1、 1 单片机数字电压表的设计 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。 1 设计方案 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（Digital Vo
2、ltmeter）简称 DVM，它是采 用数字化测量技术，把连续的模拟量（直流或交流输入电压）转换成不连续、离散的数 字形式并加以显示的仪表。由于数字式仪器具有读数准确方便、精度高、误差小、灵敏 度高和分辨率高、测量速度快等特点而倍受青睐。本设计从各个角度分析了由单片机组 成的数字电压表的设计过程及各部分电路的组成及其原理，并且分析了程序如何驱动单 片机进而使系统运行起来的原理及方法。 本设计主要分为两部分： 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 WAVE 和
3、 PROTEUS 软 件对其编译和仿真，详细的设计算法将会在程序设计部分详细介绍。 1.1 A/D 转换部分 电压是模拟量，而数码管显示需要的是数字量，故需要采用 A/D 转换模拟信号为数 字信号供数码管显示出来,可供选择的芯片有 ADC0809,ADC574 和 TLC2543 等等。 由于要求测量精度在 5%，因此须选用 12 位精度的 A/D 转换器，且可直接驱动 LED 显示器工作，0809 为 8 位精度,故不能采用,而综合性价比,TLC2543 就成为了本次设计 的首选。由于 TLC2543 测量范围为 0-+5V，故需要为其设计降压稳压电路。 被测量模拟量变为数字量之后，并不能通
4、过数码管直接显示出来，而需要单片机加 以处理形成段码才能显示出来。而且，A/D 电路的时钟与输入输出都需要单片机与其对 接予以控制。故选择含有内部闪存的 89C51 完成此工作。该芯片无论从性能还是价格上 都是非常合适的。数字信号转换为段码并显示出来需要有程序和其它接口电路配合。在 程序上，A/D 采集程序采用多次取值并求和求平均的方法得出双字节数据，然后通过双 2 字节转换 BCD 码子程序得出 BCD 码。硬件显示上选用动态扫描法，即数码管位选端连入 单片机的某一组 I/O 口，片选端连入另一组 I/O 口，配合显示子程序实现显示。此外， 主程序和其它程序用中断方式进行组合。显示所需的数码
5、管，选用 7 段共阳极数码管， 由于精度要求为 5%，故本设计显示部分由四个数码管组成。 由于单片机各个 I/O 口的驱动能力有限，故应设计驱动电路。本设计中的驱动电路 主要与显示部分有关。数码管的片选端需要连接上拉电阻和三机管以增强驱动能力，位 选端也选择连接上拉电阻以增强驱动能力。 1.2 电源部分 本设计各芯片，数码管及单片机外围电路需要 5V 的直流电源，故需要一个稳定的 5V 直流稳压源。根据模拟电子技术基础的知识，本设计选择含有 7805 三端集成稳压器 的电源电路。电路中选择二极管整流桥整流，电容进行滤波，并选用 220V-9V 变压器进 行变压。 综上，本次设计选用 89C51
6、 单片机作为核心，TLC2543 作为 A/D 转换芯片，数码管 作为显示器，7805 稳压器为主的直流稳压电路做为电源，配合采集，转换，显示程序共 同实现可测量 0-10V 直流电压的数字式电压表。 系统总设计框图见图 1.2-1 图 1.2-1 系统框图 3 2 系统硬件电路设计 2.1 单片机芯片 2.1.1 单片机芯片选择 AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能 CMOS8 位微处理器， 俗称单片机。 由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器，AT89C2051 是它的一种精简版本。AT89C51 单片机为很多嵌入式 控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 2.1.1.1 主要特性 与 MCS-51 兼容 ,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-24Hz ，三级程序存储器锁定，128*
