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摘 要

本设计采用了51单片机作为主控芯片，主要模块包含数据处理模块、显示模块，转换模块。当检测模块检测到模拟信号时，模拟信号进入A/D转换模块，转化为数字信号，单片机接收数字信号进行数据处理并驱动显示模块进行数据显示。本设备够对0～5 V的输入电压进行测量，并且通过一个4位共阳LED数码管加以显示，误差保证在±0.02V。

关键字：ADC0809，STC89C51，单片机，A/D转换，数字电压表

Abstract：This design adopts 51 one-chip computer as the main control chip, the main module includes Data processing module, display module, conversion module. When the detection module detects an analog signal, the analog signal enters the A/D conversion module and is converted into a digital signal. The microcontroller receives the digital signal for data processing and drives the display module to display the data. This device can measure 0 to 5 V input voltage and display it through a 4-bit LED display. The error is guaranteed to be ±0.02V.

Keywords: ADC0809,STC89C51, Microcontroller, A/D Conversion, Digital Voltmeter

目录

1 绪论 3

2 系统总体方案设计 4

2.1 设计要求 4

2.1.1 系统框图 4

2.2 方案的选择与论证 4

2.2.1 单片机的选择 4

2.2.2 显示方案的选择 5

2.2.3 A/D转换模块的选择 6

3 系统硬件设计 6

3.1 整体设计概述 6

3.2 STC89C51单片机系统设计 6

3.2.1 STC89C51简介 6

3.2.2 最小系统电路 8

3.3 LED显示电路 11

3.3.1 LED四位共阳数码管简介 11

3.3.2 显示电路工作原理 12

3.4 A/D转换模块 12

3.4.1 ADC0809芯片简介 12

3.4.2 ADC0809引脚结构 12

3.4.3 ADC0809工作原理 13

3.5电源设计 14

4 软件设计 15

4.1 主程序流程图 15

4.2显示子程序流程图 16

4.3 A/D转换子程序流程图 17

4.4 数据处理子程序流程图 18

5 数字电压表仿真设计图与实物图 19

5.1系统硬件调试 19

5.2 数字电压表仿真 20

5.3 实物展示 21

总结和展望 24

参考文献 25

致 谢 26

附录一 27

附录二 31

1 绪论

随着时代日新月异的变化，电子科学技术的不断发展，由于电子测量在电气工程师工作过程中不曾变动的重要地位，导致人们对电子测量仪器的精度和效能的要求也越来越高，所以方便快捷，精准读取的电压测量仪器在教学领域，研究领域，生产测试以及实际工作应用中都具有重要的战略地位。传统的模拟电压表即指针式电压表，采用指针表盘读法，测量精度低，读取易产生偏差，无法满足数字化信息时代的需求，所以数字电压表的出现成为必然，变成了一种必不可少的电压测量仪器。

随着时代发展更新迭代，电子信息类各领域技术不断快速发展，数字电压表出现了越来越丰富多彩的种类和形式，功能和使用范围变得越来越广泛，数字电压表也慢慢向易使用、微型化、多功能等方向发展。单片机数字电压表是采用A/D转换技术，把直流电压这种连续不断的模拟量转换成不连续的，以十进制数字形式加以精确显示的仪表，其具有读数精确便利、测量速度快、精确度较高、能自动调零、测量误差率小、输入阻抗高、抗干扰能力强、自动转换量程、可扩展性强、可与电脑端进行实时通信等优点，也因其体积小，方便携带使用，操作简便，易于上手而被广泛使用。

另外，单片机数字电压表不仅仅应用于电力测量领域，在别的领域也有广泛的应用，比如对非电力因素的测试：温度测量、压力测量、气体浓度测量等。可以使用不同种类的传感器以电压的形式将非电力因素加以转化，最终借由单片机数字电压表测量出来。如果有需要还能够实时传送给电脑端，以便进行后续相应的程序控制和数据处理。因此单片机数字电压表完全可以利用技术的引申，将其拓展为其他各种领域通用的测量表，把电力因素和非电力因素的测量技术与平、数据处理方式，提升到全新的高度。综上所述，单片机数字电压表的设计与研究对于当今数字化社会与大信息时代的进步具有重要的意义。

本次基于单片机数字电压表设计由三个模块组成：使用LED数码管组成的显示电路，使用A/D转换组成转换模块，单片机最小系统构成主处理器模块。其中ADC0809作为转换芯片将输入的模拟信号转换为数字信号，紧接着由STC89C51单片机对转换结果进行运算处理，最后由驱动器驱动LED数码管显示数字信号，得到测量的数字电压^[1]。数字电压表能够准确的测量、显示被测电压值，由于其精准性、便利性使其在电工测量、数字化测量、工业仪表等领域绽放出夺目的光彩。

本文一共有五章，第一章为绪论介绍了本课题的背景以及研究意义。

第二章介绍了系统的设计方案，对系统的原理进行分析。

第三章及第四章对系统的硬件及软件进行了详细的介绍。硬件部分包含主系统模块，转换模块以及显示模块。

1. 进行了系统的仿真以及实物测试。

2 系统总体方案设计

2.1 设计要求

1. 熟悉51单片机集成电路开发环境，能运用51单片机为核心芯片组成一个简单的直流数字电压表；
2. 熟练应用所选型号单片机及A/D转换芯片的内部结构，以及其余软硬件调控的基本方法；
3. 设计基于单片机的最小系统框架，尽量使用较少器件完成相关硬件电路的设计实现；
4. 输入电压值测量范围为0～5.0V，由两个4位共阳LED数码管显示，精确显示小数后两位；

2.1.1 系统框图

图2-1系统框图

2.2 方案的选择与论证

2.2.1 单片机的选择

单片机经过多年的发展，已经有了比较多的型号。每一家厂商生产的单片机之间都会有不少差异。在众多型号的单片机中，需要选择适用自己所设计系统的型号。单片机是整个设计的核心器件，首先要考虑的是工作状态稳定，减少程序跑飞故障的出现。其次是经济可靠，所选型号的功能应该把握好合适的度，可以稍微比预先设计的多一点。若选择的单片机功能过少，可能无法实现预计功能，需避免没有必要的浪费。

只要明确单片机选型的基本原则，就能够选择出最能适用于该设计的型号，保证整个单片机系统要有较高的可靠性、性价比，较长的使用寿命和能够有升级换代可能。

2.2.2 显示方案的选择

方案一：采用点阵式数码管显示。点阵式数码管是由8X8一共64个发光二极管组成^[2]，点阵式数码管的控制相对复杂，可以用来显示文字符号和简单的团，一般适用于商业广告大版面投放，若用于本文设计的电压表显示中则为浪费，且价格较高，因此不作为考虑对象。

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