电子信息工程论文修改稿----简易数字电压表的设计(版本3)

1、基于单片机数字电压表的设计 基于单片机数字电压表的设计目录一 设计目的3二 设计要求3三 方案比较与论证33.1 单片机介绍33.2 电源方案63.3 显示方案63.4 ad采样方案73.5 键盘部分7四 方案设计84.1 硬件设计84.2 软件设计9五 性能测试105.1 电压测试105.2 电阻值测试115.3 短路测试115.4 高压报警测试115.5 串口功能测试115.6 时间功能测试115.7 交流峰峰、周期测试11结束语11参考文献13附录14摘要本报告介绍了基于at89s52单片机为核心的、以ad0809数模转换芯片采样、以1602液晶屏显示的具有电压测量功能的具有一定精度的数

2、字电压表。在实现基础功能要求之上扩展了串口通讯、时钟功能、高压报警、短路测试、电阻测量、交流电压峰峰值和周期测试等功能，使系统达到了良好的设计效果和要求。关键词：at89s52单片机 模数转换 液晶显示 扩展功能abstract：the report describes the at89s52 based on the microcontroller as the core, ad0809 digital-to-analog converter chip sampling, to 1602 lcd display with voltage measurement function with a

3、 certain precision of digital voltage meter. in achieving functional requirements based upon the expansion of serial communications, high-pressure alarm, short circuit, electrical resistivity measurement, ac voltage and the peak of cycle testing and other functions, allowing the system to achieve go

4、od results and the design requirements.keywords : at89s52 scm analog-to-digital conversion functions lcd expansion 一 设计目的自动化专业的专业实践课程。本课程的任务是使学生通过“简易数字电压表的设计”的设计过程，结合所学课程，掌握目前自动化仪表的一般设计过程，锻炼学生的动手能力和分析，解决问题的能力；积累经验，培养按部就班、一丝不苟的工作和对所学知识的综合应用能力。 二 设计要求 1、 可以测量0-5v的8路输入电压值；2、 可在四位led数码管上轮流显示或单路选择显示或液晶显示

5、；3、 测量最小分辨率为0.019v；4、 测量误差约为+0.02v；5、 带有一定的扩展功能；6、三 方案比较与论证3.1 单片机介绍单片机采用at89s52，它是一个低功耗,高性能cmos 8位单片机,片内含8k bytes isp(in-system programmable)的可反复擦写1000次的flash只读程序存储器,器件采用atmel公司的高密度、非易失性存储技术制造,兼容标准mcs-51指令系统及80c51引脚结构,芯片内集成了通用8位中央处理器和isp flash存储单元,功能强大的微型计算机的at89s52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。单片机基础电路如

6、下： 图2 单片机基础电路功能特性概述：40个引脚，8k bytes flash片内程序存储器，256 bytes的随机存取数据存储器（ram），32个外部双向输入/输出（i/o）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（wdt）电路，片内时钟振荡器。此外，at89s52设计和配置了振荡频率可为0hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，cpu暂停工作，而ram定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存ram的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有pdip、tqfp和plcc等三种封装形式，以

7、适应不同产品的需求。引脚功能：·vcc：电源电压·gnd：地·p0口：p0口是一组8位漏极开路型双向i/o口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个ttl逻辑门电路，对断口p0写“1”时，可作为高阻抗输入端使用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组端口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在flash编程时，p0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。·p1口：p1口是一个带内部上拉电阻的8位双向i/o口，p1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个ttl逻

8、辑门电路。对端口写“1”，通过内部上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（in）。与at89c51不同之处是，p1.0和p1.1还可分别作为定时/计数器2的外部计数输入（p1.0/t2）和输入（p1.1/t2ex）。第二功能：p1.0：t2（定时/计数器2外部计数脉冲输入），时钟输出p1.1：t2ex（定时/计数2捕获/重新载触发和方向控制）·p2口：p2是一个带内部上拉电阻的8位双向i/o口，p2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个ttl逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部上拉电阻把端口拉到高电平，

9、此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（iil）。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行movxdptr指令）时，p2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行movxri指令）时，p2口输出p2锁存器的内容。·p3口：p3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向i/o口。p3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个ttl逻辑门电路。对p3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的p3口将用上拉电阻输出电流。p3口除了作为一般的i/o口线外，更重要的用途是它的第二功能

10、端口引脚 第二功能：p3.0 rxd（串行输入口）p3.1 txd（串行输出口）p3.2 int0（外中断0）p3.3 int1（外中断1）p3.4 to（定时/计数器0）p3.5 t1（定时/计数器1）p3.6 wr（外部数据存储器写选通）p3.7 rd（外部数据存储器读选通）·rst：复位输入。当振荡器工作时，rst引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。·ale/prog：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ale（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ale仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时或用于定

11、时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ale脉冲。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（sfr）区中的8eh单元的d0位置位，可禁止ale操作。该位置位后，只有一条movx和movc指令才能将ale激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ale禁止位无效。·psen：程序存储允许psen输出是外部程序存储器的读选通信号，当at89c52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次psen有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次psen信号。·ea/vpp：外部访问允许。欲使cpu仅访问外部程序存储器（地址为00

