数字电压表单片机设计(共19页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业目录 摘要数字电压表（Digital Voltmeter）简称 DVM，它是采用数字化测量技术，把连精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业续的模拟量（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. 这种电子测量的仪表之所以出现，一方面是由于电子计算机的应用逐渐推广到系统的自动控制信实验研究的领域，提出了将各种被观察量或被控制量转换成数码的要求，即为了实时控制及数据处理的需要；另一方面，也是电子计算机的发展，带动了脉冲数字电路技术的进步，为数字化仪表的出现提供了条件。所以，数字化测理仪表的产生与发展与电子计算机的发展是密切相关的；同时，

2、为革新电子测量中的烦锁和陈旧方式也催促了它的飞速发展，如今，它又成为向智能化仪表发展的必要桥梁。传统的指针式电压表功能单一、精度低，不能满足现代测量的需求，采用单片机的数字电压表，它的精度高、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，有各种单片 A/D 转换器构成的数字电压表，以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测量领域，与此同时，也能把电量及非电量测量技术提高到崭新水平。该系列产品是一种高精度的安装式仪表.本课题采用内置AD单片机STC12C5A32AD为系统为核心，能对两路0-5v的模拟电压进行循环采集，用LCD液晶显示，拥有键盘控制。实

3、现简易数字式直流电压表的硬件电路与软件设计。关键词：单片机；数字电压表；AD转换；模拟信号。一、总体实际方案 本设计利用内置 A/D 转换的单片机 STC12C5A32AD、显示电路、按键电路、振荡电路以及报警电路等构成数字电压表。其原理是晶振电路为单片机提供稳定的时钟精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业周期。采集电路将基准电压和被测电压分别输入到内置 A/D 转换器的基准电压端及被测电压输入端。模数转换器将被测电压输入端采集的模拟信号转换为相应的数字信号， 由于单片机的软件编程，使单片机系统能够按照规定的时序采集这些数字信号，这些数字信号通过一定的算法计算得出被测电压相应的电压值,每三

4、次取平均值，被测出的平均电压值以一定的时序在显示电路上显示。当计算值达到报警电路程序设定值时，发出报警脉冲，使报警电路动作，发出报警。复位电路的功能主要用于单片机的复位，向其输入大于两个机器周期的高电平，即可使单片机复位。键盘电路用于查看指定通道的显示的电压值。单 片机显示电路 图 1.1 系统总体方案设计 该系统的先进性在于可以数字化显示电压。该系统的数字电压表电路简单，所用的元件较少，成本低，调节工作可实现自动化。数字电压表可以测量05V的2路输入电压值，并在LCD液晶显示器上轮流显示或单路选择显示。本数字电压表的设计要求1、对两路05V模拟电压进行循环采集，每路采集3次，取平均值，采集的

5、数存入内存并显示。晶振电路 复位电路 报警电路键盘电路精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业2、测量范围为0-5V，小数点后保留两位，误差小于等于正负0.02.3、显示中，其中最高位显示通道提示符A-B，低三位显示实际的电压。4、键盘控制，可查看制定通道的电压值。5、将在1.25V和2.5V作为两路输入的报警值，当结果超过报警值时，指示灯 闪烁和蜂鸣器发声，以示警告。 二、硬件设计电路2.1 控制器单片机STC12C5A32AD单片机是单时钟/ 机器周期(1T)的兼容8051 内核单片机，是高速/ 低功耗的新一代单片机，全新的流水线/ 精简指令集结构。STC12C5A32AD单片机主要性能

6、：高速：1个时钟/机器周期，RISC型8051内核，速度比普通8051快12倍工作电压：5.5V-3.3V低功耗设计：空闲模式，掉电模式（可由外部中断唤醒）工作频率：035MHz时钟：外部晶体或内部RC 振荡器可选芯片内E2PROM 功能 ISP/IAP，在系统可编程/在应用可编程,无需仿真器 8位8通道ADC，转换速度可达300K/S 2个硬件16位定时器，兼容普通8051 的定时器。再加上2 路PCA 还可再实现2个16位定时器硬件看门狗（WDT）全双工异步串行口(UART),由于STC12系列单片机是高速的8051，可再用定时器或PCA软件实现多串口如图 2.1 为 STC12C5A32

