单片机课程设计报告-测量0-5V电压.docx

台州学院物电学院电气自动化单片机课程设计报告题 目测量05v电压 学 院 物理与电子工程学院 专 业电气自动化班 级 13电气（2）班 学 号学生姓名 指导教师 完成日期 2016年1月 前言3第一章 课程设计任务与目的31.1设计任务31.2设计目的3第二章 系统设计方案4第三章 器件介绍及硬件电路原理图43.1 a/d转换电路43.1.1 ad0809 的逻辑结构53.1.2 ad0809 的工作原理53.1.3 ad硬件原理图53.2单片机控制模块设计63.3数码管模块63.3.1工作参数6第四章 原理图及元器件清单74.1原理图74.2电子课程设计元器件清单一览表7第五章 pcb设计制作8第六章 数据与分析86.1实际测量数据：86.2误差分析96.3改进方法9第七章 结论与心得9参考文献11前言本设计是简易数字电压表，随着电子科学技术的发展，电子测量成为广大电子工作者必须掌握的手段，对测量的精度和功能的要求也越来越高，而电压的测量甚为突出，因为电压的测量最为普遍。本设计为在参阅了大量资料的基础上应用所学知识设计完成的一种基于89c51单片机的一种电压测量电路,使用数码管显示。第一章 课程设计任务与目的1.1设计任务0-5v电压测量（数码管显示）要求：测量值在数码管上显示；显示到小数点后两位；误差不能超过正负5%；基本指标：反应灵敏度。1.2设计目的1通过课程设计，巩固所学的理论知识；2综合运用单片机课程中所学的理论知识，独立完成一个课题的设计；3通过查阅手册和参考文献资料，培养自我独立分析和解决实际问题的能力；4熟悉掌握各种芯片的类型和特性，并掌握合理选用的原则；5. 提高软件使用、硬件调试和排除故障的能力；6掌握数子电子仪器的使用方法；7.学会撰写课程设计论文，提高撰写设计报告的能力；8. 培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度；9.经过查资料、选方案、设计电路、撰写设计报告、使学生得到一次较全面的工程实践训练，通过理论联系实际，提高和培养创新能力，为后续课程的学习，毕业设计，毕业后的工作打下基础。第二章 系统设计方案采样信号a/d转换51单片机数码管显示图1 系统基本方框图如图1所示，模拟电压信号送到a/d转换器进行经过数/模转换，然后送到单片机中进行数据处理。处理后的数据送到数码管中显示出来。第三章 器件介绍及硬件电路原理图3.1 a/d转换电路在数字测量控制领域中，两种最常用的信号时电压量和频率量。电压量通过a/d转换而成为数字量，频率量通过计数器计数而成为数字量。本设计采用的是ad0809将模拟信号转换成数字信号，发送给51单片机。3.1.1 ad0809 的逻辑结构adc0809是8 位逐次逼近型a/d转换器。它由一个8路模拟开关、一个地址锁存译码器、一个a/d转换器和一个三态输出锁存器组成（见图2）。多路开关可选通8个模拟通道，允许8 路模拟量分时输入，共用a/d 转换器进行转换。三态输出锁存器用于锁存a/d 转换完的数字量，当oe 端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。图23.1.2 ad0809 的工作原理in0in7：8 条模拟量输入通道st 为转换启动信号。当st 上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行a/d转换；在转换期间，st 应保持低电平。eoc 为转换结束信号。当eoc 为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行a/d 转换。oe为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。oe=1，输出转换得到的数据；oe=0，输出数据线呈高阻状态。d7d0 为数字量输出线。clk为时钟输入信号线。因adc0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500khz，vref（+），vref（）为参考电压输入。3.1.3 ad硬件原理图图3 ad0809原理图3.2单片机控制模块设计图4 系统开关和电源图5 系统时钟电路图6 系统复位电路3.3数码管模块图7 共阳数码管原理图3.3.1工作参数1.逻辑工作电压（vdd-vss）：2.46.0v 2.数码管电压(vdd-vlcd)：3.013.5v 3.工作温度(ta)：055（常温） / -2070（宽温） 4.保存温度(tstg)：-1070 第四章 原理图及元器件清单4.1原理图图8 系统原理图4.2电子课程设计元器件清单一览表课题 :基于89c51 05v电压范围测量电路班级：13电气2班 姓名： 张均立 ， 陈晨毅 ，指导教师： 罗成石 器件类别元件序号型号参数数量参考价封装形式单片机u1stc89c5113dip40adc芯片u2adc080917dip28电容c1 c222pf cap20.16rad0.1数码管u37seg12dip10晶振c3crystal10.5xtal1 日期： 2015 年 12月第五章 pcb设计制作图9 pcb电路图第六章 数据与分析6.1实际测量数据：标准值/v测量值/v误差值/v精度0.10.1240.02424%0.20.1820.0189%0.50.5220.0224.4%11.0210.0212.1%1.21.2060.0065%1.51.5480.0483.2%22.0430.0432.15%2.52.5190.0190.76%33.1010.1013.37%3.53.6270.1273.63%44.1180.1182.95%4.54.6300.1302.89%4.84.9250.1252.60%55.0090.0090.6%6.2误差分析1.