简易数字电压表的设计(论文)

1、1 引 言 22 系统硬件设计 22.1 ATMEL89C51片机系统和显示电路 32.2 A/D转换电路 43 系统软件设计 53.1 初始化程序 53.2 A/D转换子程序 53.3 显示子程序 64 系统安装调试及结果 144.1 系统安装调试 144.1.1 电路焊接 144.1.2 程序下载及程序下载 144.2 系统调试结果 144.2.1 调试所用工具 144.2.2 记录测试数据 145 总结 156 致谢 157 注释8 参考文献简易数字电压表的设计【内容摘要】 此在现代检测技术中， 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

2、示等功能。本文中的数字电压表的控制系统采用ATMEL89C51片机，A/D转换器采用TLC549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。【关键词】 数字单片机；数字电压表； A/D 转换；模拟信号1 引 言数字电压表(Digital Voltmeter )简称DVM它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量 (直流输入电压) 转换成不连续、 离散的数字形式并加以显示的仪表。传统的指针式电压表功能单一、精度低，不能满足数字化时代的需求，采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、集成方便，还可与PC

3、进行实时通信。目前，由各种单片A/D转换器构成的数字电压表，已被广泛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，示出强大的生命力。与此同时，由DVMT展而成的各种通用及专用数字仪器仪表，也把电量及非电量测量技术提高到崭新水平。2 系统硬件设计硬件电路设计主要包括：ATMEL89C51片机系统，A/D转换电路，显示电路 图 2-1 是数字电压表硬件电路原理图。图2-1数字电压表硬件电路原理图2.1 ATMEL89C51单片机系统和显示电路由于单片机体积小、重量轻、价格便宜，所以本系统采用ATMEL89C51单片机，其原理图如图1所示。89C51的P1、P3. 0P3-3端口

4、作为四位 LED数码管显示控制。 P3. 5端口用作单路显 示/循环显示转换按钮，P3. 6端口用作单路显示时选择通道。P0端口作TLC549的A/D转换数据读入用，P2端口用作TLC549的A/D转换控制。ATMEL89C51的性能特点： 4K字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环 数据保留时间：10年 全静态工作：0Hz-24MHz 三级程序存储器锁定 128X8位内部RAM 32可编程I/O线 两个16位定时器/计数器 5个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路2.2 A /D转换电路WLACOM4图2-2 TLC549 A/D 转换原理图D/A转换

5、电路就是将数字信号转换成模拟信号的电路。数据转换精度和转换速度是衡量D/A转换器的重要指标。A/D转换由集成电路TLC549完成。TLC549 A/D转换电路如图2所示。TLC549具有8路模拟信号输入端口，地址线（2325 脚）可决定对哪一路模拟信号进行 A/ D转换。22脚为地址锁存控制，当输入为 高电平时，对地址信号进行锁存。6脚为测试控制，当输入一个2s宽高电平脉 冲时，就开始A/ D转换。7脚为A/D转换结束标志，当A/D转换结束时，7 脚输出高电平。9脚为A/D转换数据输出允许控制，当 OE却为高电平时，A/D 转换数据从该端口输出。10脚为0809的时钟输入端，利用单为0809的

6、时钟输 入端，利用单片机30引脚的六分频晶振频率再通过14024Z分频得到1MHZ寸钟。3系统软件设计(X)gm调用A /D转换子程序I调用显示子筋ICWJ图3-1主程序图图3-2 A/D转换测量程序3.1 初始化程序系统上电，初始化程序将70H77H内存单元清0, P2 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 A/D转换 值，每个通道显示时间为1 So 70H-77H内存单元存放采样值，78H7BH内存 单元存放显示数据，依次为个位、十位、百位、通道标志位。3.2 A/D转换子程序A/D转换子程序用来控制对0809/k路模拟输入电压的A/D转换，并将

7、对 应的数值存入70H77H内存单元。3.3 显小子程序显示子程序采用动态扫描实现四位数码管的数值显示。测量数据在显示时需 转换成BCDK放在78H-7BH内存单元中，其中7BH存放通道标志数。R3作为8 路循环控制，R0用作显示数据指针。程序代码如下：/*/ * 文 件 名： tlc549.c * 主要功能：应用 IIC 总线读取 tlc549 模数转换后的电压值* 时 钟： 11.0592MHz */#include #include #include #include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define u

8、long unsigned long/sbit sda=P0A2;/sbit scl=P0A3;sbit Tlc549_CLK = P2A5;sbit Tlc549_DATA = P2A6;sbit Tlc549_CS = P2A7;void delay_us(uint x);void shift(unsigned char function,int b);void led_display();/uchar AD_convert();0,1,2,3,4int TLC549_OUTPUT();/*const char led_code19=0x11,0xd7,0x32,0x92,0xd4,/第5

9、页共17页0x98,0x18,0xd3,0x10,0x90,/5,6,7,8,90x50,0x1c,0x39,0x16,0x38,0x78, / a,b,c,d,e,f 0xfe,0xef,0xff; / - dot dark/*/* 名称：void delay_us(uint x)* 功能：延时* 输入：NULL* 全 局 变量：NULL* 返 回值：NULL* 调用：NULL* 说 明：通过改参数X 来改变延时的时间*/*void delay_us(uint x) uint i;for(i=0;i=x;i+)_nop_();*称 ： void shift(uchar n)* 功能 ：把一个

