毕业设计-数字式电压表设计

1、毕业设计(论文)题目:数字电压表的设计目录TOC z o 1-3 u h HYPERLINK l _Toc308943066 任务书3 HYPERLINK l _Toc308943067 第一章摘要3 HYPERLINK l _Toc308943068 1.1课题背景3 HYPERLINK l _Toc308943069 1.2数字电压表的主要特点3 HYPERLINK l _Toc308943070 1.3数字电压表发展的新趋向3 HYPERLINK l _Toc308943071 1.4 本次电压表设计的基本介绍3 HYPERLINK l _Toc308943072 第二章总体方案3 HY

2、PERLINK l _Toc308943073 2.1设计方案3 HYPERLINK l _Toc308943074 第三章硬件设计方法与相关元器件的介绍3 HYPERLINK l _Toc308943075 3.1硬件实际设计方法3 HYPERLINK l _Toc308943076 3.2 元器件介绍与使用说明3 HYPERLINK l _Toc308943077 第四章硬件设计的电路分析3 HYPERLINK l _Toc308943078 4.1硬件设计总电路3 HYPERLINK l _Toc308943079 4.2单片机小系统电路3 HYPERLINK l _Toc3089430

3、80 4.3调整量程分压电路3 HYPERLINK l _Toc308943081 4.4继电器选取量程电路3 HYPERLINK l _Toc308943082 4.5 18B20温度传感器与12864液晶屏串行接口电路3 HYPERLINK l _Toc308943083 第五章：软件设计3 HYPERLINK l _Toc308943084 5.1 软件设计方案分析3 HYPERLINK l _Toc308943085 5.2本次设计的程序3 HYPERLINK l _Toc308943086 第六章调试3 HYPERLINK l _Toc308943087 6.1硬件调试3 HYPER

4、LINK l _Toc308943088 6.2软件调试3 HYPERLINK l _Toc308943089 第七章心得体会与总结3 HYPERLINK l _Toc308943090 第八章附件3 HYPERLINK l _Toc308943091 8.1实物作品图3 HYPERLINK l _Toc308943092 第九章：参考文献3职业技术学院毕业设计(论文)任务书一、毕业设计(论文)题目:数字电压表的设计二。毕业设计(论文)日期:2011年1月1日至2011年12月31日。三、毕业设计(论文)地点:职业技术学院东校区竞赛楼。四。任务书的内容:目的:通过数字电压表的设计和制作，巩固数

5、字电学知识点，理论联系实际，掌握数字电压表的原理和调试方法；掌握电子线路的实际操作技能(焊接、测量、器件拆卸、万用表等。);培养综合分析能力和解决问题的能力。具体目的是掌握3位半数字电压表的设计、组装和调试方法；熟悉集成电路12C5A60S2的使用，并掌握其工作原理。任务:(1)设计指标基本输入范围:0 - 2VDC精度:0.05%FS测量速率 2次/秒带极性显示和溢出报警。显示装置可以使用LED数码管。它具有很强的抑制简正波干扰的能力。设计要求绘制电路原理图(或模拟电路图)；元件和参数选择；电路仿真和调试；PCB文件生成和打印输出。生产需要自行组装调试，发现问题，解决问题。写设计报告，写设计

6、生产全过程，附上相关资料和图纸，有一定经验。5在规定时间回应，完成叙述，回答问题。设计(纸张)要求:要求提供以下设计资料，并报告设计和生产的全过程。附上相关资料和图纸，设计心得装订成册:1.摘要(如果设计有什么特别之处，一定要指出来)；2.原理框图3.组件列表和参数选择4.每个功能块的电路图5.PCB文件生成和打印输出6.工作原理简述7.调试结果是否满足设计要求？工作安排:8-21学习周设计(论文)要求:8000字主要参考文献:1荀殿东，。数字电路设计实用手册。电子工业2梁廷贵。集成模数转换器-其他ASIC分册.科技文献3中国IT培训工程编辑委员会。Protel99电路设计培训课程。4沙展友。

