsigned char uc_Clock=0;//定时器0中断计数bit b_DATransform=0; //启动adc0809转换时间到标志，为1是启动A/D转换bit lowflag; //下限标志bit highflag; //上限标志uchar set_st=0; //状态标志bit shanshuo_st; //闪烁间隔标志//******************************函数声明***************************** void vDelay(); // 延时函数 void vWriteCMD(unsigned char ucCommand);//把一个命令写入LCD函数void vWriteData(unsigned char ucData); //把一个数据写入LCD函数void vShowOneChar(unsigned char ucChar);//把一个字符写入LCD函数void vShowChar(unsigned char ucaChar[]); //把一组字符写入LCD函数void vShowVoltage(unsigned int uiNumber); //显示函数void vdInitialize(); //LCD初始化函数void Time0(); // 定时器0中断函数unsigned int uiADTransform(); // AD转换函数//*****外部中断0服务程序***** void int0(void) interrupt 0 { EX0=0; //关外部中断0 if(DEC==0&&set_st==1) { vDelay(); do{} while(DEC==0&&set_st==1); shangxian=shangxian-5;
University of South China 单片机课程设计报告 设计课题：基于单片机的数字电压表设计专业班级：电卓103班 学生姓名：李文帅 指导教师：朱卫华 设计时间：2012年1月10日
内容摘要 电压表是测量仪器中不可缺少的设备，目前广泛应用的是采用专用集成电路实现的数字电压表。本系统以8051单片机为核心，以逐次逼近式A/D转换器ADC0809、数码管显示器为主体，设计了一款简易的数字电压表，能够测量0～5V的直流电压，最小分辨率为0.02V。 该设计大体分为以下几个部分，同时，各部分选择使用的主要元器件确定如下： 1、单片机部分。使用常见的8051单片机，同时根据需要设计单片机电路。 2、测量部分。该部分是实验的重点，要求将外部采集的模拟信号转换成数字信号，通过单片机的处理显示在显示器上，该部分决定了数字电压表的精度等主要技术指标。根据需要本设计采用逐次逼近型A∕D转换器ADC0809进行模数转换。 3、数码管显示部分。其中一位为整数部分，其余位小数部分。 索引关键词：8051 模数转换数码管显示
Contents Abstract The voltmeter is indispensable in measuring instruments and equipment, is widely used digital voltmeter ASIC implementation. 8051, successive approximation type A / D converter ADC0809 digital tube display as the main design of a simple digital voltmeter capable of measuring 0 to 5V DC voltage, minimum resolution of 0.02V . The design is divided into several parts, each part of the main components selected for use are determined as follows: 1, microcontroller part. Using a common 8051, according to the need to design a microcontroller circuit. 2, the measurement section. This part is the focus of the experiment, require external acquisition of the analog signal is converted into a digital signal through the microcontroller of the processing and display on the display, the portion determines the main technical indicators such as the precision of the digital voltmeter. According to the needs of the design using successive approximation type A / D converter ADC0809 analog-to-digital conversion. 3, the digital display section. One for the integer part, the remaining bits of the fractional part. Index Keywords: 8051 Analog-to-digital Conversion digital display.
