数字电压表毕业论文

单片机技能与认证培训设计汇报题目：姓名：学号：系别专业：班级：完成时间：华南理工大学广州学院电子信息工程学院

目录序言 11数字电压表设计两种方案 21.1由数字电路及芯片构建 21.2由单片机系统及A/D转换芯片构建 32主要元件介绍 32.1STC89C52介绍 32.2ADC0804介绍 62.3显示电路介绍 83系统调试 93.1硬件调试 93.2软件件调试 93.3软硬联调 94程序流程图 9结论 12参考文件 13感想 14附录1系统整体电路图 15附录2C语言程序 16数字电压表设计题目：电压表测量范围0～5V，满足测量最小分辨率为0.019V，测量误差约摘要：单片机是一个集成电路芯片，采取超大规模技术把具备数据处理能力(如算术运算，逻辑运算、数据传送、中止处理)微处理器(CPU)。伴随单片机技术飞速发展，各种单片机蜂拥而至，单片机技术已成为一个国家当代化科技水平主要标志。单片机可单独地完成当代工业控制所要求智能化控制功效，这是单片机最大特征。单片机控制系统能够取代以前利用复杂电子线路或数字电路组成控制系统，能够软件控制来实现，并能够实现智能化。现在单片机控制范围无所不在，比如通信产品、家用电器、智能仪器仪表、过程控制和专用控制装置等等，单片机应用领域越来越广泛。本设计主要分为两部分：硬件电路及软件程序。而硬件电路又大致可分为单片机小系统电路、量程转换电路电路、A/D转换电路、数码管显示电路，各部分电路设计及原理将会在硬件电路设计部分详细介绍；程序设计使用C语言编程，利用Keil软件对其编译和仿真，详细设计算法将会在程序设计部分详细介绍。关键词：单片机A/D转换单片机ADC08041数字电压表设计两种方案设计数字电压表有多个设计方法，方案是多个多样，因为大规模集成电路数字芯片高速发展，各种数字芯片品种多样，造成对模拟数据采集部分不一致性，进而又使对数据处理及显示方式多样性。又因为在现实工作生活中，电压表测量测程范围是比较大，所以必须要对输入电压作分压处理，而各个数据处理芯片处理电压范围不一样，则各种方案分段也不一样。下面介绍两种数字电压表设计方案。1.1由数字电路及芯片构建这种设计方案是由模拟电路与数字电路两大部分组成，模拟部分包含输入放大器、A/D转换器和基准电压源；数字部分包含计数器、译码器、逻辑控制器、振荡器和显示器。其中，A/D转换器是它关键器件，它将输入模拟量转换成数字量。模拟电路和数字电路是相互联络，由逻辑控制电路产生控制信号，按要求时序将A/D转换器中个组模拟开关接通或断开，确保A/D转换正常进行。A/D转换结果经过计数译码电路变换成段码，最终驱动显示器显示出对应数值。此方案设计其优点是，设计成本低，能够满足通常电压测量。但设计不灵活，都是采取纯硬件电路。极难将其在原有基础上进行扩展。1.2由单片机系统及A/D转换芯片构建这种方案是利用单片机系统与模数转换芯片、显示模块等结合构建数字电压表。因为单片机发展已经成熟，利用单片机系统软硬件结合，能够组装出许多应用电路来。此方案原理是模数（A/D）转换芯片基准电压端，被测量电压输入端分别输入基准电压和被测电压。模数（A/D）转换芯片将被测量电压输入端所采集到模拟电压信号转换成对应数字信号，然后经过对单片机系统进行软件编程，使单片机系统能按要求时序来采集这些数字信号，经过一定算法计算出被测量电压值。最终单片机系统将计算好了被测电压值按一定时序送入显示电路模块加以显示。STC89C52A/D转换器STC89C52A/D转换器ADC0804电压显示器模拟电压输入量程控制电路2主要元件介绍2.1STC89C52介绍STC89C52为主要中央处理系统，单片机是在集成电路芯片上集成了各种元件微型计算机，这些元件包含中央处理器CPU、数据存放器RAM、程序存放器ROM、定时/计数器、中止系统、时钟部件集成和I/O接口电路。因为单片机具备体积小、价格低、可靠性高、开发应用方便等特点，所以在当代电子技术和工业领域应用较为广泛，在智能仪表中单片机是应用最多、最活跃领域之一。在控制领域中,现如今人们更注意计算机底成本、小体积、运行可靠性和控制灵活性。在各类仪器、仪表中引入单片机，使仪器仪表智能化，提升测试自动化程度和精度，提升计算机运算速度，简化仪器仪表硬件结构，提升其性能价格比。STC89C52单片机时钟信号通常有两种方式产生：一是内部时钟方式，二是外部时钟方式。在STC89C52单片机内部有一振荡电路，只要在单片机XTAL1和XTAL2引脚外接石英晶体（简称晶振），就组成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。电容作用是稳定频率和快速起振，电容值在5-30pF，经典值为30pF。晶振CYS振荡频率范围在1.2-12MHz间选择，经典值为12MHz和11.0592MHz。当在STC89C52单片机RST引脚引入高电平并保持2个机器周期时，单片机内部就执行复位操作，按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中电平复位是经过RST端经过电阻与电源VCC接通而实现。最小系统如图所表示。