毕业设计（论文）-简易数字电压表.doc

安徽工贸职业技术学院 （简易数字电压表）学 校： 安徽工贸职业技术学院 姓 名： 系 别： 电子工程系 专 业： 生产过程自动化 学 号： 指导教师： 二00八年四月十日简易数字电压表摘 要：数字电压表是利用a/d转换原理，将被测模拟量转换成数字量,并用数字方式显示测量结果的电子测量仪表。通常数字电压表都采用大规模的a/d转换集成电路，测量精度高，读数方便，在体积、重量、耗电、稳定性及可靠性等方面性能指标均明显优于指针式万用表。其中，a/d转换器将输入的模拟量转换成数字量，逻辑控制电路产生控制信号，按规定的时序将a/d转换器中各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笔段码，最后驱动显示器显示相应的数值。本系统以单片机at89s52为系统的控制核心,结合a/d转换芯片adc0809设计一个数字电压表，能够测量05v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。 关键词：数字电压 表数码显示 at89s52 adc0809 目录1方案选择和论证31.1设计要求31.2系统基本方案4121系统框图5122各模块方案选择和论证5123系统各模块的最终方案 52 系统硬件设计与实现62.1 系统硬件概述622主要单元电路的设计7221主控电路的设计.7222显示电路的设计8223电压采集电路的设计93系统软件设计93.1系统软件概述932子程序的设计10321电压采集子程序10322显示子程序11333数据处理子程序114系统测试114.1测试议器114.2 指标测试124.2.2 5到20v功能测试 124.3测试结果与分析125总结136参考文献13附录一：系统电路图14附录二：程序清单 141、系统方案选择和论证1.1 设计要求基本功能: (1)电压测量范围0-5v(2)能用数码管显示电压值(3)测量精度达0.1v(4)自制直流稳压电源(5)系统具有自检功能(6)系统具备复位功能发挥功能: (1)电压测量范围0-20v (2)能同时采集8路信号并分时显示 (3)电压表具有20v超量程报警功能 (4)测量精度:0-5v可达0.02v 0-20v可达0.1v (5)电压表具有抑制脉冲干扰的能力 (6)尽可能减少芯片的使用,节约成本(7) 其它1.2 系统基本方案根据设计要求,系统可分为主控模块,显示模块,声光报警模块,电压采集模块.其系统原理框图如下: 本系统设置所用到的电源是由我们自制的直流稳压电源,可以从0-20v之间进行任意调节。主控模块显示模块声光报警模块电压采集模块a/d转换直流稳压电源1.2.1 各模块方案选择与论证(1)主控模块方案一：采用fpga作为系统的控制器。fpga（现场可编程门阵列）可以实现各种复杂的逻辑功能，它把所有的器件都集中在一块芯片上，体积小，稳定性高。同时fpga可用eda软件仿真调式,易于进行功能扩展。但是由于本系统对数据处理的速度要求并不是很高，而fpga的管脚也比较多，布线起来会比较复杂，成本也会偏高。方案二：采用atmel公司生产的at89s52单片机作为系统的控制器。51系列的单片机的使用简单，软件编程灵活。自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且功耗低、体积小、技术成熟和成本低。(2)显示模块方案一：采用lcd显示。lcd具有轻薄短小、低耗电量，平面直角显示以及影像稳定不闪烁等优势，可视面积大，画面效果好，分辩率高，抗干扰能力强等特点。但由于只需要显示时间和路程这样的数字，信息量少，且lcd液晶显示的成本相对来说比较高。方案二：采用普通的led数码管作为显示器件。数码管具有低能耗、低损耗、低压、寿命长、耐老化、防晒、防潮、防火、防高（低）温，对外界环境要求低，易于维护，同时其精度比较高，操作简单；编程容易，资源占用较少。(3)电压采集模块方案一: 采用adc574转换芯片。其电源是0到20v，选取这片芯片就不用考虑的电阻的分压。但是以选择信号的输入通道是32路，不是我们所须要的，并且电路结构复杂。使得整部分硬件电路板布线复杂，加重了电路设计和实际焊接的工作。方案二: 采用adc0809转换芯片，其中a/d转换器用于实现模拟量向数字量的转换，由于模拟转换电路的种类很多，选择a/d转换器从速度，精度和价格方面考虑，其内部是8路模拟选通开关，以及相应的通道抵制锁存用译码电路，转换时间是100s左右。单电源供电。1.2.2 系统各模块的最终方案结合系统自身要求和实际应用中的利益问题,我们最终选择了以下方案作为此次作品设计的最终方案:(1)主控模块:采用at89s52单片机作为系统的控制器(2)显示模块:采用普通的led数码管作为系统的显示器件(3)声光报警模块:采用发光二极管和蜂鸣器作地声光报警(4)电压采集模块:采用a/d转换芯片adc0809作电压采集转换2、系统的硬件设计与实现2.1 系统硬件概述本系统采用at89s52单片机作为控制核心，对8路8位模数转换芯片adc0809采集到的模拟电压信号进行分析处理，实现a/d转换，通过数码管显示其数字电压值。系统具备声光报警功能，当测量量程超过20v时，系统会发出声光报警。其详细系统电路图见附录一。2.2 主要单元电路的设计2.2.1 主控电路的设计本系统设计应用at89s52单片机作为系统的控制核心。