課程設(shè)計(jì)----單片機(jī)簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表

1、<p><b>　　X x 大 學(xué)</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)</b></p><p>　題目</p><p>　系(部)</p><p>　專業(yè)(班級(jí))</p><p>　姓名</p><p>　學(xué)號(hào)</p

2、><p>　指導(dǎo)教師</p><p>　起止日期</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子測(cè)量成為廣大電子工作者必須掌握的手段，對(duì)測(cè)量的精度和功能的要求也越來(lái)越高，而電壓的測(cè)量甚為突出，因?yàn)殡妷旱臏y(cè)量最為普遍。</p><p>　　在現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)中

3、，常需用高精度數(shù)字電壓表進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。本設(shè)計(jì)在參閱了大量前人設(shè)計(jì)的數(shù)字電壓表的基礎(chǔ)上，利用單片機(jī)技術(shù)結(jié)合A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0808構(gòu)建了一個(gè)簡(jiǎn)易直流數(shù)字電壓表。本文中的數(shù)字電壓表控制系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)，A/D轉(zhuǎn)換采用ADC0808，以此實(shí)現(xiàn)數(shù)字電壓表的功能。該系統(tǒng)的數(shù)字電壓表電路簡(jiǎn)單，所用的元件較少，成本低，還可以方便地測(cè)量0～5V的8路輸入電壓值，并在四位數(shù)碼管上輪流顯示或單路選擇顯示。本課程設(shè)計(jì)主要解決A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處

4、理及顯示控制等三個(gè)模塊?？刂葡到y(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)，A/D轉(zhuǎn)換采用ADC0808。</p><p>　　關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) AT89C51 ，A/D轉(zhuǎn)換 ADC0808， 數(shù)字電壓表，數(shù)據(jù)處理</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　With the development of electronic sci

5、ence and technology, electronic measuring a vast number of electronic workers must have the means to measure the accuracy and function of increasingly high requirements, and voltage measurement is obvious, because the me

6、asured voltage is most common. </p><p>　　In modem measuring technology, the digital voltmeter is oftenused in site measuring. The design see a lot of our predecessors in the design of digital voltage meter o

7、n the basis of using SCM technology with A / D converter chip ADC0808 Construction of a simple digital voltage direct current form.The control system of digital voltmeterthat described in this paper uses AT89C51, and A/D

8、 converter usesADC0808 to perform the design of the digital voltmeter. Thevoltmeter has simple electrical circuit，</p><p>　　Keywords: Chip Processor AT89C51，A/D switch ADC0808，Digital voltmeter， Data handle

9、</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p>　　第1章 課題概述1</p><p>　　1.1 課題概述1</p><p>　　1

10、.2 課題要求2</p><p>　　第2章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)3</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)思路3</p><p>　　2.2 框圖設(shè)計(jì)3</p><p><b>　　2.3 知識(shí)點(diǎn)4</b></p><p>　　2.4 硬件設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.4.

11、1 電路原理圖4</p><p>　　2.4.2 元件選擇5</p><p>　　2.4.3 PCB制版及效果6</p><p>　　2.5 軟件設(shè)計(jì)7</p><p>　　2.5.1 程序流程圖7</p><p>　　2.6 系統(tǒng)仿真及調(diào)試11</p><p><b>　

12、　結(jié) 論13</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)14</b></p><p><b>　　附 錄15</b></p><p><b>　　第1章 課題概述</b></p><p><b>　　課題概述</b></p&

13、gt;<p>　　數(shù)字電壓表（Digital Voltmeter）簡(jiǎn)稱DVM，它是采用數(shù)字化測(cè)量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量（直流輸入電壓）轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。傳統(tǒng)的指針式電壓表功能單一、精度低，不能滿足數(shù)字化時(shí)代的需求，采用單片機(jī)的數(shù)字電壓表，由精度高、抗干擾能力強(qiáng)，可擴(kuò)展性強(qiáng)、集成方便，還可與PC進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。目前，由各種單片A/D 轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)字電壓表，已被廣泛用于電子及電工測(cè)量、工業(yè)自動(dòng)化儀表、

