摘 要

本设计可归结为数字显示型交流电压表的设计，而其所使用的主要技术为模数转换测量技术，即将被测目标模拟信号量（交流电压）转化为便于处理的数字信号量，再把结果进行数字显示。本毕业设计使用Proteus和Keil软件来联合仿真基于AT89C51的交流电压检测与数字显示。本次毕业设计的主要流程为：分析系统需求、方案的实现、功能模块划分、电路仿真图设计、软件程序设计和联合整体仿真。使用的主要器件包括：AT89C51芯片、ADC0808、74HC573、四位一体共阴极数码管显示器。

设计实现的主题步骤是先将被测交流电压通过变压器和单相桥式电路进行降压和整流，接着进入峰值检测电路提取电压值，所得到的数据利用ADC0808进行A/D转换，最后将数据输入AT89C51芯片进行编译使被测交流电压值通过数码管进行显示。

该设计是一种结构简单、低成本、操作简单的交流电压检测系统。

关键词：单片机；交流电压检测；数字显示；A\D转换

Abstract

This design can be summed up in the design of digital display AC voltmeter,and the main technology used in the analog digital conversion measurement technology, will be measured target analog signal (AC voltage) into a digital signal to facilitate the processing, and then the results of the digital display.This graduation project uses Proteus and Keil software to simulate the AC voltage detection and digital display based on AT89C51.The main process of this graduation project is: analyzing the system requirements, the implementation of the program, the function module division, the circuit simulation diagram design, software programming and joint whole simulation.The main devices used include: AT89C51 chip, ADC0808,74HC573, 7SEG-MPX4-CC.

The first step of the design and implementation of the theme is to step-down and rectifier the test AC voltage through the transformer and single-phase bridge circuit,Then enter the peak detection circuit extraction voltage value, the obtained data using A/D for ADC0808 conversion, and finally the data input AT89C51 chip is compiled to make the measured AC voltage value through the digital tube display.The design is a simple structure, low cost, simple operation of AC voltage detection system.

Key Words：Single chip microcomputer; AC voltage detection; digital display; A/D converter

目 录

第1章 绪论 1

1.1研究课题的目的及意义 1

1.2 主要元件概述 1

第2章 总体设计方案 3

2.1 设计要求 3

2.2 设计思路 3

2.3 设计方案 3

2.4 系统工作原理 4

第3章 硬件模块电路设计 5

3.1 测量电压输入模块 5

3.1.1 变压电路 5

3.1.2 整流电路 5

3.1.3 滤波电路 6

3.1.4 峰值检测电路 7

3.2 A/D转换模块 8

3.2.1 逐次逼近型A/D转换原理 8

3.2.2 ADC0808主要特性 9

3.2.2 ADC0808外部引脚特征及内部结构   9

3.3 单片机系统 11

3.3.1 AT89C51各引脚功能 12

3.3.2  复位电路设计  14

3.3.3  时钟电路设计  15

3.4 数据锁存器 15

3.4.1  74HC573特点及管脚功能 15

3.5 数码管显示系统 17

3.5.1  数码管基本结构  17

3.5.2  译码方式  18

3.5.3  数码管与单片机连接设计   18

3.6 总体电路设计 19

3.7 PCB绘制 20

第4章 程序设计 22

4.1  程序设计总方案  22

4.2  系统子程序设计  22

4.2.1  初始化程序  22

4.2.2  中断子程序  22

4.2.3  数据处理模块 23

4.2.3  显示子程序  24

第5章 仿真 25

5.1 软件调试 25

5.2 显示结果及误差分析  25

5.2.1  显示结果  25

5.2.2  误差分析  28

第6章 总结 29

参考文献 30

致 谢 31

第1章 绪论

1.1研究课题的目的及意义

本设计可归结为数字显示型交流电压表的设计。现如今电子计算机的飞速发展，带起了数字电子技术的发展，成为了电子高级仪表出现的基石^[1]。

数字显示型电表最初是电子管比较型，精准度高，但是体积重。随后为谐波式电压表，速度虽有提高但准确性和稳定性差。再后是比较式仪表，它也具有高精准的优点，测速方面也得到了改进，但不能很好地抵抗干扰。在谐波式的基础上提升为阶梯波式，成本降低性能却没有提高。数字电压表的发展的已经非常成熟，原理和参数测量已有多种形式。元件的技术提升，准确度得到了了很大的提高，已经达到1NV，读数速度达到每秒几万次，成本也降低了很多。

现有的多种设计用显示元件中，数码管有性能出众，其中屏幕可视角度、亮度、功耗、和刷新速率等方面优势突出。因此，未来LED显示数字电压表将拥有广泛的应用前景和发展空间。

伴随着现代科技的飞速发展，现代工业等许多领域交流电压的测量是必不可少的，而且对测量精准度要求越来越高，但是原有的指针式交流电表不仅只能实现一种功能，还有读数不准确，测量精度不高等缺点^[2]。但数字显示型电表不仅在测量精度和读数误差方面得到了提升，同时还具备了反应速度快、扩展性强等优点。因此数字显示型电表已经大规模的代替了原有的指针式电表，并且被大量使用在电气行业、先进化数字仪表、自测机床等领域。现今数字显示型电表变成了十分重要的测量仪表，它的设计和创新也基于这种需求发展起来。

这种电子仪表的出现，一是由于系统自动控制实验领域运用了电子计算机的应用，要求将各种被观测量和被控制量转换成数字量，以便于实时控制和数据处理。同时数字电子线路相关技术的发展，为数字显示型仪表的研发提供了平台。因此，计算机相关技术的提升和数字显示型电表的产生与发展与是密不可分的。它的出现也解决了电子测量中的过程繁琐等一系列问题。

1.2 主要元件概述

近几十年来，大多数数字显示型电表仅由硬件构成，不仅构造十分繁琐，且测量精准度低，因此为了完成高精准的数字显示型电表，我们运用AT89C52芯片主体进行研究。然后通过相关软件和硬件等进行设计，再使用它与 A/D 转换芯片相结合反复调试，不仅可以完成数据的传输还可以对其进行所需的处理^[3]。

本设计将使用ADC0808芯片对采集到的模拟信号进行A/D转换。A/D转换芯片ADC0808可以把输入端收集到的被测交流电压对应的模拟信息量变换成对应的数字信息量，通过多次采集数字信号后得到其与被测信号关系，再对单片机AT89C51进行软件编程，使单片机按要求运作，得到交流电压值，最后驱动数码管对数值进行显示。AT89C51通常简称单片机，它自带4K FLASH存储器和8位CMOS的微处理器。具有低电压、高性能的特点。它基于ATMEL设计，且和MCS-51大体相兼容，每个芯片中都具有八位多功能CPU和闪存器，因此性能高效。它给许多电路设计带来了一种价格低有便捷简单的设计方案。

第2章 总体设计方案

2.1 设计要求

（1）设计基于单片机的交流电压检测与数字显示的整体结构框图及原理图。