7、AD 引脚图,各引脚功能说明如下:精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业P1.1/ADC12P1.2/ECI/RXD2/ADC23P1.3/CCP0/TXD2/ADC34P1.4/CCP1/SS/ADC45P1.5/MOSI/ADC56P1.6/MISO/ADC67P1.7/SCLK/ADC78P4.7/RST9P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T0/CLKOUT014P3.5/T1/CLKOUT115P3.6/WR16P3.7/RD17XTAL218XTAL119GND20P1.0/CLKOUT2/ADC01VCC40P0.03

8、9P0.138P0.237P0.336P0.435P0.534P0.633P0.732P4.6/EX_LVD/RST231P4.5/ALE30P4.4/NA29P2.728P2.627P2.526P2.425P2.324P2.223P2.122P2.021STC12C5A32AD 图2.1 STC12C5A32AD单片机引脚图 Vcc: 电源 GND: 地 P0 口：P0 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。对 P0 端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0 口也被作为低 8 位地址/数据复用。 P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双

9、向 I/O 口，同时也是模拟量输入口，可以对 8 路模拟量进行模数转换。 P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。在访问外部程序存储器或用 16 位地址读取外部数据存储器（例如执行 MOVX DPTR）时，P2 口送出高八位地址。 P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。P3 口亦作为特殊功能口使用，如表 3-1 所示。 RST: 复位输入，晶振工作时，RST 脚持续 2 个机器周期高电平将使单片机复位。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业 ALE：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低 8 位地址的输出脉冲。 X

10、TAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。 表 2-1 STC12C5A32AD 引脚号特殊功能P3.0 RXD（串行输入）P3.1 TXD（串行输出）P3.2 INT0（外部中断 0）P3.3 INT0（外部中断 0）P3.4 T0（定时器 0 外部输入和定时器 0 时钟频率输出）P3.5 T1（定时器 1 外部输入和定时器 1 时钟频率输出）P3.6WR（外部数据存储器写选通）P3.7 RD（外部数据存储器读选通）2.2 电源部分该电路通过整流桥整流，各级的电容滤波（滤去交流高频信号），再通过采用CW7805三端稳压片即可满足要求，该电源

11、提供的电能可靠，可以满足实验要求。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业 SA C220V50H ZTTY2007220V /7VIN 40071234DIN 4007C40.1FC3100U FC12200U FC20.1FV OU TV INCW78058.4VG ND+5VG ND图2.2 +5V电源2.3 显示电路 本系统采用 LCD 显示，即液晶显示，它是一种被动式的显示器，即液晶本身不发光，而是利用液晶经过处理后能改变光线通过方向的特性，从而达到白底黑字或黑底白字显示目的。液晶显示器具有省电、抗干扰能力强等优点。本系统应用LCD1602 模块，以下为其各引脚的功能。表 2-2

12、LCD1602 引脚的功能引脚符号功能说明1GND电源地2VDD5V 逻辑电源3VEE液晶驱动电源4RS寄存器选择 1：数据寄存器 0：命令/状态寄存器5R/W读写操作选择6E使能（下降沿使能）7-14DB0-DB7数据总线,与单片机的数据总线相连,三态15E1背光电源,通常为+5V,被串联一个电位器,以调节背光亮度16E2背光电源地精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业本模块的4、5、6引脚分别于单片机的P1.6、P1.5、P1.4相连；DB0-DB7与P2.0-P2.7相连。以达到显示功能。 P1.1/ADC12P1.2/ECI/RXD2/ADC23P1.3/CCP0/TXD2/ADC

13、34P1.4/CCP1/SS/ADC45P1.5/MOSI/ADC56P1.6/MISO/ADC67P1.7/SCLK/ADC78P4.7/RST9P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T0/CLKOUT014P3.5/T1/CLKOUT115P3.6/WR16P3.7/RD17XTAL218XTAL119GND20P1.0/CLKOUT2/ADC01VCC40P0.039P0.138P0.237P0.336P0.435P0.534P0.633P0.732P4.6/EX_LVD/RST231P4.5/ALE30P4.4/NA29P2.72

