数字电压表.doc

学号 4106032049 毕业设计 论文 毕业设计 论文 题目 数字电压表的设计数字电压表的设计 院 部 系 信息工程学院 所 学 专 业 电子信息科学与技术 年级 班 级 2006 级本科 1 班 完成人姓 名 指导教师姓名 专业技术职称 2010 年 6 月 10 日 论文原创性保证书 我保证所提交的论文都是自己独立完成 如有抄袭 剽窃 雷同等现象 愿承担相应 后果 接受学校的处理 专业 电子信息科学与技术 班级 2006 级 签名 年 月 日 泰山医学院本科毕业设计 论文 摘要 数字电压表 Digital Voltmeter 简称DVM 是采用数字化测量技术 把连续的模拟电压 量转换成不连续 离散的数字化形式并加以显示的仪表 传统指针式电压表功能单一 精 度低 难于满足数字化时代的需求 采用A D 转换器和单片机构成的数字电压表 由于具 有测量精度高 抗干扰和可扩展能力强 以及集成性能好等优点 目前已被广泛应用于电 子及电工测量 工业自动化仪表 自动测试系统等智能化测量领域 与此同时 由DVM扩 展而成的各种通用及专用数字仪器仪表 也把电量及非电量测量技术提高到崭新水平 本文在介绍数字电压表设计要求的基础上 详细讨论了系统设计方案的选取 重点介 绍了基于 AT89S52 和 ADC0809 的硬件和软件方案的设计 并对系统进行调试和性能分 析 关键词关键词 AT89S52 数字电压表 系统设计 泰山医学院本科毕业设计 论文 Abstract The digital voltmeter Digital Voltmeter is called DVM uses the digitized survey technology transforms the measuring appliance the continual simulation voltage quantity which not continuously the separate digitized form and demonstrated The traditional indicator type voltmeter function sole the precision is low difficulty with satisfies the digitized time the demand uses digital voltmeter which the A D switch and the monolithic integrated circuit constitute because has the measuring accuracy to be high the antijamming and may expand ability as well as integrated performance good and so on merits at present widely has been applied in intellectualized survey domain and so on electronic and electrotechnical measurement industrial automation measuring appliance automated test system At the same time expands each kind by DVM which becomes general and the special purpose digital instrument measuring appliance also enhances the electric quantity and the non electrical quantity survey technology to the brand new level This paper introduces the design requirement of digital voltmenter and discusses how to choosing the design scheme of this system and mainly introduces the design of hardware and soft ware as well as describing the debugging of system and the analysis of performance Keywords AT89S52 digital voltmeter system designing 泰山医学院本科毕业设计 论文 目录目录 第一章 绪论 1 1 课题研究的目的与意义 1 2 数字电压表的设计要求 1 第二章 数字电压表的硬件设计 2 1 硬件设计总体方案 2 2 数字电压表的工作原理 3 3 硬件电路设计及原理 4 A D 接口技术 4 第三章 数字电压表的软件设计 9 参考文献 10 致 谢 11 附录 12 第一章 绪论 1 第 1 章 绪论 1 课题研究的目的与意义 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 由精度高 抗干扰能力强 可扩展性强 集成方便 还可与PC进行实时通信 数字电压表是诸多数字化仪表的核心与基础 电压表的数字化是将连续的模拟量如直 流电压转换成不连续的离散的数字形式并加以显示 这有别于传统的以指针加刻度盘进行 读数的方法 避免了读数的视差和视觉疲劳 数字电压表的内部核心部件是A D转换器 转换器的精度很大程度上影响着数字电压表的准确度 目前 