基于单片机的数字电压表--开题报告

毕业设计（论文）开题报告 基于单片机的数字电压表设计与实现引言在传统的电工和电子测量 中广泛使用的模拟测量仪表 ，虽然具有可直观看出表针偏转了多少格或满刻度的百分之几等优点，但需要对读数加以换算或说明， 尤其是不可避免地要带来人为的“视差”，不同的观察者会得到不同的结果 。数字仪表则不同，它可以将测量结果直接用数字显示出来，读数准确，设计简单，可以随身携带 ，使用上更加方便快捷。 一、数字电压表的历史发展与选题意义数字电压表（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。1.1 数字电压表的历史发展数字电压表自1952年问世以来，已有50多年的发展史，大致经历了五代产品。第一代产品是20世纪50年代问世的电子管数字电压表，第二代产品属于20世纪60年代出现的晶体管数字电压表，第三代产品为20世纪70年代研制的中、小规模集成电路的DVM。近年来，国内外相继推出由大规模集成电路（LSI）或超大规模集成电路（VLSI）构成的数字电压表、智能数字电压表，分别属于第四代、第五代产品。它们不仅开创了电子测量的先河，更以其高准确度、高可靠性、高分辨力、高性价比等优良特性而受到人们的青睐。1.2选题意义 相对于传统的指针表而言，数字电压表有以下特点：1.读数直观准确;2.显示位数；3.准确度高，分辨率高；4.测量范围宽；5.扩展能力强；6.测量数率快；7.输入阻抗高；8.集成度高，微功耗；9.抗干扰能力强。由上可知，数字电压表代替传统的指针电压表是必然的趋势，也是当前市场的迫切要求。而本次课题的选择正是基于单片机的数字电压表设计。 二、本课题主要研究内容本次设计要求以单片机为基础制作数字电压表。通过设计熟悉A/D转换原理、51系列单片机的使用和LED数码管的使用方法、译码、显示过程。功能要求为：（1） 三位直流数字电压表； （2） 量程范围为0-5V； （3） 精确到小数点后两位。 （4）数字电压表的LED上显示相应电压值 （5）8通道进行电压值采集本系统主要通过硬件设计、软件编程手段来实现功能。第一，根据设计要求制作出能完成设计功能电路图。第二，根据电路图编写程序控制单片机（可以使用VB语言或者C语言），使单片机控制A/D转换器进行模数转换，并在LED上面显示出来对应的电压值。三、方案设计3.1总体结构数字电压表的组成（图1）图1 数字电压表的组成框图DVM（Digital Voltage Meter）的核心是A/D转换器。按系统功能实现要求，决定控制系统采用AT89C52单片机，A/D转换采用ADC0809。系统除能确保实现要求的功能外，还可以方便地进行8路其他A/D转换量的测量和远程测量结果传送等扩展功能。数字电压表系统设计方案框图如图2所示。AT89S52 P0P2P1 P3ADC08094位LED显示上电复位串口通信电源电路图2 数字电压表系统设计方案框图A/D转换器在单片机的控制下完成对模拟信号的采集和转换功能，最后由数码管显示采集的电压值。然而本次设计的核心部分就是A/D转换器以及单片机，以及程序的编写。所以着重从这两方面来考虑本次设计的方案选择。3.2单片机选择3.2.1采用8031芯片采用8031作为此次设计的单片机，EPROM2716、RAM6116分别作为单片机的程序存储器和单片机的数据存储器。EPROM2716是8031单片机的程序存储器，用于存放指令，常数及表格。RAM6116是8031单片机的数据存储器用于存放采集的数据及数据的计算与树立结果等。3.2.2采用AT89S52芯片采用AT89S52作为此次设计的单片机，该芯片具有低功耗、高性能的特点，是采用CMOS工艺的8位单片机。选择：由于8031单片机没有自带的RAM，且没有可在线编程（ISP）Flash存储器；故需要外接数据存储器和程序存储器，加入存储器后使得成本也较高。这样一来电路连线较为复杂，容易在焊接方面出现失误导致系统无法实现其功能，故本次设计选择自带RAM可在线编程的AT89S52单片机。3.3 A/D转换器选择3.3.1采用ICL7109芯片采用12位AD转换器ICL7109来实现模数转换功能。