基于单片机的数字电压表--开题报告
毕业设计（论文）开题报告
――基于单片机的数字电压表设计与实现
引言
在传统的电工和电子测量中广泛使用的模拟测量仪表，虽然具有可直观看出表针偏转了多少格或满刻度的百分之几等优点，但需要对读数加以换算或说明，
尤其是不可避免地要带来人为的“视差”，不同的观察者会得到不同的结果。数字仪表则不同，它可以将测量结果直接用数字显示出来，读数准确，设计简单，可以随身携带，使用上更加方便快捷。
一、数字电压表的历史发展与选题意义
数字电压表（Digital Voltmeter ）简称DVM它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量（直流输入电压）转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。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，由精度高、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。目前，由各种单片A/D转换器构成的数字电压表，已被广泛用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域，示出强大的生命力。与此同时，由DVMT展而成的各种通用及专用数字仪器仪表，也把电量及非电量测量技术提高到崭新水平。
1.1数字电压表的历史发展
数字电压表自1952年问世以来，已有50多年的发展史，大致经历了五代产品。第一代产品是20世纪50年代问世的电子管数字电压表，第二代产品属于20世纪60年代出现的晶体管数字电压表，第三代产品为20世纪70年代研制的中、小规模集成电路的DVM近年来，国内外相继推出由大规模集成电路
（LSI）或超大规模集成电路（VLSI）构成的数字电压表、智能数字电压表，分别属于第四代、第五代产品。它们不仅开创了电子测量的先河，更以其高准确度、高可靠性、高分辨力、高性价比等优良特性而受到人们的青睐。
1.2选题意义
相对于传统的指针表而言，数字电压表有以下特点：
1. 读数直观准确；
2. 显示位数；
3. 准确度高，分辨率高；
4. 测量范围宽；
5. 扩展能力强；
6. 测量数率快；
7. 输入阻抗高；
8. 集成度高，微功耗；
9. 抗干扰能力强。
由上可知，数字电压表代替传统的指针电压表是必然的趋势，也是当前市场的迫切要求。而本次课题的选择正是基于单片机的数字电压表设计。
二、本课题主要研究内容
本次设计要求以单片机为基础制作数字电压表。通过设计熟悉A/D转换原理、51系列单片机的使用和LED数码管的使用方法、译码、显示过程。
功能要求为：（1）三位直流数字电压表；
（2）量程范围为0-5V;
（3）精确到小数点后两位。
（4）数字电压表的LED上显示相应电压值
（5）8通道进行电压值采集
本系统主要通过硬件设计、软件编程手段来实现功能。第一，根据设计要求制作出能完成设计功能电路图。第二，根据电路图编写程序控制单片机（可以使用VB语言或者C语言），使单片机控制A/D转换器进行模数转换，并在LED上面显示出来对应的电压值。
三、方案设计
3.1总体结构
数字电压表的组成（图1）
图1 数字电压表的组成框图
DVM( Digital Voltage Meter )的核心是 A/D 转换器。
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，还可以方便地进行 8路其他A/D 转换量的测量和远程测量结果传送等扩展功能。数字电压表系统设计方案框图 如图2所示。
AT89S52
图2数字电压表系统设计方案框图
A/D 转换器在单片机的控制下完成对模拟信号的采集和转换功能，最后由 数码管显示采集的电压值。然而本次设计的核心部分就是A/D 转换器以及单片 机，以及程序的编写。所以着重从这两方面来考虑本次设计的方案选择。
3.2单片机选择
3.2.1采用8031芯片
采用8031作为此次设计的单片机，EPROM2716RAM611分别作为单片机 的程序存储器和单片机的数据存储器。
EPROM271是 8031单片机的程序存储器，用于存放指令，常数及表格。
RAM611是8031单片机的数据存储器用于存放采集的数据及数据的计算 与树立结果等。
3.2.2采用AT89S52芯片
采用AT89S52作为此次设计的单片机，该芯片具有低功耗、高性能的特点， 是采用CMOS ：艺的8位单片机。
