干电池的电压检测

学生姓名指导老师职称课题名称干电池的电压检测课题工作内容“电压检测”的硬件电路主要由单片机控制电路、数码管显示电路、模数转换电路组成，主要实现：1、电压检测：通过AD检测电路，检测干电池电压信号，将模拟量转换为数字量输入单片机；2、显示输出：通过译码显示电路，将测得的电压值经译码后通过数码管显示。3、复位设置：能够手动和上电复位。指标要求1、电压测量：测量电压精度为±0.01V,测量范围为0~2.5V。2、显示位数：能够显示3位数值，1位整数和2位小数。进程安排第一天：下达任务、理解课题要求、收集和消化相关资料；第二天：方案论证和制定，元器件采购；第三～四天：硬件制作、调试第五～八天：软件设计、调试第九天：根据设计内容，撰写设计报告第十天：作品演示、答辩考核主要参考文献《单片机应用系统设计技术》张齐著电子工业出版社《例说8051》谢亮、陈敌北、张义和人民邮电出版社《单片机C语言应用100例》王东锋王会良电子工业出版社地点秋白楼起止日期2012.12.31-1.11在日常维修、教学和科研中，电压表是不可缺少的。本课题目的就是以单片机为基础设计出一种结构简单、工作可靠、灵活性好的数字电压表。本文首先介绍了数字电压表的发展现状及课题的目的和意义。然后，对基于介绍，其中，在硬件部分，较为详细的讨论了编程语言和编程思路。最后，对电路调试和实物制作做了进一步分析和总结。本文设计的数字电压表，其硬件电路所用元件较少、成本低、调节简单；软件采用C语言编程，其灵活性高，可读性强。经过理论研究、原理设计和整机调Firstlythispaperintroducedresultssupposeitisfeasibl摘要 I Ⅱ第一章绪论 11.1课题简介 11.2课题研究的目的和意义 1 1第二章硬件设计 32.1硬件结构图 32.2最小系统 3 3 4 5 5 72.4LED显示电路 8第三章软件设计 第四章调试与仿真 第五章结论与心得 参考文献 附录 1.电路原理图 2.软件程序 3.元器件清单 4.实物图 第一章绪论1.1课题简介数字电压表简称DVM,它是采用了数字化测量技术，把连续模拟量(直流1.2课题研究的目的和意义湿度计，酸度计，重量，厚度仪等),几乎覆盖了电子电工测量，工业测量，自1.3国内外研究现状数字多用电压表，可用8位显示，直流精度可达到±5/10°,读书分辨力为0.1μV。带有A/D变换模式、数据输出接口形式IEEE-488。具有比率测量软件校准等数字仪表，都是作为一级计量站和国家级计量站使用的标准仪表。还有英国的“7055”数字电压表采用脉冲调制技术。日本横河公司的“2501”型采用三次采从发展过程来看：数字电压表自1952年问世以来，已有50年多年的发展史，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，第三带产品为20世纪70年代研制的中、小规模集成电路的数字电压表。今年来，国内外相继推出有大规模集成电路(LSI)或超大规模集成电路(VLSI)构成的数字电压表、智传统电压表的设计思路主要分为：用电流计和电阻构成的电压表；用中小规模集成电路构成的电压表；用大规模ASIC(专用集成电路)构成的电压表。这几中电压表设计方式各有优势和缺点，分别适用于几种特定的应用环境，同时，也近入21世纪，随着信息技术一日千里的发展，电压表也必经历从单一测量向数据处理、自动控制等多功能过度的这一历程，特别是计算机技术的发展21世纪的新课题。目前，数字化仪器与微处理器取得令人瞩目的进展，就其技所具有的软件功能使仪器呈现出有某种延伸，强化的作用。这相对于过去传统的、纯硬件的仪器来说是一种新的突破，其发展潜力十分巨大，这已为70年代以来仪表发展的历史所证实。概括起来，具有微处理器的仪表具有以下特点：①测量过程的软件控制对测量数据进行存储及运算的数据处理功能是仪表最突出的特点；②在仪器的测量过程中综合了软件控制及数据处理功能，使一机多用或仪器的多功能化易于实现，成为这类仪器的又一特点；③以其软件为主体的智能单单片机第二章硬件设计硬件设计其实就是对电子电路的设计。