数字电压表的设计本科毕业设计论文.docx
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数字电压表的设计本科毕业设计论文
数字电压表的设计
毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺:
所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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指导教师签名:
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使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即:
按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。
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学位论文原创性声明
本人郑重声明:
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
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日期:
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名:
日期:
年月日
导师签名:
日期:
年月日
注意事项
1.设计(论文)的内容包括:
1)封面(按教务处制定的标准封面格式制作)
2)原创性声明
3)中文摘要(300字左右)、关键词
4)外文摘要、关键词
5)目次页(附件不统一编入)
6)论文主体部分:
引言(或绪论)、正文、结论
7)参考文献
8)致谢
9)附录(对论文支持必要时)
2.论文字数要求:
理工类设计(论文)正文字数不少于1万字(不包括图纸、程序清单等),文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括:
任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)。
4.文字、图表要求:
1)文字通顺,语言流畅,书写字迹工整,打印字体及大小符合要求,无错别字,不准请他人代写
2)工程设计类题目的图纸,要求部分用尺规绘制,部分用计算机绘制,所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁,布局合理,文字注释必须使用工程字书写,不准用徒手画
3)毕业论文须用A4单面打印,论文50页以上的双面打印
4)图表应绘制于无格子的页面上
5)软件工程类课题应有程序清单,并提供电子文档
5.装订顺序
1)设计(论文)
2)附件:
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)次序装订
指导教师评阅书
指导教师评价:
一、撰写(设计)过程
1、学生在论文(设计)过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性;技术线路的可行性;设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文(设计)期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
指导教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价:
一、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
评阅教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
教研室(或答辩小组)及教学系意见
教研室(或答辩小组)评价:
一、答辩过程
1、毕业论文(设计)的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩:
□优□良□中□及格□不及格
教研室主任(或答辩小组组长):
(签名)
年月日
教学系意见:
系主任:
(签名)
年月日
摘要
在电路设计中我们时常会用到电压表,过去大部分电压表还是模拟的,虽然精度较高但模拟电压表采用用指针式,里面是磁电或电磁式结构,所以响应较慢。
为适应许多高速信号领域目前已广泛使用数字电压表。
数字电压表的诞生打破了传统电子测量仪器的模式和格局,它显示清晰直观、读数准确,采用了先进的数显技术,大大地减少了因人为因素所造成的测量误差事件,数字电压表是把连续的模拟量(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。
数字电压表把电子技术、计算技术、自动化技术的成果与精密电测量技术密切的结合在一起,成为仪器、仪表领域中独立而完整的一个分支,数字电压表标志着电子仪器领域的一场革命,也开创了现代电子测量技术的先河。
本设计是基于MCS-51单片机开发平台和自动控制原理的基础上实现的一种数字电压表系统。
该系统采用MCS-51单片机作为控制核心,以ADC0804为数据采样系统,实现被测电压的数据采样;使用稳压二极管做过压保护,并通过模拟开关实现了输入量程的自动转换;使用字符液晶显示被测电压。
它的功能是能对直流0~5v的测试和直流0~51V的测试(最小误差50mv)此外还有超量程报警功能,该电压表输入电路主要是由衰减电路,保护电路以及选择电路构成,最后字符液晶LCD1602显示.软件主要由主程序和一些子程序组成,子程序包括延时函数,AD转换程序,数据处理程序以及显示程序。
关键词:
数字电压表、AT89S52、电压检测、模数转换
Abstract
Incircuitdesign,weoftenusevoltagemeter,Overthepastmostofthevoltagemeterorasimulation,Althoughhighprecisionanalogvoltageusedinthetable,butwiththepointer,whichisamagneticorelectromagneticstructure,sotheslowresponse.Tomeetthemanyareasofhigh-speedsignalhasbeenwidelyuseddigitalvoltmeter.Thebirthofdigitalvoltagemeterbreakthetraditionalmodelofelectronicmeasuringinstrumentsandpatterns.Itshowstheclearandintuitive,accuratereadings,usinganadvanceddigitaldisplaytechnology,greatlyreducedduetohumanfactorsofthemeasurementerrorcausedbytheincident.Digitalvoltagemeterisarowofanalog(DCinputvoltage)intoanon-continuous,discretedigitalform,andtheinstrumentdisplay.Digitalvoltagemetertoelectronictechnology,computingtechnology,automationtechnologyandprecisionoftheresultsofelectricalmeasurementtechnologyclosertogetherandbecomeinstruments,metersandcompleteanindependentfieldofabranch,digitalvoltagemeterindicatesthatthefieldofelectronicdevicesarevolutionandalsopioneeredthemodernpioneerofelectronicmeasurementtechnology.
