单片机课程设计-数字电压表的设计.doc

数字电压表设计 I 数字电压表设计 摘要 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 本设计在参阅了大量前人设计的数字电压表的基础上 利用单片机技术结 合 A D 转换芯片构建了一个直流数字电压表 本文首先简要介绍了设计电压表的主 要方式以及单片机系统的优势 然后详细介绍了直流数字电压表的设计流程 以及 硬件系统和软件系统的设计 并给出了硬件电路的设计细节 包括各部分电路的走 向 芯片的选择以及方案的可行性分析等 近年来随着科技的飞速发展 单片机的应用正在不断地走向深入 在多方面显 示出了它的优势 值得进一步学习和研究 但是仅单片机方面的知识是不够的 还 应根据具体硬件结构 以及针对具体应用对象特点的软件结合 加以完善 关键词 单片机 MCU A D 转换 ADS1252 LCD 数字电压表设计 I Digital Voltmeter Based on Microcontroller ABSTRACT With the development of electronic science 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 measured voltage is most common The design see a lot of our predecessors in the design of digital voltage meter on the basis of using SCM technology with A D converter chip Construction of a DC voltage digital form This paper briefly introduced the design voltage meter and the main form of the advantages of SCM system and then described in detail the number of DC voltage meter design processes systems and software and hardware system design and gives details of the hardware circuit design Including the direction of the circuit chip and the choice of the feasibility analysis In recent years with the rapid development of science and technology SCM applications are continually deepening in many ways to display its advantages it is worth further study and research However only the knowledge SCM is not enough the structure should be based on specific hardware and application specific characteristics of the target software combination to be perfect Key words Microcontroller MCU A D converter ADS1252 LCD 目目 录录 摘要 I ABSTRACT II 1 引言 5 2 系统原理及基本框图 5 3 硬件电路设计 5 3 1 输入电路 5 3 2 单片机芯片选择 6 3 3 A D 转换器与单片机接口电路 7 3 3 1 A D 转换器芯片选择 7 3 3 2 ADS1252 A D 转换 7 3 4 LCD 显示模块 9 4 软件设计及流程图 10 4 1 程序设计内容 10 4 2 程序流程框图 10 4 3 C51 程序 见附录 11 参考文献 12 附 录 一 13 数字电压表设计 3 1 引言 在电量的测量中 电压 电流和频率是最基本的三个被测量 其中电压量的测 量最为经常 而且随着电子技术的发展 更是经常需要测量高精度的电压 所以数 字电压表就成为一种必不可少的测量仪器 本设计从各个角度分析了由单片机组成 的数字电压表的设计过程及各部分电路的组成及其原理 并且分析了程序如何驱动 单片机进而使系统运行起来的原理及方法 本设计主要分为两部分 硬件电路及软件程序 而硬件电路又大体可分为单片 机系统电路 分压电路 A D 转换电路以及 LCD 显示电路 各部分电路的设计及原 理将会在硬件电路设计部分详细介绍 程序的设计使用 C 语言编程 利用 Keil 软 件对其编译和仿真 其流程框图将会在软件设计部分给出 2 系统原理及基本框图 如图 1 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 图 1 系统基本方框图 3 硬件电路设计 3 1 输入电路 AT89S52 单片机 A D 转换 器 LCD 显示 器 模拟 电压 输入 量程 控制 电路 数字电压表设计 4 图 2 