7、新型数字电压表的原理及应用。机械工业5甄姜。A/D和D/A转换器的接口技术及实用电路。电子科技大学出版6春法单片机原理及接口技术案例教程汇编机械工业7吴金昌庆阳郭廷清8051单片机实践与应用清华大学学生实施任务书的日期:2011年。讲师签名:日期年月学生提交毕业设计(论文)日期:2011年9月教研室主任签字:日期年月学生签名:日期年月第一章总结1.1主题背景随着人类生活中科技含量的增加，电子产品已经成为现代人类物质生活中不可或缺的一部分。然后，需要一些工具来设计和维护这些电子产品，比如示波器、电压表等。接下来，让我们把重点放在电压表上。传统的模拟电压表已有100多年的历史。虽然不断改进和完善，

8、但仍不能满足现代电子测量的需要。但是，模拟电压表奠定了数字电压表的基础，是数字电压表的重要里程碑。数字电压表自1952年问世以来，显示出强大的生命力，现已成为电子测量领域中应用最广泛的仪器。然而，虽然数字电压表有很多优点，但仍有一些不便之处。如果需要手动换挡，一不留神就有可能烧坏仪表。便利性是电子产品的灵魂，所以自动换挡成为了新的课题。下面将介绍数字电压表的特点。1.2数字电压表的主要特点数字电压表简称DVM(数字电压表)。它是一种利用数字测量技术将连续的模拟量(DC输入电压)转换成不连续、离散的数字形式并显示出来的仪器。智能数字电压表是大规模集成电路、显示技术、计算机技术和自动测试技术的产物

9、。数字电压表主要有以下特点:1.显示清晰、直观、准确。传统的模拟电压表必须借助指针和刻度盘来读数。在阅读过程中，难免会出现人为失误，容易造成视觉疲劳。数字电压表采用先进的数字显示技术，使显示结果一目了然。只要仪表不跳，测量结果就是唯一的，既保证了读数的客观性和准确性，又符合人的读数习惯，可以缩短读数和记录时间。2.高准确度数字电压表的准确度是测量结果中系统误差和随机误差的合成。它表示测量结果与真值之间的一致性，也反映了测量误差。一般来说，精度越高，测量误差越小，反之亦然。根据精度，数字电压表可以分为几个等级。数字电压表分为11个等级:0.0005、0.001、0.002、0.005、0.01、

10、0.02、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0。3.高分辨率数字电压表在最低电压范围的最后一个字所对应的电压值称为仪器的分辨率，反映了仪器的灵敏度。分辨率是指可以显示的最小数字与最大数字的比值，通常用百分比表示。4.测量腰围多量程数字电压表通常可以测量01000V DC电压，用高压探头也可以测量几千伏。5.测量速度快。数字电压表每秒测量被测电压的次数称为测量速率，单位为“次/秒”。这主要取决于模数转换器的转换速率。6.高输入阻抗数字电压表的输入阻抗非常高，通常为10m-10000m，最高可达100000m。这样，测量时从被测电路中抽取的电流极小，不会影响被测信号源的工作状态，从而减少了信号

11、源引起的附加误差。7.高集成度和低功耗新型数字电压表广泛采用CMOS大规模集成电路，整机功耗很低。8.抗干扰能力强。噪声大致可以分为两种，一种是串行模式干扰，干扰电压与被测信号串联后加到仪器的输入端；另一种是共模干扰，干扰电压同时施加于仪器的两个输入端。衡量仪器的干扰能力还有两个技术指标:串模抑制比和共模抑制比。高档数字电压表大多采用数字滤波和浮地保护技术，进一步提高了抗干扰能力。其共模抑制比可达10080dB，串模抑制比约为10080dB。1.3数字电压表发展的新趋势目前，数字电压表正进入一个蓬勃发展的新时期。一方面开创了电子测量领域的先河，另一方面也在向高精度、智能化、低成本方向发展。1.