12、00h-ffffh），ea端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位lb1被编程，复位时内部会锁存ea端状态。如ea端为高电平（接vcc端），cpu则执行内部程序存储器中的指令。·xtal1:振荡器反相放大器的内部时钟发生器的输入端。·xtal2:振荡器反相放大器的输出端。3.2 电源方案： 由变压器输入7805的1脚，2脚接地，3脚+5v输出，中间加2个104电容和1000u的电解电容分别为了退耦和稳压。使+5v更稳定地输出。下图是电源接线图。 图3 电源接线图3.3 显示方案 方案一：显示部分（采用共阴4位八段数码管显示。如图4所示：） 图4 数码管电路图显示部分

13、与单片机连接图如下图 图5 显示与单片机连接图 3.4 ad采样方案 方案：采用8位ad转换器adc0809，编程简单方便，价格便宜。采样电路如下图： 图6 adc0809采样电路 3.5 键盘部分通过程序的扫描，判断按键，并切换到不同的功能模式中。实现模式切换后可以实现电压表单路和循环显示所测电压值。 图7 键盘硬件程序四 方案设计4.1 硬件设计 系统整体电路如下： rs232ad采样at89s52程序烧录硬件框图：1602液晶显示高压，短路报警adc0809串口通讯控制键盘 电源电源 电源 图8 系统硬件框图电源部分提供整个系统的电能，单片机部分控制系统，显示部分显示测量结果以及模式状态

14、，模数转换采集电压以及电阻值发送到单片机，如果电压过高超过量程或者测量短路，单片机控制蜂鸣器报警。通过程序烧录模块可以通过烧录线烧入程序。通过串口通讯可以实现上位机与电压表的通讯，通过上位机选择，可以切换电压表模式，从而实现上位机功能选择的功能。4.2 软件设计我们采用c语言编程，通过定时器0计时实现显示时间功能，通过串口中断实现上位机对下位机的模式切换功能。通过键盘扫描和扫描处理函数，实现键盘的模式切换功能。同时我们还设计了浮点数显示处理函数，采样函数，交流采集电压峰峰值函数，显示交流周期和峰峰值函数。这些函数的组合，实现了电压表功能的完善。yynnyn开始系统初始化显示时间有键按下？模式判

15、断改变系统功能显示串口通讯结束主程序流程图：开始定时器开启显示时间交流采样？采样显示是否计时？结束定时中断流程：图： 五 性能测试5.1 电压测试被测量电路图：图10被测电路图1、 r1=200欧 r2=500欧在测量如图9所示1点的电压的时候，电压表值为1.406v理论值为u=(200/(200+500)*5=1.429v2、r1=4.20k欧 r2=4.28k欧在测量如图所示1点的电压的时候，电压表值为2.089v理论值为u=(4.2/(4.2+4.28)*5=2.476v5.2 电阻值测试 1、100欧姆的电阻，电压表实测为101欧姆。2、200欧姆的电阻，电压表实测为199欧姆。3、4

16、.73k的电阻，电压表实测为4.6347k。4、6.73k的电阻，电压值实测为6.6578k。5、10k的电阻，电压表实测为10.1020k。6、12k的电阻，电压表实测为12.0235k。5.3 短路测试 用白色导线接于in7，另一端黑色导线接地。当两导线短接时1602显示为0，同时鸣蜂器报警，没有短接时蜂鸣器不报警。5.4 高压报警测试 把单片机接5.5v，鸣蜂器报警。5.5 串口功能测试 打开串口调试软件，按功能键，观察下位机，按1-8切换到各通道的模式，按9是时间模式，按10-13是特殊功能模式，串口功能正常。5.6 时间功能测试 观察时间的即使与显示功能，然后切换功能模式，再切换到时

17、间模式，观察变化，发现时间照常计时，时间功能正常。5.7 交流峰峰、周期测试 由于没有频率信号发生器，此项扩展功能没有展开测试。结束语通过“简易数字电压表的设计”的设计过程，我结合所学过的课程，了解了简易仪表的发展状况，掌握了目前自动化仪表的一般设计要求，工程设计方法，开发及设计工具使用方法，最重要的是通过这一设计实践过程，锻炼了我的动手能力和分析，解决问题的能力，一丝不苟的工作和对所学知识的综合应用能力，我想这样的实践环节在我的学生生涯是很难得的，也为我以后步入社会开始工作打下了一定的基础，最后我也要感谢同学们，只有在他们团结协作下，本次课程设计才可以顺利进行并实现所有功能，同时我也明白了团

18、结协作的重要性。参考文献1余文俊.8051 c语言实习,中国水利水电出版社,02年10月第2版,p50892万福君，潘松峰.单片微机原理系统设计与应用,中国科学技术大学出版社,01年8月第2版,p281503周责魁.控制仪表与计算机控制装置,化学工业出版社,02年9月第1版,p1174李青.电路与电子技术基础,浙江科学技术出版社,05年2月第1版,p12815陈乐.过程控制与仪表,中国计量学院出版社,07年3月,p1176孙育才.新型at89s52系列单片机及其应用,清华大学出版社,05年5月第1版,p163附录（1）元件清单： at89s52一片；led显示屏一块；adc0809一片；max