引言 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。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。本论文重点介绍单片A/D 转换器以及由它们构成的基于单片机的数字电压表的工作原理。
1 实训要求 （1）基本要求： ①实现8路直流电压检测 ②测量电压范围0-5V ③显示指定电压通道和电压值 ④用按键切换显示通道 （2）发挥要求 ①测量电压范围为0-25V ②循环显示8路电压 2 实训目的 （1）进一步熟悉和掌握单片机的结构和工作原理； （2）掌握单片机的借口技术及，ADC0809芯片的特性，控制方法； （3）通过这次实训设计，掌握以单片机为核心的电路设计的基本方法和技术；（4）通过实际程序设计和调试，逐步掌握模块化程序设计的方法和调试技术。 3 实训意义 通过完成一个包括电路设计和程序开发的完整过程，使自身了解开发单片机应用系统的全过程，强化巩固所学知识，为以后的学习和工作打下基础。 4 总体实训方案 测量一个0——5V的直流电压，通过输入电路把信号送给AD0809，转换为数字信号再送至89s52单片机，通过其P1口经数码管显示出测量值。 4.1 结构框图 如图1—1所示 图1—1
《基于单片机的电动车里程表设计》 目录 引言 (1) 1.总体设计 (2) 2.设计任务及要求 (2) 3.电路原理 (2) 4.硬件系统模块 (3) 4.1芯片的选择 (6) 4.2结构框图 (7) 5.软件系统设计 (7) 5.1控制系统源程序 (11) 6.调试 (13) 7.参考文献 (13)
引言 里程表广泛应用于各类机车，传统的机械式里程表虽然稳定可靠，但功能单一、易受磨损。随着电子技术的迅猛发展，电子式里程表得以广泛应用，现在很多轿车仪表已经使用电子车速里程表，从保护环境和经济条件许可等因素综合来看，电动自行车目前乃至今后都有着广阔的发展空间。目前市面上电动自行车的速度表和里程表都是机械的，看起来不够直观与方便。如果能用液晶显示屏直接显示出来里程数和速度值，就可节省用户的时间及精力处理自行车行进过程中的突发事件。 本设计介绍一种基于单片机的智能电子里程表。该电子式里程表是一种数字式仪表，主要由车速表和里程表两部分组成，其传感器采用无接触测量的光电传感器。传感器将不同车速转变成的不同频率的脉冲信号输入到单片机进行控制与计算，再采用液晶显示器模块进行显示，使得电动自行车的速度与里程数据能直观的显示给使用者。它不仅可显示车辆行驶的总里程，还可显示当前车速，以及实现超速报警等功能，并具有较强的再开发能力。它的实现方式是，通过安装在汽车转轴上的测量盘，用光电式转速传感器检测转速的脉冲信息，在脉冲状态下，将转速的变化转换成光通量的变化，再通过光电转换元件将光通量的变化转换成电量的变化，接着通过频率测量电路将脉冲信号输入到单片机中，然后依据电量与转速的函数关系实现转速测量，再通过计算，从而得出里程、车速的信息，并由液晶显示器显示出来。
#include
P0=0xff; wela=1; P0=0x7b; wela=0; delayms(2); dula=1; P0=table[shu4]; dula=0; P0=0xff; wela=1; P0=0x77; wela=0; delayms(2); dula=1; P0=table[shu5]; dula=0; P0=0xff; wela=1; P0=0x6f; wela=0; delayms(2); dula=1; P0=table[shu6]; dula=0; P0=0xff; wela=1; P0=0x5f; wela=0; delayms(2); } void main() { uchar a,A1,A2,A3,A4,A5,A6,adval; wela=1; P0=0x7f; wela=0; while(1) { adwr=1; _nop_();
《单片机原理及应用》课程设计报告书 课题名称数字电压表设计 名姓 学号 专业
指导教师 机电与控制工程学院月年日 1 任务书 电压表是测量仪器中不可缺少的设备，目前广泛应用的是采用专用集成电路实现的数字电压表。本系统以8051单片机为核心，以逐次逼近式A/D转换器ADC0809、LED显示器为主体，设计了一款简易的数字电压表，能够测量0～5V的直流电压，最小分辨率为0.02V。 该设计大体分为以下几个部分，同时，各部分选择使用的主要元器件确定如下： 1、单片机部分。使用常见的8051单片机，同时根据需要设计单片机电路。 2、测量部分。该部分是实验的重点，要求将外部采集的模拟信号转换成数字信号，通过单片机的处理显示在显示器上，该部分决定了数字电压表的精度等主要技术指标。根据需要本设计采用逐次逼近型A∕D转换器ADC0809进行模数转换。 3、键盘显示部分。利用4×6矩阵键盘的一个按键控制量程的转换，3或4位LED显示。其中一位为整数部分，其余位小数部分。 关键词：8051 模数转换LED显示矩阵键盘 2 目录