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门流。当P1口管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存放器，它能够被定义为数据/地址第八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是因为内部上拉缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并所以作为输入时，P2口管脚被外部拉低，将输出电流。这是因为内部上拉缘故。P2口当用于外部程序存放器或16位地址外部数据存放器进行存取时，P2口输出地址高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存放器进行读写时，P2口输出其特殊功效存放器内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，因为外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是因为上拉缘故。P3口也可作为STC89C52一些特殊功效口，以下表所表示：管脚备选功效P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外部中止0）P3.3/INT1（外部中止1）P3.4T0（记时器0外部输入）P3.5T1（记时器1外部输入）P3.6/WR（外部数据存放器写选通）P3.7/RD（外部数据存放器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存放器时，地址锁存允许输出电平用于锁存地址地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率1/6。所以它可用作对外部输出脉冲或用于定时目标。然而要注意是：每当用作外部数据存放器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。假如微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存放器选通信号。在由外部程序存放器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存放器时，这两次有效/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存放器（0000H-FFFFH），不论是否有内部程序存放器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存放器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器输入及内部时钟工作电路输入。XTAL2：来自反向振荡器输出。2.2ADC0804介绍ADC0804主要技术指标以下：（1）高阻抗状态输出（2）分辨率：8位（0~255）（3）存取时间：135ms（4）转换时间：100ms（5）总误差：-1~+1LSB（6）工作温度：ADC0804C为0度~70度；ADC0804L为-40度到80度（7）模拟输入电压范围：0V~5V（8）参考电压：2.5V（9）工作电压：5V（10）输出为三态结构ADC0804引脚功效：1.PIN1(CS)：ChipSelect，与RD、WR接脚输入电压高低一起判断读取或写入是否，当其为低位准(low)时会active。2.PIN2(RD)：Read。当CS、RD皆为低位准(low)时，ADC0804会将转换后数字讯号经由DB7~DB0输出至其它处理单元。3.PIN3(WR)：开启转换控制讯号。当CS、WR皆为低位准(low)时ADC0804做去除动作，系统重置。当WR由0→1且CS＝0时，ADC0804会开始转换信号，此时INTR设定为高位准(high)。4.PIN4、PIN19(CLKIN、CLKR)：频率输入/输出。频率输入可连接处理单元讯号频率范围为100kHz至800kHz。而频率输出频率最大值无法大于640KHz，通常可选取外部或内部来提供频率。若在CLKR及CLKIN加上电阻及电容，则可产生ADC工作所需时序，其频率约为：5.PIN5(INTR)：中止请求。转换期间为高位准(high)，等到转换完成时INTR会变为低位准(low)通知其它处理单元已转换完成，可读取数字数据。6.PIN6、PIN7(VIN(+)、VIN(-))：差动模拟讯号输入端。输入电压VIN＝VIN(+)－VIN(-)，通常使用单端输入，而将VIN(-)接地。7.PIN8(AGND):模拟电压接地端。8.PIN9(VREF)图4.2ADC0804引脚及外接电路图衰减电路：本设计中电阻网络衰减器如图经过调试502电位器阻值改变而且更改程序可实现测压范围改变，程序以下：voidfw(unsignedchardat){unsignedinti;i=dat*7.84;//5*4=20.0VDisbuf[0]=i/1000;Disbuf[1]=(i%1000)/100;Disbuf[2]=((i%1000)%100)/10;}2.3显示电路介绍本电路显示模块主要由一个4位一体7段LED数码管组成，用于显示测量到电压值。