简易数字电压表的设计.doc

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1、一、简易数字电压表的设计l．功能要求简易数字电压表可以测量0～5V的8路输入电压值，并在四位LED数码管上轮流显示或单路选择显示。测量最小分辨率为0.019V，测量误差约为土0.02V。2．方案论证按系统功能实现要求，决定控制系统采用AT89C52单片机，A／D转换采用ADC0809。系统除能确保实现要求的功能外，还可以方便地进行8路其它A／D转换量的测量、远程测量结果传送等扩展功能。数字电压表系统设计方案框图如图1-1。3．系统硬件电路的设计简易数字电压测量电路由A／D转换、数据处理及显示控制等组成，电路原理图如图1-2所示。A／D转换由集成电路08

2、09完成。0809具有8路模拟输人端口，地址线(23～25脚)可决定对哪一路模拟输入作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2us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，10脚为0809的时钟输入端，利用单片机30脚的六分频晶振频率再通过14024二分频得到1MHz时钟。单片机的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

3、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A／D转换数据读入用，P2端口用作0809的A／D转换控制。4．系统程序的设计（1）初始化程序系统上电时，初始化程序将70H～77H内存单元清0，P2口置0。（2）主程序在刚上电时，系统默认为循环显示8个通道的电压值状态。当进行一次测量后，将显示每一通道的A／D转换值，每个通道的数据显示时间为1s左右。主程序在调用显示子程序和测试子程序之间循环，主程序流程图见图1-3。（3）显示子程序显示子程序采用动态扫描法实现四位数码管的数值显示。测量所得的A／D转换数据放在70H～77H内存单元中

4、，测量数据在显示时需转换成为十进制BCD码放在78H～7BH单元中，其中7BH存放通道标志数。寄存器R3用作8路循环控制，R0用作显示数据地址指针。（4）模／数转换测量子程序模／数转换测量子程序用来控制对ADC0809八路模拟输入电压的A／D转换，并将对应的数值移入70H～77H内存单元。其程序流程见图1-4。5．调试及性能分析（1）调试与测试采用WaveE2000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，测试对比表见表1-1。表中标准电压值采用UT56数字万用表测得。从表中可以

5、看出，简易数字电压表与“标准”数字电压表测得的绝对误差均在0．02V以内，这与采用8位A／D转换器所能达到的理论误差精度相一致，在一般的应用场合可完全满足要求。表1-1简易数字电压表与“标准”数字电压表对比测试表标准值／V0.000.150.851.001.251.751.982.322.65简易电压表测得值／V0.000.170.861.021.261.762.002.332.66绝对误差／V0.00+0.02+0.01+0.02+0.01+0.01+0.02+0.01+0.01标准值／V3.003.453.554.004.504.604.704.8

6、l4.90简易电压表测得值／V3.0l3.473.564.014.524.624.724.824.92绝对误差／V+0.01+0.02+0.01+0.01+0.02+0.02+0.02+0.01+0.02（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255（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。●简易电压表测得的值基本上均

7、比标准值偏大0.01～0.02V。这可以通过校正ADC0809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的直流输入阻抗为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。6．控制源程序清单以下是简易数字电压表的单片机控制源程序。;***************************************;*简易数字电压表*;********************************

8、*******;测量电压最大值为5V，显示最大值为5.00V;70H～77H存放采样值，78H