苏ICP备112451047180号-6
基于单片机的数字电压表
摘要：伴随着电子技术飞跃发展，诸多工作岗位需要我们掌握测量，而我们对测量的准确度和功能的要求也日益严格。可是在实际操作中，对于电压的测量更为普遍，所以我们更加需要一个灵敏度好、，灵活性强、电路简单的电压表。本课题首先提及的是数字电压表的发展以及在国内外发展趋势，然后主要讨论的是把单片机中的数字信号转变为变化的物理量，并通过数字显示控制系统显示测量结果。利用AT89C51单片机进行模数转换设计一个简易的数字电压表，主要分析了硬件设计、抗干扰设计和软件设计的原理，能够测量8路0~5V的输入电压值，可以用四位LED数码管单路或轮流来显示测量结果。使得测量误差小于0.02V。而且设计的电压表成本低、操作简单、使用的元器件少等优点，使用的编程软件易操作。经过方案论证该设计思路可行。
关键词：A/D转换；单片机；数字电压表；
Digital voltage meter based on single chip microcomputer
Abstract: With the rapid development of electronic technology, a lot of work we need to master the measurement, and the measurement accuracy and the function of the increasingly stringent requirements. But in the actual operation, the voltage measurement is more common, so we need a good sensitivity, strong flexibility, simple circuit, voltage meter. This paper is first mentioned the development of digital voltage meter and the trend of development at home and abroad, and then discusses the physical quantities into digital signal processor in the change, and through the digital display measurement results display and control system. Analog to digital conversion design of a simple digital voltage meter based on AT89C51 single chip microcomputer, the main analysis of the hardware design principle, anti interference design and software design, the input voltage can be measured 8 0~5V value, you can use four LED digital tube single way or take turns to display the measurement results. The measurement error is less than 0.02V. And the design of the voltage meter, low cost, simple operation, the use of the advantages of less components, using the programming software is easy to operate. After the demonstration program the design idea is feasible.
关键词：A/D转换；单片机；数字电压表；
Keywords: A/D; single chip microcomputer; digital voltage meter;
目录
第一章 绪论 3
1.1课题概述 3
1.1.1数字电压表的发展历史 3
1.1.2数字电压表在国内外的发展趋势 3
1.2课题意义以及目的 4
1.3设计数字电压表目的 5
第二章 基于单片机数字电压表的主要设计方案 5
2.1 设计数字电压表的目标 5
2.2 设计数字电压表的方案的选择 6
2.3 系统的设计 6
2.3.1 硬件原理图和工作过程的简述 7
2.3.2 软件编程设计简述 9
第三章 数字电压表硬件的介绍 9
3.1 数字电压表重要元器件的选择 9
3.2 单片机的介绍 10
3.2.1 单片机的组成 10
3.2.2 AT89C51的主要特性 11
3.2.3 AT89C51的功能的介绍 12
3.2.4 AT89C51芯片引脚的介绍以及各引脚的介绍 12
3.3 A/D转换器 15
3.3.1 选择A/D转换器芯片 15
3.3.2 ADC0809转换器原理 16
3.4其他器件的介绍 19
3.4.1电路显示部分 19
第四章 数字电压表软件的设计 20
4.1 流程图 20
4.2 子程序的设计 21
5.2.1 模数转换子程序 21
5.2.2 显示子程序 23
第五章 解决数字电压表干扰 24
5.1 硬件电路抗干扰的设计 24
5.2 软件抗干扰的设计 25
第六章 电路的调试 25
6.1 调试一般步骤 25
6.2 电路可能出现的问题 28
第七章 总结语 28
7.1 本文总结 28
7.2 对未来的期望 29
感谢词 29
参考文献 30
附录 30
第一章 绪论
传统的电压表设计思路主要分为：用电流计和电阻；用中小规模的集成电路；用大规模专用集成电路构成。这几种设计只用于特定场所，很浪费资源，但是与此同时，也为许多新颖的电压表的出现提供了借鉴和依据。进入21世纪，电压表也从单一测量向自动控制、数据处理等多功能这一阶段过度。目前，微处理仪器和数字化仪器已经取得令人满意的发展状态，计算机所具有的软件功能让仪器呈现出某种强化、延伸的作用。这对于传统仪表来而言是一个新突破。总的说起来，具有微处理器仪表拥有以下优势：①测量过程软件控制对测量数据进行运算及存储的数据处理功能是仪表最突出的优点；②在仪器测量过程中综合软件控制和数据处理功能，使一机多用或者仪器的多功能化易于实现，成为这类仪器的又一优点；③以计算机软件为主体的智能仪器在使用功能多样化、方便等方面呈现很大的灵活性和多样性的优点。
