单片机---数字电压表毕业设计

目录摘要1第一章引言3第二章开发平台KEIL421系统概述422整体架构5第三章硬件设计思想和原理图631系统总体设计框图632单片机系统733AD转换电路834信号调理模块9第四章软件设计与流程1041程序流图错误错误错误错误未定义书签未定义书签未定义书签未定义书签。42功能介绍10第五章软件仿真及测试数据1151仿真结果11参考文献12附录13摘要摘要摘要摘要基于单片机的数字电压表设计1在电路设计中我们时常会用到电压表，过去大部分电压表还是模拟的，虽然精度较高但模拟电压表采用用指针式，里面是磁电或电磁式结构，所以响应较慢。为适应许多高速信号领域目前已广泛使用数字电压表。本设计是基于ATMEL51单片机开发平台和自动控制原理的基础上实现的一种数字电压表系统。该系统采用ATMEL89C52单片机作为控制核心，以ADC0809为数据采样系统，实现被测电压的数据采样；使用系列比较器检测输入电压的范围，并通过继电器阵列实现了输入量程的自动转换；使用共阴极数码管显示被测电压。关键词关键词关键词关键词单片机、电压检测、模数转换、ABSTRACTINCIRCUITDESIGN,WEOFTENUSEVOLTAGEMETER，OVERTHEPASTMOSTOFTHEVOLTAGEMETERORASIMULATION，ALTHOUGHHIGHPRECISIONANALOGVOLTAGEUSEDINTHETABLE,BUTWITHTHEPOINTER,WHICHISAMAGNETICORELECTROMAGNETICSTRUCTURE，SOTHESLOWRESPONSETOMEETTHEMANYAREASOFHIGHSPEEDSIGNALHASBEENWIDELYUSEDDIGITALVOLTMETERTHEDESIGNISBASEDONATMEL51MICROCONTROLLERDEVELOPMENTPLATFORMANDAUTOMATICCONTROLBASEDONTHEPRINCIPLEOFADIGITALVOLTAGEMETERSYSTEMTHESYSTEMUSESATMEL89C52MICROCONTROLLERASTHECONTROLCORE,ADC0809FORTHESAMPLEDDATASYSTEM,DATASAMPLINGTOACHIEVETHEMEASUREDVOLTAGE；SERIESCOMPAREDWITHTHERANGEOFDETECTEDVOLTAGE,ANDRELAYARRAYTOACHIEVETHROUGHTHEAUTOMATICCONVERSIONOFTHEINPUTRANGEUSINGCOMMONCATHODELEDDISPLAYTHEMEASUREDVOLTAGEKEYWORDSSINGLECHIPMICYOCO、VOLTAGEDETECTION、ANALOGDIGITALCONVERSION基于单片机的数字电压表设计2第一章引言电子电压表主要用于测量各种高、低频信号电压，它是电子测量中使用最广泛的仪器之一。根据测量结果的显示方式及测量原理不同，电压测量仪器可分为两大类模拟式电压表AVM）和数字式电压表（DVM）。模拟式电压表是指针式的，多用磁电式电流表作为指示器，并在表盘上刻以电压刻度。数字式电压表首先将模拟量经模数（A/D）转换器变成数字量，然后用电子计数器计数，并以十进制数字显示被测电压值。众所周知，模拟电压表精度较高，曾经有很广阔的市场，现在依然有不少工程师依然在使用模拟电压表。的确模拟电压表在显示测量值方面精度校准，然而却也存在问题。模拟电压表采用用指针式，里面是磁电或电磁式结构，所以其响应速度较慢。然而在高速发展的当今社会，高速信号处理的需求越来越多，由于模拟电压表响应速度较慢已经不适用与高速信号领域，取而代之的将是数字电压表。但数字电压表由于存在采样误差，精度不是很高。不过目前可以通过技术手段来缩小误差。使其精度达到与模拟电压表一样精确甚至更高。可见将来数字电压表必将取代模拟电压表。现在有越来越多的数字测量仪器的出现但原理皆与数字电压表殊途同归，因此研究数字电压表有着很大现实意义。基于单片机的数字电压表设计3第二章开发平台KEILKEILC51是美国KEILSOFTWARE公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。KEILC51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。21系统概述系统概述系统概述系统概述KEIL软件是目前最流行开发MCS51系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持KEIL即可看出。KEIL提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（UVISION）将这些部分组合在一起。运行KEIL软件需要PENTIUM或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空闲的硬盘空间、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。掌握这一软件的使用对于使用51系列单片机的爱好者来说是十分必要的，如果你使用C语言编程，那么KEIL几乎就是你的不二之选（目前在国内你只能买到该软件、而你买的仿真机也很可能只支持该软件），即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。22整体架构整体架构整体架构整体架构C51工具包的整体结构较为丰富，其中UVISION与ISHELL分别是C51FORWINDOWS和FORDOS的集成开发环境IDE，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。然后分别由C51及C51编译器编译生成目标文件OBJ。目标文件可由LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件ABS。ABS文件由OH51转换成标准的HEX文件，以供调试器DSCOPE51或TSCOPE51使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如EPROM中。使用独立的KEIL仿真器时，注意事项）仿真器标配110592MHZ的晶振，但用户可以在仿真器上的晶振插孔中基于单片机的数字电压表设计4换插其他频率的晶振。）仿真器上的复位按钮只复位仿真芯片，不复位目标系统。）仿真芯片的31脚（/EA）已接至高电平，所以仿真时只能使用片内ROM，不能使用片外ROM；但仿真器外引插针中的31脚并不与仿真芯片的31脚相连，故该仿真器仍可插入到扩展有外部ROM（其CPU的/EA引脚接至低电平）的目标系统中使用。