数字电压表系统硬件设计

沈阳理工大学课程设计专用纸 No1 沈阳理工大学 目录 目录 1 一 设计要求 2 二 设计方案与论证 2 三 设计原理及电路图 3 四 元器件清单 4 五 元器件识别与检测 4 六 软件编程与调试 10 七 设计心得 12 八 参考文献 13 沈阳理工大学课程设计专用纸 No2 沈阳理工大学 一 设计要求 采用 D A 转换芯片 DAC0832 输出 0 5V 连续可变的模拟电压信号 将 8 位 数字信号 00 FFH 转换为模拟信号 利用单片机进行函数编程 输出 0 到 5v 的 电压可形成不同的波形 并利用积分电路使电路光滑 然后利用示波器检测信 号 二 设计方案与论证 1 根据设计要求 选择 AT89C51 单片机为核心控制器件 2 D A 转换采用 DAC0832 实现 与单片机的接口为 P2 口的八位引脚 3 系统控制主要利用五个按键进行触发 4 积分电路是由集成运放电容 以 vcc 为才考电压进行积分 5 信号的的显示主要要示波器来进行测量 硬件电路设计框图如图 1 所示 时钟电路 复位电路 D A 转换电路积分电路 系统控制 AT89C51 P2 P1 信号输出 图 1 数字电压表系统硬件设计框图 沈阳理工大学课程设计专用纸 No3 沈阳理工大学 三 设计原理及电路图 工作原理是 利用 keil 软件进行编程 主要波形有 三角波 正弦 波 方波 1 2 3 为波形的选择键 1 是正弦波 2 是三角波 3 是方波 利用这三个键可以选择相应的波形 INT0 INT1 按键是进行外部中断触 发 触发是用来增加或较少延时的时间 这样就可以达到改变其频率的 目的 然后利用 DAC0832 将数字量转换为模拟量 但是模拟量输出时阶 梯型的 所以要对其进行积分 通过积分环节就可以得到光滑的模拟信 号 最后在来接到示波器上就可以观测到相应的信号 原理如图 2 所示 图 2 原理图 沈阳理工大学课程设计专用纸 No4 沈阳理工大学 四 元器件清单 元件序号型号主要参数数量备注 1 晶体振荡器 12MHZ1 2 瓷片电容 30PF1 3 瓷片电容 22pF2 4 单片机 89C521 5 弹性按键 5 6 电阻 1k1 7 集成运放 Op1p2 8 电解电容 1u1 9DAC08321 五 元器件识别与检测 色环电阻是应用于各种电子设备的最多的电阻类型 无论怎样安装 维修 者都能方便的读出其阻值 便于检测和更换 但在实践中发现 有些色环电阻 的排列顺序不甚分明 往往容易读错 在识别时 可运用如下技巧加以判断 技巧 1 先找标志误差的色环 从而排定色环顺序 最常用的表示电阻误 差的颜色是 金 银 棕 尤其是金环和银环 一般绝少用做电阻色环的第一 环 所以在电阻上只要有金环和银环 就可以基本认定这是色环电阻的最末一 环 技巧 2 棕色环是否是误差标志的判别 棕色环既常用做误差环 又常作 为有效数字环 且常常在第一环和最末一环中同时出现 使人很难识别谁是第 沈阳理工大学课程设计专用纸 No5 沈阳理工大学 一环 在实践中 可以按照色环之间的间隔加以判别 比如对于一个五道色环 的电阻而言 第五环和第四环之间的间隔比第一环和第二环之间的间隔要宽一 些 据此可判定色环的排列顺序 技巧 3 在仅靠色环间距还无法判定色环顺序的情况下 还可以利用电阻 的生产序列值来加以判别 比如有一个电阻的色环读序是 棕 黑 黑 黄 棕 其值为 100 100 1M 误差为 1 属于正常的电阻系列值 若是反顺 序读 棕 黄 黑 黑 棕 其值为 140 100 140 误差为 1 显然按 照后一种排序所读出的电阻值 在电阻的生产系列中是没有的 故后一种色环 顺序是不对的 2 识别大小 四色环电阻 第一色环是十位数 第二色环是个位数 第三色环是应乘颜 色次幂颜色次 第四色环是误差率 例子 棕 红 红 金 其阻值为 12 102 1 2K 误差为 5 误差表示电阻数值 在标准值 1200 上 下波动 5 1200 都表示此电阻是可以接受的 即在 1140 1260 之间都是好 的电阻 五色环电阻 红 红 黑 棕 金 