基于单片机数字电压表的硬件设计.ppt
基于单片机数字电压表的硬件设计,专业：集成电路设计与集成系统,目录,研究意义研究现状研究内容数字电压表的概况系统硬件设计系统主要硬件模块介绍单片机与PC之间的串行通信系统调试及性能分析,研究意义,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常见。电学参量测量技术涉及范围广，适用于学校、工业、科研、国防等各种领域，供实验室和工业现场测试用。而且随着电子技术的发展，在数字化、智能化、科技化为主的今天。数字电压表已成为电压表设计的主要方向，在当前电压测量系统中占有非常重要的位置。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。在电器测量中，电压表是一个很重要的参数。如何精准的测量模拟信号的电压值，一直是电测仪器研究的内容之一。数字电压表是通用仪器中使用较广泛的一种测试仪器，很多电量或非电量经变化后都用可数字电压表完成测试。因此，数字电压表被广泛地应用于科研和生产测试中。,研究现状,最近十几年来，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日新月异，并不断出现新的类型。本设计在分析研究和总结了单片机技术的发展历史及趋势的基础上，以实用、可靠、经济、精度高等设计原则为目标，设计出基于单片机的数字测量电压表。单片机有着微处理器所不具备的功能，它可单独的完成现代工业控制所需求的智能化控制功能，这是单片机的最大特征。,研究内容,在数字电压表的设计中，控制系统采用AT89C52单片机，A/D转换器采用ADC0809高精度、8位逐次逼近式转换电路，测量范围直流0-5V，并在四位8段LED数码管上轮流显示或单路选择显示，可以与PC机进行串行通信。,数字电压表的概况,数字电压表的特点,数字电压表的概况,电压表的发展概况,数字电压表的设计背景,数字仪表的发展趋势,电压表的发展概况,电压测量是电子测量的一个重要内容。随着电子技术的发展，对电压测量提出了一系列的要求，主要可概括为：第一应有足够宽的电压测量范围；第二应该有足够高的测量准确度；第三应有足够高的输入阻抗；第四应有高的抗干扰能力。,数字电压表的设计背景,数字电压表是诸多数字化仪表的核心与基础。以数字电压表为核心，可以扩展成各种通用数字仪表、专用数字仪表及各种非电量的数字化仪表（如：温度计、湿度计、酸度计、重量、厚度仪等），几乎覆盖了电子电工测量、工业测量、自动化仪表等各个领域。而且数字式仪器具有读数精准方便、精度高、误差小、灵敏度高和分辨率高、测量速度快等特点。因此对数字电压表作全面深入的了解是很有必要的。,数字电压表的特点,显示清晰直观，读数准确显示位数准确度高 分辨率高 测量范围宽 扩展能力强 测量速度快 输入阻抗高 集成度高，微功耗 抗干扰能力强,广泛采用新技术，不断开发新产品向模块化发展多重显示仪表安全性操作简单化,数字仪表的发展趋势,系统硬件设计,核心芯片的选择 AT89C52单片机价格低廉，输入输出口丰富，无需再另外扩展，简化了外围电路。模数转换芯片的选择 ADC0809是8位的A/D转换芯片，为逐次逼近型。设计方案 按系统功能实现要求，决定控制系统采用AT89C52单片机，A/D转换采用ADC0809，系统除能确保实现要求的功能外，还可以方便的进行8路其他A/D转换量的测量、远程测量结果传送的扩展功能。,数字电压表系统的设计方案,系统硬件电路的设计 数字电压测量电路由A/D转换、数据处理及显示控制等组成，电路原理图如图所示。,数字电压表电路原理图,系统主要硬件模块介绍,AT89C52控制模块 控制模块是由AT89C52单片机来实现数据的处理和控制的。A/D转换模块 A/D转换模块是由ADC0809芯片来完成的。ADC0809芯片是典型的8位8通道逐次逼近式A/D转换器，采用CMOS工艺制造。LED显示模块 LED数码显示模块是由8段共阳的LED数码管来显示电压值和通道的。电源电路 电源电路设计，是在整体电路设计中最基础的必备功夫，它是通过变压器（直流稳压电压）提供一个5V的电源电压。晶体谐振器电路 晶振是为电路提供频率基准的元器件 复位电路 上电初始化这些工作为复位，完成这个功能的电路称之为复位电路。,单片机与PC之间的串行通信,串行通信原理 所谓“串行通信”是指外设和计算机间使用一根数据信号线，数据在一根数据信号线上按位进行传输，每一位数据都占据一个固定的时间长度。串行通信有三种通信方式：单工、半双工、全双工。串行通信硬件的实现 采用了电平转换芯片MAX232来实现了单片机电平与RS232电平之间的统一。单片机端的串行通信 单片机AT89C52内部有一个功能很强的全双工串行口，可以同时发送和接收数据，它有四种工作方式可供不同场合使用。,系统调试及性能分析,硬件的调试 排除逻辑故障 排除元器件失效 排除电源故障 单片机汇编语言的调试 新建工程选择芯片AT89C52新建文件加载程序保存.ASM文件编译调试改错编译通过生成.HEX文件硬件，软件仿真调试和测试,性能分析该电压表的最大分辨率（精度）只能达到0.0196V。测试时电压数值的变化一般以0.02压幅度变化，如果获得更高的精度要求，应采用12位、13位的A/D转换器。该数字电压表测得的值基本上均比标准值偏大0.010.02V。这可以通过校正0809的基准电压来解决，另外可以用软件编程来校正测量值。ADC0809的直流输入阻抗为1M，能满足一般的电压测试需要。,感 谢,
