1 导言
因为单片机具有简略有用、高可靠性、杰出的性能价格比以及体积小等长处，已经在各个技能范畴得到了迅猛发展。数字电压表（Digital Voltmeter）简称DVM，它是选用数字化丈量技能，把接连的模仿量（直流输入电压）转化成不接连、离散的数字方式并加以显现的外表。传统的指针式电压表功用单一、精度低，不能满意数字化年代的需求，选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、集成便利，还可与PC进行实时通讯。现在，由各种单片A/D 转化器构成的数字电压表，已被广泛用于电子及电工丈量、工业主动化外表、主动测试体系等智能化丈量范畴，示出强壮的生命力。与此一起，由DVM扩展而成的各种通用及专用数字仪器外表，也把电量及非电量丈量技能提高到簇新水平。本规划要点介绍单片A/D 转化器以及由它们构成的依据单片机的数字电压表的作业原理。
2 整体规划方案
2.1 设路计思路
按体系功用要求，决议操控体系选用AT89S51单片机，A/D转化选用ADC0809.体系除能保证完结要求的功用外，还能够便利地进行其功用的扩展。本文选用AT89S51作为中心元件，AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP（In-system programmable）的可重复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器材选用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技能制作，兼容规范MCS-51指令体系及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功用强壮的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式操控运用体系供给高性价比的解决方案。
选用NS公司的分辨率为8位的逐次比较型的高精度的模数转化器ADC0809,ADC0809是带有8位A/D转化器、8路多路开关以及微处理机兼容的操控逻辑的CMOS组件。它是逐次迫临式A/D转化器，能够和单片机直接接口。把采纳的电压进行处理然后经过单片机的P口送到单片机然后经进程序处理，由LED电路把电压数值显现出来。单片机加上外围的串口显现电路由74LS245和数码管三极管组成。
器材选用ATMEL公司的高密度，非易失性存储技能出产，兼容规范8051指令体系及引脚。它集Flash程序存储器，既可在线编程（ISP）也可用传统办法进行编程及通用8位微处理器于单片芯片中，ATMEL公司的功用强壮，贱价AT89s51单片机可为您供给许多高性价比的运用场合，可灵敏运用于各种操控范畴。
2.2 规划方框图
数字电压表体系规划方案
图1 数字电压表体系规划方案
3 规划原理剖析
3.1 单片机AT89S51
AT89S51单片机是美国ATMEL公司出产的低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4K bytes的可体系编程的Flash只读程序存储器，器材选用ATMEL公司的高密度，非易失性存储技能出产，兼容规范8051指令体系及引脚。它集Flash程序存储器，既可在线编程（ISP）也可用传统办法进行编程及通用8位微处理器于单片芯片中，ATMEL公司的功用强壮，贱价AT89S51单片机可为您供给许多高性价比的运用场合，可灵敏运用于各种操控范畴。
3.2 AT89S51的特色
40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中止优先级2层中止嵌套中止，2个16位可编程守时计数器，2个全双工串行通讯口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振动器 此外，AT89S51规划和装备了振动频率可为0Hz并可经过软件设置省电方式。闲暇方式下，CPU暂停作业，而RAM守时计数器，串行口，外中止体系可持续作业，掉电方式冻住振动器而保存RAM的数据，中止芯片其它功用直至外中止激活或硬件复位。一起该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装方式，以习惯不同产品的需求。
首要特性在：
● 与MCS-51单片机产品兼容
● 4K字节在体系可编程Flash存储器
● 1000次擦写周期
● 全静态作业：0Hz-33MHz
● 32个可编程I/O口线
● 2个16位守时器/计数器
● 6个中止源
● 全双工UART串行通道
● 低功耗闲暇和掉电方式
● 掉电后中止可唤醒
● 看门狗守时器
● 双数据指针
● 灵敏的ISP编程（字或字节方式）
● 4.0—5.5V电压作业规模
3.3 ADC0809的内部逻辑结构
八路数字电压表首要运用A/D转化器，处理进程是先用A/D转化器对各路电压值进行采样，得到相应的数字量，再按数字量与模仿量成正比联系运算得到对应的模仿电压值，然后把模仿值经过显现器显现出来。规划时假定待测的输入电压为八路，电压值的规模为0~5V，要求能在4位LED数码管上轮番显现或单路挑选显现。丈量的最小分辨率为0.0119V,c丈量差错为±0.02V。