下面从5个方面开始阐述新型数字仪表的发展趋向：
(1).广泛使用新技术，不断研发新的产品
随着科学技术的持续发展，新技术的广泛采用，新器件的不断呈现。例如：四斜率A/D转换技术、固态真有效值转换技术、模数转换等，这些新技术使电压表向输入阻抗高、低功耗、抗干扰能力强等方向发展。此外，集成电路的发展使电压表可以完成储存、计算、控制等多项功能。
(2).广泛应用新工艺
新一代的数字仪表正朝着标准模块化的方向发展。预计在不久的将来，越来越多的数字仪表将由标准化、系列化、通用化、灵敏性等模块所构成，给电路设计、维修保养及安装调试带来极大的方便。
(3).多从显示仪表
为了解决数字仪表不易观察连续变化量的技术难题；“数字/模拟条图”双显示仪表已成为国际流行的款式，它兼有数字仪表准确度高、模拟式仪表便于观察被测量的变化过程及变化趋势这两大优点。
(4).提高仪表安全性
在使用和设计仪器的时候，仪器的安全性对广大用户和生产厂家都至关重要。一方面制作厂家必须为仪表设计安全保护电路，并且要符合国家标准；其次用户必须注意仪表的操作安全，时刻注意仪表上的各种安全警告提示。
(5).操作简易化
只有少量的外围配置少量的元件才可以使集成电路有更大的发展空间，就可以构成一个完整的智能仪表，可以完成多种功能如：计算、储存、比较、控制等。这样使得按键变少，操作简单。
总的来说，十多年以来智能仪器有了很大的发展和改进。从这个角度来看，智能仪器技术仍然是在“萌芽期”。所以，就仪表的发展前景来看电压表会向着拥有微控制处理系统的智能仪表的方向发展。
通过对课题设计，我对单片机有了新的认识。有一些编程软件，在这次设计中，掌握更加熟练，积累了很多的经验。
设计一个课题，不但锻炼我独立能力，还间接的培养了我创新、创造的能力，整个课题过程，也为我未来的工作奠基一定基础。希望今后在电路设计方面可以有所提高。
【2】 王静霞.杨宏丽.刘俐.单片机应用技术.电子工业出版社.2009
【3】 杜伟略.刘雨棣.单片机接口技术.西安电子科技大学出版社.2010
【4】 周志德.候正昌.刘德强.C++程序设计.电子工业出版社.2011
【5】 王正勇.Protel DXP使用教材.高等教育出版社.2009
【6】 孙军.基于89c51单片机数字电压表的设计.工业控制计算机出版社.2007
【7】 刘文涛.单片机应用开发实例.清华大学出版社. 2005
【8】 周明德.微机原理与接口技术.人民邮电出版社.2002
摘要：伴随着电子技术飞跃发展，诸多工作岗位需要我们掌握测量，而我们对测量的准确度和功能的要求也日益严格。可是在实际操作中，对于电压的测量更为普遍，所以我们更加需要一个灵敏度好、，灵活性强、电路简单的电压表。本课题首先提及的是数字电压表的发展以及在国内外发展趋势，然后主要讨论的是把单片机中的数字信号转变为变化的物理量，并通过数字显示控制系统显示测量结果。利用AT89C51单片机进行模数转换设计一个简易的数字电压表，主要分析了硬件设计、抗干扰设计和软件设计的原理，能够测量8路0~5V的输入电压值，可以用四位LED数码管单路或轮流来显示测量结果。使得测量误差小于0.02V。而且设计的电压表成本低、操作简单、使用的元器件少等优点，使用的编程软件易操作。经过方案论证该设计思路可行。
关键词：A/D转换；单片机；数字电压表；
Digital voltage meter based on single chip microcomputer
Abstract: With the rapid development of electronic technology, a lot of work we need to master the measurement, and the measurement accuracy and the function of the increasingly stringent requirements. But in the actual operation, the voltage measurement is more common, so we need a good sensitivity, strong flexibility, simple circuit, voltage meter. This paper is first mentioned the development of digital voltage meter and the trend of development at home and abroad, and then discusses the physical quantities into digital signal processor in the change, and through the digital display measurement results display and control system. Analog to digital conversion design of a simple digital voltage meter based on AT89C51 single chip microcomputer, the main analysis of the hardware design principle, anti interference design and software design, the input voltage can be measured 8 0~5V value, you can use four LED digital tube single way or take turns to display the measurement results. The measurement error is less than 0.02V. And the design of the voltage meter, low cost, simple operation, the use of the advantages of less components, using the programming software is easy to operate. After the demonstration program the design idea is feasible.