19、232电平转换芯片一片；7805稳压管一片；键盘3个；开关1个；蜂鸣器一个；c1815三极管一个；500欧姆电阻10个；10k电阻4个；串口借口一个；程序烧录接口一个；1000u电容两个；104电容6个；25pf电容2个；晶振一个；发光二极管一个；排线插针若干；（2）程序清单：#include <reg52.h>#include <intrins.h>#include <string.h>#define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define busy 0x80 / 用于检测lcm状态字中的

20、busy #define lcm_data p0 / 液晶数据口#define lcm_rs p2_7#define lcm_rw p2_6#define lcm_e p2_5#define ale p2_4#define start p3_2#define oe p2_3#define eoc p3_3#define a p2_0#define b p2_1#define c p2_2sbit p3_6=p36;sbit p3_5=p35;sbit p3_4=p34;sbit p3_2=p32;sbit p3_3=p33;sbit p2_5=p25;sbit p2_6=p26;sbit p2

21、_4=p24;sbit p2_0=p20;sbit p2_1=p21;sbit p2_2=p22;sbit p2_3=p23;sbit p2_7=p27;uchar data ad;char ch=0;float volt; uchar data ndig; uchar x,y;bit key1=0,key2=0; uchar code w = " good luck "uchar code hhuc="this is micheal"uchar code tongdao="tongdao : "uchar code danwei=&

22、quot; v "void delayms(uint n);void writedatalcm(uchar wdlcm);void writecommandlcm(uchar wclcm,ubuysc);void checkbusy_lcm(void);void lcminit(void);void displayonechar(uchar x, uchar y, uchar ddata);void displaylistchar(uchar x,uchar y, uchar *ddata);void disp(uchar xx, uchar yy,float canshu);voi

23、d nextp(void);void writedatalcm(uchar wdlcm) checkbusy_lcm(); /检测忙 lcm_rs = 1; lcm_rw = 0; lcm_data = wdlcm; lcm_e = 1; /若晶振速度太高可以在这后加小的延时 _nop_(); _nop_(); _nop_(); lcm_e = 0;void writecommandlcm(uchar wclcm,bit buysc) /buysc为0时忽略忙检测 if (buysc) checkbusy_lcm(); /根据需要检测忙 lcm_rs = 0; lcm_rw = 0; lcm_

24、data = wclcm; lcm_e = 1; /若晶振速度太高可以在这后加小的延时 lcm_e = 1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); lcm_e = 0; void checkbusy_lcm(void) lcm_data = 0x0ff; lcm_e = 1; lcm_rs = 0; lcm_rw = 1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); while (lcm_data & busy); /检测忙信号 lcm_e = 0;/lcm初始化void lcminit(void) writecommandlcm(0x38,0); /三次显示

25、模式设置，不检测忙信号 delayms(5); writecommandlcm(0x38,0); delayms(5); writecommandlcm(0x38,0); delayms(5); writecommandlcm(0x38,1); /显示模式设置,开始要求每次检测忙信号 delayms(5); writecommandlcm(0x08,1); /关闭显示 delayms(5); writecommandlcm(0x01,1); /显示清屏 delayms(5); writecommandlcm(0x06,1); / 显示光标移动设置 delayms(5); writecomman

26、dlcm(0x0c,1); / 显示开及光标设置 delayms(5); void displayonechar(uchar x, uchar y, uchar ddata) y &= 0x01; x &= 0x0f; /限制x不能大于15，y不能大于1 if (y) x |= 0x40; /当要显示第二行时地址码+0x40; x |= 0x80; /算出地址 writecommandlcm(x, 1); /这里不检测忙信号，发送地址码 writedatalcm(ddata);void displaylistchar(uchar x, uchar y, uchar *ddata

27、) uchar listlength; listlength = 0; y &= 0x01; x &= 0x0f; /限制x不能大于15，y不能大于1 while (x<ndig) /若到达字串尾(32)则退出 displayonechar(x, y, ddatalistlength); /显示单个字符 listlength+; x+; void delayms(uint n) /延时约n.039n.051ms（0<n<=520) for(n=125*n;n;n-);void read_ad(uchar port) switch(port) case 0:a=

28、0;b=0;c=0;break; case 1:a=1;b=0;c=0;break; case 2:a=0;b=1;c=0;break; case 3:a=1;b=1;c=0;break; case 4:a=0;b=0;c=1;break; case 5:a=1;b=0;c=1;break; case 6:a=0;b=1;c=1;break; case 7:a=1;b=1;c=1;break; default:break; oe=0; ale=0; start=0; ale=1; start=1; ale=0; start=0; while(!eoc); oe=1; p0=0x0ff; ad=0xff&p1; oe=0; volt=(ad/255.0)*5;void nextp(void) x+=1;if(x=16) x=0; y+=1; if(y=2) y=0;void disp(uchar xx, uchar yy,float