ADC0809是8路8位ADC芯片，片内有8路模仿开关、地址锁存与译码、256电阻梯形网络、电子开关树、逐次迫临寄存器、比较器和3态输出锁存器等，特别合适与微机接口。时钟频率=1.26MHz，转化时刻=100μs，转化差错≤±1LSB，内含8路数据挑选器以便进行8路ADC。8路8位2进制码LSTTL电平输出，28脚封装。ADC0809多路开关可选通8个模仿通道，答应8路模仿量分时输入，共用A/D转化器进行转化。三态输出锁器用于锁存A/D转化完的数字量，当OE端为高电平时，才能够从三态输出锁存器取走转化完的数据。ADC0809的内部逻辑结构如图3.1所示。
图2 ADC0809的内部逻辑结构
3.4 引脚结构
ADC0809具有8路模仿量输入通道IN0～IN7，经过3位地址输入端C、B、A（因脚23、24、25）进行挑选。引脚22为地址锁存操控端ALE，当输入为高电平时，C、B、A引脚输入的地址锁存与ADC0809内部的锁存器中，经内部译码电路译码选中相应的模仿通道。引脚6为发动转化操控端START，当输入一个2 us宽的高电平脉冲时，就发动ADC0809开端对输入通道的模仿量进行转化。引脚7为A/D转化的完毕信号EOC。ADC0809为逐次比较型A/D转化器，当开端转化时，EOC信号为低电平，经过一守时刻，转化完毕，转化完毕信号EOC输出高电平，转化成果寄存与ADC0809内部的输出数据锁存器中。引脚9为A/D转化数据输出答应操控端OE，当OE为高电平时，寄存与输出数据存储器中的数据经过ADC0809的数据线D0～D7输出。引脚10为ADC0809的时钟信号输入端CLOCK。在衔接时，ADC0809的数据线D0～D7与AT89S51的P0口相连，ADC0809的地址引脚、地址锁存端ALE、发动信号START、数据输出答应操控端OE别离与AT89S51的P2口相连，转化完毕信号EOC与AT89S51的P3.7口相连。时钟信号输入端CLOCK信号，由单片机的地址锁存操控端ALE供给。单片机的体系时钟为12MHZ。
IN0－IN7：8条模仿量输入通道 。ADC0809对输入模仿量要求：信号单极性，电压规模是0－5V，若信号太小，有必要进行扩大；输入的模仿量在转化进程中坚持不变，如若模仿量改变太快，则需在输入前添加采样坚持电路。
地址输入和操控线：4条 。ALE为地址锁存答应输入线，高电平有用。当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A，B，C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模仿量进转化器进行转化。A，B和C为地址输入线，用于选通IN0－IN7上的一路模仿量输入。数字量输出及操控线：11条 。ST为转化发动信号，当ST上跳沿时，一切内部寄存器清零；下跳沿时，开端进行A/D转化；在转化期间，ST应坚持低电平。EOC为转化完毕信号。当EOC为高电平时，标明转化完毕；不然，标明正在进行A/D转化。OE为输出答应信号，用于操控三条输出锁存器向单片机输出转化得到的数据。OE＝1，输出转化得到的数据；OE＝0，输出数据线呈高阻状况。D7－D0为数字量输出线。
CLK为时钟输入信号线。因ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号有必要由外界供给，一般运用频率为1MHZ，VREF（＋），VREF（－）为参阅电压输入。
3.5 ADC0809运用阐明
ADC0809内部带有输出锁存器，能够与AT89S51单片机直接相连。 初始化时，使ST和OE信号全为低电平。送要转化的哪一通道的地址到A，B，C端口上。在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号。是否转化完毕，咱们依据EOC信号来判别。当EOC变为高电平时，这时给OE为高电平，转化的数据就输出给单片机。
3.6 ADC0809作业原理
8路模仿信号由ADC0809的IN0～IN7端输入，AT89S51单片机的ALE端口输出的脉冲信号送ADC0809的10脚作为ADC的时钟信号（发生CLK信号的办法就得用软件来发生）。A/D转化完结之后，从EOC端回来AT89S51一个转化完毕信号，单片机随即用信号将A/D转化的数字输出从D0～D7端经P0口数据总线读入自己的存储器中。A/D转化进程悉数完毕。再经软件程序转化成a～g 7段码输出，驱动LED数码管。各位数码管由位控信号P3.0、P3.1、P3.2、P3.3操控，由74LS245反相驱动将顺次巡回点亮数码管。
3.7 复位电路的规划
本规划选用了上电主动复位和手动复位，上电主动复位是再加电瞬间电容经过充电来完结的，其电路如图3.2所示。在充电瞬间，电容C经过复位电阻R充电，RST端出现正脉冲，以复位。只需电源VCC的上升时刻不超越1MS,就能够完结主动复位，既接通电源就完结了体系的复位初始化，手动复位是经过按钮完结的。
图3 复位电路
3.8 时钟电路的规划
任何一块单片机的正常作业都离不开时钟信号，本规划中运用8951内部的高增益反相扩大器，外加石英晶体以及两个%&&&&&%就构成了安稳的自激振动器。给单片机供给了时钟信号，坚持单片机按正常的时序作业。
图4 时钟电路