量程切换开关 图 3 衰减输入电路 输入电路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 24 位 A D 转换器 ADS1252 它要求输入电压 0 5V 理论 上可以实现 六位半 的电压测量 实际上去除误差后可以精确到 0 0001V 本仪 表设计是量程 0 0 2V 0 2V 0 20V 三个量程的电压表 灵敏度高所以可以不加前 置放大器 前两个量程可以用一个档位 只需衰减器 如图 3 所示 9K 1K 电阻构 成 1 10 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 2 的硬件连接 3 2 单片机芯片选择 单片机采用 MCS 51 系列单片机 由 ATMEL 公司生产的 AT89S52 是一种低功耗 高性能 CMOS8 位微控制器 具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器 AT89S52 具有以 下标准功能 8k 字节 Flash 256 字节 RAM 32 位 I O 口线 看门狗定时器 2 个数据指针 三个 16 位定时器 计数器 一个 6 向量 2 级中断结构 全双工串行口 片内晶振及时钟电路 AT89S52的引脚图如下图所示 数字电压表设计 5 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date 13 Jun 2008Sheet of File C Documents and Settings hykj 桌桌 LISEN DDBDrawn By P1 0 T2 1 P1 1 T2EX 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 RST 9 P3 0 RxD 10 P3 1 TxD 11 P3 2 INT0 12 P3 3 INT1 13 P3 4 T0 14 P3 5 T1 15 P3 6 WR 16 P3 7 RD 17 XTAL 2 18 XTAL 1 19 VSS 20 P2 0 A8 21 P2 1 A9 22 P2 2 A10 23 P2 3 A11 24 P2 4 A12 25 P2 5 A13 26 P2 6 A14 27 P2 7 A15 28 PSEN 29 ALE 30 EA VPP 31 P0 7 AD7 32 P0 6 AD6 33 P0 5 AD5 34 P0 4 AD4 35 P0 3 AD3 36 P0 2 AD2 37 P0 1 AD1 38 P0 0 AD0 39 VCC 40 U6 AT89S52 C9 30pF C8 30pF S1 RST 12 Y1 6M R2 2KR3 200 C4 22U VCC VCC ALE RST 12 DS1 LE D0 12 DS2 LE D0 R4 Res2 220 R5 Res2 220 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 S1 S2 S3 S4 ST OE EOC CLK VCC P2 7 P2 6 P2 5 P2 4 VCC 图4 AT89S52的引脚图 3 3 A D 转换器与单片机接口电路 3 3 1 A D 转换器芯片选择 A D 转换器是模拟量输入通道中的一个环节 单片机通过 A D 转换器把输入模 拟量变成数字量再处理 随着大规模集成电路的发展 目前不同厂家已经生产出了多种型号的A D转换器 以满足不同应用场合的需要 由于这次设计中要测量 0 2V 以下的电压 要求精度也比较高 所以本次设计采 用 24 位高精度 模数转换器 ADS1252 3 3 2 ADS1252 A D 转换 ADS1252 是美国 BURR BROWN 公司推出的一款高精度 宽动态范围 采用单 5V 电源供电 具有 24 位分辨率的单通道 A D 转换器 它采用差分输入方式 对 于低电平电压信号接入非常有利 它采用 4 阶 结构的调制器 可以得到宽动态 范围和 24 位无差错编码 它内部有三阶数字滤波器 可以滤除电源波纹和其他干扰 它的数据输出率可随系统时钟的改变而改变 当数据输出速率达到最大 40kHz 时 数字电压表设计 6 仍具有 19 位的分辨率 它提供一个 2 线同步串行接口 可以方便的与微处理器连接 所有这些特点使得 ADS1252 非常适合用做高精度数据采集模块的 A D 转换器 1 ADS1252 的内部逻辑结构 图 5 ADS1252 的内部逻辑结构 图 5 所示为 ADS1252 内部功能结构及其外部主要引脚 由图 5 可以看出 ADS1252 主要包括四阶 一 调制器 可编程数字滤波器 串行 SPI 接口和逻 辑 控制器四个功能结构 外部引脚也非常简单 主要包括模拟输入 数字时钟等 ADS1252 是一个高精度 宽动态范围的 A D 转换器 在高数据速率的情况下也可获 得很高的分辨率 模拟信号经微分调节器输入后按系统时钟速率被采样 然后进入 四阶 调制器进行调制 紧接着是数字滤波 由低带通数字滤波器处理来自调制 器的输出 并将结果写入数据输出寄存器 这种处理方式有利于提高系统信 噪比 当引脚 DOUT DRY 电平变低时 表示数据转换已完成 外部微处理器可以对其进行读 处理 2 引脚结构 数字电压表设计 7 图 6 ADS1252 