10、显示代码送入数码管显示入 ： NULL* 全 局 变 量 ： NULL* 返 回 值 ： NULL用 ： NULL* 说明 ：从最高位开始读入*/*void shift(uchar n)uchar m,i;m=led_coden;scl=0;for(i=0;i8;i+)if (m & 0x80)sda=1;else sda=0;scl=1;scl=0;m=1;*/*称 ： void led_display(uint qian,uchar bai,uchar shi,ucharge)功能 ：从 tlc549 读出一个字节数据输入 ： NULL全局变量 ： NULL返回值 ： NULL调用 ： v

11、oid shift(uchar n)说明 ：把模数转换后得到的电压值调数码管显示*/void led_display()uchar shi,ge;uchar dianya;uint ch ;volatile float Sdata = 0 ;/ dianya=AD_convert();dianya=TLC549_OUTPUT();Sdata=dianya*100/50.0;ch=(uint)Sdata;shi=ch/10%10;/取十位ge=ch/100;/ 取个位shift(0,18);shift(0,18);shift(0,18);shift(0,18);shift(0,18);shift

12、(0,18);shift(0,shi);shift(1,ge);/* 名称： uchar AD_convert()* 功能：从 tlc549读出一个字节数据(模数转换)* 输入： NULL* 全 局 变 量： NULL* 返 回 值：T1:从tlc549中读出的数据* 调用： NULL* 说明：一个变量与数据口的数相或8次，就取走一个数据*/uchar AD_convert()uchar T1=0,i=0 ;Tlc549_CLK = 0;Tlc549_CS = 1;delay_us(2);/delay(10);Tlc549_CS = 0;for(i=0;i8;i+)T1 = T1|Tlc549

13、_DATA;Tlc549_CLK = 1;delay_us(2);/ delay(10);Tlc549_CLK = 0;T10;i-)v=1;Tlc549_CLK=1;delay_us(1);if(Tlc549_DATA)v|=0x01;delay_us(1);Tlc549_CLK=0;Tlc549_CS=1;delay_us(1);return(v);/* 名称 ： void main()* 功能：主函数* 输入：NULL* 全 局 变量：NULL* 返 回值：NULL* 调用：NULL*/*int main()TLC549_Init();/TLC549_OUTPUT();while(1)l

14、ed_display();delay_us(10000);return 0;/*while(1)shift(1,1);shift(0,3);shift(1,4);shift(0,5);delay_us(10000); */4系统安装调试及结果4.1 系统安装调试系统调试主要分三部分：电路焊接，软件调试及程序下载。4.1.1 电路焊接完成PCB的制作后，在电路板上安装元件，并焊接。经过将近三天的电路 焊接，系统电路焊接基本完成。4.1.2 程序下载及程序下载软件编程米用C语言和汇编语言设计，C语言在Keil uVision3开发环境和 Microsoft Visual C+开发环境下完成设计和编

15、译。在系统板以及各功能模块连接好后，将从 PC机并口接上ISP下载线，给系 统上电，并对系统板进行程序下载测试，51单片机支持ISP在线编程。4.2 系统调试结果4.2.1 调试所用工具表1仪器设备使用说明仪器设备名称仪器设备型号示波器TDS201加万用表DT9205As信号发生器SP F40 型稳压电源HH1733B2!4.2.2 记录测试数据制作的作品按照课题设计要求，对各项指标进行测试，测量最大值+5V最小值0V,精确到0.1V。5总结通过这次课程设计的学习我学到了不少知识， 并且进一步熟悉了做板的流程 和仪器的使用，专业知识更加精深真的是受益匪浅啊。制作过程也并不是一帆风 顺的，我们也

16、遇到了许多困难，但是我们通过上网查资料，图书馆内查阅书籍克 服了这些困难并最终制作成功。据调试和所测量数据,本系统采用 ATMEL89C51片机作为主控核心,按照 设计要求，完成了数字电压表的设计。该系统的数字电压表电路简单，所用的元 件较少，成本低，设计简单，容易实现，适合于要求不同的电子技术应用领域。6致谢在本课题完成之际，我们的基础理论得到了进一步巩固和加深， 同时在此基 础上，我们掌握了仪器仪表的硬件设计原理和软件调试方法。但这些都离不开我 们身边的老师和同学的大力帮助与支持。感谢彭宇林老师的帮助。7注释J.北京：北京航空航天大学出版社，2004.第172页.8参考文献1谢自美.点子线

17、路设计实验测试（第三版）J.西安：华中科技大学大 学出版社，2006.2谢自美.点子线路综合设计J.北京：华中科技大学出版社，2006.Design of simple digital voltage meterRenkai Chen MiaoxinAbstract: This in modern detection techniques, they often need to use high-precision digital voltmeter on-site testing will detect the data into the micro-computer systems, complete the calculation, storage, control and display functions. The figures in this article voltage meter control system ATMEL89C51 microcontroller, A / D converters use a TLC549 as the main hardware, the hardware implementati