1.任务描述
所谓电压报警器（Digital Voltmeter，简称DVM），是采用数字化测量技术，把连续的模拟电压量转换成不连续、离散的数字化形式并加以显示的仪表。传统指针式电压表功能单一、精度低，难于满足数字化时代的需求。采用A／D转换器和单片机构成的电压报警器，由于具有测量精度高、抗干扰和可扩展能力强、集成性能好等优点，目前已被广泛应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。
本项目设计一个电压报警器，具体要求如下：
（1）报警方式：当监测到电压超过上限报警值、低于下限报警值、超出上限与下限设定的区间报警值时，电压报警器会立即鸣笛报警，电压测控仪会输出开关量。
（2）监测电压：DC 0～5V。
（3）测量精度：5V／256。
（4）报警音量：≤90分贝。
2.任务分析
按照要求完成电压报警器设计任务，需要解决以下几个问题：①单片机的选型；②单片机与A／D转换接口硬件电路；③单片机与A／D转换接口电路软件设计方法；④数据处理；⑤显示控制。
单片机的选型同前面项目。单片机与A／D转换接口硬件电路的设计，应注意，目前A／D转换器从接口上可分为两大类：并行接口转换器和串行接口转换器。并行接口转换器的引脚多，体积大，占用单片机的口线多；而串行接口转换器的体积小，占用单片机的口线少。本项目为了编程方便，选用的是并行A／D转换芯片。
电压报警器又叫四位数显式精密电压监测仪，当监测到电压超过上限报警值、低于下限报警值、超出上限与下限设定的区间报警值时，电压报警器会立即鸣笛报警，电压测控仪会输出开关量，所以准确地进行数据处理和显示控制是程序设计的关键。
分析本项目，可见该系统至少需要一路A／D转换功能电路，并且要求充分利用单片机软、硬件资源，在其控制和管理下完成A／D转换。由于本系统精度要求不高，主要学习单片机与A／D转换芯片接口电路的软硬件设计，故系统采用AT89S51和一片8位A／D转换芯片来构建系统的硬件结构，也可采用常用的ADC0804芯片来实现。
3.任务实施
（1）总体设计。
系统结构图如图10-8所示。主要包含的硬件模块有：最小电路模块（电源电路、时钟电路及复位电路）、A／D转换模块、报警指示模块、声音报警电路模块及电压显示模块几个部分。
图10-8 电压报警器的系统结构图
整个系统工作时，被测电压经A／D转换后的数字量送单片机，单片机一方面将该电压值送LED数码管显示，同时，对该电压值进行判断，确定是否到达过压或欠压值，若达到过压或欠压值，则点亮报警指示灯，并且启动声音报警电路，从而发出一定频率的报警声。单片机与A／D转换电路的接口采用查询方式实现。电压显示采用4位LED数码管动态显示方式。过压及欠压报警指示灯采用LED灯实现。采用蜂鸣器产生报警声音。利用定时器T0产生A／D转换用的时钟信号，用定时器T1设定报警信号的频率。
（2）硬件设计。
本项目采用AT89S51单片机作为主控制器。A／D转换采用8通道A／D转换芯片ADC0809，完成被测模拟电压向数字量的转换。该数字电压值由4位共阳极LED数码管显示，三极管起驱动作用。过压或欠压时有声音和指示灯两种方式报警，报警指示灯电路由两个LED组成，分别用于过压和欠压指示。声音报警由蜂鸣器产生。电压报警器的硬件电路原理图如图10-9所示。实现任务的硬件电路中包含的主要元器件为：AT89S51 1片、ADC0809 1片、数码管4个、LED 2只、蜂鸣器1个、电阻和电容等若干。(www.xing528.com)
（3）软件设计。
①软件流程设计。
电压报警器的软件流程图如图10-10所示。
软件采用模块化设计方法，程序模块如下：
变量缓冲区定义模块、主程序模块、电压显示模块、ADC0809工作时钟产生模块、报警声鸣笛模块、缓冲区设置模块、软件延时模块、LED数码管0～F显示字形常数表。
图10-9 电压报警器的硬件电路原理图
②源程序如下：
图10-10 电压报警器的软件流程图
（4）虚拟仿真。
运行Proteus ISIS软件，仔细观察运行结果，正常的运行结果是：输入的模拟电压经A／D转换后的数字电压值在4位数码管上能正常显示，电压显示范围为0.00～5.00V。当输入电压达到上限值时，上限报警LED灯点亮且蜂鸣器发出声音报警。同样地，当输入电压达到下限值时，下限报警LED灯点亮且蜂鸣器发出声音报警。调试结果若不符合设计的要求，对硬件电路和软件进行检查重复调试。电压报警器Proteus仿真硬件电路如图10-11所示。
图10-11 电压报警器Proteus仿真硬件电路图
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