数字电压表设计说明书样本

引言 21系统总体设计及方案 31.1设计题目、内容、规定 31.2概述 31.3系统原理及基本框图 41.4方案阐明 41.5方案论证 41.5.1显示某些 41.5.2A/D转换某些 52电路设计 52.1输入电路 52.2A/D转换电路 52.3双积A/D转换器工作原理 52.4A/DC0808转换流程图 72.5液晶显示某些 72.6设计调试及性能分析 82.6.1调试与测试 82.6.2性能分析 82..6.3程序编写及电路实现 83芯片及软件简介 93.1ADC08083 93.1.1引脚功能（外部特性） 93.1.2内部构造 93.289C51 103.2.1重要特性 103.2.2管脚阐明 103.374LS161 113.4KeilC51软件简介 123.5ISIS6Professional软件简介 124警报系统设计 135数字电压表设计电路 145.1数字电压表完整设计电路图 145.2电路仿真 156设计总结 16附录 17参照文献 21引言随着微电子技术不断发展，微解决器芯片集成度越来越高，单片机亦可以在一片芯片集成CPU、存储器、定期器|计数电路，这就很容易将计算机技术和测控技术结合，构成智能化测量控制系统。在电路设计中咱们时常会用到电压表，过去大某些电压表还是模仿，虽然精度较高但模仿电压表采用用指针式，里面是磁电或电磁式构造，因此响应较慢。为适应许多高速信号领域当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基本上实现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，实现被测电压数据采样用系列比较器检测输入电压范畴，并通过继电器阵列实现了输入量程自动转换；使用共阴极数码管显示被测电压.然而在高速发展当今社会，高速信号解决需求越来越多，由于模仿电压表响应速度较慢已经不合用与高速信号领域，取而代之将是数字电压表。但数字电压表由于存在采样误差，精度不是很高。但是当前可以通过技术手段来缩小误差。使其精度达到与模仿电压表同样精准甚至更高。可见将来数字电压表必将取代模仿电压表。当前有越来越多数字测量仪器浮现但原理皆与数字电压表殊途同归，因而研究数字电压表有着很大现实意义.本章将重点简介单片A/D转换器以及有它们构成基于单片机数字电压表工作原理。1系统总体设计及方案1.1设计题目、内容、规定设计题目：数字电压表设计。设计内容及规定：（1）可以测量0～5V8路直流电压。（2）在LED数码管上显示测量电压值，显示范畴为0.00V～5.00V，一位LED数码管显示路数。（3）通过控制键可以变化显示模式，8通道轮流显示或单路选取显示。（4）设定每一路上限值，超过界限值时警报喇叭发声，以示警告。（5）其她功能，创新某些。1.2概述数字电压表（DigitalVoltmeter）简称DVM，它是采用数字化测量技术，把持续模仿量（直流输入电压）转换成不持续、离散数字形式并加以显示仪表。老式指针式电压表功能单一、精度低，不能满足数字化时代需求，采用单片机数字电压表，由精度高、抗干扰能力强，可扩展性强、集成以便，还可与PC进行实时通信。当前，由各种单片A/D转换器构成数字电压表，已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化测量领域，示出强大生命力。与此同步，由DVM扩展而成各种通用及专用数字仪器仪表，也把电量及非电量测量技术提高到崭新水平。