基于Proteus的数字电压表设计

1、东犹石油丈修裸程筱针裸<电&枝*裸穆筱计<同泉扌列3的毅常电压家裁针鸟仿衷旎系电先傍息工程曇院专理班銀曇負履名曇m曇号指專教师2013弄7月8日东北石油大学课程设计任务书课程电子 技术课 程设计题口基于proteus的数字电床表设计与仿真专业门动化 姓名学号主要内容：根据设计要求，运用所学的模拟电了技术及电路基础等知识，口行设计一种数字电 压表可以准确、直观读数的电子装置，电压表的数字化是将连续的模拟量转换成不连续 的离散的数字形式并加以显示。这有别于传统的以指针与刻度盘进行读数的方法，避免 了读数的视差和视觉疲劳。基木要求：1. 利用高效单片机作为核心的测量系统以及灵敏度

2、和精度较高的 a/d转换器2. 精度高、灵敏度强、性能可靠、电路简单、成木低3. 将连续的模拟量转换成不连续的离散的数字形式并加以显示 主要参考资料：1 罗亚非.凌阳16位单片机m.北京:北京航空航天大学出版社,2005.2 薛峰微机通讯技术大全m 北京：电子工业岀版社,2002.3 张念维.usb总线接口开发指南m.北京:电子出版社,2002.4 周立功.单片机实验与实践m.北京:北京航空航天大学出版社,2004.5 周航慈单片机应用程序设计技术m北京:航空航天大学岀版社,2002.6 陈朝元，鲁五一.proteus软件在口动控制系统仿真中的应用j.系统仿真学报， 2008(1) : 318

3、-320.7 毛谦敏单片机原理及应用设计系统m北京：国防工业岀版社，2008:22-26.8 康华光电子技术基础(数字部分)m. 5版.北京:高等教育出版,2005: 290-293.9 王伟，刘晓平.高精度数字电压表方案设计j.仪表技术,2007, (4):36-39.完成期限 2013.7. 1-2013.7. 5指导教师专业负责人2013年7月3日1任务和要求错误！未定义书签。1.1研究背景错误！未定义书签。2单元电路设计22. 1 lcd的显示原理22.2时钟电路22.3复位电路32.4数据采集模块32. 5显不电路43电路总原理框图设计44总体方案设计与流程54. 1主程序流程图54

4、.2显示主程序流程图54.3 a/d转换子程序流图64.4数据处理主程序流程图64. 5源代码75调试结果与分析95.1调试结果图96设计总结11参考文献12附录13任务和要求（1）任务：设计并仿真数字电压表（2）数字电压表基本要求：利用高效单片机作为核心的测量系统以及灵敏度和精度较高的a/d转换器精度高、灵敏度强、性能可靠、电路简单、成本低将连续的模拟量转换成不连续的离散的数字形式并加以显示2单元电路设计2.1 lcd的显示原理tft-lcd液晶显示器的结构与tn-lcd液晶显示器基本相同，只不过将tn-lcd上夹层 的电极改为fet晶体管，而下夹层改为共通电极。tft-lcd液晶显示器的工

5、作原理与 tn-lcd却冇许多不同之处otft-lcd液晶显示器的显像原理是采用“背透式”照射方式。 当光源照射时，先通过下偏光板向上透出，借助液晶分子来传导光线。由于上下夹层的 电极改成fet电极和共通电极，在fet电极导通时，液晶分了的排列状态同样会发生改 变，也通过遮光和透光來达到显示的廿的。但不同的是，曲于fet晶体管具有屯容效应, 能够保持电位状态，先前透光的液晶分子会一宜保持这种状态，直到fet电极下一次再 加电改变其排列方式为止。2.2时钟电路xtal1是片内振荡器的反相放人器输入端，xtal2则是输出端，使用外部振荡器时, 外部振荡信号应直接加到xtal1,而xtal2悬空。内

6、部方式时，时钟发生器对振荡脉冲 二分频，如晶振为12mhz,时钟频率就为6mhzo晶振的频率可以在lmhz-24mhz内选择。 电容取30pf左右。系统的时钟屯路设计是采用的内部方式，即利用芯片内部的振荡屯 路如图2-1所示。图2-1时钟电路图2.3复位电路复位电路如下图2-2所示，按键没冇按下时，rst端接电容下极板是低电平，按键图2-2复位电路图2.4数据采集模块通过adc0809采集数据，输入到单片机内，如图2-3所示:r丄八u3qc10ck)cte 订:25p3.7/mp2.vaf2p2saop2.&aup2.7w15id it12ahbc51 <te<r>3

7、d5ft'd12d23034d<505g067078/y aleearv1pmgp3.1hx>p3z丽 p33irr7 pjvtop3h沖:：8tait1624z3z21216mbaaddcaleyref vre附a»c(he :tezt>0it1 onz orn om 0it5 orre orn 0i1e1s dcs03ud n图2-3数据采集模块电路图2. 5显示电路通过2-4位数码管来显示，如图5所示:lrp1 respack <tb<t>po.o/aeo p0p0.2/ad2p0p0p01/ad1p0.6/ad6p07/ad7p2.