14、自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)等智能化測(cè)量領(lǐng)域，示出強(qiáng)大的生命力。與此同時(shí)，由DVM擴(kuò)展而成的各種通用及專用數(shù)字儀器儀表，也把電量及非電量測(cè)量技術(shù)提高到嶄新水平。</p><p>　　數(shù)字電壓表是諸多數(shù)字化儀表的核心與基礎(chǔ),電壓表的數(shù)字化是將連續(xù)的模擬量如直流電壓轉(zhuǎn)換成不連續(xù)的離散的數(shù)字形式并加以顯示,這有別于傳統(tǒng)的以指針加刻度盤(pán)進(jìn)行讀數(shù)的方法, 避免了讀數(shù)的視差和視覺(jué)疲勞。目前數(shù)字電壓表的內(nèi)部核心部件是A/D轉(zhuǎn)換器, 轉(zhuǎn)換器的精

15、度很大程度上影響著數(shù)字電壓表的準(zhǔn)確度,本文A/D轉(zhuǎn)換器采用ADC0808對(duì)輸人模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換, 控制核心AT89C51再對(duì)轉(zhuǎn)換的結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算和處理,最后驅(qū)動(dòng)輸出裝置顯示數(shù)字電壓信號(hào)。</p><p>　　數(shù)字式電壓表是由高阻抗電壓表頭與分壓電路組成的。數(shù)字式電壓表頭的等效輸入電阻通常在200M歐以上，滿量程時(shí)所流經(jīng)的電流通常在1皮安左右。以上述表頭制成的數(shù)字式電壓表，滿量程時(shí)所流經(jīng)的電流與量程有關(guān)，通常在1皮安

16、至100微安之間。數(shù)字電壓表(數(shù)字面板表)是當(dāng)前電子、電工、儀器、儀表和測(cè)量領(lǐng)域大量使用的一種基本測(cè)量工具有關(guān)數(shù)字電壓表的書(shū)籍和應(yīng)用已經(jīng)非常普及了。數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā),已經(jīng)有多種類型和款式。傳統(tǒng)的數(shù)字電壓表各有特點(diǎn),它們適合在現(xiàn)場(chǎng)做手工測(cè)量,要完成遠(yuǎn)程測(cè)量并要對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)做進(jìn)一步處理,傳統(tǒng)數(shù)字電壓表是無(wú)法完成的。然而基于PC通信的數(shù)字電壓表,既可以完成測(cè)量數(shù)據(jù)的傳遞,又可借助PC,做測(cè)量數(shù)據(jù)的處理。所以這種類型的數(shù)字電壓表無(wú)論在功能

17、和實(shí)際上,都具有傳統(tǒng)數(shù)字電壓表無(wú)法比擬的特點(diǎn),這使得它的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用具有良好的前景。本系統(tǒng)用單片機(jī)AT89C51構(gòu)成數(shù)字電壓表控制系統(tǒng), 具有精度高、速度快、性能穩(wěn)定和電路簡(jiǎn)單且工作可靠等特點(diǎn), 具有很好的使用價(jià)值。</p><p><b>　　1.2 課題要求</b></p><p>　　利用MCS-51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表測(cè)量0～5v的8路輸入電壓值，并在

18、四位LED數(shù)碼管上輪流顯示或單路選擇顯示。測(cè)量最小分辨率為0.019V，測(cè)量誤差約為±0.02V。課題的具體要求如下：1、方案總體設(shè)計(jì)與論證2、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì):簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表測(cè)量電路由A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理及顯示控制等組成，A/D轉(zhuǎn)換由集成電路0808完成，顯示采用四位數(shù)碼管3、系統(tǒng)流程圖設(shè)計(jì)，匯編程序編寫(xiě)：包括初始化程序、主程序、顯示子程序、模/數(shù)轉(zhuǎn)換測(cè)量子程序等4、調(diào)試及性能分析：采用KELL編譯器進(jìn)行源程序編譯及

