用單片机设计数字电压表.docVIP

单片机在数字电压表中的应用 单小明 (盐城供电公司 22400) 摘 要: 在以往的测量技术中，只能将被测量通过指针式指示仪表指显示测量数值，但是指针式指示仪表读数不方便，且不易于实现计算机控制。本文利用了单片机在测量技术中的应用，采用AT80C51单片机实现模拟电压信号的检测与显示，以便于与其它设备进行数据交换，便于实现智能化控制。 关键字：AT80C51单片机芯片 模/数转换电路 七段译码/驱动电路 数码管LED 0．引言 随着单片机技术的发展，有许多新一代的单片机已经在片内集成了多路A/D转换通道，大大简化了连接电路和编程工作，单片机控制系统具有控制能力强、体积小、速度快、成本低的特点，目前企业较多的采用了微机控制技术，广泛应用于各种工业自动控制、检测技术、测量技术等领域。 1．系统概述 数字电压表主要由模/数转换电路、单片机控制电路、显示电路等三部分组成。其中，ADC0804等器件组成的转换电路，将输入的模拟量信号进行取样、转换；单片机控制电路主要实现对数据进行程序处理；显示电路主要用于显示测量结果。 2．系统组成 数字电压表电路组成框图如图1所示。 图1 电路组成框图 3．系统硬件电路 3.1模/数转换电路 数字电压表电路首先要对待测电压信号进行采样，而采样的电压信号是模拟信号，而单片机的控制只能是数字信号，因此要将采样的模拟电压信号转换成数字信号，本电路选用了模/数转换集成电路，而众多的模/数转换集成电路中ADC0804的性能要求（三态锁定输出、存取时间：135μs、分辨率：8位、总误差：±1LSB）最符合本设计中的要求，所以设计中模/数转换电路选用了ADC0804作为转换芯片，其引脚图如图2所示。 图2 ADC0804引脚图 电路对待测模拟电压信号进行采样，输入电压Uin(+)（0～51V）经过电阻R1、R2分压，由ADC0804（脚）输入，作为ADC0804的输入转换电压，电阻R1、R2的作用是使ADC0804输入电压在其允许工作电压范围内；ADC0804的时钟控制CLKIN、CLKR与电阻R3、电容器C1相连，构成时钟振荡电路，其振荡频率为1/（1.1RC）；Vin(-)、AGND接地,作为ADC0804模/数转换时的参考点；电阻R4、R5和稳压二极管D1组成分压电路，连接至ADC0804的VREF端，作为其辅助参考电压； 为ADC0804芯片片选信号，低电平有效，此电路中只使用一片ADC0804，ADC0804始终处于工作状态，所以片选端应接地。(见图3) 3.2单片机控制电路 单片机控制系统具有控制能力强、体积小、速度快、成本低的特点，随着单片机应用技术的发展，目前企业较多的采用了微机控制技术。由单片机实现仪表的测量，不仅控制简单、精度高，还便于实现数据交换和智能化控制。由于数字电压表的程序较简单，数据存储量小，对单片机控制系统的要求并不是很高，本文采用了AT80C51作为控制芯片。 利用AT80C51单片机的P0口与ADC0804的8位数据（DB0-DB7）直接相接，因为P0口通常作为数据总线使用，所以用P0口作为ADC0804的数据输入接口。在访问外部存储器时，P2口作为8位地址总线，将P2.0与ADC0804芯片INTR控制端脚相连用来控制模/数转换是否结束，再通过单片机软件程序对数字信号程序进行数据处理。单片机AT80C51的P1口是准双向I/O口，带负载能力强可以驱动4个LSTTL门，将P1口输出的地址码作为四位数码管的显示地址控制线进行分时选通，作用是将采样转换电路输入的电压通过程序调整，输出显示代码传送给译码电路，再由译码显示电路直接驱动数码管显示测量结果。(见图3) 3.3显示电路 根据技术要求须将测量结果显示出来，考虑到显示电路如不用译码电路则电路会较复杂，为简化电路便于安装、调试，可采用译码驱动显示电路。 本电路选用74LS47作为译码驱动芯片，74LS47是将锁存、译码、驱动三种功能集于一身的“三合一”器件。AT80C51的P1口低4位直接与译码电路的BCD码输入端连接，输出的BCD码信号，通过译码器译码输出七段显示码，直接与数码管的a～g笔端相连。AT80C51的P1口高4位输出的地址码经三极管接数码管的公共端，作为四位数码管显示的地址控制线进行分时选通，采用的动态扫描显示方式。数码显示电路的作用是显示测量输入电压。 使用普通LED数码管时，工作电流一般选择在10mA/段左右，这样既保证亮度适中，又不会损坏器件，故使用时必须在数码管的每段中串接一适当阻值的限流电阻。(见图3) 3.4电源电路 电路中涉及到的集成电路有74LS47、ADC0804、AT80C51，根据它们的技术参数要求，正常工作时均为5V供电，且电路工作静态电