1.3系统原理及基本框图输入电路输入电路A/D转换A/D转换A/D转换89c89c51单片机89c51单片机LED显示LED显示图1.1系统基本流程图图1.1系统基本流程图如图1.1所示，模仿电压通过滑动变阻器切换到不同分压电路后，送到A/D转换器进行A/D转换，然后送到单片机中进行数据解决。解决后数据，通过P1口传播送到LED中显示。1.4方案阐明系统一方面通过按键逐路选取八路通道中一路或是循环显示，将该路某一路电压送入ADC0808相应通道，单片机软件设立ADC0808开始A/D转换，转换结束ADC0808EOC端口产生高电平，同步将ADC0808EO端口置为高电平，单片机将转换后成果存片内RAM。系统调出计算子程序，将保存成果转化为0.00-5.00V分别保存在片内RAM;系统调用显示子程序，将转化后数据查表，输出到LED显示电路，将相应电压显示出来，程序进入下一种循环。1.5方案论证1.5.1显示某些系统通过对LED灯动态显示及不断轮流给数码管位选端加驱动电压，由于在给其中一种数码管位选段加驱动电压时候它才干变亮，而其她是暗，由于数码管暗下来需要一定期间，人眼具备视觉暂留特点，同步系统又给其他施加驱动电压，因此咱们看到就是稳定亮着数字了。1.5.2A/D转换某些通过A/D转换器将输入模仿信号转换成数字信号，然后进行解决。为了达到这一目，使用调试简朴，能与微解决机或其她数字系统兼容A/D转换器ADC0808芯片。ADC0808是采样辨别率为8位、以逐次逼近原理进行模/数转换器件。其内部有一种8通道多路开关，它可以依照地址码锁存译码后信号，只选通8路模仿输入信号中一种进行A/D转换。ADC0808是ADC0809简化版本，功能基本相似。普通在硬件仿真时采用ADC0808进行A/D转换，实际使用时采用ADC0809进行A/D转换。2电路设计2.1输入电路输入电路作用是把不同量程被测电压规范到A/D转换器所规定电压值。本电路设计所用电压为0-5V，其大小通过滑动变阻器调节。2.2A/D转换电路A/D转换器转换精度对测量电路极其重要，它参数关系到测量电路性能。本设计采用双积A/D转换器，它性能比较稳定，转换精度高，具备很高抗干扰能力，电路构造简朴，其缺陷是工作速度较低。在对转换精度规定较高，而对转换速度规定不高场合如电压测量有广泛应用。2.3双积A/D转换器工作原理如图2.1所示：对输入模仿电压和基准电压进行两次积分，先对输入模仿电压进积分，将其变换成与输入模仿电压成正比时间间隔T1，再运用计数器测出。图2.1双积分A/D转换器工作原理图图2.1双积分A/D转换器工作原理图图图2.2双积A/D转换器波形图此时间间隔，则计数器所计数字量就正比于输入模仿电压；接着对基准电压进行同样解决。IN7IN5IN6IN4IN3IN2IN1IN0ABCEOCOEOUT121ADDB24ADDA25IN7IN5IN6IN4IN3IN2IN1IN0ABCEOCOEOUT121ADDB24ADDA25ADDC23VREF(+)12VREF(-)16IN31IN42IN53IN64IN75START6OUT58EOC7OE9CLOCK10OUT220OUT714OUT615OUT817OUT418OUT319IN228IN127IN026ALE22U2ADC0808U2(CLOCK)数字量电压值输入数字量电压值输入89C51启动ADC0808启动ADC0808等待转换与否结束等待转换与否结束将成果转换成BCD码并输出将成果转换成BCD码并输出图图2.3A/DC0808转换流程图图2.3A/其软件中实现其数字量电压转换为三位模仿量电压某些程序如下：MOVA,#0FFH MOVP0,A MOV A,P0 ;读取AD转换成果 CLR P2.7 MOV B,#51 ;AD转换成果转换成BCD码 DIV AB MOV R1,A ；A中为电压数值第一位，存储在R1中 MOV A,B MOVB,#2 MULAB MOV B,#10 DIV AB ；A中存储电压数值第二位，并存储入R2中 MOV R2,A MOV R3,B ；余数B中存储电压数值第三位2.6设计调试及性能分析2.6.1调试与测试采用KeiluVision4编译器进行源程序编译及仿真调试，同步进行硬件电路板设计制作，烧好程序后进行软硬件联调，最后进行端口电压对比测试，规定测试对比中原则电压值采用数字万用表测得。简易数字电压表与“原则”数字电压表测得绝对误差应在0.02V以内。2.6.2性能分析由于单片机为8位解决器，当输入电压为5.00V时，输出数据值为255（FFH），因而单片机最大数值辨别率为0.0196V（5/255）。这就决定了该电压表最大辨别率（精度）只能达到0.0196V。测试时电压数值变化普通以0.02电压幅度变化，如要获得更高精度规定，应采用12位、13位A/D转换器。简易电压表测得值基本上均比原则值偏大0.01～0.02V。这可以通过校正0809基准电压来解决，由于该电压表设计时直接用7805供电电源作为基准电压，电压也许有偏差。此外可以用软件编程来校正测量值。ADC0808直流输入阻抗1MΩ，能满足普通电压测试需要。此外，经测试ADC0808可直接在2MHz频率下工作，这样可省去分频器14024。2..6.3程序编写及电路实现在本次课设中使用ISIS6Professional软件进行对电路进行绘制、模仿及仿真，使用keilc51软件编写单片机89C51程序，如下将对SIS6Professional软件及keilc51软件进行简介。3芯片及软件简介3.1ADC08083.1.1引脚功能（外部特性）ADC0808芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如右图所示。各引脚功能如下：1～5，26～28（IN0～IN7）：8路模仿量输入端。8，14，15，17～21：8位数字量输出端。22（ALE）：地址锁存容许信号，输入，高电平有效。6（START）：A／D转换启动脉冲输入端，输入一种正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。7（EOC）：A／D转换结束信号，输出，当A／D转换结束时，此端输出一种高电平（转换期间始终为低电平）。9（OE）：数据输出容许信号，输入，高电平有效。当A／D转换结束时，此端输入一种高电平，才干打开输出三态门，输出数字量。10（CLK）：时钟脉冲输入端。规定期钟频率不高于640KHZ。12（VREF（+））、16（VREF（-））：参照电压输入端。11（Vcc）：主电源输入端。13（GND）：地。23～25（ADDA、ADDB、ADDC）：3位地址输入线，用于选通8路模仿输入中一路。3.1.2内部构造ADC0808是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，它由8路模仿开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器、逐次逼近。极限参数电源电压（Vcc）：6.5V。控制端输入电压：—0.3V～15V。其他输入和输出端电压：-0.3V～Vcc+0.3V。贮存温度：—65℃～+150℃功耗（T=+25℃引线焊接温度：①气相焊接（60s）：215℃；②红外焊接(15s)：220℃抗静电强度：400V。3.289C51单片机该系列单片机是采用高性能静态80C51

