图4 LED引脚排列
LED七段数码显示器由8个发光二极管组成显示字段，其中7个长条形的发光二极管排列成“日”字形，另一个圆点形的发光二极管在显示器的右下角作为显示小数点用，其通过不同的组合可用来显示各种数字。
2.3.2 LED显示器的选择
在应用系统中，设计要求不同，使用的LED显示器的位数也不同，因此就生产了位数，尺寸，型号不同的LED显示器供选择，在本设计中，选择4位一体的数码型LED显示器，简称“4-LED”。本系统中前一位显示电压的整数位，即个位，后一位显示电压的小数位。
4-LED显示器引脚如图5所示，是一个共阳极接法的4位LED数码显示管，其中a，b，c，d, e，f，g为4位LED各段的公共输出端，1、2、3、4分别是每一位的位数选端，dp是小数点引出端，4位一体LED数码显示管的内部由4个单独的LED组成，每个LED的段输出引脚在内部都并联后，引出到器件的外部。
图5 4位LED引脚
对于这种结构的LED显示器，它的体积和结构都符合设计要求，由于4位LED阳极的各段已经在内部连接在一起，所以必须使用动态扫描方式（将所有数码管的段选线并联在一起，用一个I/O接口控制）显示。
2.3.3 LED译码方式
译码方式是指由显示字符转换得到对应的字段码的方式，对于LED数码管显
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示器，通常的译码方式有硬件译码和软件译码方式两种。
硬件译码是指利用专门的硬件电路来实现显示字符码的转换。
软件译码就是编写软件译码程序，通过译码程序来得到要显示的字符的字段码，译码程序通常为查表程序。
本设计系统中为了简化硬件线路设计，LED译码采用软件编程来实现。由于本设计采用的是共阳极LED，其对应的字符和字段码如下表3所示。
表3 共阳极字段码表 显示字符 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 共阳极字段码 0x03H 0x9fH 0x25H 0x0dH 0x99H 0x49H 0x41H 0x1fH 0x01H 0x09H 3 设计方案
3.1设计要求
（1）选用51系列单片机，在单片机的作用下组成一个简单的直流数字电压表。 （2）能监测两路的输入电压值，测量范围为0-5V的输入电压值。
（3）用8位串行A/D转换器，8位分辨率，逐次逼近型，基准电压为5伏。 （4）能用两位LED进行轮流显示或单路选择显示，显示精度0.1伏，并通过串口通信在PC机上进行显示。
3.2 整体设计方案
硬件电路设计由6个部分组成; A/D转换电路，AT89C51单片机系统，LED显示系统、时钟电路、复位电路以及测量电压输入电路。硬件电路设计框图如图6所示。
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图6 数字电压表系统硬件设计框图
测量的模拟电压输入后经过A/D转换，变成数字量，输入进单片机，然后又控制LED显示出电压值。
3.3 详细电路设计
详细电路都是先在Proteus软件里做仿真，然后再进行的实际电路连接。 3.3.1 复位电路
单片机在启动运行时都需要复位，使CPU和系统中的其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。MCS-51单片机有一个复位引脚RST,采用施密特触发输入。当震荡器起震后，只要该引脚上出现2个机器周期以上的高电平即可确保时器件复位。如图7所示。
图7 复位电路设计
复位完成后，如果RST端继续保持高电平，MCS-51就一直处于复位状态，只要RST恢复低电平后，单片机才能进入其他工作状态。单片机的复位方式有上电自动复位和手动复位两种，图7是51系列单片机统常用的上电复位和手动复位组合电路，只要Vcc上升时间不超过1ms，它们都能很好的工作。
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3.3.2 时钟电路
单片机中CPU每执行一条指令，都必须在统一的时钟脉冲的控制下严格按时间节拍进行，而这个时钟脉冲是单片机控制中的时序电路发出的。CPU执行一条指令的各个微操作所对应时间顺序称为单片机的时序。MCS-51单片机芯片内部有一个高增益反相放大器，用于构成震荡器，XTAL1为该放大器的输入端，XTAL2为该放大器输出端，但形成时钟电路还需附加其他电路。
本设计系统采用内部时钟方式，利用单片机内部的高增益反相放大器，外部电路简，只需要一个晶振和2个电容即可，如图8所示。
图8 时钟电路设计
电路中的器件选择可以通过计算和实验确定，也可以参考一些典型电路的参数，电路中，电容器C1和C2对震荡频率有微调作用，通常的取值范围是30±10pF，在这个系统中选择了33pF；石英晶振选择范围最高可选24MHz，它 决定了单片机电路产生的时钟信号震荡频率，在本系统中是11.0592MHz，因而时钟信号的震荡频率为11.0592MHz。
3.3.3 LED显示系统电路
由于单片机的并行口不能直接驱动LED显示器，所以，在一般情况下，必须采用专用的驱动电路芯片，使之产生足够大的电流，显示器才能正常工作。如果驱动电路能力差，即负载能力不够时，显示器亮度就低，而且驱动电路长期在超负荷下运行容易损坏，因此，LED显示器的驱动电路设计是一个非常重要的问题。我们设计的电路图如图9所示。
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图9 LED显示系统电路设计
为了简化数字式直流电压表的电路设计，在LED驱动电路的设计上，可以利用单片机P0口上外接的上拉电阻来实现，即将LED的A-G段显示引脚和DP小数点显示引脚并联到P0口与上拉电阻之间，这样，就可以加大P0口作为输出口的驱动能力，使得LED能按照正常的亮度显示出数字。
3.4 整体电路
经过以上的设计过程，可设计出基于单片机的简易数字直流电压表硬件电路原理图如图10所示。
图10 整体电路设计
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