19、仿真測(cè)試，同時(shí)進(jìn)行硬件電路的設(shè)計(jì)制作，在Proteus軟件里進(jìn)行硬件仿真，最后進(jìn)行端口電壓的對(duì)比測(cè)試第2章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2.1 設(shè)計(jì)思路</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選擇AT89C51單片機(jī)作為核心控制器件。</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換采用ADC0808實(shí)現(xiàn)。與單片機(jī)的接口為P1和P2端口的高四位引

20、腳。</p><p>　　電壓顯示采用4位一體的LED數(shù)碼管</p><p>　　LED數(shù)碼管的段碼輸入，由并行端口P0產(chǎn)生；位碼輸入，由并行端口P2低四位產(chǎn)生</p><p><b>　　2.2 框圖設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　圖2-1設(shè)計(jì)框圖</b></p><

21、p><b>　　2.3 知識(shí)點(diǎn)</b></p><p>　　單片機(jī)AT89C51的基本工作原理及其各個(gè)引腳的功能 </p><p>　　轉(zhuǎn)換器ADC0808的逐次逼近型轉(zhuǎn)換原理、主要特性、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外部引腳特性</p><p>　　LED四位一體數(shù)碼管的工作原理與單片機(jī)接口技術(shù)</p><p><b>　

22、　2.4 硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.4.1 電路原理圖</p><p>　　圖2-2 簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表硬件原理圖</p><p>　　2.4.2 元件選擇</p><p><b>　　1、元件清單</b></p><p>　　表2.1 簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表原件清單</p

23、><p><b>　　2、關(guān)鍵元件</b></p><p>　　AT89C51:是一種帶4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。</p><p>　　ADC0808:是采樣分辨率為8位的、以

24、逐次逼近原理進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開(kāi)關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。ADC0808是ADC0809的簡(jiǎn)化版本，功能基本相同。一般在硬件仿真時(shí)采用ADC0808進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，實(shí)際使用時(shí)采用ADC0809進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。</p><p>　　2.4.3 PCB制版及效果</p><p>　　圖2.2 PCB版圖<

25、;/p><p><b>　　圖2.3 效果圖</b></p><p><b>　　2.5 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.5.1 程序流程圖</p><p><b>　　主程序流程圖</b></p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換子程序流程圖</p&

26、gt;<p>　　ADC0809對(duì)模擬量輸入信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，通過(guò)判斷EOC（P3.1引腳）來(lái)確定轉(zhuǎn)換是否完成，若EOC為0，則繼續(xù)等待；若EOC為1，則把OE置位，將轉(zhuǎn)換完成的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到P1中。程序流程圖如圖所示:</p><p>　　數(shù)據(jù)處理子程序流程圖</p><p><b>　　顯示子程序</b></p><p>　　顯示子程

27、序采用動(dòng)態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn)三位數(shù)碼管的數(shù)值顯示。測(cè)量所得的A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)放在P1中，測(cè)量數(shù)據(jù)在顯示時(shí)需轉(zhuǎn)換成10進(jìn)制BCD碼放在78H～7AH單元中。程序流程圖如圖所示:</p><p>　　2.6 系統(tǒng)仿真及調(diào)試</p><p>　　首先采用Keil uVision3編譯器進(jìn)行源程序編譯及仿真調(diào)試，調(diào)試好程序后將目標(biāo)文件導(dǎo)入Proteus進(jìn)行軟件調(diào)試。調(diào)試的主要任務(wù)是排查錯(cuò)誤，錯(cuò)誤主要包括邏輯