8、0徳p2.1/z® p2.2/a10 p2 3/a113/ab3 4/ad4 5/ad53s37&35343322图2-4显示电路图2电路总原理框图设计4总体方案设计与流程4.1主程序流程图主程序流程图如图3-1所示:图4-1主程序流程图4. 2显示子程序流程图显示子程序流程图如图3-2所示:结朿图4-2显示子程序流程图4.3 a/d转换子程序流程图a/d转换子程序流程图，如图3-3所示:初始化启劲a/i）转化|nyh置位，允许输出“.将转化的数掘你存结束图4-3a/d转换子程序流程图4. 4数据处理子程序流程图数据处理子程序流程图，如图4-4所示:绍i外£图4-4

9、数据处理子程序流程图4. 5源代码led1 equ 30hled2 equ 31hled3 equ 32hadc equ 35hst bit p3.2oe bit p3.0eoc bit p3. 1org 0000hljmp mainorg 0030hmain: mov led1,#oohmov led2,#00hmov led3,#00hclr p3. 4setb p3. 5clr p3. 6wait: clr stsetb stclr stjxb eoc, $setb oemov adc, plclr oemov a,adcmov b,#50div abmov led1,amov a, b

10、mov b, #5div abmov led2,amov led3,blcall dtspajmp waitdisp:mov r1,#led1cjne r1,#5, gomov led2,#0hmov led3,#0hgo: mov r2,#3mov r3,#ofdhd1sp1:mov p2,#0ffhmov a,r1mov dptr,#tabmovc a, ©a+dptr；初始化定义;存放三个数码管的段码；存放转换后的数据;定义adc0809的功能控制引脚；跳转到主程序执行；寄存器初始化;选择adc0809的通道2;在脉冲下降沿启动转换；等待转换结束；允许输出信号；暂存a/d转换结

11、果；关闭输出；将转换结果放入a中，准备个位数据转换;变换个位调整值50送b；将变换后的个位值送显示缓冲区led1；将变换结果的余数放入a中，准备十分位变换 ;变换十分位调整值5送b；将变换后的十分位值送led2；最后的余数作百分位值送led3；调用显示程序；显示子程序;r1=5v?是往下执行,否，则到g0;是5v,即最高值，将小数的十分位清零 ；将小数的百分位清零;显示位数赋初值，用到3位数码管；扫描初值送r3；关闭显示，目的防止乱码；显示值送a；送农首地址给dptr；查表取段码cjne r2, #3, g01orl a,#80h；判断是否个位数码管？否则跳到g01;将整数的数码管显示小数点g

12、01:m0v po, a；送段码给p0 口；改变段码;三位是否显示完？否则调到disp1mov a,r3mov p2, alcall delaymov r3, arl amov r3, ainc r1djnz r2,disp1ret；送位码给p2 口；调用延时；改变位码delay: mov r6,#10r6,#10;延时5s程序:di:mov r7,#250djnz r7, $djnz r6,d1rettab: db 3fh, 06h, 5bh, 4fh, 66h;共阴极数码管显示0-4;显示数据表:db 6dh, 7dh, 07h, 7fh, 6fh;显示 5-9end5调试结果与分析5.1

13、调试结果图调节滑动变阻器的位置，可以测出相应的电压值，如图4-1所示:图5-1测量电压仿真图该电路可测得屯压范围是0-3v,最大屯压值如图5-1所示。该电路测量的误差在约为土0. 02v,如图4-2所示。问冈sis adc0809 basic - isis professional (animating)file view edit tools design graph source debug library template ssten helpii1616310土 c2 -l丰cl323335ji：73839at89c51 <tfe(t>c <d?器¥rndn

14、1n2n3n4n5wn77seg-mfx8-cc-blueadc08o8adc08o9at89c51buttoncapcap-eleccrystalp0t+1gpullupresres-varrespack-830ffu1皿1r$tpsbl ale eacry ta20ufc3po/adop0.1/ad1p0.2/ad2p0.3/ad?p0.4/ad4p0.5/ad5p0.6/ad6p0.7/ad7p2.cw6p2.1/46p2j/m0p2j/a11p2.4/a12p2.5/aj3 p2.6/a14 r2.7/a15p3.0/rxdp3.1/txdp3.2/iwp3.3/inhp3.4/tdp

15、3.whp3遊p37/mrp1 re$pm 朋2321clock， start10 6呼冷5u3wef() wef()u324 23 22"rv1丄adda add 9 addc alert)c08(« <tba>rv1.处/eocut1ununut4ut5utbunut8 oooooooo7 一*4400.0 -400.0 th0 5me$ag喇animating: 0ft0ao8.300co0 icftliodd 4n)图5-2最小测量误差图6设计总结本文给出了利用单片机进行数字电压表设计的一个实例，利用仿真功能强大、仿真 元件模型丰富的proteus软件对

