简易数字电压表设计.docx
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简易数字电压表设计.docx
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简易数字电压表设计
长沙学院
课程设计说明书
题目
系(部)
专业(班级)
姓名
学号
指导教师
起止日期
计算机接口及应用课程设计任务书
系(部):
机电工程系专业:
08机械设计制造及自动化
指导教师:
日期:
2010-12-20
课题名称
1.简易数字电压表的设计
设计内容及要求
1课题内容:
以单片机为核心,完成
1.1利用MCS-51系列单片机设计简易数字电压表测量0~5v的8路输入电压值,并在四位LED数码管上轮流显示或单路选择显示。
测量最小分辨率为0.019V,测量误差约为±0.02V.具体设计参数及要求详见指导书。
2要求:
2.1完成该系统的硬件和软件的设计,在Proteus软件上仿真通过;
2.2外围硬件的电路原理图设计组与组间不得完全一样。
否则将严重影响评分成绩。
设计工作量
1、汇编或C51语言程序设计;
2、软件设计在KeilC调试、仿真,硬件设计在Proteus7.6版本上进行调试、仿真;
3、提交课程设计说明书,包括设计原理、软件设计、程序分析(程序重要部分要求加注释)、仿真和调试过程分析、参考文献、设计总结等,具体要求见课程设计说明书模板。
进度安排
起止日期(或时间量)
设计内容(或预期目标)
备注
第1天
课题、安排介绍、分组;课题介绍之后,收集、查阅资料方案论证、设计项目确定、系统整体设计。
第2天~第4天
硬件设计:
利用Proteus7.6平台结合软硬件设计调试、仿真;
软件设计:
利用KeilC平台,编程、调试、仿真;
第5天~第6天
验收作品、答辩
第7天
撰写课程设计说明书
教研室
意见
年月日
系(部)主管领导意见
年月日
长沙学院课程设计鉴定表
姓名
学号
专业
班级
设计题目
指导教师
指导教师意见:
评定指标
序号
评定内容
评定等级
优秀
良好
及格
不及格
1
系统框图设计
2
电路原理图
3
程序流程图
4
程序设计
评定等级:
教师签名:
日期:
答辩小组意见:
评定等级:
答辩小组长签名:
日期:
教研室意见:
教研室主任签名:
日期:
系(部)意见:
系主任签名:
日期:
说明
课程设计成绩分“优秀”、“良好”、“及格”、“不及格”四类;
摘要
本实验以单片机AT89C51为系统的控制核心,结合A/D转换芯片ADC0809设计并实现一个简易数字电压表,能够测量0-5V之间的直流电压值,通过四位数码显示。
读数据准确,测量方便。
误差范围在-0.02~+0.02之间。
ADC0809是一种比较典型的8位8通道逐次逼近式A/D转换器CMOS工艺,可实现8路模拟信号的分时采集,片内有8路模拟选通开关,以及相应的通道地址锁存用译码电路,其转换时间为5ms左右,采用双排28引脚封装,可以和单片机直接接口。
AT89C51单片机是美国ATMEL公司生产的低电压,高性能CMOS8位单片机,片内含4KbytesISP(In-systemprogrammable)的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128bytes的随机数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度,非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统。
三位数码是使用的共阳数码管,引脚输入低电平对应的LED灯亮。
关键词:
AT89C51,ADC0809,单片机
ABSTRACT
Abstract:
SCMAT89C51thisexperimenttocontrolthecoreofthesystem,withA/DconverterADC0809chipdesignandrealizationofasimpledigitalvoltagemeter,tomeasure0-5VDCvoltagebetweenthevalues,drivenby74ls245nthreedigitaldisplay.Readingaccuratedata,surveyingconvenience.Inthemarginoferrorofbetween-0.02to+0.02.ADC0809isamoretypicaleight8-channelsuccessiveapproximationtypeA/DconverterCMOStechnology,canachievethe8-wayanalogsignalacquisitiontime-sharing,on-chip,8analogswitch-election,andthecorrespondingaccesstolatchaddressDecodingcircuit,itsconversionto100μstimearound,adual28-pinpackage,andcandirectlyinterfaceMCU.ATMELAT89C51SCMistheU.S.company'slow-voltage,high-performanceCMOS8-bitmicrocontrollers,tabletscontaining4KbytesISP(In-systemprogrammable)canbereadrepeatedlyerasetheFlashprogrammemoryand128bytesofrandomdatamemory(RAM),thedeviceusedATMELcompany'shigh-density,nonvolatilememorytechnologyproduction,compatiblewithstandardMCS-51instruction.Digitalistheuseofthree-atotalofdigital,low-pininputthecorrespondingLEDlights.