12、采用新技术，开发新产品。数字电压表的新产品总是在新技术的基础上不断推出。近年来，新技术不断涌现，不断被采用，并迅速转化为生产力。2.单片专用集成电路的广泛应用集成电路强大的生命力在于应用。目前，国外正在积极开发数字仪表的单片专用集成电路，这为开发高性价比的数字电压表和智能仪表创造了条件。3.多重显示仪器多个显示仪表可以同时显示同一测量信号的两个不同参数，如交流电压值和频率值。4.广泛采用新设备和新工艺。近年来，电子模块、电子模板、表面贴装元件和超小型集成电路等新器件越来越广泛地应用于数字电压表中。此外，数字电压表在安装技术、外观设计、安全可靠性等方面也在不断改进。1.4本电压表设计的基本介绍本

13、设计采用STC12C5A60S单片机进行A/D转换。根据数据采集，将数据转换成电压值，最后将电压值传输到12864液晶屏的终端进行显示。我在传统电压表的基础上增加了温度检测功能，可以实时检测环境温度。该数字电压表测量的电压类型为DC，可选范围为5v、50V、250V和500v。电路包括单片机最小系统电路、复位电路、电压表分压电路、继电器选择量程电路、12864液晶串行显示电路、18B20温度检测电路等。主控制器采用STC12C5A60S芯片，A/D转换器由STC12C5A60S芯片集成。第二章总体规划2.1设计方案数字电压表电路应尽可能使用中大规模集成电路。它主要由模拟电路和数字电路组成。模拟

14、部分包括输入放大器、A/D转换器和参考电源。数字部分包括计数器、解码器、逻辑控制器、振荡器和显示器。其中，A/D转换器将输入的模拟量转换成数字量，逻辑控制电路产生控制信号，按照规定的时序导通或关断A/D转换器中的各组模拟开关，保证A/D转换正常进行。A/D转换结果显示在12864 LCD屏幕上。第三章介绍了硬件设计方法和相关组成部分。3.1硬件的实际设计方法硬件设计框图(图1)本实验采用STC12C5A60S2芯片完成了一个简单的数字电压表，可以测量输入0500v的模拟DC电压，并在12864液晶屏上显示，测量误差约为0.005V。该电压表的测量电路主要由三个模块组成:A/D转换模块、数据处理

15、模块和显示控制模块。A/D转换主要由芯片STC12C5A60S2的集成AD完成，负责将采集到的模拟量转换成相应的数字量，然后传输给数据处理模块。数据处理由芯片STC12C5A60S2完成，负责处理STC12C5A60S2的AD传来的数字量，生成相应的显示码，送到12864液晶显示模块显示；除了测量电压，我还设计了18B20温度检测模块，可以实时测量当前环境的温度，并显示在12864液晶屏上。所以电压表平时不用的时候可以当温度计用。STC12C5A60S2p0蛋白P3第一亲代上电复位电路范围转换电路STC12C5A60S2内部AD模拟输入名字2864液晶串行显示电路18B20温度检测电路按键控制

16、电路图13.2组件介绍和使用说明1.stc12c5a60s2系列单片机的结构(图2)STC12C5A60S2系列单片机的框图如图3所示。STC12C5A60S2单片机包括中央处理器(CPU)、程序存储器(Flash)、数据存储器(SRAM)、定时器/计数器、UART串口、串口2、I/O接口、高速A/D转换、SPI接口、PCA、看门狗和芯片R/C振荡器以及外部晶振电路。STC12C5A60S2系列单片机几乎包含了数据采集和控制所需的所有单元模块，可以称之为片上系统。图二2.STC12C5A60S2系列单片机管脚图(图3)图33.3的描述。STC12C5A60S2系列引脚A.主电源引脚Vss-(2

17、0针):接地线Vcc-(40针):+5V电源B.外部晶体振荡器或外部振荡器引脚Xtal1-(引脚19):使用芯片时钟信号时，连接外部晶振的一个引脚；使用外部时钟信号时，此引脚应接地。XTAL2-(18针):使用芯片时钟信号时，连接外部晶振的一个管脚；使用外部时钟信号时，外部信号从此引脚输入。C.控制、门控或功率多路复用引脚RST/Vp0-(9引脚):复位信号输入；Vcc关断后，此引脚可以连接到备用电源，以便在低功耗条件下保持器件RAM中的数据。D.多功能I/O引脚P0端口-(32 39引脚):P0数据/地址复用总线端口。P1端口-(1 8针):P1静态通用端口，ADC输入通道07。P2港-(2

