单片机直流数字电压表的设计..docx

第 23 卷第 1 期海南师范大学学报(自然科学版)Vo1.23 No.12010 年 3 月Journal of Hainan Normal University（Natural Science）Mar. 2010单片机直流数字电压表的设计严世胜，钟承尧（海南师范大学 物理与电子工程学院，海南 海口 571158）摘 要 ：设计了一种以 AT89C51 单片机为核心 ， 以 ADC0809 芯片为模数转换 ， 液晶显示器 OCMC2X16A 为显示部分的二路输入直流数字电压表. 经过仿真和实际电路测试，其测量精度高，扩展功能强，性能可靠，价格又低廉，有很好的应用前景.关键词：单片机；模数转换；液晶显示器；电压表中图分类号：TM 933.2文献标识码：A文章编号：1674-4942（2010）01-0044-03Design of SCM DC Digital VoltmeterYAN Shisheng， ZHONG Chengyao（College of Physics and Electronic Engineering，Hainan Normal University，Haikou 571158，China）Abstract：A 2-input DC digital voltmeter was designed, which used SCM AT89C51 as the core, chip ADC0809 for the analog-digital conversion, and LCD OCMC2X16A as the display section. After simulation and practical circuit test-ing, the voltmeter has high accuracy, powerful expansion function, reliable performance, and low price. So it will has a good prospect of application.Key words：SCM;Analog-Digital Conversion;LCD；Voltmeter数字电压表是一种结构比较简单，应用十分广泛的测量仪表，近年来越来越多地应用在电压测量场合；因此，对其测量精度、可靠性和可维护性的要求也越来越高.数字电压表是诸多数字化仪表的核心与基础，电压表的数字化是将连续的模拟量如直流电压转换成不连续的离散的数字形式并加以显示，具有清晰直观、读数准确、扩展功能强等特点. 这有别于传统的指针加刻度盘进行读数的方法，避免了读数的视觉差和视觉疲劳. 目前数字电压表的内部核心部件是 A/D 转换器，A/D 转换器的精度很大程度上影响着数字电压表的测量准确度 1 . 作者设计的 A/D 转换器采用 ADC0809，把输入的模拟信号转换成数字信号，控制核心 AT89C51 对转换的结果进行运算和处理，最后输出驱动液晶显示屏 OCMC2X16A 显示被测数字电压信号.1 电路设 计的硬件电路包括单片机 AT89C51、 模数转 换 ADC0809、液晶显示屏 OCMC2X16A 等部分，系统结构见图 1.单片机液晶显示屏A/D 转换器待测电压ADC0809AT89C51OCMC2X16A图 1系统结构图Fig.1 Structural diagram of system1.1 单片机 AT89C51 控制电路控制电路是包括复位和振荡电路的单片机最小系统（见图 2） 2 .1.2 模数转换电路ADC0809 的连接电路见图 2. ADC0809 除含收稿日期:2009-06-12第 1 期严世胜等： 单片机直流数字电压表的设计45有 8 位逐次逼近型 A/D 转换器外，还有 8 通道多路转换器和 3 位地址锁存和译码器，以实现对 8 路输入模拟量的选择. 当地址锁存允许信号 ALE 有效时，将 3 位地址 ADDCADDA 锁入地址锁存器中，经译码器选择 8 路模拟量中的一路通过 8 位 A /D 转换器转换输出. 输出端具有三态输出锁存缓冲器 ，受输出允许信号 OE 的控制，当该信号为高电平时，打开输出缓冲器三态门，转换结果输出到数据总线上；当该信号为低电平时，输出数据线呈高阻态. ADC0809 是 CMOS 工艺芯片，允许的电源范围较宽（515 V）. 当该芯片采用单 5 V 电源工作时，模拟信号输入范围为 05 V，输出可与 TTL 兼容 . 时钟信号 CLOCK 最高允许值为 640 kHz，ADC0809 的转换速度在最高时钟频率下为 100 s 左右. 当地址锁存信号 ALE1 期间，通道选择的地址（ADDA，ADDB，ADDC）存入地址锁存器；在 ALE 0 地址锁存. 启动信号 START 上升沿复位 ADC0809，下降沿启动 A/D 转换. EOC 为输出的转换结束信号，正在转换时为 0，转换结束时为 1. 一旦 EOC 为高即可将 OE 置为 1，打开输出三态门，从 ADC0809 输出本次转换结果 3-4 .1.3液晶显示器电路测量结果采用金鹏电子有限公司的液晶显示屏 OCMC2X16A 显示. OCMC2X16A 是蓝屏带 LED背光显示、2 行显示 32 个字符的模块 5 ，通过图 2中的可调电阻 RW1 来调节背光的强度. 模块组件内部主要由 LCD 显示屏 （LCD PANEL）、 控制器（CONTROLLER）、驱动器（DRIVER）和偏压产生电路构成.