基于单片机的数字电压表设计5第三章硬件设计思想和原理图31系统总体设计框图系统总体设计框图系统总体设计框图系统总体设计框图本系统采样ATMEL89C52单片机作为控制核心，以ADC0809为数据采样系统，实现被测电压的数据采样；使用系列比较器检测输入电压的范围，用共阴极数码管显示结果。32单片机系统单片机系统单片机系统单片机系统单片机最小系统包括复位电路，晶振电路，电源电路，仿真时需搭建复位电路和晶振电路。晶振电路单片机最小系统如下所示，其中P1口用于驱动数码管，P0口用于接收ADC0809转换的数据。P2口用于控制ADC0809。输入电压51单片机极性检测电压检测显示电路AD转换基于单片机的数字电压表设计6单片机最小系统33AD转换电路转换电路转换电路转换电路利用ADC0809作为AD数据采样器件,ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式AD转换器它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型DA转换器、逐次逼近。ADC0809的工作过程是首先输入3位地址，并使ALE1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动AD转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到AD转换完成，EOC变为高电平，指示AD转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。ADC0809各个管教功能IN0IN78路模拟量输入端。21288位数字量输出端。基于单片机的数字电压表设计7ADDA、ADDB、ADDC3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路ALE地址锁存允许信号，输入，高电平有效。STARTAD转换启动信号，输入，高电平有效。EOCAD转换结束信号，输出，当AD转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。OE数据输出允许信号，输入，高电平有效。当AD转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。CLK时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。REF（）、REF（）基准电压。VCC电源，单一5V。GND地。ADC0809与单片机的连接。X1CRYSTALC130PFC230PFR11KC310UF5VXTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P00/AD039P01/AD138P02/AD237P03/AD336P04/AD435P05/AD534P06/AD633P07/AD732P101P112P123P134P145P156P167P178P30/RXD10P31/TXD11P32/INT012P33/INT113P34/T014P37/RD17P36/WR16P35/T115P27/A1528P20/A821P21/A922P22/A1023P23/A1124P24/A1225P25/A1326P26/A1427U1AT89C5121MSB21ADDB24ADDA25ADDC23VREF12VREF16IN31IN42IN53IN64IN75START6258EOC7OUTPUTENABLE9CLOCK10VCC112220GND132714261528LSB1724182319IN228IN127IN026ALE22U2ADC08095V基于单片机的数字电压表设计834信号调理模块信号调理模块信号调理模块信号调理模块该部分主要实现的功能是自动量程切换和电压变换，模块主要由电压极性检测电路、电压范围粗测电路、电压变换电路三部分组成。电压极性检测电路电压极性检测电路电压极性检测电路电压极性检测电路电压极性检测电路采用过零比较器检测负电压的方式实现的，运算放大器LM324的反向端接地，同向端通过100K电阻接输入信号。电压范围粗测电路电压范围粗测电路电压范围粗测电路电压范围粗测电路为了粗略地得到被测量的电压范围我们采用多组比较器的方式，通过阶梯式比较的方法确定输入电压的范围。量程切换电路量程切换电路量程切换电路量程切换电路电路由衰减电阻、切换继电器和运算放大器组成，对应的是衰减1/2、1/3、1/4和无零漂放大50倍，切换电路如图所示。电压变换到05V标准信号后，再由A/D转换进行采样，最后由单片机算法还原。基于单片机的数字电压表设计9第四章软件设计与流程41程序流图程序流图程序流图程序流图软件部分采用模块化程序设计的方法，由单片机控制主程序、A/D转换子程序、电压检测及继电器控制程序、液晶显示组成。系统软件设计是在KEILC编译环境下进行的，由于C语言程序可移植性好，所以提高了编程的效率。软件程序流程图软件程序流程图软件程序流程图软件程序流程图42功能介绍功能介绍功能介绍功能介绍P0首先接收数据，据此控制PC6,PC7实现电压转换，保证正电压输出。PB0,PB1,PB2,PB3,PA6的输入值通过PA1,PA2,PA3,PA4,PA5控制继电器1，2，3，4，5实现电压增减并输入A/D转换器MAX187进行测量。最后输入PB4,PB6,PB7并由输入数码管显示。基于单片机的数字电压表设计10第五章软件仿真及测试数据51仿真结果仿真结果仿真结果仿真结果将写好的程序下载到仿真软件中的单片机中，点击运行，观察数码管显示数值与图中输入电压进行比较。理解其误差有多大。由于仿真软件缺少相应器材，故而未能进行彻底仿真。总体电路图基于单片机的数字电压表设计11参考文献参考文献参考文献参考文献1马潮詹卫前耿德根编ATMEL51原理及应用手册清华大学出版社2谭浩强编C语言程序设计（第二版）清华大学出版社3马潮编AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践北京航空航天大学出版社基于单片机的数字电压表设计12附录主程序INCLUDEUNSIGNEDCHARCODEDISPBITCODE0X3F,0X06,0X5B,0X4F,0X66,0X6D,0X7D,0X07,0X7F,0X6FUNSIGNEDCHARDISPBUF4UNSIGNEDINTIUNSIGNEDINTJUNSIGNEDCHARGETDATAUNSIGNEDINTTEMPUNSIGNEDINTTEMP1UNSIGNEDCHARCOUNTUNSIGNEDCHARDSBITSTP30SBITOEP31SBITEOCP32SBITCLKP33SBITP20P20SBITP21P21SBITP22P22SBITP23P23SBITP17P17VOID