KEYWORDS:
AT89C51,ADC0809
目录
摘要I
ABSTRACTII
第1章课题概述1
1.1课题概述1
1.2课题要求1
第2章系统设计2
2.1设计思路2
2.2框图设计2
2.3知识点2
2.4硬件设计2
2.4.1电路原理图2
2.4.2元件选择3
2.4.3PCB制版及效果3
2.5软件设计4
2.5.1程序流程图4
2.6系统仿真及调试4
结论5
参考文献6
附录7
第1章课题概述
1.1课题概述
数字电压表(DigitalVoltmeter)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DVM扩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。
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。
目前数字电压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电压表的准确度,本文A/D转换器采用ADC0809对输人模拟信号进行转换,控制核心AT89C51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。
数字式电压表是由高阻抗电压表头与分压电路组成的。
数字式电压表头的等效输入电阻通常在200M欧以上,满量程时所流经的电流通常在1皮安左右。
以上述表头制成的数字式电压表,满量程时所流经的电流与量程有关,通常在1皮安至100微安之间。
数字电压表(数字面板表)是当前电子、电工、仪器、仪表和测量领域大量使用的一种基本测量工具有关数字电压表的书籍和应用已经非常普及了。
数字电压表的设计和开发,已经有多种类型和款式。
传统的数字电压表各有特点,它们适合在现场做手工测量,要完成远程测量并要对测量数据做进一步处理,传统数字电压表是无法完成的。
然而基于PC通信的数字电压表,既可以完成测量数据的传递,又可借助PC,做测量数据的处理。
所以这种类型的数字电压表无论在功能和实际上,都具有传统数字电压表无法比拟的特点,这使得它的开发和应用具有良好的前景。
本系统用单片机AT89C51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。
1.2课题要求
设计简易数字电压表
要求:
1.可以测量0~5V的8路输入电压。
电路通过ADC0809芯片采样输入口IN0输入的0~5V的模拟量电压。
2.并在四位LED数码管上轮流显示或单路选择显示。
AT89C51负责把接收到的数字量经过数据处理,产生正确的8段数码管的显示段码,并通过其P0口,再传送给数码管。
同时它还通过其三位I/O口P3.0、P3.1、P3.2产生位选信号,控制数码管的亮灭。
3.测量最小分辨率为0.019V,测最误差约为0.02V。
被测电压信号进入A/D转换器,经过数据处理子程序转换。
第2章系统设计
2.1设计思路
本实验采用AT89S51单片机芯片配合ADC0809模/数转换芯片构成一个简易的数字电压表,原理电路如图1-1所示。
该电路通过ADC0809芯片采样输入口IN0输入的0~5V的模拟量电压,经过模/数转换后,产生相应的数字量经过其输出通道D0~D7传送给AT89C51芯片的P0口。
AT89C51负责把接收到的数字量经过数据处理,产生正确的8段数码管的显示段码,并通过其P1口,再传送给数码管。
同时它还通过其三位I/O口P3.0、P3.1、P3.2产生位选信号,控制数码管的亮灭。
2.2框图设计
2.3知识点
1.AT89C51的单片机硬件结构喝原理;2.汇编语言程序设计知识;3.系统的程序流程图;4.指令系统中的寻址方式等;5.proteus的应用
2.4硬件设计
2.4.1电路原理图
图表1-2.4
2.4.2元件选择
表2-4元器件
元器件的名称
数目
AT89C51
1片
简易电压表
1块
ADC0808
1片
四位八段数码显示管
1片
PULLLUP
8片
RES40
1片
CAP
2片
CAP-ELEC
1片
CRYSTAL
1片
RES-VAR
1片
导线
若干
2、关键元件
AT89C51:
是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器(FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低电压、高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。