采用单片机的p1口来显示采集到的电压值。系统框图如下：2.2.2 显示电路的设计 系统采用动态显示方式驱动4个数码管工作,用来显示所测量的数字电压值。其电路原理图如下2.2.3 电压采集与a/d转换电路的设计采集电压范围05v、520v，此电路设计通过串联8个不同阻值的电阻进行分压，选用一个单刀双掷的模拟开关进行量程的切换。转换电路采用adc0809模/数转换。因采集到的电压值是属于一个模拟量，需转换为数字量才能让数码管显示。此电路设计还应用了一块74ls74数字分频器进行对电路4分频，得到500khz的频率提供给adc0809。3、系统的软件设计3.1 系统软件概述本系统的软件设计采用了汇编语言编程，程序在windows2000环境下采用isp在线可编程技术编写。系统总流程图如下：(总程序见附录二)开始自检量程选择8次a/d转换延时并切换通道去除干扰报警子程序数据处理显示子程序3.2 子程序的设计3.2.1 电压采集子程序电压采集子程序流程图如下：电压采集开始r0=8，r1=30h读入a/d转换值存入r1inl r1r0-1=0? 否 是 30-37h8个数升序排列计算（31h+36h）/6子程序返回电压采集8次分别存入30h到37h中，再通过排序处理，去掉最大值与最小值求出平均值， 最后通过bcd码转换，即得到采集的电压数值。3.2.2 数据处理子程序数据处理子程序流程图如下：开始数据区首地址r0比较次数r7置交换标志取前一个操作数取后一个操作数前数后数 是前数和后数交换 否置交换标志本轮比较完毕? 否本轮有交换? 是 否 否结束 数据处理采用冒泡排序法：执行时从前向后进行相邻数的比较，如数据的大小次序与要求的顺序不符，这两个数就交换，否则不交换。对于升序排序通过这种相邻数的互换，使小数向前移动，大数向后移动；从前向后进行一次冒泡（相邻数的互换），就会把最大的数换到最后；再进行一次冒泡就会把次大的数排在倒数第二的位置。以此类推，完成由小到大的排序。具体程序如下; maopao: ;比较8个数的大少(冒泡法) mov 40h,#08c1: mov r0,#70h mov r7,40hc2: mov a,r0 inc r0 clr c subb a,r0 jc c3 djnz r7,c2 djnz 40h,c1 sjmp c4c3: mov a,r0 mov 41h,a dec r0 mov a,r0 mov r0,41h inc r0 mov r0,a djnz r7,c2 djnz 40h,c1c4: ret3.2.3 显示子程序主要是通过采集到的数据通过间接寻址数存入a中， 并在p1口的数码管显示。其流程图如下：开始将表格的首地址tab存入dptr间接寻址数据存入a并在p1口显示依次存入十位百位并在p1口显示给数码的位码显示结束4、系统测试4.1 测试仪器序号名称型号数量备注1pc机lxb-hf769a1联想（北京）有限公司2双路直流稳压电源ca17303d1江苏扬中科泰电子仪器有限公司3v8通用单片机仿真器v8/l1北京革新科技有限公司4数字万用表dt92081先霸电子器（深圳）有限公司4.2 指标测试4.2.1 0-5v电压测试序号可调测试电压值(v)实验测试电压值(v)误差100020.50.520.01311.060.642.52.520.02555.000从上表的数据分析，0-5v量程的电压测量基本达到了系统要求。4.2.2 5-20v测试序号可调测试电压值(v)实验测试电压值(v)误差15.25.80628.99.607310107074151550552020606报警19.520.20.7根据上表的数据，发挥部分要求的测量0-20v精度可达0.1v没有达到要求，存在的误差比较大。4.3测试结果分析与结论经测试的结果分析可知：测量0-5v的电压，其精度很高，基本上达到了作品要求的功能。由于所用的仪器精确度方面存在一定的误差，所以难免会产生相应的误差率。在测量5-20v的电压范围，从测试数据可以看出其误差较大，测试的电压经分压后，得出每一路的电压值与理论值相差0.6v左右。超量程报警也存在一定的误差，当测量电压达到19.5v时，即会发出报警声音与20v超量程报警误差相当的大。根据实现测试，本电压表系统基本实现了题目要求，具体实现的功能如下：1、 电压能够测试范围0-5v，测量精度基本达到0.02v；2、 电压能够测试范围5-20v，测量精度达不到0.1v；3、 能用数码管显示电压值且分时显示；4、 系统具有自检功能；5、 系统具备复位功能；6、 具备超量程报警功能。 5.总结本系统用at89s52单片机作为核心部件，通过模数转换，把输入的模拟量转换为数字量，通过数码管来显示电压值，其中模/数转换芯片用的是adc0809。 adc0809只能输入5v的电压，当测量输入量程达到20v时，将会烧坏芯片。据依此，我们采用电阻分压来设计电路。因为adc0809所要的频率是500khz时， 而单片机的频率的是12mhz，需用74ls74分频器进行4分频即可。此电路设计还采用了74ls373进行锁存。在整个电路的设计制作过程中，a/d转换模块的电路较难焊接，需要时刻秉着认真、仔细的态度去完成硬件的设计与焊接。在调试过程中遇到很多问题，硬件上的理论知识学得不够扎实，对电路板的检测方法掌握得不够精，因此给硬件排除故障带来了一定的难度。软件上，逻辑思维较为混乱，对子程序的编程存在偏差，这些方面有待我们再改进。