ThisdesignisbasedonMCS-51singlechipmicrocomputerdevelopmentplatformandonthebasisoftheprincipleofautomaticcontrolsystemofadigitalvoltmeter.ThesystemadoptstheMCS-51singlechipmicrocomputerascontrolcore,thedatasamplingsystembyADC0804,realizevoltagebeingmeasureddatasampling;Overvoltageprotectionandzenerdiodeused,andthroughtheanalogswitchtorealizetheautomaticconversionoftheinputrange;UsecharacterLCDvoltagebeingmeasured.
Itsfunctionisto0~5vdcanddc0~51vtesting(minimumerror50mv)inadditiontooutrangealarmfunction,andthevoltmeterinputcircuitmainlybytheattenuationcircuit,protectioncircuitandselectioncircuit,thelastcharacterLCDLCD1602display.functions,ADconverter,dataprocessingprogramanddisplayprogram.
Keywords:
DigitalVoltageMeter,AT89S52,Voltagedetection,AnalogDigitalConversion
前 言
在电量的测量中,电压、电流和频率是最基本的三个被测量。
其中,电压量的测量最为经常。
而且随着电子技术的发展,更是经常需要测量高精度的电压,所以数字电压表就成为一种必不可少的测量仪器。
另外,由于数字式仪器具有读数准确方便、精度高、误差小、灵敏度高和分辨率高、测量速度快等特点而倍受用户青睐,数字式电压表就是基于这种需求而发展起来的,是一种必不可少的电子测量仪表。
这种电子测量的仪表之所以出现,一方面是由于电子计算机的应用逐渐推广到系统的自动控制信实验研究的领域,提出了将各种被观察量或被控制量转换成数码的要求,即为了实时控制及数据处理的需要;另一方面,也是电子计算机的发展,带动了脉冲数字电路技术的进步,为数字化仪表的出现提供了条件。
所以,数字化测量仪表的产生与发展与电子计算机的发展是密切相关的;同时,为革新电子测量中的繁琐和陈旧方式也催促了它的飞速发展,如今,它又成为向智能化仪表发展的必要桥梁。
如今,数字电压表已绝大部分已取代了传统的模拟指针式电压表。
因为传统的模拟指针式电压表功能单一,精度低,读数的时候也非常不方便,很容易出错。
而采用单片机的数字电压表由于测量精度高,速度快,读数时也非常的方便,抗干扰能力强,可扩展性强等优点已被广泛的应用于电子及电工的测量,工业自动化仪表,自动测试系统等智能化测量领域,显示出强大的生命力。
本次设计的意义在于对于即将步入社会的我们进行一次比较系统比较正规的训练,不仅可以加强对专业知识的理解与运用,更为重要的是通过这次设计可以使我们从单纯的理论知识到初步的实践,是从学校生活踏入社会生活的一次过渡,是对工作模式的一种模拟,为我们将来的工作提前做一次训练。
至于精度的要求不是很高,主要目的是培养我们自己动手,自己思考,学有所用的能力。
现在,不论是国内还是国外,数字电压表的发展方向都朝着微型化、网络化、虚拟化、数字化和智能化。
第一章绪论
1.1课题研究的背景及意义
数字电压表的高速发展,使它已成为实现测量自动化、提高工作效率不可缺少的仪表,数字化是当前计量仪器发展的主要方向之一,而高准度的DC-DVC的出现,又使数字电压表进入了精密标准测量领域。