ADC0808:
是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模/数转换的器件。
其内部有一个8通道多路开关,它可以根据地址码锁存译码后的信号,只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。
ADC0808是ADC0809的简化版本,功能基本相同。
一般在硬件仿真时采用ADC0808进行A/D转换,实际使用时采用ADC0809进行A/D转换。
2.4.3PCB制版及效果
PCB版图
2.5软件设计
2.5.1程序流程图
程序总流程图
A/D转换子程序
启动ADC0809对模拟量输入信号进行转换,通过判断EOC(P3.1引脚)来确定转换是否完成,若EOC为0,则继续等待;若EOC为1,则把OE置位,将转换完成的数据存储到P1中。
程序流程图如图所示。
数据处理子程序流程图
显示子程序
显示子程序采用动态扫描法实现三位数码管的数值显示。
测量所得的A/D转换数据放在P1中,测量数据在显示时需转换成10进制BCD码放在78H~7AH单元中。
。
程序流程图如图所示。
2.6系统仿真及调试
1.将所设计的硬件电路用Proteus画出来,联好各个引脚,图如图1-7。
2.在keil里面将编写的程序编译并调试好,没有错误后生成一个*.hex的文件。
3.在Proteus中将keil中生成的*.hex的文件软件下载到AT89C51芯片中,保存并运行,看结果是否正确,有问题的话继续调试软硬件,直到结果与预期的基本一致。
仿真结果举例如图1-8。
图1-7
图1-8
结论
做了一周的课程设计,我不仅加深了对单片机理论的理解,将理论很好地应用到实际当中去,而且我还学会了如何去培养我们的创新精神,从而不断地战胜自己,超越自己。
创新可以是在原有的基础上进行改进,使之功能不断完善,成为真己的东西。
同时在这个过程中我也发现了自己许多的不足,包括对所学的基础知识理解不是很透彻,以至于电路设计了很长时间,最后还得连夜赶着写论文。
还有对理论知识的运用不很灵活,常常在一个问题想半天,结果还是换一个角度好一点。
本设计以AT89C51单片机为控制核心,通过集成摸数转换芯片ADC0808将被测信号转换成数字信号,经单片机内部程序处理后,由七段数码管显示测量结果。
仿真测试表明,系统性能良好,测量读数稳定易读、更新速度合理,直流电压测量范围为0.00~5.00V,最小分辨率为0.019V,满足任务书指标要求。
但是,该系统也存在一定程度的不足,例如:
输入电压易发生干扰不稳定,且驱动能力可能存在不足,需在被测信号的输入端加上一部分驱动电路,比如将量程转换电路改成带放大能力的自动量程转换电路,将幅值较小的信号经适当放大后再测量,可显著提高精度。
认真的做完这次课程设计实践后,我自己感觉在这些都有了很大的提高。
在收获知识的同时,还收获了阅历,收获了成熟,在此过程中,我们通过查找大量资料,请教老师,以及不懈的努力,不仅培养了独立思考、动手操作的能力,在各种其它能力上也都有了提高,而且在与老师和同学的交流过程中,互动学习,将知识融会贯通。
更重要的是我们学会了很多学习的方法。
而这是日后最实用的,真的是受益匪浅。
要面对社会的挑战,只有不断的学习、实践,再学习、再实践。
不管怎样,这些都是一种锻炼,一种知识的积完全可以把这个当作基础东西,只有掌握了这些最基础的,才可以更进一步,取得更好的成绩。
参考文献
[1]徐爱钧.智能化测量控制仪表原理与设计(第二版).北京:
北京航空航天大学出版社,2004
[2]吴金戌,沈庆阳,郭庭吉.8051单片机实践与应用.北京:
清华大学出版社,2002
[3]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛训练教程.北京:
电子工业出版社,2004
[4]汪德彪.MCS-51单片机原理及接口技术(第一版).北京:
电子工业出版社,2003
[5]张刚毅,彭喜元.单片机原理与应用设计.北京:
电子工业出版社,2008
[6]李朝青.单片机原理与接口技术.(第三版).北京:
北京航空航天大学出版社,2005
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- 简易 数字 电压表 设计