18、1 28针):P2动感港。P3-(10 17针):P3双功能静态端口。除了作为一个I/O口，它还提供了一个特殊的第二功能，具体含义是:P3.0-(10针)RXD:串行数据接收器。P3.1-(11针)TXD:串行数据发送器。P3.2-(12引脚)INT0:外部中断0请求结束。3.3-(13引脚)INT1:外部中断1请求结束。P3.4-(14英尺)T0:定时器/计数器0的计数输入。P3.5-(15英尺)T1:计时器/计数器1的计数输入。3.6-(16针)WR:外部数据存储器写选通，低电平有效。3.7-(17引脚)RD:外部数据存储器读选通，低电平有效。4.STC12C5A60S2系列单片机A/D转

19、换器的结构带A/D转换的STC12C5A60AD/S2单片机的A/D转换端口在P1端口。(p 1.7-p 1.0)10位高速A/D转换器八通道，速度可达250khz (25万次/秒)。8路电压输入A/D，可用于温度检测、电池电压检测、按键扫描、光谱检测等。上电复位后，P1端口是一个弱上拉I/O端口。用户可以通过软件设置将8路中的任意一路设置为A/D转换，不需要作为A/D的端口可以继续作为I/O端口使用。STC12C5A60S2系列单片机的ADC(A/D转换器)结构如下图所示(图4)。图4STC12C5A60S2系列单片ADC由多路选择开关、比较器、逐次比较寄存器、10位DAC、结果寄存器(AD

20、C_RES和ADC_RESL)由ADC_CONTR组成。STC12C5A60S2系列单片机的ADC为逐次比较型ADC。逐次比较型ADC由一个比较器和一个数模转换器组成。通过连续比较逻辑，从最高有效位(MSB)开始，每个输入电压依次与数模转换器的输出进行比较。经过多次比较，转换得到的数字量逐渐接近输入模拟量的对应值。逐次比较型A/D转换器具有速度快、功耗低的优点。从上图可以看出，通过ADC07的模拟输入通过模拟多路开关发送到比较器。数模转换器(DAC)转换后的模拟量通过比较器与本次输入的模拟量进行比较，比较结果保存到后续比较器，转换结果由后续比较寄存器输出。模数转换完成后，最终转换结果保存在AD

21、C转换结果寄存器ADC_RES和ADC_RESL中。同时，ADC控制寄存器ADC_CONTR中的模数转换结束标志位ADC_FLAG置1，以便程序查询或发出中断请求。模拟通道的选择控制由ADC控制寄存器ADC_CONTR中的CHS2 CHS0决定。ADC的转换速度由ADC控制寄存器中的SPEED1和SPEED0决定。使用ADC之前，先给ADC上电，即设置ADC控制寄存器中的ADC_POWER位。当ADRJ=0时，如果取10位结果，将根据以下公式计算:10位模数转换结果:(ADC_RES7:0，ADC_RESL1:0) = 1024 *(Vin/Vcc)当ADRJ=0时，如果取8位结果，则根据以下

22、公式计算:8位模数转换结果:(ADC_RES7:0)= 256 *( Vin*Vcc)当ADRJ=1时，如果取10位结果，将根据以下公式计算:10位模数转换结果:(ADC_RES1:0，ADC_RESL7:0) = 1024 *(Vin/Vcc)其中Vin为模拟输入通道的输入电压，Vcc为单片机的实际工作电压，单片机的工作电压为模拟基准电压。5.温度传感器18B20DSl820简介:DSl820数字温度计提供9位(二进制)温度读数来指示设备的温度信息，通过单线接口发送。进出DSl820，所以从主机CPU到DSl820只需要一条线(和地线)。DSl820的电源可以由数据线本身提供，不需要外接电源

23、。因为每个DSl820在出厂时都有一个唯一的序列号，所以任何数量的DSl820都可以存储在同一条单线总线上。这使得温度敏感器件DSl820可以放置在许多不同的地方。DSl820的测量范围为-55至+125。增量值为0.5，可用于l s (0.5)每个DSl820都包含一个长度为64位的唯一序列号。序列号存储在DSl820的ROM(只读存储器)中。前8位是产品类型码(DSl820码都是10H)，后48位是每台设备的唯一序列号，后8位是前56位。CRC(循环冗余校验)码也用于存储在DSl820中。测量温度值的两个8位存储器的RAM号为0号和1号，如果温度为负()，则1号存储器中存储的温度值的符号全