关键词：A/D转换；单片机；数字电压表；
Keywords: A/D; single chip microcomputer; digital voltage meter;
目录
第一章 绪论 3
1.1课题概述 3
1.1.1数字电压表的发展历史 3
1.1.2数字电压表在国内外的发展趋势 3
1.2课题意义以及目的 4
1.3设计数字电压表目的 5
第二章 基于单片机数字电压表的主要设计方案 5
2.1 设计数字电压表的目标 5
2.2 设计数字电压表的方案的选择 6
2.3 系统的设计 6
2.3.1 硬件原理图和工作过程的简述 7
2.3.2 软件编程设计简述 9
第三章 数字电压表硬件的介绍 9
3.1 数字电压表重要元器件的选择 9
3.2 单片机的介绍 10
3.2.1 单片机的组成 10
3.2.2 AT89C51的主要特性 11
3.2.3 AT89C51的功能的介绍 12
3.2.4 AT89C51芯片引脚的介绍以及各引脚的介绍 12
3.3 A/D转换器 15
3.3.1 选择A/D转换器芯片 15
3.3.2 ADC0809转换器原理 16
3.4其他器件的介绍 19
3.4.1电路显示部分 19
第四章 数字电压表软件的设计 20
4.1 流程图 20
4.2 子程序的设计 21
5.2.1 模数转换子程序 21
5.2.2 显示子程序 23
第五章 解决数字电压表干扰 24
5.1 硬件电路抗干扰的设计 24
5.2 软件抗干扰的设计 25
第六章 电路的调试 25
6.1 调试一般步骤 25
6.2 电路可能出现的问题 28
第七章 总结语 28
7.1 本文总结 28
7.2 对未来的期望 29
感谢词 29
参考文献 30
附录 30
第一章 绪论
1.1课题概述
1.1.1数字电压表的发展历史
DVM是数字电压表的简称，数字电压表是把连续的模拟量转化成离散、不连续以数字形式显示在仪表上。老式电压表精度低、结构简单、功能单一，满足不了快节奏的数字化时代，而基于单片机的数字电压表则是抗干扰能力强 、集成方便、扩展性强等优点。如今数字电压表已经用于各行各业，显示出其强大的生命力，同时也把非电量及电量的技术达到崭新的世界。1.1.2数字电压表在国内外的发展趋势
电压表在将近五十年内发展迅速，从初期大规模集成电路进入中小规模作为数字电压表的核心器件。数字电压表的测量范围从传统的测量扩展到自动控制、通信、传感等各个方面，展示了广阔的发展趋势。传统的电压表设计思路主要分为：用电流计和电阻；用中小规模的集成电路；用大规模专用集成电路构成。这几种设计只用于特定场所，很浪费资源，但是与此同时，也为许多新颖的电压表的出现提供了借鉴和依据。进入21世纪，电压表也从单一测量向自动控制、数据处理等多功能这一阶段过度。目前，微处理仪器和数字化仪器已经取得令人满意的发展状态，计算机所具有的软件功能让仪器呈现出某种强化、延伸的作用。这对于传统仪表来而言是一个新突破。总的说起来，具有微处理器仪表拥有以下优势：①测量过程软件控制对测量数据进行运算及存储的数据处理功能是仪表最突出的优点；②在仪器测量过程中综合软件控制和数据处理功能，使一机多用或者仪器的多功能化易于实现，成为这类仪器的又一优点；③以计算机软件为主体的智能仪器在使用功能多样化、方便等方面呈现很大的灵活性和多样性的优点。
下面从5个方面开始阐述新型数字仪表的发展趋向：
(1).广泛使用新技术，不断研发新的产品
随着科学技术的持续发展，新技术的广泛采用，新器件的不断呈现。例如：四斜率A/D转换技术、固态真有效值转换技术、模数转换等，这些新技术使电压表向输入阻抗高、低功耗、抗干扰能力强等方向发展。此外，集成电路的发展使电压表可以完成储存、计算、控制等多项功能。
(2).广泛应用新工艺
新一代的数字仪表正朝着标准模块化的方向发展。预计在不久的将来，越来越多的数字仪表将由标准化、系列化、通用化、灵敏性等模块所构成，给电路设计、维修保养及安装调试带来极大的方便。
(3).多从显示仪表
为了解决数字仪表不易观察连续变化量的技术难题；“数字/模拟条图”双显示仪表已成为国际流行的款式，它兼有数字仪表准确度高、模拟式仪表便于观察被测量的变化过程及变化趋势这两大优点。
(4).提高仪表安全性
