一種簡易數(shù)字電壓表的設計與制作

出處：電子愛好者博客發(fā)布于：2014-02-08 10:27:32

　　摘要：本文介紹一種基于51單片機的簡易數(shù)字電壓表的設計制作，該設計主要由三個模塊組成：a/d轉換模塊，數(shù)據(jù)處理模塊及顯示模塊。a/d轉換主要由芯片adc0808來完成，它負責把采集到的模擬量轉換為相應的數(shù)字量在傳送到數(shù)據(jù)處理模塊。數(shù)據(jù)處理則由芯片at89c51來完成，其負責把adc0808傳送來的數(shù)字量經過一定的數(shù)據(jù)處理，產生相應的顯示碼送到顯示模塊進行顯示。數(shù)字電壓表測量分為ov-1.999v,2.000v-19.99v,20.00v-199.9v,200.0v-1999v四個檔位，并通過一個四位一體的7段數(shù)碼管顯示出來。

　　1.引言

　　在電量的測量中，電壓、電流和頻率是基本的三個被測量，而電壓的測量為常見，現(xiàn)在學生使用的數(shù)字萬用表能夠測量多種電量，并且具有一定的，使用方便。為了讓學生更好地了解數(shù)字電壓表的工作原理，從而激發(fā)他們對單片機課程的學習興趣。本文從軟硬件設計、proteus仿真、制作實物、誤差分析幾個方面著手，闡述數(shù)字電壓表的工作原理、數(shù)據(jù)的程序處理方法、數(shù)字信號軟件濾波原理。

　　2.硬件設計

　　硬件電路設計由4個部分組成：a/d轉換電路，at89c51單片機系統(tǒng)，led顯示系統(tǒng)、測量電壓輸入電路。硬件電路設計框圖如圖1所示。其總設計框圖如下：

　　此電路的工作原理是：+5v模擬電壓信號通過變阻器vr1分壓后由adc08008的in0通道進入（由于使用的in0通道，所以adda,addb,addc均接低電平），經過模/數(shù)轉換后，產生相應的數(shù)字量經過其輸出通道d0-d7傳送給at89c51芯片的p0口，at89c51負責把接收到的數(shù)字量經過數(shù)據(jù)處理，產生正確的7段數(shù)碼管的顯示段碼傳送給四位led,同時它還通過其四位i/o口p2.0、p2.1、p2.2、p2.3產生位選信號控制數(shù)碼管的亮滅。

　　簡易數(shù)字直流電壓表的硬件電路已經設計完成，就可以選取相應的芯片和元器件，利用pROTEUS軟件繪制出硬件的原理，并仔細地檢查修改，直至形成完善的硬件原理圖。但要真正實現(xiàn)電路對電壓的測量和顯示的功能，還需要有相應的軟件配合，才能達到設計要求。

　　3.軟件設計

　　根據(jù)模塊的劃分原則，將該程序劃分初始化模塊，a/d轉換子程序和顯示子程序，這三個程序模塊構成了整個系統(tǒng)軟件的主程序，如圖2所示。

　　整個程序設計的在于對a/d轉換的數(shù)據(jù)進行處理，包括數(shù)字濾波處理，數(shù)據(jù)小數(shù)位數(shù)的處理等。a/d轉換子程序用來控制對輸入的模塊電壓信號的采集測量，并將對應的數(shù)值存入相應的內存單元。

　　顯示子程序采用動態(tài)掃描實現(xiàn)四位數(shù)碼管的數(shù)值顯示，在采用動態(tài)掃描顯示方式時，要使得led顯示的比較均勻，又有足夠的亮度，需要設置適當?shù)膾呙桀l率，當掃描頻率在70hz左右時，能夠產生比較好的顯示效果，一般可以采用間隔10MS對led進行動態(tài)掃描，每一位led的顯示時間為1MS.

　　4.結果及誤差分析

　　由于單片機at89c51為8位處理器，當輸入電壓為5.00v時，adc0808輸出數(shù)據(jù)值為255（ffh），因此單片機的數(shù)值分辨率為0.0196v（5/255）。這就決定了電壓表的分辨率只能到0.0196v,從表1可看到，測試電壓一般以0.01v的幅度變化。

　　當in0口輸入電壓值為13.5v時，顯示結果如圖3所示。測量誤差為0.1v.

　　從表1可以看出，簡易數(shù)字電壓表測得的值基本上比標準電壓值偏大0-0.01v,這可以通過校正adc0808的基準電壓來解決或者通過軟件校準的方式來降低誤差。因為該電壓表設計時直接用5v的供電電源作為電壓，所以電壓可能有偏差。當要測量大于5v的電壓時，可在輸入口使用分壓電阻，而程序中只要將計算程序的除數(shù)進行調整就可以了。