使用8051微控制器的數字電壓表
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在這個(gè)項目中，我將展示如何使用8051單片機設計一個(gè)數字電壓表，并解釋其工作原理。電壓表是一種測量?jì)x器，用于測量電網(wǎng)中兩點(diǎn)之間的電壓差。一般來(lái)說(shuō)，有兩種類(lèi)型的電壓表 - 一個(gè)是模擬電壓表，另一個(gè)是數字電壓表。
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/202304/445266.htm在模擬電壓表中，指針在刻度上移動(dòng)以表示電壓。數字電壓表在模數轉換器的幫助下，直接以數字顯示電壓。這篇文章解釋了如何用兩種方法設計數字電壓表：1）使用8051單片機；2）使用IC L7017。
使用8051單片機的數字電壓表
這個(gè)項目測量0V到25V的輸入電壓。在這里，輸入電壓應該是直流電壓，以便在LCD上獲得準確的輸出。如果你應用交流電壓作為輸入，那么在LCD上會(huì )看到連續運行的數字，因為交流電壓不斷變化。
這個(gè)項目的主要部件是8051微控制器，一個(gè)電壓傳感器模塊和一個(gè)ADC IC ADC0804。在這個(gè)項目中，我們使用模擬到數字的轉換過(guò)程來(lái)顯示電壓。
模擬到數字的轉換
在現實(shí)世界中，我們大多發(fā)現模擬數據。為了使用數字系統處理這些數據，我們需要將模擬數據轉換為數字，這樣微處理器或微控制器就能理解和處理這些數據。
物理量與數字系統的銜接
換能器： 換能器或傳感器用于將物理量轉換為電能。光敏電阻、溫度傳感器、濕度傳感器、氣體傳感器等都是傳感器的例子。
ADC（模擬到數字轉換器）： ADC將輸入的電氣電壓轉換為數字值。
數字系統：該系統讀取輸入的數字數據，并在LCD上顯示物理量，以便理解。
這里的ADC IC根據輸入的電電壓生成輸出的數字值。8051微控制器讀取這個(gè)數字值并顯示在LCD上。
使用8051單片機的數字電壓表電路圖
AT89C51微控制器
ADC0804集成電路
25V電壓傳感器
AT89C51編程板
可變電阻(用于演示程序)
直流適配器或電池
使用8051單片機的數字電壓表電路設計
在上述電路中，模數轉換器IC的數據位被連接到PORT2。LCD數據引腳連接到控制器的POTR3，控制引腳RS和EN分別連接到P1.6和P1.7。
ADC0804
這是一個(gè)8位的模數轉換器。該芯片使用逐次逼近法將模擬值轉換為數字值。它只能接受一個(gè)模擬數據作為輸入。這個(gè)IC的步長(cháng)是通過(guò)改變引腳9的參考電壓來(lái)改變的。如果這個(gè)引腳沒(méi)有連接，VCC將是參考電壓。
當步長(cháng)為5V時(shí)，輸入電壓每上升19.53mV，輸出就增加1個(gè)值。該芯片的轉換時(shí)間取決于時(shí)鐘源。
ADC特點(diǎn)
0到5V的模擬輸入電壓。
內置的時(shí)鐘發(fā)生器。
差分式模擬輸入。
可調節的參考電壓。
下表顯示了不同參考電壓的不同步長(cháng)。
在上面的電路圖中，第9針（Vref/2）是開(kāi)放的，所以輸入電壓跨度可以是0到5V。
步長(cháng) = Vref/(2 pow(n))
其中n是分辨率。對于A(yíng)DC0804，分辨率n=8。數字輸出可以用以下公式來(lái)計算
Dout = Vin/stepsize。
Vin - 模擬輸入電壓
例如，假設模擬輸入電壓為4V，那么數字輸出為Dout=4/19.53mV=204。
將模擬輸入轉換為數字輸入的步驟
從PORT2讀取ADC值。
#define dat P2
val=dat*0.02；
乘以100后，得到一個(gè)三位數的正整數值。
val1=val*100；
分開(kāi)各個(gè)數字并在LCD上打印，包括小數點(diǎn)。
temp=(((val1/100)%10)+48);
display(temp)；
display('.')；
temp=(((val1/10)%10)+48);
display(temp)；
temp=((val1%10)+48)；
display(temp)；
電壓傳感器
電壓傳感器模塊是一個(gè)簡(jiǎn)單的分壓器網(wǎng)絡(luò )，將ADC的模擬輸入范圍增加到25V左右。
將電壓傳感器與Arduino的電壓傳感器引腳連接起來(lái)
代碼
數字電壓表電路如何使用8051單片機工作？
首先將程序刻錄到at89c51單片機上。
現在按照電路圖給出連接。
在電壓傳感器的輸入端連接一個(gè)電池或任何電壓源。
確保最大的模擬輸入電壓應小于25V DC。
在電壓傳感器的輸入端連接一個(gè)數字多用表。