1 绪论 (1) 2 方案设计与论证 (2) 3 单元电路设计与参数计算 (3) 4 总原理图及参考程序 (8) 5 结论 (14) 6 心得体会 (15) 参考文献16 (7) 3 1.绪论 数字电压表的基本工作原理是利用A/D转换电路将待测的模拟信号转换成数字信号，通过相应换算后将测试结果以数字形式显示出来的一种电压表。较之于一般的模拟电压表，数字电压表具有精度高、测量准确、读数直观、使用方便等优
点。 电压表的数字化测量，关键在于如何把随时连续变化的模拟量转化成数字量，完成这种转换的电路叫模数转换器（A/D）。数字电压表的核心部件就是A/D转换器，由于各种不同的A/D转换原理构成了各种不同类型的DVM。一般说来，A/D 转换的方式可分为两类：积分式和逐次逼近式。 积分式A/D转换器是先用积分器将输入的模拟电压转换成时间或频率，再将其数字化。根据转化的中间量不同，它又分为U-T（电压-时间）式和U-F（电压-频率）式两种。 逐次逼近式A/D转换器分为比较式和斜坡电压式，根据不同的工作原理，比较式又分为逐次比较式及零平衡式等。斜坡电压式又分为线性斜坡式和阶梯斜坡式两种。 在高精度数字电压表中，常采用由积分式和比较式相结合起来的复合式A/D转换器。本设计以8051单片机为核心，以逐次比较型A/D转换器ADC0809、LED 显示器为主体，构造了一款简易的数字电压表，能够测量1路0～5V直流电压，最小分辨率0.02V。 4 2.方案设计与论证 基于单片机的多路数字电压表电路的基本组成如图3.1所示。
《单片机技术及其应用》 课程设计报告 题目：数字电压表的设计 班级：11通信本2班 学号：1011028432 姓名：段苓苓 同组人员：钟梦为梅韶田赵赫宇周洋 指导教师：刘少敏薛莲 2014年06月26日
目录 1 引言 (1) 1.1 设计意义 (1) 1.2 系统功能要求 (1) 2 设计内容 (1) 2.1 设计思路 (1) 2.2 主要功能 (2) 3 方案论证 (2) 3.1 程序设计 (2) 3.2 电路设计原理 (3) 3.3 软件设计方案 (4) 3.4 硬件设计方案 (4) 4 单元电路设计 (5) 4.1 数码管显示器 (5) 4.2 单片机的晶振电路 (6) 4.3 显示模块 (7) 4.4 ADC0808模数转换芯片 (7) 4.5 复位电路 (8)
4.6 AT89C52单片机的引脚介绍 (9) 4.7 模拟输入电路 (10) 4.8 总电路设计 (10) 5 系统软件程序的设计 (11) 5.1 主程序 (11) 5.2 A/D转换子程序 (11) 5.3 显示子程序 (11) 6 调试及性能分析 (11) 6.1 调试方法及步骤 (11) 6.2 实物调试数据 (12) 6.3 误差分析 (13) 7 心得体会 (14) 8 指导老师意见 (15) 附录： (16)
数字电压表的设计 1 引言 1.1 设计意义 我们学习的是单片机这门课程，这门课程最显著的特点就是它是一门实用技术课程，它要求我们不仅仅要掌握扎实的理论基础，更重要的是要学会如何去真真利用它为我们的电路设计服务，也只有通过课程设计这样的动手实践才是我们掌握这门技术的最佳途径，因此，我们开设这样的实践是很重要的，也是我们努力去学习钻研的动力。 数字电压表是采用数字化检测技术，把连续的模拟量（直流输入电压）换成不连续的、离散的数字形式并加以现实的仪表，克服了传统模拟电压表的读书不方便和不精确等问题。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，还可以与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，已广泛应用于电子电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域，展现了强大的生命力。与此同时，由数字电压表扩展而成的各种通用及专用数字化仪器，也把电量及非电量测量技术提高到了崭新的水平，因此，通过这次课程设计能让我们了解这些知识，为以后研究相关技术打下坚实的基础。 1.2 系统功能要求 采用51系列单片机和ADC设计一个数字电压表，测量0~5V范围内的8路输入电压值，并在4位LED数码管上轮流显示或单路选择显示，要求显示两位小数。 2 设计内容 2.1 设计思路 （1）根据设计要求，选择AT89C51单片机为核心控制器件。 （2）A/D转换采用ADC0808实现，与单片机的接口为P1口和P2口的高四位引脚。 （3）电压显示采用4位一体的LED数码管。 （4）LED数码的段码输入,由并行端口P0产生：位码输入，用并行端口P2低四位产生。