由各种单片A D 转换器构成 的数字电压表 已被广泛用于电子及电工测量 工业自动化仪表 自动测试系统等智能化 测量领域 示出强大的生命力 与此同时 由DVM扩展而成的各种通用及专用数字仪器仪 表 也把电量及非电量测量技术提高到崭新水平 本文在简述数字电压表设计要求的基础上 重点介绍了基于AT89S52 和ADC0809 的某 数字电压表的硬件和软件方案的设计 2 数字电压表的设计要求 1 输入直流电压 允许叠加频率为0 100 Hz 的交流信号 信号的最大幅度范围为 0 20 V 2 分辨率为3 位半 即最大显示读数为 19 99V 3 量程能自动转换 即根据测量结果 自动决定小数点位置 4 能通过键盘或开关选择测量电压的平均值 峰值和有效值 并用LED 显示测量的种类 5 采用LED 数码管显示 可以选用专用的LED 显示模块或用多只LED 数码管组成 显 示信息包括测量的信号种类 平均值 峰值等 电压极性和数值大小 第二章 数字电压表的硬件设计 2 第 2 章 数字电压表的硬件设计 1 硬件设计总体方案 数字电压表是诸多数字化仪表的核心与基础 电压表的数字化是将连续的模拟量如直 流电压转换成不连续的离散的数字形式并加以显示 这有别于传统的以指针加刻度盘进行 读数的方法 避免了读数的视差和视觉疲劳 目前数字电压表的内部核心部件是 A D 转换 器 转换器的精度很大程度上影响着数字电压表的准确度 数字式电压表是由高阻抗电压 表头与分压电路组成的 数字电压表的总体设计框图如图 2 1 1 AD 采样 AT89S52 程序烧录 硬件框图 LED 显示 高压 短路 报警 ADC0809 键盘 电源 电源 电源 图 2 1 1 总体设计框图 根据数字电压表的功能实现要求 选用 AT89S52 单片机作控制系统 由 ADC0809 实 现 A D 转换功能 电源部分提供整个系统的电能 单片机部分控制系统 显示部分显示测 量结果以及模式状态 模数转换采集电压以及电阻值发送到单片机 如果电压过高超过量 程或者测量短路 单片机控制蜂鸣器报警 通过程序烧录模块可以通过烧录线烧入程序 第二章 数字电压表的硬件设计 3 2 数字电压表的工作原理数字电压表的工作原理 图 2 2 1 数字电压表的工作原理图 1 各部分功能 3 位半 A D 转换器 将输入的模拟信号转换成数字信号 基准电源 提供精密电压 供 A D 转换器作参考电压 译码器 将二 十进制 BCD 码转换成七段信号 驱动器 驱动显示器的 a b c d e f g 七个发光段 驱动发光数码管 LED 进 行显示 第二章 数字电压表的硬件设计 4 显示器 将译码输出的七段信号进行数字显示 读出 A D 转换结果 2 电路工作 数字电压表通过位选信号 进行动态扫描显示 由于 MC1433 电路的 A D 1 DS 4 DS 转换结果是采用 BCD 码多路调制方法输出 只要配上一块译码器 就可以将转换结果 以数字方式实现四位数字的 LED 发光数码管动态扫描显示 输出多路调制 1 DS 4 DS 选通脉冲信号 选通脉冲为高电平 则表示对应的数位被选通 此时该位数据在DS 端输出 每个选通脉冲高电平宽度为 18 个时钟脉冲周期 两个相邻选通 0 Q 3 QDS 脉冲之间间隔 2 个时钟脉冲周期 和的时序关系是在脉冲结束后 紧接DSEOCEOC 着是输出正脉冲 以下依次为 和 其中对应最高位 1 DS 2 DS 3 DS 4 DS 1 DSMSD 则对应最低位 在对应 和选通期间 输出 BCD 全 4 DSLSD 2 DS 3 DS4 DS 0 Q 3 Q 位数据 即以 8421 码方式输出对应的数字 0 9 在选通期间 输出千位 1 DS 0 Q 3 Q 的半位数 0 或 1 及过量程 欠量程和极性标志信号 3 硬件电路设计及原理硬件电路设计及原理 A D 接口技术 ADC0809 是带有 8 位 A D 转换器 8 路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的 CMOS 组件 它是逐次逼近式 A D 转换器 可以和单片机直接接口 1 ADC0809 的内部逻辑结构 ADC0809 由一个 8 路模拟开关 一个地址锁存与译码器 一个 A D 转换器和一个三态 输出锁存器组成 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 ADC0809 内部逻辑电路图及引脚图分别如下 第二章 数字电压表的硬件设计 5 图 2 3 1 ADC0809 内部逻辑电路图 图 2 3 2 ADC0809 引脚图 ADC0809 各脚功能 D7 D0 8 位数字量输出引脚 IN0 IN7 8 位模拟量输入引脚 VCC 5V 工作电压 GND 地 第二章 数字电压表的硬件设计 6 REF 参考电压正端 REF 参考电压负端 START A D 转换启动信号输入端 ALE 地址锁存允许信号输入端 EOC 转换结束信号输出引脚 开始转换时为低电平 当转换结束时为高电平 OE 输出允许控制端 用以打开三态数据输出锁存器 CLK 时钟信号输入端 一般为 500KHz A B C 地址输入线 从三态输出锁存器取走转换完的数据 2 ADC0809 应用说明 1 ADC0809 内部带有输出锁存器 可以与 AT89S51 单片机直接相连 2 初始化时 使 ST 和 OE 信号全为低电平 3 送要转换的哪一通道的地址到 A B C 端口上 4 在 ST 端给出一个至少有 100ns 宽的正脉冲信号 5 是否转换完毕 我们根据 EOC 信号来判断 6 当 EOC 变为高电平时 这时给 OE 为高电平 转换的数据就输出给单片机了 LED 