現在打開(kāi)電路板的電源。
現在觀(guān)察LCD和數字多用表，兩者都顯示相同的電壓（或非常相似的電壓）。
如果可能的話(huà)，試著(zhù)慢慢改變模擬輸入電壓?，F在你可以觀(guān)察到萬(wàn)用表和LCD顯示相同的電壓，這樣我們就可以說(shuō)電壓表工作正常了。
關(guān)閉電路板上的電源。
數字電壓表電路應用
該系統用于測量低電壓應用中的電壓。
用于測量玩具電池。
我們可以用這個(gè)系統測量物理量，如溫度、濕度、氣體等，只需稍加修改。
數字電壓表電路的局限性
輸入的模擬電壓范圍應該是0到5V。
使用這個(gè)系統，我們一次只能測量一個(gè)模擬輸入值。
使用ICL7107的數字電壓表電路
電壓表也可以在不使用任何微控制器的情況下設計。以下是使用L7017集成電路的電壓表電路
在這里，我們設計了一個(gè)模擬數字轉換器，作為數字電壓表使用，該轉換器為低功耗的三位半A/D轉換器ICL7107，具有內部7段解碼器，顯示驅動(dòng)器，參考和時(shí)鐘。
一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是這個(gè)IC可以直接驅動(dòng)非復用的七段顯示器，而不需要任何外部解碼電路。該電路可以在200mV到2V的范圍內測量電壓，間隔為0.001V。
電路背后的原理
這個(gè)電路是基于使用ICL7107作為模擬到數字轉換器的原理。整個(gè)操作分為兩個(gè)階段--模數轉換和解碼。
模擬到數字的轉換是通過(guò)積分和參考積分的過(guò)程完成的。換句話(huà)說(shuō)，首先對輸入信號進(jìn)行積分，使積分器的輸出成為斜率信號，然后對一個(gè)相反極性的參考電壓進(jìn)行積分，使積分器的輸出回到零。
然后用顯示解碼器對得到的數字代碼進(jìn)行解碼，以驅動(dòng)顯示單元。
使用ICL7107的數字電壓表電路圖
如何設計數字電壓表電路？
設計電路需要適當地選擇以下的元件：
振蕩電路元件的選擇： 對于48KHz的典型振蕩頻率，振蕩電阻被選擇為100K左右，電容為100pF左右。
參考電容： 參考電容器的值被選擇為0.1uF和1uF之間。這里我們選擇一個(gè)0.5uF的電解質(zhì)電容。
自動(dòng)調零電容器： 自動(dòng)調零電容器的選擇要使其值在0.01uF和1uF之間。這里我們選擇一個(gè)0.1uF的電容。
積分電容： 積分電容構成了積分電路的一個(gè)重要部分。其值由積分周期t、最佳積分電流I和積分電壓Vint決定。對于83mSec的時(shí)間周期，4uA的電流和2V的電壓，電容的價(jià)值被認為是大約0.16uF。這里選擇一個(gè)0.22uF的電容。
積分電阻： 這個(gè)電阻的值是由滿(mǎn)刻度模擬輸入電壓和最佳積分電流決定的。我們選擇一個(gè)500K的電阻，滿(mǎn)刻度的輸入電壓為2V。
如何操作數字電壓表電路？
該IC由一個(gè)+/-5V的雙電源供電。一旦電路通電，通過(guò)調整參考電阻來(lái)設置參考信號。參考電壓需要約為輸入電壓的一半。振蕩元件--電阻和電容決定了該設備的振蕩或時(shí)鐘頻率。
參考電容器被充電到參考電壓。然后，一個(gè)反饋回路被關(guān)閉，為自動(dòng)調零電容器充電，以便補償電壓的任何波動(dòng)。隨后，轉換器將輸入端的差分電壓在一個(gè)固定的時(shí)間內進(jìn)行積分，這樣積分器的輸出就是一個(gè)斜率信號。
然后，一個(gè)已知的參考電壓被施加到積分器的輸入端，并允許其斜升，直到積分器的輸出變?yōu)榱?。輸出回到零的時(shí)間與輸入信號成正比，數字讀數為：：
顯示計數=（Vin/Vref）*1000。
下一個(gè)過(guò)程包括對數字計數進(jìn)行解碼，以產(chǎn)生一個(gè)七段兼容信號，從而驅動(dòng)顯示器。然后，數字輸出被顯示在復用的7段顯示器上。
數字電壓表電路的應用
該電路可用于數字萬(wàn)用表，提供測量電壓的數字讀數。
它可以用來(lái)測量交流和直流電壓。
它可以用來(lái)測量物理量，如壓力、溫度、使用傳感器電路和信號調節電路的壓力。
它可以用于需要高精度和高分辨率的應用中。
數字電壓表電路的局限性
它只能在低范圍內測量電壓。
使用的集成電路是CMOS器件，具有高度的靜態(tài)性。
正負輸入電壓的參考電壓不同會(huì )導致翻轉誤差，即共模誤差。
使用2V的滿(mǎn)刻度負輸入電壓有時(shí)會(huì )導致積分器的輸出飽和。
LED驅動(dòng)器的內部發(fā)熱會(huì )導致性能下降。
參考溫度系數、內部芯片耗散和封裝熱阻往往會(huì )增加噪聲水平。
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