随着现代化技术的不断发展,数字电压表的功能和种类将越来越强,越来越多,其使用范围也会越来越广泛。
采用智能化的数字仪器也将是必然的趋势,它们将不仅能提高测量准确度,而且能提高电测量技术的自动化程序,可以扩展成各种通用数字仪表、专用数字仪表及各种非电量的数字化仪表(如:
温度计、湿度计、酸度计、重量、厚度仪等),几乎覆盖了电子电工测量、工业测量、自动化仪表等各个领域。
从而提高计量检定人员的工作效率。
在电量的测量中,电压,电流和频率是最基本的三个被测量,其中电压量的测量最经常。
而且随着电子技术的发展,更是需要经常测量高精度的电压,所以数字电压就成为必不可少的测量仪器。
另外,数字测量仪器具有读数准确方便,精度度高,误差小,灵敏度高,分辨率高,测量速度快等特点倍受用户亲睐,数字电压表的设计就基于这种需求发展起来。
目前实现电压数字化测量的方法仍然是模—数(A/D)转换的方法。
数字电压表分类繁多,日常生活中一般根据原理的不同进行分类,大致分为:
比较式,电压—时间变换式,积分式等。
1.2国内外研究现状和发展
数字电压表(DigitalVoltmeter)简称DVM,它出现在上世纪50年代初,60年代末发张起来的电压测量仪表,它采用的是数字化测量技术,把连续的模拟量,也就是连续的电压值转变为不连续的数字量,加以数字处理然后通过显示器件显示。
这种电子仪表之所以出现,一方面是由于电子计算机的应用推广到系统的自动控制信号的实验领域,提出了各种被观测量或被控制量转换成数字量的要求,即为了实时控制和数据处理的要求;另一方面,也是电子计算机的发展,带动了脉冲数字电路技术的发展,为数字化仪表的出现提供了条件。
所以,数字化测量仪表的产生与发展与电子计算机的发展是密切相关的;同时,为革新电子测量中的烦琐与陈旧方式也促进了它的飞速发展。
如今,它又成为向智能化仪表发展的必要桥梁。
如今,数字电压表已经绝大部分取代了传统的模拟指针式电压表,因为传统的模拟指针式电压表功能单一,精度低,读数的时候非常不方便还经常出错,而采用单片机的数字电压表由于测量精度高,速度快,读数时也非常方便,抗干扰能力强,可扩展性强等优点已被广泛应用与电子和电工测量,工业自动化仪表,自动测量系统等领域。
显示出强大的生命力。
数字电压表最初是伺服步进电子管比较式,其优点是准确度比较高,但是采样速度较慢,体积重达几十公斤。
继之出现了谐波式电压表,它的速度方面稍有提高但准确度低,稳定性差,再后来出现了比较式仪表改进逐次渐进式结构,它不仅保持了比较是准确度高的优点,而且速度也有了很大的提高,但它有一缺点就是抗干扰能力差,很容易受到外界因素的影响,随后,在谐波式的基础上双引申出阶梯波式,它的唯一进步就是成本降低了,可是准确度,速度及抗干扰能力都未提高。
而数字电压表的发展已经非常成熟,就原理来讲,它从原来的一两种已经发展到多种,在功能上讲,它从测单一的参数发展到能测多种参数;从制作原件看,发展到集成电路,准确度已经有了很大的提高,精度已经达到1NV,读数速度达到每秒几万次,而相对以前价格已经降低了很多。
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。
1.3本文的研究内容
本设计是基于单片机AT89S52的数字电压表系统,系统具有精度高、速度快、性能稳定、电路简单且工作可靠等特点,具有很好的使用价值。
这个设计的目的和意义在于使自己掌握数字电压表的工作原理,自己动手设计数字电压表与仿真。
设计的数字电压表可广泛应用于电压测量以及通过其它变换器还可以测量其他电量和非电量。
数字电压表广泛应用于测量领域每次测量的准确度和可信度取决于它的主要性能和技术指标。
所示我们要学习和掌握如何设计数字电压表就显得十分重要。
在本次毕业设计时,我大量用到了所学的内容。
涉及知识面广,应用性强是本次设计的核心特点。
通过自己的动手能力和钻研精神将课本知识运用到实践中来,虽然在设计上或者功能实现上存在不足,但最重要的是一种锻炼,培养一种理论与实践相结合的能力,希望能对将来步入社会奠定基础,实现自己人生价值!