14、8P2.627P2.526P2.425P2.324P2.223P2.122P2.02110010K+5VGND+5VGNDR4R5E216E115VSS3VEE1VDD2D714D613D512D411D310D29D18E6D07RS4R/W5LCD1602STC12C5A32AD2.4 键盘电路由于采用两路进行采集，而且要进行查看指定通道的电压值。所以采用两个按键进行查看其电压值。一键一线，各键相互独立，每个键各连一条I/O口线，通过检测输入线的电平状态就可以判断那个键被按下。图 2.3 LCD1602 显示电路精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业 S2S1R810KR710K+5V

15、G NDP0.237P0.138STC12C5A 32AD图2.4 键盘电路2.5 晶振电路采用内部时钟方式使用现成的外部振荡器产生脉冲信号，晶体的频率越高，系统的时钟频率越高，单片机的运行速度越快。时钟电路是单片机的心脏，它控制着单片机的工作节奏。单片机允许的时钟频率是因型号而异的，其典型值为12MHZ。STC12C5A32AD内部有一个反相振荡放大器，XTAL1 和 XTAL2分别是该反向振荡放大器的输入端和输出端。该反向放大器可配置为片内振荡器，石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。本系统使用12MHZ的晶体，电容为30PF，晶体和电容安装的与单片机近似接近，减少寄生电容。更好的保证振荡器的稳定工

16、作。晶振电路的两端分别接于单片机的XTAL1、XTAL2两个端口。 C130PF12MH ZC230PFG NDX TA L118X TA L219STC12C5A 32AD 图2.5 晶振电路精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业2.6 复位电路按键手动电平复位是通过RST端经电阻与电源VCC接通来实现的，当按键没有按下时，C3起到隔断直流电源的作用，使RST处于低电平状态。当S3按下，将C3短路，使电路导通，RST端为高电平，当时间长到单片机的两个机器周期后，单片机就会复位。复位后，只影响SFR中的内容，内部RAM中的数据不受影响。外部复位有上电复位和按键电平复位。由于单片机运行过程中

17、，其本身的干扰或外界干扰会导致出错，此时我们可按复位键重新开始运行。为了便于本设计运行调试，复位电路采用按键复位方式。 S3位位位位C310U F+5V2KG NDRST9STC12C5A 32AD图2.6 复位电路2.7 报警电路利用三极管进行放大驱动LED或蜂鸣器进行工作，将在1.25V和2.5V作为两路输入的报警值，当结果超过报警值时，指示灯闪烁和蜂鸣器发声，以示警告。在数字电路中，是以脉冲信号驱动蜂鸣器以产生声音，若要以C51产生声音，可利用程序产生频率，送到IO口，再从该点连接到蜂鸣器的驱动电路，即可驱动蜂鸣器，这里采用的是以PNP晶体管放大电路。数字微处理电路输出高电位时，由IC内

18、部流出的电流很小。虽然我们可以利用高增益晶体管，在连接上拉电阻，以提供较大的驱动电流，以驱动蜂鸣器或其他负载。而数字微处理电路输出低电位时，IC可吸入较大电路，连接PNP晶体管构成的简单放大电路，即可提供足够的驱动能力。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业 位位位Q 1PN P 9012Q 2PN P 90125.1KR75.1KR6LED680+5VP0.435P0.534STC12C5A 32ADG ND图2.7 报警电路三、系统软件设计3.1 主流程图对两路05V模拟电压进行循环采集，每路采集3次，取平均值，采集的数存入内存并显示。对其扫描的过程进行了概括和分析。其主流程图如下。精

19、选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业开始系统初始化启动 a/d 转换循环采集 2 路测量值是否采集了 3 次对三次数据求平均值采集 a/d 转换值是否超过报警值灯闪烁，蜂鸣器发声选择精度是否改变精度显示并保存NYNYNY图3.1 主程序流程图3.2 显示电路流程图键盘控制，可查看制定通道的电压值。显示中，其中最高位显示通道提示符A-B，低三位显示实际的电压。显示电路流程图如下。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业通道选择按通道选择按钮是否按下钮是否按下每秒切换一每秒切换一种显示通道种显示通道第一位显示第一位显示 A且显示第一通道且显示第一通道电压值电压值第一位显示第一位显示 B 且且