电子电路通常可以分为两大类：一类是模拟电子电路，还有一类是数字电子电路。本系统中的电源设计为模拟电路设计，其他与单片机连接的集成电路均为数字电路设计。本系统主要由稳压电源、A/D转换器、单片机、译码显示等一系列电路组成，主要完成电压显示(0～2.55V)。其硬件结构图如图2-1。图2-1硬件结构图工作原理：9V转5V的电源转换电路给各个元器件提供工作电压，检测电路检测到电压模拟量后经A/D转换后变成数字量送入单片机，然后由单片机送显。2.2.1单片机本次设计使用的单片机芯片型号为：STC89C52,管脚图见图2-2。STC89C52的工作特性如下：1.增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令3.工作频率范围：0～40MHz,相当于普通8051的0～80MHz,实际工作频率可达5.片上集成512字节RAM8.具有EEPROM功能9.具有看门狗功能10.共3个16位定时器/计数器。即定时器TO、Tl、T211.外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，PowerDown模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒12.通用异步串行口(UART),还可用定时器软件实现多个UART13.工作温度范围：-40～+85℃(工业级)/0～75℃(商业级)12345689本系统中将直流9V经过稳压器使输出电压为直流5V。具体电路如图2-3图2-3电源电路端的滤波电容。在电源整流电路中，滤波电容用来滤除交流成分，使得直流更平过流、过热及调整管的保护电路，采用了噪声低，温度漂移小的基准电压源，工作稳定可靠，而且价格便宜。7805集成稳压器为三端器件，其管脚如图2-4所示：1脚为输入端，2脚为78系列的稳压集成块的极限输入电压是36V,最低输入电压比输出电压高3-4V。还要考虑输出与输入间压差带来的功率损耗，所以一般输入为9-15V之间。当输出电压较大时，7805应配上散热板。〇图2-47805管脚图本次设计采用的是12MHZ的晶振，电路图如下图2-5所示：图2-5晶振电路定性较高，按照一般经验，外接晶体时两个电容的取值为30pF;外接陶瓷振荡在时钟电路工作后，只要在单片机的RST引脚上出现24个时钟振荡脉冲(2可靠的复位在设计复位电路时，通常使RST引脚保持4ms以上的高电平，只要RST保持高电平，STC89C52单片机就会循环复位；当RST从高电平变为低电平时，单片机就从0000H地址开始执行程序，在单片机复位的有效期间，ALE、PSEN引脚输出高电平。本次设计能够实现上电复位和手动复位，其电路图如下图2-6:图2-6复位电路1.手动复位：按下复位键，系统能够复位。2.上电复位：系统上电时，随着Vcc电压由OV增加到5V,电容C的上极板电位随之增加。按电压随着电流方向逐渐降低的原则，电流的出现会在R2端形成一个大于0的电位。由于电容充电逐渐饱和，所以电流会逐渐减小。该电位的大小和持续时间将影响系统能否上电复位。当单片机RST管脚上有两个机器周期是高电平时，系统就会被复位。,机器周期=震荡周期×12。所以，对于用12MHZ晶振的系统来说，使其复位的时间t应满足条件：不考虑流入RST引脚的电流计算RST处的电位，该电路就是一阶RC电路。电容两端暂态电流和电压的关系如下：设RST处电压为Ug(1),那么Ug(t)=VU。(t),所以当Ug(t)=3.4V时，t=0.357RC。当且仅当t=0.357RC≥2us时，系统才会复位，即满足条件RC≥5.6×10°。所以采用R2=51kQ,C7=1μF。复位时间t=0.357RC=0.357×51×1=18.2us>2us,符合要求。1.检测电路A/D转换器是模拟量输入通道中的一个环节，单片机通过A/D转换器把输入模拟量变成数字量再处理。