28、錯(cuò)誤和功能錯(cuò)誤，這些錯(cuò)誤有些事顯性的，而 有些事隱形的?？梢酝ㄟ^(guò)仿真開(kāi)發(fā)系統(tǒng)來(lái)發(fā)現(xiàn)并逐步改正。</p><p>　　在Proteus ISIS編輯窗口中單擊開(kāi)始仿真按鈕，4位LED數(shù)碼管顯示相應(yīng)的電壓值。當(dāng)開(kāi)始調(diào)試，滑動(dòng)變阻器RV1的阻值調(diào)至最小位置時(shí)，LED顯示0.000，正確顯示數(shù)值；把RV1調(diào)至中間位置時(shí)，LED顯示2.476，同樣正確讀出數(shù)據(jù)；當(dāng)把RV1阻值調(diào)至最大位置時(shí)，LED顯示4.972，正確讀出數(shù)

29、據(jù)。證明該簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表合格。仿真結(jié)果舉例如下：</p><p><b>　　調(diào)試結(jié)果分析</b></p><p>　　1.當(dāng)輸入變阻器的值為0，即直接輸入向IN3口輸入0V電壓時(shí)，顯示結(jié)果如圖 所示。測(cè)量誤差為0V。</p><p>　　2．當(dāng)滑動(dòng)變阻器的值調(diào)為總值的24%時(shí)，即直接輸入向IN3口輸入1.20V電

30、壓時(shí)，顯示結(jié)果如下圖。測(cè)量誤差為0.011V，在誤差允許范圍之內(nèi)，符合要求。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　本學(xué)期由程老師任教的《單片機(jī)原理及接口技術(shù)》課程的課程設(shè)計(jì)，我們組選的設(shè)計(jì)題目——簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表。經(jīng)過(guò)一個(gè)星期的努力，我們基本上按要求完成了該次課程設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的電路簡(jiǎn)單，功能完善，使用快捷為目的進(jìn)行設(shè)計(jì)。但

31、是由于一些方面條件的限制，所設(shè)計(jì)的方案仍然存在一些不足（題目中要求使用ADC0809轉(zhuǎn)換器在Proteus里面不能進(jìn)行仿真，我們最后選擇了ADC0808型轉(zhuǎn)換器）），亟待改進(jìn)。</p><p>　　這是我第一次用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)有具體功用的器件的設(shè)計(jì)，通過(guò)實(shí)踐，我對(duì)匯編語(yǔ)言和單片機(jī)有了更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)和理解，并且學(xué)會(huì)了Proteus和Keil軟件的基本使用，掌握了從器件的需求、功能模塊的劃分、原理圖的設(shè)計(jì)和繪制、電

32、路圖仿真、程序設(shè)計(jì)及其仿真調(diào)試的流程，積累了硬件設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)。</p><p>　　由于第一次接觸單片機(jī)類的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中葉出現(xiàn)了一些問(wèn)題，之前自己學(xué)習(xí)的專業(yè)知識(shí)掌握的不夠好，對(duì)電路的理解不是很透徹，設(shè)計(jì)的電路布局布線不是非常合理，理論聯(lián)系實(shí)際的能力還有待加強(qiáng)。由于ADC0809在Proteus里面不能進(jìn)行仿真，在轉(zhuǎn)換器的選用時(shí)因?yàn)椴皇煜ぴ覀冏吡撕芏鄰澛?，耽誤了整個(gè)設(shè)計(jì)的進(jìn)程。還有其他一些方面的不足，都有待

33、在以后的學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)中進(jìn)行改進(jìn)。在此還要衷心感謝各位老師的指導(dǎo)及同學(xué)和組員給予的幫助?？偟膩?lái)說(shuō)，本次課程設(shè)計(jì)各個(gè)方面都還不錯(cuò)，在以后的實(shí)踐中我會(huì)繼續(xù)努力，以取得更大進(jìn)步。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]謝維成，楊加國(guó).機(jī)原理與應(yīng)用及C51程序設(shè)計(jì)實(shí)例.北京：清華大學(xué)出版社，2006年</p><p>　　[