3 4 LCD 显示模块 图 7 1602 液晶 在单片机系统中应用晶液显示器作为输出器件有以下几个优点 显示质量高显示质量高 由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度 恒定发光 而不像阴 极射线管显示器 CRT 那样需要不断刷新新亮点 因此 液晶显示器画质高且不会闪烁 数字式接口数字式接口 液晶显示器都是数字式的 和单片机系统的接口更加简单可靠 操作更加方便 体积小 重量轻体积小 重量轻 液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的 在重量上比相同显 示面积的传统显示器要轻得多 功耗低功耗低 相对而言 液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动 IC 上 因而耗电量比其它显 示器要少得多 4 软件设计及流程图 4 1 程序设计内容 数字电压表设计 8 图 8 A D 转换测量子函数流程图 4 2 程序流程框图 图 9 主函数流程图 4 3 C51 程序 见附录 开始 启动一次转换 DOUT 1 取数据 N Y 返回 数字电压表设计 9 参考文献 1 杨宁 单片机与控制技术 北京航空航天大学出版社 2 周航慈 单片机应用程序设计技术 修订版 北京航空航天大学出版社 3 张友德等 单片微型机原理 应用和实验 电子工业出版社 4 吴经国等 单片机应用技术 中国电力出版社 5 李群芳 单片机微型计算机与接口技术 电子工业出版社 6 阉石 数字电子技术基础 高等教育出版社 7 周立功 单片机实验与实践 北京航空航天大学出版社 8 赵茂泰 智能仪器原理及应用 电子工业出版社出版社 9 周航慈 单片机应用程序设计技术 修订版 北京航空航天大学出版社 数字电压表设计 10 附 录 一 include reg52 h define uint unsigned int define uchar unsigned char define ulong unsigned long uchar code table1 v sbit CLK P1 0 ADS sbit DOUT P3 2 ADS sbit SCLK P1 2 ADS sbit dula P2 6 sbit wela P2 7 sbit rs P3 5 sbit lcden P3 4 sbit we P3 6 sbit rd P3 7 void delay z uchar x y for x 0 x z x for y 0 y 110 y void write com uchar com 在 1602 上面写命 令 rs 0 lcden 0 P0 com delay 5 lcden 1 delay 5 lcden 0 void write date uchar date 写数据 rs 1 lcden 0 P0 date delay 5 lcden 1 delay 5 lcden 0 void init 1602 初始化 unsigned char num wela 0 dula 0 lcden 0 write com 0 x38 write com 0 x0c write com 0 x06 write com 0 x01 write com 0 x80 delay 5 write com 0 x80 for num 0 num 2 num write date table1 num delay 5 ulong ads read void 读取数据 uchar data i ulong j 0 SCLK 0 CLK 0 for i 0 i 48 i CLK CLK t4 DRDY 模式 for i 0 i 12 i CLK CLK t2 for i 0 i 12 i CLK CLK t3 CLK 1 CLK 0 SCLK 1 if DOUT 1 j j 0 x01 CLK 1 CLK 0 数字电压表设计 11 SCLK 0 CLK 1 CLK 0 CLK 1 CLK 0 for i 0 i 23 i j j 1 if DOUT 1 j j 0 x01 SCLK 1 CLK 1 CLK 0 CLK 1 CLK 0 SCLK 0 CLK 1 CLK 0 CLK 1 CLK 0 SCLK 1 CLK 1 CLK 0 CLK 1 CLK 0 SCLK 0 CLK 1 CLK 0 CLK 1 CLK 0 for i 0 i 248 i CLK CLK for i 0 i 248 i CLK CLK return j void ads convert ulong l data uchar ads data 10 unsigned char count float a ulong b unsigned char ads data 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 if l data l data l data 1 l data l data a float l data 5 0 0 x7fffff b ulong a 10000000 ads data 0 else a float l data 5 0 0 x7fffff b ulong a 10000000 ads data 0 ads data 1 b 1000