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课程设计(论文)-基于单片机的数字电压表设计.doc

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课程设计(论文)-基于单片机的数字电压表设计.doc

172734I基于单片机的数字电压表学生姓名系部专业年级指导教师172734II摘要本文介绍基于AT89S52单片机的一种电压测量电路,介绍了双积分电路的原理,AT89S52的特点,ICL7135的功能和应用,LCD1601的功能和应用。该电路设计新颖、功能强大、可ICL7135高精度、双积分A/D转换电路,测量范围直流02000伏,使用LCD液晶模块显示,可以与PC机进行串行通信。正文着重给出了软硬件系统的各部分电扩展强关键词电压测量,ICL7135,双积分A/D转换器,1601液晶模块目录第1章概述111数字电压表的发展前景112电路原理图2第2章硬件电路设计321输入电路设计3211衰减电路设计3212衰减电路322转换电路4221转化器类型4222转换器主要性能5223ICL7135芯片简绍623AT89S52介绍8231AT89S52芯片特点9232主要引脚功能描述924显示电路12241液晶显示器的分类及原理12242LCD1601介绍12第3章系统软件设计14172734III31主程序设计1432中断程序设计15第4章通讯模块设计1641通讯模块电路组成1642通讯模块程序设计16结束语18致谢19附件一电路原理图20附件二部分参考程序21参考文献231727341第1章概述11数字电压表的发展前景数字电压表作为数字技术的成功应用,发展相当快。数字电压表(DIGITALVOITMETER,DVM),以其功能齐全、精度高、灵敏度高、显示直观等突出优点深受用户欢迎。特别是以A/D转换器为代表的集成电路为支柱,使DVM向着多功能化、小型化、智能化方向发展。DVM应用单片机控制,组成智能仪表;与计算机接口,组成自动测试系统。现代数字电压表按测量功能可分为直流数字电压表和交流数字电压表。数字电压表一般由模拟部分和数字部分组成,模拟部分主要功能是获取电压并将其转换为相应的数字量,数字部分完成逻辑控制、译码和显示等功能。数字电压表的核心是A/D转换器,由A/D转换器工作原理的不同,数字电压表又可分为逐次比较型和双积分型。传统模拟式电压表具有电路简单、成本低、测量方便等特点,但测量精度较差,特别是受表头精度的限制,即使采用05级的高灵敏度表头,读测时的分辨力也只能达到半格。再者,模拟式电压表的输入阻抗不高,测高内阻源时精度明显下降。本设计为克服以上缺点选用ICL7135芯片实现双积分A/D转换,提高精度,它是一种四位半的双计分A/D转换器,具有精度高(精度相当于14位二进制数)、价格低廉、抗干扰能力强等优点。本设计介绍用单片机并行方式采集ICL7135的数据以实现单片机电压表和小型智能仪表的设计方案。在当今的数字时代,从大到空间雷达,地球卫星定位系统,移动通信,计算机,医用断层扫描设备,小到家用计算机,数码影像设备,数字录音笔,数码微波炉等设备中,数字技术与数字电路组成的数字系统已经成为这些现代电子系统的重要组成部分。数字电压表正进入一个蓬勃发展的新时期,一方面它开拓了电子测量领域的先河,另一方面它本身正朝着高准确度、智能化、低成本的方向1727342输入电路A/D转换89S52单片机LCD显示通讯模块发展。此外,数字电压表在安装工艺、外观设计、安全性、可靠性等方面也在不断改进,日臻完善。12电路原理图图121系统基本方框图如图(121)所示,模拟电压经过档位切换到不同的分压电路衰减后,经隔离干扰送到A/D转换器进行A/D转换,然后送到单片机中进行数据处理。处理后的数据送到LCD中显示,同时通过串行通讯与上位机通信。1727343第2章硬件电路设计21输入电路设计由于该电压表要实现多量程测量,故而在本设计通过衰减电路与量程切换开关实现此功能,具体电路将在本节详细介绍。211衰减电路设计图211量程切换开关输入电路(如图211)的作用是把不同量程的被测的电压规范到A/D转换器所要求的电压值。智能化数字电压表所采用的单片双积分型ADC芯片ICL7135,它要求输入电压02V。212衰减电路图212衰减输入电路1727344本仪表设计是01000V电压,灵敏度高所以可以不加前置放大器,只需衰减器,如图212所示9M、900K、90K、和10K电阻构成1/10、1/100、1/1000的衰减器。衰减输入电路可由开关来选择不同的衰减率,从而切换档位。为了能让CPU自动识别档位,还要有(图211)的硬件连接22转换电路数字电压表最终显示结果是数字信号,但输入时却是模拟量,故而需要转电路使模拟量转换成数字量。本设计采用A/D转换器实现此过程。本节将着重介绍转化器基本知识和ICL7135芯片的功能。221转化器类型A/D转换器(ADC)的作用是把模拟量转换成数字量,以便于计算机进行处理。随着超大规模集成电路技术的飞跃发展,现在有很多类型的A/D转换器芯片,不同的芯片内部结构不一样,转换原理也不仅相同,各种转换芯片根据转换原理可分为计数型A/D转换器,逐次逼近型A/D转换器,双重积分型A/D转换器,和并行式A/D转换器等,按转换方法可分为直接A/D转换器和间接A/D转换器;按其分辨率分为416位转换器。计数型A/D转换器计数型A/D转换器由D/A转换器,计数器和比较器组成,工作时计数器由零开始计数每计一次数后,计数器送往D/A转换器转换,并将生成的模拟信号与输入的模拟信号在比较器内进行比较,若小于后者,则计数值加1,D/A转换和比较过程,直到D/A转换生成的模拟信号与输入模拟信号相同时,则停止计数,这时计数器中的当前值就为输入模拟量对应的数字量。这种A/D转换器结构简单,原理清楚,但转换精度与速度之间存在矛盾。当提高速度时,精度就回有所下降,当提高精度时,速度就回有所下降。现实中很少使用。逐次逼近型A/D转换器逐次逼近型A/D转换器是由一个比较器,D/A转换器,寄存器及控制电路组成。与计数型相同,也要进行比较以得到转换的数字量,但逐次逼近型A/D转换器使用寄存器从高位到低位依次开始逐次比较。转换过程如下开始时寄存器各

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