24、为1，否则1号存储器中的8位全为1，用0号存储器的补码LSB(最低位)存储温度值。1表示0.5。对存储器中的二进制数进行补码，然后转换成十进制数，再除以2，得到测量的温度值(-550125)。DSl820的引脚如图226l所示。每个D51820可以设置两种供电模式，即数据总线供电模式和外部供电模式。使用数据总线供电方式可以节省一根导线，但是完成温度测量需要很长时间。使用外接电源模式可以多使用一根线，但是测量速度更快。温度二、DSl820工作过程DSl820的协议如下初始化RoM操作命令存储器操作命令处理数据1初始化单总线上的所有处理都从初始化开始。2正常操作顺序当总线检测到DSl820存在时，

25、它可以发出一个ROM操作命令，例如指令码只读存储器(读只读存储器)33h匹配ROM 55h斯基普罗斯基普罗 CCH搜索自f0h警报搜索ECH3存储器操作命令指令码写入草稿栏4EH阅读草稿栏BEH复制草稿栏48H转换温度44H召回EPROM(召回)B8H读取电源B4H6.12864液晶显示屏介绍1.LCD模块概述RT12864M汉字图形点阵液晶显示模块可以显示汉字和图形。8192汉字16X16点阵、128字符8X16点阵和64X256点阵显示RAM GDRAM主要技术参数和显示特点:电源VDD 3.3V+5V(升压电路不需要负压)显示容量为128列64行，显示颜色为黄绿，显示角度为6 00分，直

26、视LCD型STN和MCU接口为8位或4位并行/3位串行配置LED背光，各种软件功能，光标显示屏2.12864外形尺寸图(图5)图63.12864 LCD引脚描述图7第四章是硬件设计的电路分析。4.1硬件设计通用电路这个电路是这个项目的整体原理图，可以细分成几个小模块原理图。4.2微控制器小系统电路4.3调整量程分压电路。4.4继电器选择范围电路18B20温度传感器与12864液晶屏之间的串行接口电路第五章:软件设计。5.1软件设计方案分析它可以分为以下几个部分:主程序，主要用于初始化和调用各个子程序；工作模式子程序，主要实现各个工作状态下的设计要求；按键中断子程序主要判断按键是否被按下，按下了

27、哪个按键；用于显示的显示子程序；温度检测程序，用于检测温度。由于本系统采用动态扫描并有相应的延时程序，数据显示稳定。程序框图主程序设计框图子程序设计框图5.2本设计的程序Void main() /主函数init _ int 0()；/中断初始化init _ 12864()；/12864 LCD初始化显示器(1，3，“电压表”)；显示器(2，1，“电压范围:5V”)；显示(4，1，当前电压:)；P1ASF = 0 x00/0000，0000，设置P1.0为模拟端口。AUXR1 & = 0 x04/0000，0100，这样ADRJ=0ADC _ CONTR | = 0 x80/1000，0000打

28、开A/D转换电源while(1)ADC _ result = ADC _ Read(0)；/获取AD的值dis _ 18b 20()；/读取并显示温度值Switch(x) /量程显示X = 0、1、2、3分别代表5v、50v、250v、500v的显示量程；案例0:转换(0 x9d，ADC _ result * 4.89)；打破；/5V范围显示案例1:conversion1(0 x9d，ADC _ result * 4.889)；打破；/50V范围显示案例二:conversion2(0 x9d，ADC _ result * 2.449)；打破；/255V范围显示案例三:conversion2(0 x9d，ADC _ result * 4.889)；打破；/500V范围显示Void serv_int1()中断2 /外部中断2用于调整数字电压表的量程。if(INT1=0)延迟(50)；x+；如果(x=4)x = 0；开关(x)情况0:显示器(2，7，“5V”)；P2 = 0X0E；打破；/范围设置为5V。情况1:显示器(2，7，