五色环电阻最后一环为误差 前三环数值乘以第四环的 10 颜色次幂颜色次 其 电阻为 220 101 2 2K 误差为 5 第一色环是百位数 第二色环是十位数 第三色环是个位数 第四色环是 应乘颜色次幂颜色次 第五色环是误差率 首先 从电阻的底端 找出代表公差精度的色环 金色的代表 5 银色的 代表 10 再从电阻的另一端 找出第一条 第二条色环 读取其相对应的数 字 以下图为例 前两条色环都为红色 故其对应数字为红 2 红 2 其有效数 是 22 再读取第三条倍数色环 黑 1 所以 我们得到的阻值是 22x1 22 如果第三条倍数色环为金色 则将有效数乘以 0 1 如果第三条倍数色环为银 色 则乘以 0 01 沈阳理工大学课程设计专用纸 No6 沈阳理工大学 色环标示主要应用圆柱型的电阻器上 如 碳膜电阻 金属膜电阻 金属 氧化膜电阻 保险丝电阻 绕线电阻 在早期 一般当电阻的表面不足以用数 字表示法时 就会用色环标示法来表示电阻的阻值 公差 规格 色环主要分 成两部分 第一部分 靠近电阻前端的一组是用来表示阻值 两位有效数的电阻值 用前三个色环来代表其阻值 如 39 39K 39M 三位有效数的电阻值 用前四个色环来代表其阻值 如 69 8 698 69 8K 一般用于精密电 阻的表示 第二部分 靠近电阻后端的一条色环用来代表公差精度 第一部分的每一条色环都是等距 自成一组 容易和第二部分的色环区分 四个色环电阻的识别 第一 二环分别代表两位有效数的阻值 第三环代表倍 率 第四环代表误差 五个色环电阻的识别 第一 二 三环分别代表三位有 效数的阻值 第四环代表倍率 第五环代表误差 如果第五条色环为黑色 一 般用来表示为绕线电阻器 第五条色环如为白色 一般用来表示为保险丝电阻 器 如果电阻体只有中间一条黑色的色环 则代表此电阻为零欧姆电阻 对照表 银金黑棕红橙黄绿兰紫灰白无 有效数字 0123456789 数量级10 2 10 1 10 0 10 1 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 10 8 10 9 允许偏差 10 5 1 2 0 5 0 25 0 1 50 20 20 另外还有中间只有一道黑色色环的电阻 其阻值为零 带有四个色环的其 中第一 二环分别代表阻值的前两位数 第三环代表倍率 第四环代表误差 快速识别的关键在于根据第三环的颜色把阻值确定在某一数量级范围内 例如 是几点几 K 还是几十几 K 的 再将前两环读出的数 代 进去 这样就可很快 读出数来 沈阳理工大学课程设计专用纸 No7 沈阳理工大学 下面介绍掌握此方法的几个要点 1 熟记第一 二环每种颜色所代表的数 可这样记忆 棕 1 红 2 橙 3 黄 4 绿 5 蓝 6 紫 7 灰 8 白 9 黑 0 这样连起来读 多复诵几遍便 可记住 记准记牢第三环颜色所代表的 阻值范围 这一点是快识的关键 具体是 金色 几点几 黑色 几十几 棕色 几百几十 红色 几点几 k 橙色 几十几 k 黄色 几百几十 k 绿色 几点几 M 蓝色 几十几 M 2 从数量级来看 在体上可把它们划分为三个大的等级 即 金 黑 棕色是欧姆级的 红橙 黄色是千欧级的 绿 蓝色则是兆欧级的 这样划 分一下是为了便于记忆 3 当第二环是黑色时 第三环颜色所代表的则是整数 即几 几十 几 百 k 等 这是读数时的特殊情况 要注意 例如第三环是红色 则其阻值即 是整几 k 的 4 记住第四环颜色所代表的误差 即 金色为 5 银色为 10 无色 为 20 下面举例说明 例 1 当四个色环依次是黄 橙 红 金色时 因第三环为红色 阻值范围 是几点几 k 的 按照黄 橙两色分别代表的数 4 和 3 代入 则其读数为 43 k 第环是金色表示误差为 5 沈阳理工大学课程设计专用纸 No8 沈阳理工大学 在某些不好区分的情况下 也可以对比两个起始端的色彩 因为计算的起 始部分即第 1 色彩不会是金 银 黑 3 种颜色 如果靠近边缘的是这 3 种色彩 则需要倒过来计算 色环电阻的色彩标识有两种方式 一种是采用 4 