简易数字电压表的设计(论文).doc

第 1 页共 17 页 目目 录录 1 引 言 2 2 系统硬件设计 2 2 1 ATMEL89C51 单片机系统和显示电路 3 2 2 A D 转换电路 4 3 系统软件设计 5 3 1 初始化程序 5 3 2 A D 转换子程序 5 3 3 显示子程序 6 4 系统安装调试及结果 14 4 1 系统安装调试 14 4 1 1 电路焊接 14 4 1 2 程序下载及程序下载 14 4 2 系统调试结果 14 4 2 1 调试所用工具 14 4 2 2 记录测试数据 14 5 总结 15 6 致谢 15 7 注释 8 参考文献 第 2 页共 17 页 简易数字电压表的设计简易数字电压表的设计 内容摘要内容摘要 此在现代检测技术中 常需用高精度数字电压表进行现场检测 将检测到的数据送入微计算机系统 完成计算 存储 控制和显示等功能 本 文中的数字电压表的控制系统采用 ATMEL89C51 单片机 A D 转换器采用 TLC549 为主要硬件 实现数字电压表的硬件电路与软件设计 该系统的数字电压表电 路简单 所用的元件较少 成本低 调节工作可实现自动化 关键词关键词 数字单片机 数字电压表 A D 转换 模拟信号 1 1 引引 言言 数字电压表 Digital Voltmeter 简称 DVM 它是采用数字化测量技术 把连续的模拟量 直流输入电压 转换成不连续 离散的数字形式并加以显示 的仪表 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 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 2 2 系统硬件设计系统硬件设计 硬件电路设计主要包括 ATMEL89C51 单片机系统 A D 转换电路 显示电 路 图 2 1 是数字电压表硬件电路原理图 第 3 页共 17 页 图 2 1 数字电压表硬件电路原理图 2 1 ATMEL89C51 单片机系统和显示电路 由于单片机体积小 重量轻 价格便宜 所以本系统采用 ATMEL89C51 单片机 其 原理图如图 1 所示 89C5l 的 P1 P3 0 P3 3 端口作为四位 LED 数码管显示控制 P3 5 端口用作单路 显示 循环显示转换按钮 P3 6 端口用作单路显示时选择通道 P0 端口作 TLC549 的 A D 转换数据读入用 P2 端口用作 TLC549 的 A D 转换控制 ATMEL89C51 的性能特点 4K 字节可编程闪烁存储器 寿命 1000 写 擦循环 数据保留时间 10 年 全静态工作 0Hz 24MHz 三级程序存储器锁定 128 8 位内部 RAM 32 可编程 I O 线 第 4 页共 17 页 两个 16 位定时器 计数器 5 个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 2 2 A D 转换电路 图 2 2 TLC549 A D 转换原理图 D A 转换电路就是将数字信号转换成模拟信号的电路 数据转换精度和转 换速度是衡量 D A 转换器的重要指标 A D 转换由集成电路 TLC549 完成 TLC549 A D 转换电路如图 2 所示 TLC549 具有 8 路模拟信号输入端口 地址线 23 25 脚 可决定对哪一路模拟信号进行 A D 转换 22 脚为地址锁存控制 当输入为高电平时 对地址信号进行锁存 6 脚为测试控制 当输入一个 2 s 宽高电平脉冲时 就开始 A D 转换 7 脚为 A D 转换结束标志 当 A D 转换 结束时 7 脚输出高电平 9 脚为 A D 转换数据输出允许控制 当 OE 脚为高电 平时 A D 转换数据从该端口输出 l0 脚为 0809 的时钟输入端 利用单为 0809 的时钟输入端 利用单片机 30 引脚的六分频晶振频率再通过 14024Z 分频 得到 1MHz 时钟 3 3 系统软件设计系统软件设计 第 5 页共 17 页 图 3 1 主程序图 图 3 2 A D 转换测量程序 3 1 初始化程序 系统上电 初始化程序将 70H 77H 内存单元清 0 P2 口置 0 系统默认为 循环显示 8 个通道的电压值 当进行一次测量后 将显示每一通道的 A D 转换 值 每个通道显示时间为 1 S 70H 77H 内存单元存放采样值 78H 7BH 内存 单元存放显示数据 依次为个位 十位 百位 通道标志位 3 2 A D 转换子程序 A D 转换子程序用来控制对 0809 k 路模拟输入电压的 A D 转换 并将 对应的数值存入 70H 77H 内存单元 3 3 显示子程序 显示子程序采用动态扫描实现四位数码管的数值显示 测量数据在显示时需 转换成 BCD 码放在 78H 7BH 内存单元中 其中 7BH 存放通道标志数 R3 作为 第 6 页共 17 页 8 路循环控制 R0 用作显示数据指针 程序代码如下 文 件 名 tlc549 c 主要功能 应用 IIC 总线读取 tlc549 模数转换后的电压值 时 钟 11 0592MHz include include include include define uchar unsigned char define uint unsigned int define ulong unsigned long sbit sda P0 2 sbit scl P0 3 sbit Tlc549 CLK P2 5 sbit Tlc549 DATA P2 6 sbit Tlc549 CS P2 7 void delay us uint x void shift unsigned char function int b void led display uchar AD convert int TLC549 OUTPUT 第 7 页共 17 页 const char led code 19 0 x11 0 xd7 0 x32 0 x92 0 xd4 0 1 2 3 4 0 x98 0 x18 0 xd3 0 x10 0 x90 5 6 7 8 9 0 x50 0 x1c 0 x39 0 x16 0 x38 0 x78 a b c d e f 0 xfe 0 xef 0 xff dot dark 名 称 void delay us uint x 功 能 延时 输 入 NULL 全 局 变 量 NULL 返 回 值 NULL 调 用 NULL 说 明 通过改参数 X 来改变延时的时间 