数码管显示器 基本的半导体数码管是由七个条状发光二极管芯片排列而成的 可实现 0 9 的显示 八段 LED 显示器与单片机的接口比较简单 只要将一个 8 位并行口与显示器的引脚对应相 接即可 由 8 位并行口输出不同的字节数据 显示出不同的数字或字符 AT89S52 芯片 AT89S52 它是一个低功耗 高性能 CMOS 8 位单片机 片内含 8k Bytes ISP In system programmable 的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器 器件采用 ATMEL 公 司的高密度 非易失性存储技术制造 兼容标准 MCS 51 指令系统及 80C51 引脚结构 芯片 内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元 功能强大的微型计算机的 AT89S52 第二章 数字电压表的硬件设计 7 可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案 单片机基础电路如下 图 2 3 3 AT89S52 基本电路图 引脚功能概述 VCC 电源电压 GND 地 RST 复位输入 当振荡器工作时 RST 引脚出现两个机器周期以上高电 平将使单 片机复位 ALE PROG 当访问外部程序存储器或数据存储器时 ALE 地址锁存允许 输出脉冲用 于锁存地址的低 8 位字节 一般情况下 ALE 仍以时钟振荡频率的 1 6 输出固定的脉冲信 号 因此它可对外输出时钟或用于定时或用于定时目的 要注意的是 每当访问外部数据 存储器时将跳过一个 ALE 脉冲 如有必要 可通过对特殊功能寄存器 SFR 区中的 8EH 单元的 D0 位置位 可禁止 ALE 操作 该位置位后 只有一条 MOVX 和 MOVC 指令才能将 ALE 激活 此外 该引脚会被微弱拉高 单片机执行外部程序时 应设置 ALE 禁止位无效 PSEN 程序存储允许 PSEN 输出是外部程序存储器的读选通信号 当 AT89C52 由外部程 序存储器取指令 或数据 时 每个机器周期两次 PSEN 有效 即输出两个脉冲 在此期 间 当访问外部数据存储器 将跳过两次 PSEN 信号 EA VPP 外部访问允许 欲使 CPU 仅访问外部程序存储器 地址为 0000H FFFFH EA 第二章 数字电压表的硬件设计 8 端必须保持低电平 接地 需注意的是 如果加密位 LB1 被编程 复位时内部会锁存 EA 端状态 如 EA 端为高电平 接 Vcc 端 CPU 则执行内部程序存储器中的指令 XTAL1 振荡器反相放大器的内部时钟发生器的输入端 XTAL2 振荡器反相放大器的输出端 第三章 控制器的软件设计 9 第 3 章 数字电压表的软件设计 数字电压表软件设计的总体结构 流程图如下 第四章 控制器的电路图设计 10 参考文献 1 沙占友 新型数字电压表原理与应用 M 北京 机械工业出版社 2006 2 吕长飞 吴小玉 唐娟 等 基于 AT89C52 智能温度控制器设计 J 微计算机信息 2007 7 2 83 84 3 AD574A Datasheets Analog Devices Inc 1999 作者简介 李秋生 1976 男 汉族 江西南康人 赣南师范学院物理与电子信息学院讲师 硕士 主要从事嵌入式系 统和实时信号处理方面的研究 刘小燕 1979 女 赣南师范学院物理与电子信息学院 教师 硕士 从事电子信息教学工作 主要研究方向 单片机与嵌入式系统 4 周向红 编著 51 系列弹片机应用与实践教程 北京航空航天大学出版 社 2008 5 胡辉 编著 单片机原理与应用 中国水利水电出版社 2007 6 徐瑞华 编著 单片机原理与接口技术 人民邮电出版社 2008 7 潘永雄 编著 新编单片机原理与应用 西安电子科技大学出版社 2008 第五章 结论 11 致 谢 大学生活一晃而过 回首走过的岁月 心中倍感充实 当我写完这篇毕业论文的时候 有一种如释重负的感觉 感慨良多 通过 简易数字电压表的设计 的设计过程 我们结 合所学过的课程 了解了简易仪表的发展状况 掌握了目前自动化仪表的一般设计要求 工程设计方法 开发及设计工具使用方法 最重要的是通过这一设计实践过程 我们不再 是约束在理论上 而是锻炼了我们的动手能力和分析 解决问题的能力 积累经验 培养 按部就班 一丝不苟的工作和对所学知识的综合应用能力 了解了很多课本上学不到的知 识 我想这样的实践环节在我的学生生涯是很难得的 也为我们以后步入社会开始工作打 下了一定的基础 最后我也要感谢组里的同学们 只有在他们团结协作下 本次课程设计 才可以顺利进行并实现所有功能 同时我也明白了团结协作的重要性 首先当然要诚挚地感谢我的论文指导老师田娟老师 她在忙碌的教学工作中挤出时间 来审查 修改我的论文 尤其是我因为个人工作原因不能按时回校的情况下 田娟老师更 是给了我很多的帮助和照顾 再次真诚地感谢她 祝她在以后的工作中 工作顺利 事事 顺心 其次还要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 在大学生活即将结束的最后的日子里 我们再一次演绎了团结合作的童话 把一个庞大的 从来没有上手的课题 圆满地完成了 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 对上述朋友 再一次真诚地表示感谢 参考文献 12 附录 程序程序 ORG 0000H SJMP START START MOV SP 60H MOV 50H 00H MOV B 00H MOV R6 04H MOV DPT