色环的标注方式 令一种 采用 5 色环的标注方式 两者的区别在于 4 色环的用前两位表示电阻的有效 数字 而 5 色环电阻用前三位表示该电阻的有效数字 两者的倒数第 2 位表示 了电阻的有效数字的乘数 最后一位表示了该电阻的误差 对于 4 色环电阻 其阻值计算方法位 阻值 第 1 色环数值 10 第 2 色环数 值 第 3 位色环代表之所乘数 对于 5 色环电阻 其阻值计算方法位 阻值 第 1 色环数值 100 第 2 色环数 值 10 第 3 位色环数值 第 4 位色环代表之所乘数 贴片元件具有体积小 重量轻 安装密度高 抗震性强 抗干扰能力强 高频特性好等优点 广泛应用于计算机 手机 电子辞典 医疗电子产品 摄录机 电子电度表及 VCD 机等 贴片元件按其形状可分为矩形 圆柱形和 异形三类 按种类分有电阻器 电容器 电感器 晶体管及小型集成电路等 贴片元件与一般元器件的标称方法有所不同 下面主要谈谈片状电阻器的阻值标称法 片状电阻器的阻值和一般电阻器一样 在电阻体上标明 共有三种阻值 标称法 但标称方法与一般电阻器不完全一样 1 数字索位标称法 一般矩形片状电阻采用这种标称法 数字索位标称法就是在电阻体上用三位数字来标明其阻值 它的第一位 和第二位为有效数字 第三位表示在有效数字后面所加 0 的个数 这一 位不会出现字母 例如 472 表示 4700 151 表示 150 如果是小数 则用 R 表示 小数点 并占用一位有效数 字 其余两位是有效数字 例如 2R4 表示 2 4 R15 表示 0 15 沈阳理工大学课程设计专用纸 No9 沈阳理工大学 2 色环标称法 一般圆柱形固定电阻器采用这种标称法 贴片电阻与一般电阻一样 大多采用四环 有时三环 标明其阻值 第 一环和第二环是有效数字 第三环是倍率 色环代码如表 1 例如 棕 绿黑 表示 15 蓝灰橙银 表示 68k 误差 10 3 E96 数字代码与事母混合标称法 数字代码与字母混合标称法也是采用三位标明电阻阻值 即 两位数 字加一位字母 其中两位数字表示的是 E96 系列电阻代码 具体见附表 2 它的第三位是用字母代码表示的倍率 如表 3 例如 51D 表示 332 103 332k 249Y 表示 249 10 2 2 49 六 软件编程与调试 首先绘制程序流程图 开始 switch 0 x010 x020 x04default 正弦波三角波方波 结束 图 3 程序流程图 软件调试的主要任务是排查错误 错误主要包括逻辑和功能错误 这些错 误有些是显性的 而有些是隐形的 可以通过仿真开发系统发现逐步改正 沈阳理工大学课程设计专用纸 No10 沈阳理工大学 Proteus 软件可以对基于微控制器的设计连同所有的周围电子器件一起仿真 用户甚至可以实时采用诸如 LED LCD 键盘 RS232 终端等动态外设模型来对设 计进行交互仿真 Proteus 支持的微处理芯片包括 8051 系列 AVR 系列 PIC 系列 HC11 系列及 Z80 等等 Proteus 可以完成单片机系统原理图电路绘制 PCB 设计 更为显著点的特点是可以与 u Visions3 IDE 工具软件结合进行编程 仿真调试 8 本系统的调试主要以软件为主 其中 系统电路图的绘制和仿真我采用的 是 Proteus 软件 而程序方面 采用的是汇编语言 用 Keil 软件将程序写入单 片机 函数如下 include define uchar unsigned char define uint unsigned int unsigned int key 100 正弦波 uchar code zhengxian 256 0 x80 0 x83 0 x86 0 x89 0 x8c 0 x8f 0 x92 0 x95 0 x98 0 x9c 0 x9f 0 xa2 0 xa5 0 xa8 0 xab 0 xae 0 xb0 0 xb3 0 xb6 0 xb9 0 xbc 0 xbf 0 xc1 0 xc4 0 xc7 0 xc9 0 xcc 0 xce 0 xd1 0 xd3 0 xd5 0 