第二章系统分析与设计方案
2.1系统分析
利用MCS-51系列单片机对整个系统进行总体控制,采用数字化测量技术,把连续的模拟量(直流输入电压)转化成不连续、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,精度高、抗干扰能力强,可扩展性强、集成方便。
目前,由各种单片A/D转换器构成的数字电压表,已经被广泛用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测量系统等智能化测量领域,显示出强大的生命力。
2.1.1功能及指标
本次设计要具体目标如下:
1)分为两档量程:
0~5V,0~51V;
2)测量最小分辨率:
50mV;
3)自动选择量程;
4)采用字符液晶LCD1602显示。
2.2系统总体方案设计
2.2.1方案设计的基本思路
设计主要采用AT89S52单片机芯片和ADC0804模/数转换芯片来完成一个简易的数字电压表,能够对输入的0V~51V的模拟直流电压进行测量,并通过LCD1602进行显示,测量误差约为0.05V。
设计电路主要通过ADC0804芯片的模拟电压输入端输入的0V~51V的模拟量电压,产生相应的数字量经过其输出通道D0~D7传送给AT89S52芯片的P0口。
该电压表的测量电路主要由四个模块组成:
A/D转换模块、数据处理及控制模块、量程转换模块及显示控制模块。
A/D转换主要由芯片ADC0804来完成,主要负责把采集到的模拟量转换为相应的数字量再传送到数据处理模块,数据处理则由单片机AT89S52来完成,其负责把ADC0804传送来的数字量经数据处理后,产生相应的显示码送到显示模块进行显示,量程转换模块主要由继电器和分压电阻组成,由单片机控制继电器切换衰减倍数来实现量程转换,显示模块主要由LCD1602组成,实时显示测量到的电压值。
2.2.2数字电压表的两种设计方案
设计数字电压表有多种的设计方法,由于大规模集成电路数字芯片的高速发展,各种数字芯片品种多样,导致对模拟数据的采集部分不一致,进而又使对数据的处理及显示的方式的多样性。
又由于在现实的工作生活中,需要测量的模拟电压范围是比较大的,所以必须要对输入电压作分压处理,而各个数据处理芯片的处理电压范围不同,则各种方案的分段也不同。
下面介绍两种数字电压表的设计方案。
方案一:
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,模拟部分包括输入放大器、A/D转换器和基准电压源;数字部分包括计数器、译码器、逻辑控制器、振荡器和显示器。
其中,A/D转换器是它的核心器件,它将输入的模拟量转换成数字量。
模拟电路和数字电路是相互联系的,由逻辑控制电路产生控制信号,按规定的时序将A/D转换器中个组模拟开关接通或断开,保证A/D转换正常进行。
A/D转换结果通过计数译码电路变换成段码,最后驱动显示器显示出相应的数值。
此方案设计的优点是设计成本低,能够满足一般的电压测量。
但设计不灵活,都是采用纯硬件电路,很难将其在原有的基础上进行扩展。
方案二:
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、显示模块等的结合构建数字电压表。
由于单片机的发展已经成熟,利用单片机系统的软硬件结合,可以组装出许多的应用电路来。
此方案的原理是模/数(A/D)转换芯片的基准电压源,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)转换芯片将被被测量电压输入端所采集到的模拟电压信号转换成相应的数字信号,然后通过对单片机系统进行软件编程,使单片机系统能按规定的时序来采集这些数字信号,通过一定的算法计算出被测量电压的
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- 数字 电压表 设计 本科 毕业设计 论文
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