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I智能电压表课程设计摘要科学技术的发展为测量仪器、仪表提供了新原理和新技术以及新型的元、器体，同时又对测量仪表提出了更新、更高的要求。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。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。关键词：单片机；数字电压表；Proteus仿真II目录摘要................................................................I第1章引言........................................................11.1课题的研究背景..............................................11.2课题的研究意义..............................................1第2章相关概述.....................................................12.1AT89C51简介................................................12.2单片机最小系统..............................................22.3模数转换器..................................................3第3章硬件设计.....................................................53.1整体电路图..................................................53.2信号输入模块................................................53.3信号衰减模块................................................63.4信号放大模块................................................73.5信号采样模块................................................83.6信号处理模块................................................93.7数字显示模块...............................................10第4章软件设计....................................................114.1主程序设计.................................................114.2A/D转换子程序..............................................12第5章系统测试....................................................135.1显示结果...................................................135.2误差分析...................................................14第6章总结........................................................15参考文献...........................................................16致谢.............................................................17附录...............................................................171第1章引言1.1课题的研究背景数字电压表作为电压表的一个分支，在近五十年间得到巨大发展，构成数字电压表的核心器件已从早期的中小规模电路跨入到大规模ASIC(专用集成电路)阶段。数字电压表自1952年问世以来，已有50年多年的发展史，大致经历了五代产品。第一代产品是20世纪50年代问世的电子管数字电压表，第二代产品属于20世纪60年代出现的晶体管数字电压表，第三带产品为20世纪70年代研制的中、小规模集成电路的数字电压表。今年来，国内外相继推出有大规模集成电路（LSI）或超大规模集成电路（VLSI）构成的数字电压表、智能数字电压表，分别属于第四代、第五代产品。它们不仅开创了电子测量的先河，更以高准确度、高可靠性、高分辨力、高性价比等优良特性而受到人民的青睐。1.2课题的研究意义十几年来智能仪器虽然有了很大的发展，但总的看来，人们还是较习惯于从硬件的角度做工作，这是由于设计者的（硬件）技术背景，LSI器件不断迅速更新的冲击以及在现阶段仪器硬件更新的数量还很大等因素所造成的。这种趋势虽然仍会继续下去，但从智能仪表的内涵，从软件的角度上看，软件的作用还远未发挥出来，这里有许多的领域等待着去开发。智能仪表最终必然会与人工智能联系起来开创出全新的仪器。从这个观点看，目前的智能仪器尚处于“幼年时期”。所以，就仪表的发展看来电压表会朝着具有微控制处理单元的智能仪表方向发展。第2章相关概述2.1AT89C51简介AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。2图2.1AT89C51单片机AT89S51具有如下特点：40个引脚，4kBytesFlash片内程序存储器，128Bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级，2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作。掉电模式下，冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。2.2单片机最小系统单片机的最小系统就是能使单片机在最低限度下运行的系统。最小系统包括时钟电路、复位电路、电源电路]2[。STC89C52单片机的工作电压范围为4V-5.5V,所以通常给单片机外界5V的直流电源。连接方式为单片机的40脚VCC接正+5V,而20脚GND接电源地端。复位电路就是确定单片机的工作起始状态，完成单片机的启动过程。单片机接通电源时产生复位信号，完成单片机启动确定单片机起始工作状态。当单片机系统在运行中，受到外界环境干扰出现程序跑飞的时候，按下复位按钮内部的程序从头开始执行。一般有上电自动复位和外部按键手动复位，单片机在时钟电路工作以后，在RST端持续给出2个机器周期的高电平时就可以完成复位操作。3本设计采用的是外部手动按键复位电路，需要接上上拉电阻来提高输出高电平的值。时钟电路好比单片机的心脏，它控制着单片机的工作节奏。时钟电路就是振荡电路，是向单片机再提供一个正弦波作为基准，决定单片机的执行速度，XTAL1和XTAL2分别作为反向放大器的输入和输出，该反向放大器可以配置为片内振荡器。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。因为一个机器周期含有6个状态周期，而每个状态周期为2个振荡周期，所以一个周期共有12个振荡周期，如果外接石英晶体振荡器，它的振荡频率为12MHZ，一个振荡周期为1/12us]3[。由复位电路、时钟电路和单片机组成的单片机最小系统如图2.2所示。图2.2单片机最小系统2.3模数转换器ADC0809芯片是CMOS型单片双列直插式模数转换器件，具有28个引脚。其中，IN0-IN7模拟量输入通道。ADC0809对输入模拟量的要求主要有：信号单极性，电压范围0~5V，若信号过小还需要进行放大。另外，在A/D转换过程中，模拟量输入的值不应变化太快。因此，对变化速度快的模拟量，在输入前应增加采样保持电路。ADDA、ADDB、ADDC为地址输入线，用于选通IN0-IN7上的一路模拟量进入转换器进行转换。ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE为高电平时，地址锁存与译码器将A，B和C三条地址线的地址信号进4行锁存，经译码后被选中模拟量的通道。ATART为转换启动信号。当START为上跳沿时，所有内部寄存器清0；START为下跳沿时，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持低电平。EOC为转换结束信号。当EOC为高电平时，表明转换结束，否者，表明正在进行模数转换，OE为输出允许信号。其用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0，输出数据呈高电阻；OE=1，输出转换得到的数据。初始化时START和OE要全为低电平。CLK为时钟输入信号线。因ADC0809内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供]4[。其引脚图会在与单片机的连接中出现，就不在这里描述了。图2.3所示为ADC0809与单片机的接口电路。图2.3ADC0809与单片机的连接方式由图可以看到，我们选用的通道是IN0，ADC0809的启动信号START由片选线P2.7与写信号WR的“或非”产生。这要求一条向ADC0809写操作指令来启动信号。ALE与START相连，即按打入的通道地址接通模拟量并启动转换。输出允许信号OE由读信号RD与片选信号P2.7“或非”产生，即一条ADC0809的读操作使数据输出。5第3章硬件设计3.1整体电路图如图3.1所示，为系统的整体设计电路图。外部1mV~100V的直流电压从J1输入，通过继电器从三种分压比1、1/10、1/100中选择得到一个较小的适合MAX4236的输入电压，经过运算放大器MAX4236的精确放大后送入模数转换器ADS7822进行信号采样。采样后的信号送入单片机AT89S51，单片机进行数据处理，转换成相应的电压值后显示在LCD1602上。整个电路是以单片机控制为核心，通过信号衰减，放大，采样处理，显示出来。p0.0p0.1p0.2p0.3p0.4p0.5p0.6p0.7p2.7p2.0p2.1p2.2p2.3p2.4p2.5p2.6p2.7p3.0p3.1p3.2p3.3p3.6p3.5p3.4p1.0p1.1p1.2p1.3p1.4p1.5p1.6p1.7p0.0p0.1p0.2p0.3p0.4p0.5p0.6p0.7p3.0p3.1p3.2p3.3p2.4p2.0p2.1p1.7p1.6p1.5p1.4p1.3p1.2p1.1p1.0p2.2p2.3p2.5p2.6XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.