void delay us uint x uint i for i 0 i x i nop 第 8 页共 17 页 名 称 void shift uchar n 功 能 把一个显示代码送入数码管显示 输 入 NULL 全 局 变 量 NULL 返 回 值 NULL 调 用 NULL 说 明 从最高位开始读入 void shift uchar n uchar m i m led code n scl 0 for i 0 i 8 i if m else 第 9 页共 17 页 sda 0 scl 1 scl 0 m 1 名 称 void led display uint qian uchar bai uchar shi uchar ge 功 能 从 tlc549 读出一个字节数据 输 入 NULL 全 局 变 量 NULL 返 回 值 NULL 调 用 void shift uchar n 说 明 把模数转换后得到的电压值调数码管显示 void led display uchar shi ge uchar dianya uint ch 第 10 页共 17 页 volatile float Sdata 0 dianya AD convert dianya TLC549 OUTPUT Sdata dianya 100 50 0 ch uint Sdata shi ch 10 10 取十位 ge ch 100 取个位 shift 0 18 shift 0 18 shift 0 18 shift 0 18 shift 0 18 shift 0 18 shift 0 shi shift 1 ge 名 称 uchar AD convert 功 能 从 tlc549 读出一个字节数据 模数转换 输 入 NULL 全 局 变 量 NULL 返 回 值 T1 从 tlc549 中读出的数据 调 用 NULL 说 明 一个变量与数据口的数相或 8 次 就取走一个数据 uchar AD convert 第 11 页共 17 页 uchar T1 0 i 0 Tlc549 CLK 0 Tlc549 CS 1 delay us 2 delay 10 Tlc549 CS 0 for i 0 i 8 i T1 T1 Tlc549 DATA Tlc549 CLK 1 delay us 2 delay 10 Tlc549 CLK 0 T1 0 i v 1 Tlc549 CLK 1 delay us 1 if Tlc549 DATA v 0 x01 delay us 1 Tlc549 CLK 0 Tlc549 CS 1 delay us 1 return v 第 13 页共 17 页 名 称 void main 功 能 主函数 输 入 NULL 全 局 变 量 NULL 返 回 值 NULL 调 用 NULL int main TLC549 Init TLC549 OUTPUT while 1 led display delay us 10000 return 0 while 1 shift 1 1 shift 0 3 shift 1 4 shift 0 5 第 14 页共 17 页 delay us 10000 4 4 系统安装调试及结果系统安装调试及结果 4 1 系统安装调试 系统调试主要分三部分 电路焊接 软件调试及程序下载 4 1 1 电路焊接 完成 PCB 板的制作后 在电路板上安装元件 并焊接 经过将近三天的电 路焊接 系统电路焊接基本完成 4 1 2 程序下载及程序下载 软件编程采用 C 语言和汇编语言设计 C 语言在 Keil uVision3 开发环境 和 Microsoft Visual C 开发环境下完成设计和编译 在系统板以及各功能模块连接好后 将从 PC 机并口接上 ISP 下载线 给系 统上电 并对系统板进行程序下载测试 51 单片机支持 ISP 在线编程 4 2 系统调试结果 4 2 1 调试所用工具 表 1 仪器设备使用说明 仪器设备名称仪器设备型号 示波器TDS2012 型 万用表DT9205A 型 信号发生器SP F40 型 稳压电源HH1733B2 型 4 2 2 记录测试数据 制作的作品按照课题设计要求 对各项指标进行测试 测量最大值 5V 最 小值 0V 精确到 0 1V 5 5 总结总结 通过这次课程设计的学习我学到了不少知识 并且进一步熟悉了做板的流 第 15 页共 17 页 程和仪器的使用 专业知识更加精深真的是受益匪浅啊 制作过程也并不是一 帆风顺的 我们也遇到了许多困难 但是我们通过上网查资料 图书馆内查阅 书籍克服了这些困难并最终制作成功 据调试和所测量数据 本系统采用 ATMEL89C51 单片机作为主控核心 按照 设计要求 完成了数字电压表的设计 该系统的数字电压表电路简单 所用的 元件较少 成本低 设计简单 容易实现 适合于要求不同的电子技术应用领 域 6 6 致谢致谢 在本课题完成之际 我们的基础理论得到了进一步巩固和加深 同时在此 基础上 我们掌握了仪器仪表的硬件设计原理和软件调试方法 但这些都离不 开我们身边的老师和同学的大力帮助与支持 感谢彭宇林老师的帮助 7 7 注释注释 J 北京 北京航空航天大学出版社 2004 第 172 页 8 8 参考文献参考文献 1 谢自美 点子线路设计 实验 测试 第三版 J 西安 华中科技大学大 学出版社 2006 2 谢自美 点子线路综合设计 J 北京 华中科技大学出版社 2006 Design of simple digital voltage meter Renkai Chen Miaoxin Abstract This in modern detection techniques they often need to use high precision digital voltmeter on site testing will detect the data into the micro computer 第 16 页共 17 页 systems complete the calculation storage control and display functions The figures in this article voltage meter control system ATMEL89C51 microcontroller A D converters use a TLC549 as the main hardware the hard