选择：由于8031单片机没有自带的RAM 且没有可在线编程(ISP ) Flash 存储器；故需要外接数据存储器和程序存储器，加入存储器后使得成本也较高。 这样一来电路连线较为复杂，容易在焊接方面出现失误导致系统无法实现其功 能，故本次设计选择自带 RAM 可在线编程的AT89S52单片机。
3.3 A/D 转换器选择
3.3.1采用ICL7109芯片
电源电路 -----
ADC0809 5? ----- 4位LED 显示
P0
P
2
采用12位A/ D转换器ICL7109来实现模数转换功能。ICL7109是一种高精度、低噪声、低漂移的双积分式12位模/数变换器，该芯片由模拟电路和数字电路两部分组成，其中模拟电路由模拟信号输入、振荡电路、积分、比较电路和基准电压源组成。数字电路由时钟振荡器、异步通信握手逻辑、转换控制逻辑、计数器、锁存器、三态门组成。
3.3.2 采用ADC0809E片
采用8位A/D转换器ADC080来实现模数转换功能。ADC0809是一种典型
的A/D转换器，是8位8通道的A/D转换器。ADC080抽一个8位A/D转换器、一个8路模拟量开关、8路模拟量地址锁存/译码器和一个三态数据输出锁存器组成。
选择：ICL7109为12位A/D转换器，具有较强的接口处理能力。但是由于使用的是12位高分辨率的A/D转换器，而根据本次设计的要求并不需要这么高的分辨率，如果使用12位的A/D转换器ICL7019成本就会提高。故本次设计选择常见的8位AD选择器ADC0809
3.4软件方案选择
3.4.1用汇编实现系统的模拟
汇编语言是一种功能很强的程序设计语言，也是利用计算机所有硬件特性并能直接控制硬件的语言。汇编语言，作为一门语言，对应于高级语言的编译器，需要一个“汇编器”来把汇编语言原文件汇编成机器可执行的代码。
汇编语言的优点：(1)能够直接访问与硬件相关的存储器或I/O端口；
(2)能够不受编译器的限制，对生成的二进制代码进
行完全的控制；
(3)能够对关键代码进行更准确的控制，避免因线程共同访问或者硬件设备共享引起的死锁；
汇编语言的缺点：(1)编写的代码非常难懂，不好维护；
(2)很容易产生bug,难于调试；
(3)只能针对特定的体系结构和处理器进行优化；
(4)开发效率很低，时间长且单调。
3.4.2用C语言实现系统的模拟
C语言是一种计算机程序设计语言。它既有高级语言的特点，又具有汇编语言的特点。它可以作为系统设计语言，编写工作系统应用程序，也可以作为应用程
序设计语言，编写不依赖计算机硬件的应用程序。因此，它的应用范围广泛。
C语言的优点：（1）简洁紧凑、灵活方便。
（2）运算符丰富。
（3）数据结构丰富。
（4）C语言限制不太严格，程序设计自由度大。
C语言的缺点：（1）C语言的缺点主要是表现在数据的封装性上。
（2）C语言的语法限制不太严格，对变量的类型约束不严格，影响程序的安全性，对数组下标越界不作检查等。
3.4.3软件选定方案
利用keil5和proteus对系统进行仿真，根据C语言的简便灵活且易于查错的特点，决定选用C语言实现系统的模拟。
四、设计可行性分析与难点
本次设计只需选用模块化单片机系统，采用模块化、组合化、标准化的设计原则，把现成的硬件模板和软件进行系统组合，并利用仿真器调试软件，系统调试成功后，设计目的是能够实现的。而且设计需求的AT89C51 ADC0901 LED显示管、晶震等器件市场上都可以购买得到，而且实验室也曾做过一些相关实验，所以我认为本次设计的方案是可行的。
由于本课题中设计到单片机的选择和A/D转换器的选择，所以相对来说，首先器材的选择与焊接都是此次设计的难点。由于单片机的使用，编写程序也是本次设计的一大难题。
五、设计（论文）的预期结果
基于单片机的数字电压具有：
1. 3位直流数字电压表；
2 .量程范围0V---+5V ;
3. 要求精确到小数点后二位；
4. 完成整个电路的硬件设计及调试；
5. 根据硬件电路，完成单片机程序的编写并进行调试；
7. 使用LED进行电压值的显示
8. 8路电压值采集
9 ?完成实物制作。
六、设计（论文）的进程安排
七、目前资料收集情况（含指定参考资料）
1?《单片机程序设计实例》先锋工作室编著北京：清华大学出版社，2003.1 2?《单片微机原理系统设计与应用》万福君，渊松峰主编。中国科学技术
大学出版社，2001 .1
3?《新编MCS-51单片机应用设计》张毅刚主编，哈尔滨工业大学出版社，2003.6
4.《51单片机应用系统开发典型实例》戴佳主编，
5 ?《单片机原理及应用》张毅刚主编彭喜元董继成副主编高等教育
出版社2003.12
6. 《电气控制与可编程控制器技术》史国生主编王念春赵阳主审化学工业出版社2005.4