它是一个共阳极数码管，每一位数码管a,b,c,d,e,f,g和dp端都各自连接在一起，用于接收单片机P1口产生显示段码。S1，S2，S3，S4引脚端为其位选端，用于接收单片机P2口产生位选码。本系统采取动态扫描方式。扫描方式是用其接口电路把全部数码管8个比划段a~g和dp同名端连在一起，而每一个数码管公共极COM各自独立地受I/O线控制。CUP从字段输出口送出字型码时，全部数码管接收到相同字型码，但到底是哪个数码管亮，则取决于COM端。COM端与单片机I/O接口相连接，由单片机输出位位选码到I/O接口，控制何时哪一位数码管被点亮。在轮番点亮数码管位扫描过程中，每位数码管点亮时间极为短暂。但因为人视觉暂留现象，给人印象就是一组稳定显示数码。动态方式优点是十分显著，即耗电省，在动态扫描过程中，任何时刻只有一个数码管是处于工作状态。详细原理图如图3系统调试完成了系统硬件设计，制作和软件编程之后，要使系统能够按设计意图正常运行，必须进行系件和软件调统调试。调试分了硬试。3.1硬件调试硬件调试主要任务是排除硬件故障，其中包含设计错误和工艺性故障等。1.检验所设计硬件电路板全部器件和引脚是否正确，尤其是电源连接是否正确；检验各总线是否有短路故障。检验开关/按键是否正常，是否连接正确，为了保护芯片，应先对各IC座电位进行检验，确认无误后再插入芯片。2.将40芯片仿真插头插入单片机插座进行调试，检验各接口是否满足设计要求，有正常程序测试硬件电路好坏。3.2软件件调试软件调试任务是利用开发工具进行在线仿真调试，发觉和纠正程序错误，同时也能发觉硬件故障。软件调试是一个模块一个模块进行。首先单独调试各子程序是否能够按照预期功效，接口电路控制是否正常。最终调试整个程序。尤其注意是各模块间能否正确传递参数。1)检验LED显示模块程序。观察在LED上是否能够显示对应字符。2)检验按键模块程序。3)检验A/D转换模块程序。能够在硬件电路输入端输入已知几个电压，分别观察LED上是否显示对应电压值。4)检验数据转换模块程序。3.3软硬联调该系统存在软件和硬件紧密联络。软硬件都调试经过后，整个系统连接仍会存在很多麻烦。首先检验A/D部分，然后是FPGA/单片机，最终是数码管，依次排除障碍。总调试。当对应各模块步骤都正确后，可程序下载到单片机。接上电源运行。再检验全部功效，观察是否能预期一样。假如一样，说明设计成功完成4程序流程图开始开始系统初始化开启A/D转换采集A/D转换值是否采集了十次？对十次数据求平均值NY显示数值软件总体框架软件总体框架结论因为使用是高效单片机作为关键测量系统，以及灵敏度和精度较高A/D转换器，使本直流电压表具备精度高、灵敏度强、性能可靠、电路简单、成本低特点，加上经过优化程序，使其有很高智能化水平。单片机应用如今已经在工业、电子等方方面面展示出了它优越性，利用单片机在设计电路逐步成了趋势，它与外围简单电路再加上优化程序就能够构建任意产品，使得本设计成为现实。伴随单片机日益发展，它必将在未来显示出更大活力，为电子设计增加更多精彩。参考文件[1]陈洪中.数字电压表[M].北京：水利电力出版社，1999.33~40[2]周立功.单片机试验与实践[M].北京：北京航空航天大学出版社,.125~150[3]吴国经.单片机应用技术[M].北京：中国电力出版社，.76~98[4]阎石.数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，.92~104[5]谭浩强.C程序设计[M].北京:清华大学出版社,.25~88[6]侯振鹏.嵌入式C语言程序设计[M].北京：人民邮电出版社，.30~45[7]李光飞李良儿.单片机C程序设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，.105~122[8]王港元.电工电子实践指导[M].江西:江西科学技术出版社,.84~96[9]杨欣．电子设计从零开始[M].北京:清华大学出版社,.35~52

感想

附录1系统整体电路图

附录2C语言程序#include<reg51.h>#include<intrins.h>sbitadc_rd=P3^7;//RDsbitadc_wr=P3^6;//WRsbits1=P2^0;sbits2=P2^1;sbits3=P2^2;sbits4=P2^3;unsignedcharDisbuf[]={0,0,0};unsignedcharcodetab[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90};voiddisplay();voiddsxms(){unsignedchari;for(i=0;i<250;i++);}voiddelay(unsignedintx){ unsignedinti,j; for(i=0;i<x;i++) f