在使用和设计仪器的时候，仪器的安全性对广大用户和生产厂家都至关重要。一方面制作厂家必须为仪表设计安全保护电路，并且要符合国家标准；其次用户必须注意仪表的操作安全，时刻注意仪表上的各种安全警告提示。
(5).操作简易化
只有少量的外围配置少量的元件才可以使集成电路有更大的发展空间，就可以构成一个完整的智能仪表，可以完成多种功能如：计算、储存、比较、控制等。这样使得按键变少，操作简单。
总的来说，十多年以来智能仪器有了很大的发展和改进。从这个角度来看，智能仪器技术仍然是在“萌芽期”。所以，就仪表的发展前景来看电压表会向着拥有微控制处理系统的智能仪表的方向发展。
1.2课题意义以及目的
数字电压表是数字化仪器的代表以及基础，可想而知，由数字电压表可以演变出许多的数字化仪器，比如：温度计、湿度计、酸度计等等，几乎在每个领域都能找到数字化仪器的身影，可见数字化仪器对我们的生活产生多大的影响。数字电压表有指针式电压表没有的优点，例如：读数简单、直观、测量范围广、显示位数、扩张能力强等优点。因此我们要全面的掌握数字电压表也是我们的必经之路。但是老式的数字电压表是以集成电路为中心的，所以老式的电压表难以满足越来越强大的电子行业，因此世界上出现了应用单片机为基础的数字电压表，它灵活性高、很稳定的优势。在这样的情况下，设计一款以单片机为基础的数字电压表是很有必要的也是一件给电子行业带来方便的意义所在。我相信在人类的努力之下一定会出现结构简洁、可靠性强、稳定性好的数字电压表。1.3设计数字电压表目的
作为应用电子专业的学生，在学校的学习时间我们学了电路基础、C++程序设计、单片机应用技术等知识。这个课题完美的结合我们在校期间学习的内容，它不仅考核我们学习情况也是对自己的审核，发现自己的不足以及在社会上不断扩大自己的优势。但是做毕业设计也是在锻炼我们动手能力、团队能力、解决问题的能力、分析能力等相关能力，积累相关经验，我们做事情不可以按部就班，要有自己的判断能力，这样才能达到做毕业设计的目的。总结语
7.1 本文总结
本课题的完成并不是我一个人的成果，在设计硬件电路和编写程序的时候，老师给了我不少意见，帮我分析课题内容，测试硬件电路等等，才能让我在这一两个月的时间完成课题。这是我第一次一个人完成设计，有可能在电路设计还是有问题，希望可以对我提出建议，我会完善电路图，让它变得更加完美。同时我也到图书馆翻阅资料，了解电压表的发展历程，总结前人经验，才决定使用单片机作为核心芯片，再通过软件处理。为了节约资源，减少成本，采用了可以和单片机进行串口的驱动芯片。此外，还要考虑外界对电路的干扰，可以在电路中添加抗干扰的元器件，同时还要考虑到产品的可行性，要注意布线规则。编写程序的时候，最好减少缺陷，这样也可以减少干扰。经过多次对程序改进，以及同学的帮助，最终程序基本调试成功，各项指标也满足课题设计的要求的。通过对课题设计，我对单片机有了新的认识。有一些编程软件，在这次设计中，掌握更加熟练，积累了很多的经验。
设计一个课题，不但锻炼我独立能力，还间接的培养了我创新、创造的能力，整个课题过程，也为我未来的工作奠基一定基础。希望今后在电路设计方面可以有所提高。
7.2 对未来的期望
经过这次对课题的设计，我发现这个专业有很大发展前景，也知道自己适合哪类的工作类型。有人说找工作就是要找自己喜欢的，有人说工作只是养家糊口，又有人说工作和自己人生目标的结合体，我说：我不知道我喜欢什么，但是至少我还是有目标，我知道我很喜欢自己所学的专业，我也知道这个专业有很多工作岗位，我需要慢慢摸爬打滚，我坚信我会找到自己满意并且能完成我梦想的工作，只想对自己说加油！参考文献
【1】 杨志忠.卫桦林.数字电子技术.高等教育出版社.2008【2】 王静霞.杨宏丽.刘俐.单片机应用技术.电子工业出版社.2009
【3】 杜伟略.刘雨棣.单片机接口技术.西安电子科技大学出版社.2010
【4】 周志德.候正昌.刘德强.C++程序设计.电子工业出版社.2011
【5】 王正勇.Protel DXP使用教材.高等教育出版社.2009
【6】 孙军.基于89c51单片机数字电压表的设计.工业控制计算机出版社.2007
【7】 刘文涛.单片机应用开发实例.清华大学出版社. 2005
【8】 周明德.微机原理与接口技术.人民邮电出版社.2002