设计由先进CMOS

工艺制造并带有非易失性Flash

程序存

储器，所有支持12

时钟和6

时钟操作。P89C51X2

和P89C52X2/54X2/58X2

分别包括128

字节和256

字节RAM

32

条I/O

口线3

个16

位。定期/计数器6

输入4

优先级嵌套中断构造1

个串行I/O

口可用于多机通信I/O

扩展或全双工UART。以及片内振荡器和时钟电路89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）低电压，高性能CMOS8位微解决器，俗称单片机。89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器单片机。单片机可擦除只读存储器可以重复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业原则MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL89C51是一种高效微控制器，89C2051是它一种精简版本。89C单片机为诸多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉方案。3.2.1重要特性与MCS-51兼容；4K字节可编程闪烁存储器；寿命：1000写/擦循环；数据保存时间：；全静态工作：0Hz-24MHz；三级程序存储器锁定；128*8位内部RAM；32可编程I/O线；5个中断源，两个16位定期器/计数器；可编程串行通道；低功耗闲置和掉电模式，片内振荡器和时钟电路。3.2.2管脚阐明VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一种8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸取8TTL门电流。当P1口管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0可以用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址第八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必要被拉高。P1口：P1口是一种内部提供上拉电阻8位双向I/O口，P1口缓冲器能接受输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接受。P2口：P2口为一种内部上拉电阻8位双向I/O口，P2口缓冲器可接受，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因而作为输入时，P2口管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址高八位。在给出地址“1”时，它运用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器内容。P2口在FLASH编程和校验时接受高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻双向I/O口，可接受输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉缘故。P3口也可作为AT89C51某些特殊功能口，如下表所示：P3.0RXD（串行输入口）；P3.1TXD（串行输出口）；P3.2/INT0（外部中断0）；P3.3/INT1（外部中断1）；P3.4T0（记时器0外部输入）；P3.5T1（记时器1外部输入）；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）；P3口同步为闪烁编程和编程校验接受某些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存容许输出电平用于锁存地址地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率1/6。因而它可用作对外部输出脉冲或用于定期目。/PSEN：外部程序存储器选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效/PSEN信号将不浮现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不论与否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。XTAL1：反向振荡放大器输入及内部时钟工作电路输入。XTAL2：来自反向振荡器输出。3.374LS161161为可预置4位二进制同步计数器，共有54/74161和54/74LS161两种线路结。74LS161清除端是异步。当清除端CLEAR为低电平时，不论时钟端CLOCK状态如何，即可完毕清除功能。74LS16预置是同步。当置入控制器LOAD为低电平时，在CLOCK上升沿作用下，输出端QA－QD与数据输入端A－D相一致。161计数是同步，靠CLOCK同步加在四个触发器上而实现。当ENP、ENT均为高电平时，在CLOCK上升沿作用下QA－QD同步变化，从而消除了异步计数器中浮现计数尖峰。3.4KeilC51软件简介KeilC51集成开发环境重要由菜单栏、工具栏、源文献编辑窗口、工程窗口和输出窗口五某些构成。工具栏为一组快捷工具图标，重要涉及基本文献工具栏、建造工具栏和调试工具栏，基本文献工具栏涉及新建、打开、拷贝、粘贴等基本操作。建造工具栏重要涉及文献编译、目的文献编译连接、所有目的文献编译连接、目的选项和一种目的选取窗口。调试工具栏位于最后，重要涉及某些仿真调试源程序基本操作，如单步、复位、全速运营等。在工具栏下面，默认有三个窗口。左边工程窗口包括一种工程目的（target）、组（group）和项目文献。右边为源文献编辑窗口，编辑窗口实质上就是一种文献编辑器，咱们可以在这里对源文献进行编辑、修改、粘贴等。下边为输出窗口，源文献编译之后成果显示在输出窗口中，会浮现通过或错误（涉及错误类型及行号）提示。如果通过则会生成“HEX”格式目的文献，用于仿真或烧录芯片。MCS-51单片机软件KeilC51开发过程为：1.建立一种工程项目，选取芯片，拟定选项；2.建立汇编源文献或C源文献；3.用项目管理器生成各种应用文献；4.