电子系统设计课程设计-量程自动切换的数字电压表设计

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1、 电子系统设计大作业电子系统设计大作业 题 目 数字智能电压表设计数字智能电压表设计 姓 名 学 号 专业班级 指导教师 学 院 完成日期 1.1.系统原理和方案介绍系统原理和方案介绍 1.1 系统总体方案介绍 根据数字电压表的功能实现要求，选用 51 系列单片机作控制系统 ，测量低 电压时，经比例放大器（LM324）电路实现放大，放大倍数为 10 倍、高电压经大 电阻分压从而控制输入 ADC0808 的信号在 0 到 5V 左右实现 AD 转换经 AT89C52 送入 LED 数码管显示，实现模拟测量，结果数字显示。设计两个量程进行自动切 换， 基本实现智能化。 硬件操作其测量准确性较高，

2、显示效果基本满足接受范围， 并且电路相对比较简单，成本低，稳定性较高。 1.2 系统结构总框架 按照设计要求，初步确定下系统的设计方案，下图为该系统设计方案的总体 结构框架图。硬件及软件仿真电路均由 6 大部分组成，即 51 单片机电路、时钟 电路、复位电路、数码管显示电路、A/D 转换器（ADC0809）和电压输入测量电 路。 1.3 系统工作原理 对待测模拟电压值按不同的范围， 分为500mv、 10v两个档位。 对于高于500mv 的档位，采用高电阻分压的方式，其 1/2 等比例转换为 05V 的电压值；对于低 时钟模块 电压转换模块 AD 转换模块 显示模块 电源模块 量程选择模块 复

3、位模块 输入模块 控制模块 （MCU） 于 500mv 的档位，采用比例放大器，等比例放大 10 倍左右，再将电压送入 AD 进行转换，然后将处理好的信号送入 51 单片机进行运算，最后再数码管上显示。 同时单片机对模拟开关芯片（74HC4066）进行控制，完成自动量程切换，实现智 能处理。 实验时，档位自动切换原理。当所测电压超过 500mv 时，P3.2 输出低电平， 关闭 500mv 档位电路中的模拟开关 74HC4066，而 P3.3 输出高电平，打开 10v 档 位电路中的模拟开关 74HC4066，10v 档位的电路正常工作，如此实现自动切换量 程。 在本系统设计中采用 AT89C

4、52 单片机的端口 P1.0 P 1.7 作为 4 位 LED 数码管 的显示控制。P3.2 与 P3.3 作为档位控制端口。P0 口作为 AD 转换数据输入端 口，P2 口作为进行 AD 转换的控制端口。同时，4 位 LED 数码管的采用动态显示 方式显示。 2 2 部分电路设计部分电路设计 2.1 复位电路 显而易见，复位电路的作用是复位。在单片机接上电源以后，或电源出现过 低电压时，将单片机存储器复位，使其各项参数处于初始位置，即处于开机时的 标准程序状态，以消除由于某种原因的程序紊乱。单片机的复位电路有上电复位 电路和按键式复位电路。上电复位电路利用电容器充电来实现复位。当加电 时，电

5、容上的电压不能突变，RST 引脚为高电平，开始复位；电容 C 不断充电， 电阻 R 上的压降逐步下降，当电容 C 充满电后，电路相当于开路，复位结束。可 见复位的时间与充电的时间有关，充电时间越长复位时间越长，增大电容或电阻 都可以增加复位时间。 按键式复位电路它的上电复位功能与上电复位电路相 同，但还可以通过按键实现复位。按下按键后，通过两个电阻分压，使 RST 端产 生高电平。按键按下的时间决定了复位的时间。单片机的复位是靠外部电路实现 的，在本次设计中采用了按键式复位。 2.2 AD 转换电路（ADC0809）工作原理 首先输入 3 位地址，并使 ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地

6、址经译码 选通 8 路模拟输入之一到比较器。START 上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿 启动 A/D 转换，之后 EOC 输出信号变低，指示转换正在进行。直到 A/D 转换完 成，EOC 变为高电平，指示 A/D 转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可 用作中断申请。当 OE 输入高电平 时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出 到数据总线上。转换数据的传送 A/D 转换后得到的数据应及时传送给单片机进 行处理。 数据传送的关键问题是如何确认 A/D 转换的完成， 因为只有确认完成后， 才能进行传送。 本次设计采用的是查询方式：A/D 转换芯片有表明转换完成的状态信号，例 如 ADC0809 的 EOC 端。通过查询方式测试 EOC 的当前状态，即可确认转换是否完 成，并接着进行数据传送。 2.3 模拟检测电路（74HC4066） 74HC4066 包含 4 个独立的模拟开关。每个开关包含 2 个输入/输出