基于单片机的交直流数字电压表的设计

黑龙江东方学院课程设计报告课程名称 单片机课程设计 专 业 电气工程及其自动化 班 级 07电气三班 姓 名 L云龙 学 号 074176114 指导教师 J 斌 2010年 10月 27日基于单片机的交直流数字电压表的设计一、前言 数字电压表是诸多数字化仪表的核心与基础，电压表的数字化是将连续的模拟量如直流电压转换成不连续的离散的数字形式并加以显示，这有别于传统的以指针加刻度盘进行读数的方法，避免了读数的视差和视觉疲劳。目前数字万用表的内部核心部件是A/D转换器，转换器的精度很大程度上影响着数字万用表的准确度，本文A/D转换器采用ADcosog对输人模拟信号进行转换，控制核心AT89csl再对转换的结果进行运算和处理，最后驱动输出装置显示数字电压信号。在现代检测技术中常需用高精度数字电压表进行现场检测将检测到的数据送入微计算机系统，完成计算、存储、控制和显示等功能。本文中数字电压表的控制系统采用A丁89C5，单片机，A/0转换器采用A0c0809为主要硬件，实现数字电压表的硬件电路与软件设计。该系统的数字电压表电路简单，所用的元件较少，成本低，调节工作可实现自动化。还可以方便地进行8路A/O转换量的测量，远程测量结果传送等功能。数字电压表可以测量O一SV的8路输入电压值，并在四位匕EO数码管上轮流显示或单路选择显示。二、方案的论证系统硬件主要包括四个部分:AD转换、中央控制单元、显示单元和报音单元。图中模拟直流信号VA通过AD采集转换电路,转变为相应的二进制数字信号VD,再进入单片机构成的中央控制单元。而显示和报音电路部分,则是通过中央控制单元完成的。中央控制单元采用89S51芯片。三、总体设计3.1、基本工作原理 数字电压表可以测量0一5的8路电压值。89C51为8位处理器，当0809输入电压为5.00V时，输出数据为255(FFH)。因此最大分辩率为O.O196V(5/255)。如要获得更高的精度要求，应采用12位、13位的A/D转换器。数字电压显示可能有偏差，可以通过校正0809的基准电压来解决，或者用软件编程来校正测量值。本系统用单片机89C51构成数字电压表控制系统，具有精度高、速度快、性能稳定和电路简单且工作可靠等特点，具有很好的使用价值。3.2、硬件总体设计硬件电路设计主要包括:89C51单片机系统，刀D转换电路，显示电路。测量最大电压为SV，显示最大值为5.00V。图l是数字电压表硬件电路原理图。 3.2.1、系统组成方案放大电路单元选用专用型集成电路运算放大器LF158,它利用场效应管高输入阻抗的特点,用场效应管组成运算放大器的差分输入级,因此具有高输入阻抗,输入偏置电流小,高速宽带,低噪声,测量精度高等优点。整流滤波电路选用桥式整流滤波电路,其任务是将交流电变成直流电,它主要是靠二极管的单向导通性来完成,滤波电路采用C型滤波电路。A/D转换电路A/D转换电路是将模拟电压信号转换为频率信号,转换精度高,抗干扰能力强,与单片机的接口简单。它将模拟输入信号转换为频率与其电压幅值对应的输出信号,是一种输出频率与输入信号成正比的模数转换电路。软件流程交流数字电压表中的主程序流程图如图所示:3.3、软件总体设计3.3.1、存储单元的分配、标志位的定义系统上电，初始化程序将70H一77H内存单元清0，PZ口置0。系统默认为循环显示8个通道的电压值，当进行一次测量后，将显示每一通道的户A/D转换值，每个通道显示时间为15。7OH一77H内存单元存放采样值，78H一7BH内存单元存放显示数据，依次为个位、十位、百位、通道标志位。.3.3.2、主程序框图及清单四、硬件设计用protel99se绘画硬件设计原理图和PCB板图，硬件组成框图如图1所示名称规格或型号数量单片机8031、8051、8751或89C511芯片ADT7361芯片74ALS2451芯片ADC08091芯片LM1581IC座40脚1IC座28脚1IC座8脚2IC座20脚晶振12MHz1三极管90144瓷片电容20PF2瓷片电容1047电解电容10uF/16V1电解电容470uF/15V1电解电容1000uF/25V1电解电容10uF/25V2电解电容33uF/25V1电阻900K1电阻90K1电阻1K12电阻10K10电阻47K1电阻250K1电阻470欧1电阻5K4开关推拨型开关（1联）3发光二极管红1按键5整流二极管IN40014开关二极管41482LED数码管1联共阳红/SM4203641三端稳压集成电路78051变压器1W、9V1电源插头两孔1电源插头三孔1电源插头四孔1表一 电子钟器件清单五、软件设计 单片机管脚 六、系统操作说明1. 硬件调试 首先确认电源电压是否正常。 检查复位引脚电压是否正常。分别测量按下复位按钮和放开复位按钮的电压值，看是否正确。 再检查晶振是否起振，一般用示波器看晶振引脚的波形，注意应该使用示波器探头的X10档。另一个办法是测量复位状态下的I/O口电平，按住复位键不放，然后测量I/O口的电压，看是否是高电平，如果不是高电平，则多半是因为晶振没有起振。 另外注意，如果使用片内ROM的话（大部分情况下如此，现在已经很少有用外部扩ROM的了），一定要将EA引脚拉高，否则会出现程序乱跑的情况。有时用仿真器可以，而烧入片子不行，往往是因为EA引脚没拉高的缘故（当然，晶振没起振也是原因之一）。经过上面几点的检查，单片机自身硬件故障即可排除了。如果系统不稳定的，有时是因为电源滤波不好导致的。在单片机的电源引脚跟地引脚之间接上一个0.1uF的电容就是为改善此状况。如果电源没有滤波电容的话，则需要再接一个更大滤波电容，例如250uF的。遇到系统不稳定时，就可以并上电容试试（越靠近芯片越好）。另外，调试系统时一定要有耐性，静下心来一点点的调，千万不要着急七、结束语 通过本次课题设计，我们对单片机这门课程有了更进一步的了解。无论是在其硬件连接方面还是在软件编程方面，都取得了新的收获。本次实验采用了AT89S51单片机芯片，与以往我们我们所熟悉的C51芯片有许多不同之处，通过本次实验及查阅相关资料，我们对其之间的区别有了一定的认识，在本课题设计报告的硬件介绍部分也对其作了详细的论述。S51在C51的基础上增加了许多新的功能，使其功能更为完善，应用领域也更为广泛。另外，在对单片机编程方面，我们又掌握了一些新的编程思想，使得程序更为简练、易懂，而且更为严谨，程序执行的稳定性得到了提高。 实验中我们还用到了模/数转换芯片ADC0809，以前在学单片机这门课程时只是对其理论知识有了初步的了解。通过本次实验，我们对它的工作原理彻底理解了，对其启动设置、转换结束判断以及输出控制等都基本掌握。电路连接方面，我们对其与单片机的连接也有了更为直观的认识，通过实验的摸索以及必要的理论知识，我们准确的实现了它于单片机的互连。参考文献【1】、单片微型计算机原理应用及接口技术，张迎新编，国防工业出版社【2】、单片机原理及接口技术，李朝青编，北京