检查并修改源文献中错误；5.编译连接通过后进行软件模仿仿真或硬件在线仿真；6.编程操作；7.应用。3.5ISIS6Professional软件简介ISIS6Professiona软件是它不但具备其他EDA工具软件仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是当前最佳仿真单片机及外围器件工具。虽然当前国内推广刚起步，但已受到单片机兴趣者、从事单片机教学教师、致力于单片机开发应用科技工作者青睐。它从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品完整设计。是当前将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一设计平台，其解决器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，即将增长Cortex和DSP系列解决器，并持续增长其她系列解决器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等各种编译器。ISIS6Professiona软件具备功能：原理布图；PCB自动或人工布线；SPICE电路仿真4警报系统设计图4.1报警装置为防止电压表所测电压值过大而烧毁电压表，添加一种报警装置来提示使用者，如上图4-1.当电压表所测电压值超过4伏时speaker装置就会自动发出声响，并且红灯亮起。这就对电表性能进一步进行了完善，以便提高产品使用寿命，从而提高产品使用价值。5数字电压表设计电路5.1数字电压表完整设计电路图图5.1数字电压表设计电路系统工作过程：一方面通过按键或开关选取要测量电压地址，即几路电压，若通过按键逐路选取，则要通过计数器74LS161记录按键次数，从而对电压地址加一，从而实现地址转移，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模仿输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动A/D转换，之后EOC输出信号变低，批示转换正在进行。直到A/D转换完毕，EOC变为高电平，批示A/D转换结束，成果数据已存入锁存器，之后数据通过解决，就可以在数码管上显示系统通过调节滑动变阻器可以调节测量电压，测试电路图5.2：图5.2数字电压表测试电路5.2电路仿真若通过ISIS6Professional软件画出改课设电路图，运营无误，并通过KeilC51软件编写程序编译无误并生成“HEX”格式目的文献之后，将其加载入单片机使其运营。详细办法为：右击工作区并选中使用89C51单片机，左击浮现“EditComponent”对话框，点击“ProgramFile”选项选取KeilC51软件中已经生成.HEX文献拟定。启动软件，观测其仿真成果如图5.2所示。通过电路中自锁开关闭合实现电路中电压循环显示各路电压值，通过断开自锁开关，则每按一次不自锁开关，则路数数加一并显示该路电压值。6设计总结本次设计是数字电压表，我设计可以满足教师所给设计规定，本设计可以做到：1.循环状态，可以实现八路电压循环测量显示，并且当其中任何一路超过3v报警系统启动，并将显示电压停留在报警支路上，通过关报警可使其继续循环。2.单路显示，通过按钮控制所显示支路。长处：控制以便，使用简朴，测量精准较高。缺陷：ADC0808芯片需输入参照电压，若以5伏为参照电压只能显示0到5伏电压，虽满足规定但若超5伏电压则只能显示5伏。为期2周单片机电压表设计即将结束，这期间，由于刚从寒假放松状态中回来，尚有点不适应紧张学习生活，开始2天很放松，觉得设计应当是很简朴，并没有放在心上。可是日后发现尚有诸多东西没有弄懂，当前所掌握知识对于完毕设计来说还很不够，这才从放松中回过神来，抓紧时间查阅资料，通过各种途径来搜寻有用信息，进而开始一步步设计。开始时是一头雾水，日后多和同窗交流，阅读资料，终于有点头绪了，基于已经学习Protues及Keil软件应用，依照规定设计，终于在两周时间里把我作品圆满完毕了，基本达到了设计规定。在这次课程设计中让我体会到了合伙与团结力量，当遇到不会或是设计不出来地方，同窗们就会互相讨论或者协助。团对协作就是创造力，无论在当前学习中还是在后来工作中，团队都是至关重要，有了团队会有更多理念、更多思维、更多情感。单片机是很重要一门课程，咱们在课堂学到内容很有限，因此在后来学习或是工作中还需要好好进一步研究和学习，学好了单片机也就多了一项生存技能。这是一次令人难忘经历。附录源码:ORG 0000H SJMP STARTSTART：MOV DPTR,#TAB ;段码表首地址WAIT：MOVA,#0FFH MOVP3,A MOVA,P3 ANLA,#07H JNBP3.3,LOOP1 MOVR0,A SWAPA MOVP3,A CLR P2.5 SETB P2.5 CLR P2.5 ;启动AD转换 JNB P2.6,$ ;等待转换结束 SETB P2.7 MOVA,#0FFH ;读取AD转换成果 MOVP0,A MOV A,P0MOV65H,ACLRP2.4CLRCySUBBA,#99HJCLPSETBP2.4 LP: MOVA,65HCLR P2.7 MOV B,#51 ;AD转换成果转换成BCD码 DIV AB MOV R1,A MOV A,B MOVB,#2 MULAB MOV B,#10 DIV AB MOV R2,A MOV R3,B LCALL DISP LJMP WAITLOOP1: INC R0 MOVA,R0 CJNEA,#08H,NEXT MOV A,#00HNEXT: MOVR0,A SWAPA MOVP3,A CLR P2.5 SETB P2.5 CLR P2.5 ;启动AD转换 JNB P2.6,$ ;等待转换结束 SETB P2.7 MOVA,#0FFH MOVP0,A MOV A,P0 MOV65H,A ;读取AD转换成果 CLRP2.4CLRCySUBBA,#99HJCLP1SETBP2.4lcallacd ;关警报lp1： MOVA,65HCLR P2.7 MOV B,#51 ;AD转换成果转换成BCD码 DIV AB MOV R1,A MOV A,B MOVB,#2 MULAB MOV B,#10 DIV AB MOV R2,A MOV R3,B LCALL DISP JBP3.3,LOOP2 DISP: MOVR4,#0FHLOOP: MOV A,R3 ;显示子程序