开始小数据测量时误差较大，可能是因为万用电表（指针型）的精度不够，从而导致开始小数据的误差偏大。2.由于在中间电压显示转换计算中使用了近似计算，从而导致了误差，数字越小，转换时计算出的误差越大。3.在采样过程中由于没有用加权取平均值的方法，采样时是在采样范围中任意取值的，从而造成误差，电压显示不稳定。6.3改进方法1.改用数字万用表进行试验测量，增加测量精度。2.在转换过程计算中采用精确度更高的数值进行近似测量，以减小误差。3.在采样程序中加入求平均取值的子程序，以此来增加精度减小误差。第七章 结论与心得时间飞逝，三个月的课程设计转眼间就已接近尾声。回首当初，那种茫然失措的心情还是如此的清晰，依稀就在昨日。可是如今，虽然作品不尽完善，但是从中获得了许多所不能展现出来精神。记得课程设计的第一天，再次来到新老仪器遍布实验室，我的内心就充满了忐忑。上学期的单片机课程让我深深体会到，这里不仅是我们接受从理论到实践教育的地方，也是个充满挫折与挑战的地方。没有足够的耐心与毅力，没有必胜的决心与信念，那么就不可能获得成功。在接受了课程设计的任务之后，我的心里顿时一片茫然。此时此刻，我的脑中只有许多问号在闪烁着：我该怎么做？我能够做的到吗？当然，于此同时，我也清楚的知道，这样的慌乱是毫无意义的，唯有一步一个脚印的走下去，才能离成功越来越近。迅速调整心态以后，我和同组的同学决定先到图书馆从理论知识入手，踏出课程设计的第一步。然而事实不尽人意，一开始我们选择的是mp3播放器课题。mp3理论上很简单，读信号，解码器解码，d/a转换器转换信号，音频放大，低通滤波后音频输出。 stc51当中没有解码器模块，需要自行采购新的解码芯片。买回来之后是一波三折。芯片不会正确使用，神烦，淘宝客服一问三不知。 之后与老师协商将课题难度下调，转为做蜂鸣器的音频播放。在设计过程当中，再次遭遇了阻力。 蜂鸣器的相关电路是在网上找的，一个电阻，再加一个npn，再连上蜂鸣器。用学校申领的相关元器件搭建了一个蜂鸣器工作电路之后，蜂鸣器确发出了很小声的声音，比蚊子 的声音还小。 这个问题困惑了我们好几天，发现问题所在是通过蜂鸣器的电流太小，最后还是通过咨询陈悦老师，修改了蜂鸣器电路，增加了一个三极管，两级放大，这个问题终被解决。 万万没想到，更棘手的在后面。在调试蜂鸣器电路之前，我们已经搭建好整体的电路，及程序，程序在protues仿真中完美运行，蜂鸣器也能发出清脆的电音声。但是在实际中，程序烧了不知几遍，蜂鸣器还是不工作。上网查了资料，没有找到需要的答案，也没再好意思再麻烦陈老师，最后与罗成石罗老师协商，又更改了新的方案。最后一个方案是“基于51单片机测05v电压”，这一个方案是在学长的帮助下完成的。输入信号a/d转换51单片机数码管。历经原理图画错，ad0809单片机封装图画错等一系列失误之后，终究完成了外观看上去不是很美观的电路板。满满的辛酸史。亲历了这次数字电压表的课程设计后，我们小组受益匪浅。对单片机技术的应用与实践有了更进一步的了解与掌握。熟悉了一些基本的电路设计程序，也初步了解了关于数字电压表的一般原理与设计理念，加深了对各种芯片功能的了解，更重要的是将理论提高到了实践和动手能力。我觉得作为一名自动化专业的学生，单片机的课程设计是很有意义的。更重要的是如何把自己平时所学的东西应用到实际中。虽然自己对于这门课懂的并不多，很多基础的东西都还没有很好的掌握，觉得很难，也没有很有效的办法通过自身去理解，但是靠着这一个多礼拜的“学习”，在小组同学的帮助和讲解下，渐渐对这门课逐渐产生了些许的兴趣，自己开始主动学习并逐步从基础慢慢开始弄懂它。我认为这个收获应该说是相当大的。觉得课程设计反映的是一个从理论到实际应用的过程，但是更远一点可以联系到以后毕业之后从学校转到踏上社会的一个过程。小组人员的配合相处，以及自身的动脑和努力，都是以后工作中需要的。 参考文献1 李群芳单片机微型计算机与接口技术（第3版）北京：电子工业出版社，2009.7；2 康华光电子技术基础 数字部分（第四版）北京：高等教育出版社，2000.6；3 康华光电子技术基础 模拟部分（第四版）北京：高等教育出版社，1999.6；4 朱定华，戴汝平单片微机原理与应用北京：清华大学出版社，2003.8；5 潘新民，王燕芳微型计算机控制技术北京：电子工业出版社，2003.1； 程序代码1 程序流程图开始t1初识化while循环启动adc转换电压值转换数码管显示2 程序代码#include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit n1=p20;sbit n2=p21;sbit ale=p22;sbit start=p36;sbit eoc=p35;sbit clock=p33;sbit oe=p34;uint adval,v;uchar number=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99，0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;/09数码管代码void delayms(uint ms) /延时函数uchar j;while(ms-)for(j=0;j120;j+);void adc() /采样函数start=0;start=1;start=0;while(eoc=0)oe=1;adval=p1;oe=0;void adc_v() /数值转换函数 v=adval*500.0/255;void display(uint date) /数值显示n1=1;n2=0;p0=(numberdate/100)|0x80);delayms