信息与电气工程学院
单片机系统设计项目(三级项目)
设计说明书
（2013/2014学年第二学期）
题 目 ： 简易数字电压表的设计
简易数字电压表的设计
摘要：在电路设计中，我们常会用到电压表，本报告介绍了基于51系列单片机
设计的一种简易数字电压表，该电压表实现的功能就是将两路模拟输入电压经A/D转换器转换为数字量，对这两路输入电压值用两位LED进行轮流显示或单路选择显示，显示精度为0.1V，并通过串口通信在Proteus软件中仿真显示。本设计功能模块主要由三部分组成：ADC0832转换器、AT89C51单片机、四位共阳数码管。ADC0832转换器的作用是将输入的模拟电压信号转换为相应的数字量再传送到数据处理模块。数字处理模块为AT89C51芯片，其功能为把从ADC0832接收到的数字量进行编码发送到四位共阳数码管进行显示并控制着ADC0832的工作。在PC机上用KEIL进行编码，Proteus进行电路仿真，仿真无误后将程序烧入到开发板中。
关键字：AT89C51单片机、ADC0832变换器、四位共阳数码管。
目录
1 绪论 ............................................................. 1
1.1 研究背景-数字电压表 ......................................... 1 1.2 Proteus简介................................................. 1 1.3 Keil u Vision简介........................................... 2 2 系统应用的硬件介绍 ............................................... 2
2.1 AT89C51单片机............................................... 2
2.1.1 AT89C51性能 ........................................... 2 2.1.2 AT89C51各引脚功能 ..................................... 3 2.2 A/D转换模块................................................. 4
2.2.1逐次逼近型A/D转换器原理 ............................... 5 2.2.2 ADC0832的主要特性 ..................................... 5 2.2.3 ADC0832外部引脚及其说明 ............................... 6 2.2.4 单片机对ADC0832 的控制原理 ............................ 6 2.3 LED显示模块................................................. 7
2.3.1 LED基本结构 ........................................... 7 2.3.2 LED显示器的选择 ....................................... 8 2.3.3 LED译码方式 ........................................... 8
3 设计方案 ......................................................... 9
3.1设计要求..................................................... 9 3.2 整体设计方案 ................................................ 9 3.3 详细电路设计 ............................................... 10
3.3.1 复位电路.............................................. 10 3.3.2 时钟电路.............................................. 11 3.3.3 LED显示系统电路 ...................................... 11 3.4 整体电路 ................................................... 12 4 程序设计 ........................................................ 13
4.1程序设计总方案.............................................. 13 4.2系统子程序设计.............................................. 13
4.2.1初始化程序 ............................................ 14 4.2.2 A/D转换子程序 ........................................ 14 4.2.3显示子程序 ............................................ 14
5 系统测试及结果显示 .............................................. 15 6 设计总结 ........................................................ 16 参考文献 .......................................................... 18 附录 .............................................................. 19
1 绪论
1.1 研究背景-数字电压表
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，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，从而具有精度高、抗干扰能力强、可扩展性强、集成方便，还可与PC进行实时通信的优点。数字电压表简称DVM，它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。在电量的测量中，电压、电流和频率是最基本的三个被测量，其中电压量的测量最为经常。而且随着电子技术的发展，更是经常需要测量高精度的电压，所以数字电压表就成为一种必不可少的测量仪器。
数字电压表是诸多数字化仪表的核心与基础。最近的几十年来，随着半导体技术、集成电路（IC）和微处理器技术的发展，数字电路和数字化测量技术也有了巨大的进步，从而促使了数字电压表的快速发展，并不断出现新的类型。数字电压表从1952年问世以来，经历了不断改进的过程，从最早采用继电器、电子管和形式发展到了现在的全固态化、集成化（IC化），另一方面，精度也从0.01%-0.005%。
目前，数字电压表的内部核心部件是A/D转换器，转换的精度很大程度上影响着数字电压表的准确度，因而，以后数字电压表的发展就着眼在高精度和低成本这两个方面。A/D转换器分成四种：计数式A/D转换器、双积分式A/D转换器、逐次逼近式A/D转换器和并行式A/D转换器。目前最常用的是双积分式A/D转换器和逐次逼近式A/D转换器，其中双积分式A/D转换器转换精度高，抗干扰性能好，价格便宜，但是转换速度慢，因此这种转换器主要用于速度要求不高的场合。而逐次逼近式A/D转换器转换速度快，但精度相对较差。因此未来的A/D转换器将兼顾精度和速度，成本也会随着集成电路的发展而降低。
1.2 Proteus简介
Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片
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机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三 合一的设计平台，其处理模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。
在Proteus绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：*.HEX，可以在Proteus的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。
1.3 Keil u Vision简介
Keil软件是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机汇编或C语言软件开发系统，在功能上、结构上、可读性、可维护性上有明显的优势。
Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件，它提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（u Vision）将这些部分组合在一起。
2 系统应用的硬件介绍
本次课设用到的主要的硬件有3种： AT89C51单片机，A/D转换模块， LED
显示模块。下面对这三部分硬件进行详细地介绍。 2.1 AT89C51单片机 2.1.1 AT89C51性能
AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含有4KB的可反复擦写的只读程序存储器和128字节的随机存储器。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容，由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，它为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
AT89C51功能性能:与MCS-51成品指令系统完全兼容；4KB可编程闪速存储器；寿命：1000次写/擦循环；数据保留时间：10年；全静态工作：0-24MHz；三级程序存储器锁定；128*8B内部RAM；32个可编程I/O口线；2个16位定时/计数器；5个中断源；可编程串行UART通道；片内震荡器和掉电模式。
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