随着大规模集成电路的发展，目前不同厂家已经生产出了多种型号的A/D即双积分式A/D转换器、逐次逼近式A/D转换器和并行式A/D转换器。目前最常用的是双积分和逐次逼近式。双积分式A/D转换器具有抗干扰能力强、转换精度高、价格便宜等优点，它们通常带有自动较零、七段码输出等功能。与双积分相比，逐次逼近式A/D转换的转换速度更快，而且精度更高，它们可以与单片机系统连接，将数字量送单片MCP3202,MCP3204,MCP3208就能满足设计要求。本电路采用MCP3202,具体检测电路见图2-7。11P1.0/T22P1.1/T2EX3456图2-7检测电路7842此部分选用MCP3202进行电压模拟量到数字量的转换。具有12位分辨率，转换精度高，本设计使用MCP3202的单通道输入，使检测电压Ui经CH1输入转换器将A/D转换后的数字编码送入单片机。2.MCP3202简介MCP3202是一款具有片上采样和保持电路的12位逐次逼近型A/D转换器。的简单串行接口与器件通行。器件在5V和2.7V工作电压下的转换率最高分别为100ksps和50ksps。它的工作电压为2.7~5.5V。其管脚图如图2-7所示。各管脚功能见表2-8。8765234图2-8MCP3202管脚图表2-1引脚功能表名称功能+2.7V至5.5V电源和参考电压输入通道0模拟输入通道1模拟输入串行时钟串行数据输入串行数据输出片选/关断输入该电路是由一个数码显示管、译码器和一个反相器组成的。能够实现显示三位电压的功能。1.显示电路本设计的显示电路如图2-9所示。LED显示器是由发光二极管排列组成的一显示器件。它采用低电压扫描驱动，具有：耗电少、使用寿命长、成本低、亮度高、故障少、视角大、可视距离远等特点。虽然LCD具有零辐射、低功耗、散热小、体积小、图像还原精确、字符显示锐利等优点，但成本相对较高，户外亮度不及LED的。所以本设计选用LED显示器。又因为设计要求显示三位数值，选择静态显示器既费资金，又复杂工艺，所以选用三位动态显示器。这里选用共阴显示器，是为了与译码器配合使用，是电路更简单，可行。由于数码管显示时需要的电流I。为5-20mA,所以限流电阻应该为：图2-10LED数码管结构图CD4511是一个用于驱动共阴极LED数码管显示器的BCD码—七段码译码图2-1274HCO4引脚图第三章软件设计系统的软件流程如下：开始时首先初始化单片机，使数码管显示为“0.00”,然后等待定时器时间到，定时器中断时调用A/D转换子程序启动MCP3202。单片机读取检测电压。再将所测电压的数字量经译码后送至数码管显示，此时LED数码管显示的就是干电池的电压值。具体流程图见图3-1。系统初始化定时器初始化定时器中断是否到达启动A/D采集电压显示当前电压图3-1程序流程图本设计的软件程序见附录2。第四章调试与仿真TriscendE5Driver初始化文JDT8052XDriver加载代码到仿真器☑运行到图4-2仿真电路图如图4-3所示。图4-3仿真程序设置e.设置或改变输入电压的值如图4-4,观察仿真结果。图4-4输入电压设置第五章结论与心得我觉得本次设计的一个重要方面是不断地搜索资料，通过多种途径查阅资料，我从图书馆借了有关单片机应用和仿真的机的多种类型，如：51单片机、61单片机、AVR单片机等等。虽然说它们的类型不同，但其编程的思想方法是基本一致的。我采取时间最长的搜索途径是利用网络。是的，我感觉网络对我的学习太重要了，在工控网中有大量的单片机编程本论文通过参阅大量相关文献，了解现有数字电压表的设计原理和发展方向，在总结了前人经验的基础上，采用单片机为来对数据进行处理。在设计中为了节省单片机的端口资源，采用了LED动态显示器。在电路制作中，严格按照布线规则进行布过反复调试，各硬件电路的参数已经确定，系统软件程序也调试完成，系统各项通过本课题的研究，从原理图的设计到仿真图的绘制、从实际硬件电路的搭浅，为我以后的工作奠定了基础。[10]王建校，杨建国等.5