16、数字电压表各个单元电路和整体电路进行了设计和详尽 的仿真分析，缩短了设计周期，提高了设计效率，降低了设计成本。采用keil和proteus 软件结合使用进行仿真，取得了较好的仿真效果。在这次设计过程屮，我对电路设计、 单片机的使用等都冇了新的认识。通过这次设计学会了 proteus和keil软件的使用方 法，掌握了从系统的需要、方案的设计、功能模块的划分、原理图的设计和电路图的仿 真的设计流程，积累了不少经验。基于单片机的数字电压表使用性强、结构简单、成本低、外接元件少。在实际应用 工作性能好，测量电压准确，精度高。系统功能、指标达到了课题的预期要求、系统在 硬件设计上充分考虑了可扩展性，经过

17、一定的改造，可以增加功能。本文设计主要实现 了简易数字电压表测量一路电压的功能，详细说明了从原理图的设计、电路图的仿真再 到软件的调试。通过本次设计，我对单片机这门课有了进一步的了解。无论是在硬件连接方面还是 在软件编程方而。本次设计采用了 at89c51单片机芯片，与以往的单片机相比增加了许 多新的功能，使其功能更为完善，应用领域也更为广泛。设计中还用到了模/数转换芯 片adc0808,以前在学单片机课程时只是对其理论知识有了初步的理解。通过这次设计, 对它的工作原理冇了更深的理解。在调试过程屮遇到很多问题，硕件上的理论知识学得 不够扎实，对电路的仿真方面也不够熟练。总z这次电路的设计和仿真

18、，基本上达到了设计的功能要求。在以后的实践中，我 将继续努力学习电路设计方而的理论知识，并理论联系实际，争取在电路设计方而能冇 所提升。利用仿真功能强大、仿真元件模型丰富的proteus软件对数字电压表各个单元电路 和整体电路进行了设计和详尽的仿真分析，缩短了设计周期，提高了设计效率，降低了设 计成木。同时，proteus软件对于电了技术的教学演示和实际设计都具有很大的辅助作 用。通过这次课程设计让我对单片机理论冇了更加深入的了解。我深刻体会到了自己知 识的匮乏。我深深的感觉到口己知识的不足，口己原来所学的东西只是一个表面性的， 理论性的，而且是理想化的。根本不知道在现实屮述存在有很多问题。真

19、正的能将自己 的所学知识转化为实际所用才是最大的收获，也就是说真正的能够做到学为所用才是更 主要的。设计一个很简单的电路，所要考虑的问题，要比考试的时候考虑的多的多。我突然发现，如果总是止步于书本上学习单片机，会觉得很抽象，无法理解也不会 冇兴趣，但是当理论知识和实践结合到一起z后，就会非常有趣，而冃述会印象深刻富 有成就感。所以我很珍惜这次的设计学习，我以后会多加练习。参考文献1 罗亚非.凌阳16位单片机m 北京:北京航空航天大学出版社,2005.2 薛峰微机通讯技术大全m 北京：电子工业出版社,2002.3 张念维.usb总线接口开发指南m北京：电子出版社,2002.4 周立功单片机实验与

20、实践m.北京:北京航空航天大学出版社,2004.5 周航慈单片机应用程序设计技术m北京:航空航天大学出版社,2002.6 陈朝元，鲁五一.proteus软件在口动控制系统仿真中的应用j 系统仿真学报, 2008(1):318-320.7 毛谦頌单片机原理及应用设计系统m北京：国防工业出版社，2008:22-26. 康华光电了技术基础(数字部分)m. 5版.北京:高等教育出版，2005: 290-293.9王伟,刘晓平高精度数字屯压表方案设ikj.仪表技术,2007, (4):36-39.附录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 的精度和功能的耍求也越来越高，

21、而电压的测量其为突出，因为电压的测量最为普遍。 同时随着微电了技术的迅速发展和超大规模集成电路的出现，特别是单片机的出现，止 在引起测量控制仪表领域的新的技术革命。由于使用的是高效单片机作为核心的测量系 统，以及灵敏度和精度较高的a/d转换器，使本直流电压表具冇精度高、灵敏度强、性 能可靠、电路简单、成本低的特点，加上经过优化的程序，使其有很高的智能化水平。 数字电压表相对于指针表而言读数直观准确，电压表的数字化是将连续的模拟量转换成 不连续的离散的数字形式并加以显示。在现代检测技术中，常用高精度数字电压表进行 检测，将检测到的数据送入微型计算机系统，完成计算、存储、控制等功能。木文中数 字电压表的控制系统采用at89c51单片机，a/d转换器采用adc0809为主要硬件，实现 数字电压表的硕件电路与软件设计。该系统的数字电压表电路简单，所用的元件较少， 成木低，调节工作可实现门动化，还可以方便地进行8路a/d转换的测量，远程测量结 果传送等功能。数字电压表可以测量05v的电圧值，并在四位led数码管上轮流显示, 并且应用proteus的isis软件进行单片机系统设计与仿真。随着电子科学技术的发展