ICL7109是一种高精度、低噪声、低漂移的双积分式12位模/数变换器，该芯片由模拟电路和数字电路两部分组成，其中模拟电路由模拟信号输入、振荡电路、积分、比较电路和基准电压源组成。数字电路由时钟振荡器、异步通信握手逻辑、转换控制逻辑、计数器、锁存器、三态门组成。3.3.2采用ADC0809芯片采用8位A/D转换器ADC0809来实现模数转换功能。ADC0809是一种典型的AD转换器，是8位8通道的AD转换器。ADC0809由一个8位AD转换器、一个8路模拟量开关、8路模拟量地址锁存译码器和一个三态数据输出锁存器组成。选择：ICL7109为12位A/D转换器，具有较强的接口处理能力。但是由于使用的是12位高分辨率的A/D转换器，而根据本次设计的要求并不需要这么高的分辨率，如果使用12位的A/D转换器ICL7019成本就会提高。故本次设计选择常见的8位AD选择器ADC08093.4软件方案选择3.4.1用汇编实现系统的模拟汇编语言是一种功能很强的程序设计语言，也是利用计算机所有硬件特性并能直接控制硬件的语言。汇编语言，作为一门语言，对应于高级语言的编译器，需要一个“汇编器”来把汇编语言原文件汇编成机器可执行的代码。汇编语言的优点：（1）能够直接访问与硬件相关的存储器或I/O端口； （2）能够不受编译器的限制，对生成的二进制代码进行完全的控制； （3）能够对关键代码进行更准确的控制，避免因线程共同访问或者硬件设备共享引起的死锁；汇编语言的缺点：（1）编写的代码非常难懂，不好维护； （2）很容易产生bug，难于调试； （3）只能针对特定的体系结构和处理器进行优化； （4）开发效率很低，时间长且单调。3.4.2用C语言实现系统的模拟C语言是一种计算机程序设计语言。它既有高级语言的特点，又具有汇编语言的特点。它可以作为系统设计语言，编写工作系统应用程序，也可以作为应用程序设计语言，编写不依赖计算机硬件的应用程序。因此，它的应用范围广泛。C语言的优点：（1）简洁紧凑、灵活方便。（2）运算符丰富。（3）数据结构丰富。（4）C语言限制不太严格，程序设计自由度大。C语言的缺点：（1）C语言的缺点主要是表现在数据的封装性上。（2）C语言的语法限制不太严格，对变量的类型约束不严格，影响程序的安全性，对数组下标越界不作检查等。3.4.3 软件选定方案利用keil5和proteus对系统进行仿真，根据C语言的简便灵活且易于查错的特点，决定选用C语言实现系统的模拟。四、设计可行性分析与难点本次设计只需选用模块化单片机系统，采用模块化、组合化、标准化的设计原则，把现成的硬件模板和软件进行系统组合，并利用仿真器调试软件，系统调试成功后，设计目的是能够实现的。而且设计需求的AT89C51、ADC0901、LED显示管、晶震等器件市场上都可以购买得到，而且实验室也曾做过一些相关实验，所以我认为本次设计的方案是可行的。由于本课题中设计到单片机的选择和A/D转换器的选择，所以相对来说，首先器材的选择与焊接都是此次设计的难点。由于单片机的使用，编写程序也是本次设计的一大难题。五、设计（论文）的预期结果基于单片机的数字电压具有:13位直流数字电压表；2量程范围0V-+5V；3要求精确到小数点后二位；4完成整个电路的硬件设计及调试；5根据硬件电路，完成单片机程序的编写并进行调试；7. 使用LED进行电压值的显示8. 8路电压值采集9完成实物制作。六、设计(论文)的进程安排序 号设计（论文）各阶段内容起止日期1分析理解设计任务要求，查阅收集资料，确定设计方案，准备开题报告4月2日4月9日2毕业设计（论文）开题答辩4月9日4月15日3确定方案，画出电路图，并制PCB板4月15日4月22日4电路板焊接与调试及完成外文资料翻译4月22日5月25日5数据与结果的分析整理5月25日5月30日6撰写毕业设计论文5月31日6月4日7准备毕业设计（论文）答辩，制作答辩幻灯片6月5日6月15日8毕业设计（论文）答辩（含争优答辩）6月16日6月22日七、目前资料收集情况（含指定参考资料）1.单片机程序设计实例先锋工作室编著 北京：清华大学出版社，2003.12.单