xd8 0 xda 0 xdc 0 xde 0 xe0 0 xe2 0 xe4 0 xe6 0 xe8 0 xea 0 xec 0 xed 0 xef 0 xf0 0 xf2 0 xf3 0 xf4 0 xf6 0 xf7 0 xf8 0 xf9 0 xfa 0 xfb 0 xfc 0 xfc 0 xfd 0 xfe 0 xfe 0 xff 0 xff 0 xff 0 xff 0 xff 0 xff 0 xff 0 xff 0 xff 0 xff 0 xff 0 xfe 0 xfe 0 xfd 0 xfc 0 xfc 0 xfb 0 xfa 0 xf9 0 xf8 0 xf7 0 xf6 0 xf5 0 xf3 0 xf2 0 xf0 0 xef 0 xed 0 xec 0 xea 0 xe8 0 xe6 0 xe4 0 xe3 0 xe1 0 xde 0 xdc 0 xda 0 xd8 0 xd6 0 xd3 0 xd1 0 xce 0 xcc 0 xc9 0 xc7 0 xc4 0 xc1 0 xbf 0 xbc 0 xb9 0 xb6 0 xb4 0 xb1 0 xae 0 xab 0 xa8 0 xa5 0 xa2 0 x9f 0 x9c 0 x99 0 x96 0 x92 0 x8f 0 x8c 0 x89 0 x86 0 x83 0 x80 0 x7d 0 x79 0 x76 0 x73 0 x70 0 x6d 0 x6a 0 x67 0 x64 0 x61 0 x5e 0 x5b 0 x58 0 x55 0 x52 0 x4f 0 x4c 0 x49 0 x46 0 x43 0 x41 0 x3e 0 x3b 0 x39 0 x36 0 x33 0 x31 0 x2e 0 x2c 0 x2a 0 x27 0 x25 0 x23 0 x21 0 x1f 0 x1d 0 x1b 0 x19 0 x17 0 x15 0 x14 0 x12 0 x10 0 xf 0 xd 0 xc 0 xb 0 x9 0 x8 0 x7 0 x6 0 x5 0 x4 0 x3 0 x3 0 x2 0 x1 0 x1 0 x0 0 x0 0 x0 0 x0 0 x0 0 x0 0 x0 0 x0 0 x0 0 x0 0 x0 0 x1 0 x1 0 x2 0 x3 0 x3 0 x4 0 x5 0 x6 0 x7 0 x8 0 x9 0 xa 0 xc 0 xd 0 xe 0 x10 0 x12 0 x13 0 x15 0 x17 0 x18 0 x1a 0 x1c 0 x1e 0 x20 0 x23 0 x25 0 x27 0 x29 0 x2c 0 x2e 0 x30 0 x33 0 x35 0 x38 0 x3b 0 x3d 0 x40 0 x43 0 x46 0 x48 0 x4b 0 x4e 0 x51 0 x54 0 x57 0 x5a 0 x5d 0 x60 0 x63 0 x66 0 x69 0 x6c 0 x6f 0 x73 0 x76 0 x79 0 x7c 沈阳理工大学课程设计专用纸 No11 沈阳理工大学 延时函数 void delay uint key uint ij for j key j 0 j for i 10 i 0 i 主函数 void main uint I 设置中断优先级 PX1 1 开外部中断 0 EA 1 EX0 1 IT0 0 开外部中断 1 EX0 1 IT0 0 while 1 switch P 事件 1 产生正弦波 case 0 x01 key 100 while 1 P2 zhengxian i delay key 事件 2 产生三角波 case 0 x02 key 100 P0 0 x00 while 1 if P20 xfb 沈阳理工大学课程设计专用纸 No12 沈阳理工大学 P2 P2 0 x02 delay key 事件 3 产生方波 case 0 x04 key 100 while 1 P2 0 x00 delay key P2 0 xff dela