总的来说，此次电路的设计与制作，我们基本上达到了作品的要求功能。在往后的实训中，我们要在这次的基础上做得更好更有进步！6.参考文献1 刘勇. 数字电路. 电子工业出版社，20042 王法能.单片机原理及应用.（简明修订版） 科学出版社出版发行, 2001 3 赵伟军.protel 99 se 教程.人民邮电出版社，20044 黄 强.模拟电子技术.科学出版社，20035 徐正惠,胡海影.单片机原理与应用实训教程.北京:科学出版社,2004 6 王飞雪,郭桂蓉.基于二阶采样免混频全数字化正交解调.电子学报,1999,27(6):118-117 陈晓文. 电子电路课程设计.北京:电子工业出版社,2004.8致谢这次毕业设计得到了很多老师、同学和同事的帮助，其中我的导师刘旭老师对我的关心和支持尤为重要，另外，感谢校方给予我这样一次机会，能够独立地完成一个课题，并在这个过程当中，给予我们各种方便，使我们在即将离校的最后一段时间里，能够更多学习一些实践应用知识，增强了我们实践操作和动手应用能力，提高了独立思考的能力。再一次对我的母校表示感谢。 感谢在整个毕业设计期间和我密切合作的同学，和曾经在各个方面给予过我帮助的伙伴们，正是因为有了你们的帮助，才让我不仅学到了本次课题所涉及的新知识，更让我感觉到了知识以外的东西，那就是团结的力量。 最后，感谢所有在这次毕业设计中给予过我帮助的人。 对上述朋友，再一次真诚地表示感谢！附录一：系统电路图附录二：系统程序清单 2 org 0000h mov 31h,#200 mov r5,#00c32: mov 30h,#250c23: ;自检次数 lcall zj djnz 30h,c23djnz 31h,c32 clr p2.7 ;把声音关了main: ;主程序 mov 42h,#0ffh mov 43h,#0ffh mov 41h,51h mov 40h,r5 mov 61h,#10m3: mov 62h,#255m1: lcall xian djnz 62h,m1 djnz 61h,m3 lcall ad0809 ;ad0809数据采集 (8次) lcall maopao ;比较8个数的大少(冒泡法) lcall lcheng ;量程选择 lcall shuculi ;采集之后数据处理(先转bcd码再把bcd码转为伏值) mov 61h,#10mm3: mov 62h,#255mm1: mov p1,#01111111b mov p3,#11101111blcall yanlcall xian djnz 62h,mm1 djnz 61h,mm3 lcall tongdao ;通道选择和显示(用显示做延时) ljmp mainzj: ;自检mov p1,#00hmov p3,#00h rettongdao: ;通道选择 inc r5 clr c mov a,r5 subb a,#08 mov r6,#255 jc t1 mov r5,#00t1: retlcheng: ;量程选择 setb p2.2 jnb p2.2,lc1 mov dptr,#tabmov 51h,#05 ljmp lc2lc1: mov dptr,#tab1mov 51h,#2lc2: retad0809: mov dptr,#0fef8h mov a,dpl add a,r5 mov dpl,a mov r0,#70h mov 7fh,#08adc: movx dptr,a lcall yan movx a,dptr mov r0,a inc r0 djnz 7fh,adcmaopao: ;比较8个数的大少(冒泡法) mov 40h,#08c1: mov r0,#70h mov r7,40hc2: mov a,r0 inc r0 clr c subb a,r0 jc c3 djnz r7,c2 djnz 40h,c1 sjmp c4c3: mov a,r0 mov 41h,a dec r0 mov a,r0 mov r0,41h inc r0 mov r0,a djnz r7,c2 djnz 40h,c1c4: retshuculi: ;采集之后数据处理(先转bcd码再把bcd码转为伏值) mov a,74h mov b,#100 div ab mov 30h,a mov a,#10 xch a,b div ab mov 31h,a mov 32h,b mov a,32h movc a,a+dptr mov 33h,a ;个位 mov a,31h movc a,a+dptr mov 34h,a ;十位 mov a,30h movc a,a+dptr mov 35h,a ;百位 mov a,33h ;转化为伏值 anl a,#00001111b mov 40h,a ;个位 mov a,33h anl a,#11110000b swap a mov 33h,a ;现在为个位的高四位 mov a,34h ; anl a,#00001111b clr c add a,33h mov b,#10 div ab mov 41h,b ;十位 mov 45h,amov a,34h anl a,#11110000b swap a mov 34h,a ;现在十位的高四位 mov a,35h anl a,#00001111b add a,45h addc a,34h mov b,#10 div ab mov 42h