20、显示第二通道电显示第二通道电压值压值程序开始程序开始NS1S1 按下按下S2S2 按下按下判断哪个键按判断哪个键按下下Y图3.2 显示电路流程图3.3 报警电路流程图将在1.25V和2.5V作为两路输入的报警值，当结果超过报警值时，指示灯和蜂鸣器发出报警。数字微处理电路输出高电位时，由IC内部流出的电流很小。我们可以利用高增益晶体管，再连接上拉电阻，以提供较大的驱动电流，以驱动蜂鸣器或其他负载。而数字微处理电路输出低电位时，IC可吸入较大电路，连接PNP晶体管构成的简单放大电路，即可提供足够的驱动能力。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业 读取电压值读取电压值子程序入口子程序入口超出超出

21、 2.5V超出超出 1.25V蜂鸣器报警蜂鸣器报警LED 闪烁报警闪烁报警图3.3 报警电路流程图四、结论总结4.1 课题总结这次通过两周的设计，设计出以STC12C5A32AD单片机为主要硬件，LCD1602模块为主的数字电压表。本电压表以传统模拟电压表的成熟技术为先导，实现了简易数字式直流电压表的硬件电路与软件设计。这种数字电压表无论是在功能还是实际应用上都是传统数字电压表无法比拟的。4.2 心得体会这次课设实际锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际工程问题的能力。使我对电源，报警电路，单片机串口扩展并口及LCD1602模块等有了进一步的掌握，并能够对protel 99画图软件熟练

22、应用。本课题使我熟悉了单片机设计原则，对单片机内部构造、工作原理、与其它芯片的接口技术及其工作情况有了更进一步了解，虽然是很简单的运用，但对我的独立的思考问题，积极的去解决问题的能力进行了锻炼和提升，意义重大。 精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业五、参考文献1 王为青, 程国刚. 单片机 Keil Cx51 应用开发技术M. 北京: 人民邮电出版社, 2006.223-226.2 张毅刚.单片机及其应用M.北京：高等教育出版社，2008.18-20,253-255,219-220.3 童诗白. 模拟电子技术基础M. 北京: 高等教育出版社, 2004.213-216.4 李朝青单片机原

23、理及接口技术M北京:北京航空航天大学出版社,2005.22-26.5 阎石数字电子技术基础M第五版北京：高等教育出版社,2006.524-535.6 闫玉德,葛龙,俞虹.单片机微型计算机原理与设计M.北京:中国电力出版社，2010.112-154,197-199. 7 李群芳.单片机原理接口及应用嵌入式系统计数基础M北京：清华大学出版社， 2006.12: 125-132.8 解永勃电压量程自动转换电路J电子世界，2003,7.52539 程宇红基于EPROM的高精度数字电压表设计J自动化与仪器仪表，2001,7.525410苗红霞单片机实现数字电压表的软硬件设计J河海大学常州分校学报，200

24、2,3.74-79精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业六、附录6.1 程序及其源代码系统上电，初始化程序将70H77H内存单元清0，P2口置0。系统默认为循环显示2个通道的压值，当进行一次测量后，将显示每一通道的AD转换值，每个通道显示时间为1s。70H77H内存单元存放采样值，78H7BH内存单元存放显示数据，依次为各位、通道标志位。初始化程序1.软件系统复位ISP_CONTR: ISP/IAP 控制寄存器，地址在 0E7H 单元B7B6B5B4B3B2B1B0Reset ValueISPENSWBSSWRSTCMD_FAIL1WT2WT1WT00000,1000ISPEN: ISP/

25、IAP 功能允许位。0：禁止ISP/IAP 编程改变Flash,1:允许编程改变FlashSWBS: 软件选择从用户应用程序区启动（0 ），还是从ISP 程序区启动（1 ）。要与SWRST 直接配合才可以实现SWRST: 0: 不操作； 1 : 产生软件系统复位，硬件自动清零。MOV ISP_CONTR, #B ;SWBS = 0(选择 AP 区), SWRST = 1(软复位)MOV ISP_CONTR, #B ;SWBS = 0(选择 AP 区), SWRST = 1(软复位MOV ISP_CONTR, #B ;SWBS = 1(选择 ISP 区), SWRST = 1(软复位)MOV ISP_CONTR, #B ;