液 晶 显 示 屏 LCD 的 数 据 端 口 D0 D7 接 AT89C51 的 P1 端口 ，控制端口 RS、RW、E 分别接单片机的 P2.1、P2.2、P2.3 端口，连接电路见图 2.2 程序设计2.1程序流程图程序流程见图 3.46海南师范大学学报（自然科学版）2010 年开始系统初始化否AD 转换结束？是读取 AD 转换结果并保存在变量 getdata根据 getdata 计算出所代表的当前电压值显示当前电压值图 3程序流程图Fig.3Flow chart of the program2.2 部分程序主要是研制二路输入直流数字电压表，待测电压是 09.99 V 和 099.99 V，分别输入 ADC0809 进行模数转换. 输入 ADC0809 的电压不能大于 5 V，所以要经过分压电阻 R2、R3、R4 进行分压 ，分压电路见图 2.从 ADC0809 数据端口取出来的数据是 0 255，代表电压 09.99 V 或 099.99 V，通过单片机AT89C51 内编写好的 C 语言程序 6 来完成计算工作 ，并把测量的电压值还原显示出来. 以下是部分程序：getdata = P0; /取数据 0255 代表 09.99 V或 099.99 VOE=0;ST=0; /开启转换if(LENGTH) /如果输入电压范围的标志位为1，假设电压为 09.99 Vdispdata=getdata*3.6515;/计算要显示的电压值dispdata = dispdata/10 ;dispT(dispdata) ;/显示电压值3 实验测试3.1 测试仪器测试所用的仪器主要有直流稳压电源 1 台、数字万用表 1 个和计算机 1 台等.3.2 测试结果及分析在仿真实验结果正确的情况下，完成了硬件电路的制作. 硬件电路测试结果见表 1.表 1测试结果Tab.1Test results序号待测电压 U0/V实际测试 U2/V10.000.0020.200.2130.400.4040.600.5850.800.8061.000.9872.002.0086.005.9598.008.08109.909.841112.0011.951214.0014.061316.0016.161418.0017.921520.0020.031622.0022.141724.0023.901826.0026.011928.0028.122030.0029.872135.0035.152240.0040.072345.0044.992450.0049.912555.0054.832660.0060.102765.0065.02dispdata = dispdata/100 ;else/如果输入电压范围的标志位为由绝对误差公式U =U - U0和相对误差0，假设电压为 099.99 V公式 E% =U 100% =U - U0 100% 可dispdata=getdata*3.515; /计算要显示的电压值UU00（下转第 52 页）52海南师范大学学报（自然科学版）2010 年14 Litani-Barzilai I, Bulatov V, Schechter I. Detector Based on Time-Resolved Ion-Induced Voltage in Laser Multi-photon Ionization and Laser -Induced Fluorescence J . Anal Chim Acta,2004(501):151-156.15 Luke觢 V, Aquino A, Lischka H. Theoretical Study of Vi-brational and Optical Spectra of Methylene -Bridged Oligofluorenes J . J Phys Chem A, 2005,109:10232 - 10238.责任编辑：毕和平（上接第 46 页）算出平均绝对误差U = 0.06，平均相对误差 E% =0.68%.从表中的测试结果和平均绝对误差、平均相对误差可以得出，电压测量值和待测电压值几乎相等，误差较小，测量精度高，性能稳定.4 小结随着微机测量与控制技术的发展，以单片机为核心的数字电压表已占有很大的优势. 设计主要是研制二路输入直流数字电压表，以单片机 AT89C51 为核心部件，具有实时显示测量值的功能. 单片机体积小、重量轻、价格便宜，电路外围器件少，大大地降低了成本 . 测量值显示采用了液晶显示屏OCMC2X16A，是蓝屏带 LED 背光显示的液晶模块.液晶显示屏显示亮度可调，这样就给用户的测量工作带来了很多的方便，无论是在白天或黑夜都可以方便地进行电压测量. 仿真和硬件电路测试结果表明，该直流数字电压表具有测量精度高、电路简单、工作可靠、性能稳定、低成本等特点，具有很好的实用价值.参考文献1 宋凤娟,孙军,李国忠. 基于 89C51 单片机的数字电压表设计 J . 制造业自动化,2007,29(2):89-90.2 黄智伟. 全国大学生电子设计竞赛训练教程 M. 北京:电子工业出版社,2005:142-161.3 罗朝霞. 基于 VHDL 语言的 A/D 采样控制器设计 J .现代电子技术,2005(12):96-97.4 公茂法,黄鹤松,杨学蔚. MCS-51/52 单片机原理与实践M. 北京:北京航空航天大学出版社,2009:170-175.5 夏路易. 单片机技术基础教程与实践M. 北京:电子工业出版社,2008:180-194.6 蓝和慧,宁武,闫晓金. 全国大学生电子设计竞赛单片机应用技能精解M. 北京:电子工业出版社,2009:86-91.责任编辑：黄澜