基于单片机的数字电压表电子信息与电气工程课程设计说明书大学论文.docx
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基于单片机的数字电压表电子信息与电气工程课程设计说明书大学论文
课程设计说明书
课程名称：
《单片机技术》
设计题目：
基于单片机的数字电压表
学院：
电子信息与电气工程学院
学生姓名：
xx
学号：
xx
专业班级：
通信工程2013级2班
指导教师：
xx
2016年4月22日
课程设计任务书
设计题目
基于单片机的数字电压表
学生姓名
xx
所在院系
电子信息与电气工程学院
专业、年级、班
通信工程2013级2班
设计要求：
1、设计制作一个基于单片机的数字电压表；
2、可以测量0~5V范围内的8路输入电压值；
3、可以在4位LED数码管上轮流显示或单路选择显示；
4、其测量最小分辨率位0.02V。
学生应完成的工作：
设计数字电压表的工作原理，并利用Multisim软件进行电路仿真。
利用DXP软件绘制电路原理图，并设计制作电路的PCB板。
根据设计原理对电路进行安装调试，完成课程设计工作，并提交课程设计报告。
参考文献阅读：
[1] 康华光.电子技术基础模拟部分.北京:
高等教育出版社,2006.1
[2] 康华光.电子技术基础数字部分.北京:
高等教育出版社,2006.1
[3] 黎文模,段晓峰.PROTELDXP电路设计与实例精解.北京:
人民邮电出版社,2006
[4]李科杰.新编传感器技术手册[M].北京:
国防工业出版社，1995
[5]林庭双.PROTELDXP电子电路设计精彩范例.北京:
机械工业出版社,2005.6
[6]郑学坚.周斌微型计算机原理及应用.北京:
清华大学出版社,2001
工作计划：
4月11号-12号原理分析，绘制草图，发器件；4月13号-15号Multisim电路设计与仿真，AltiumDesigner09设计原理图，设计PCB板；4月16号-19号PCB制版，焊接器件；4月20号-21号书写课程设计报告指导；4月22号烧录程序，指导教师验收设计电路结果。
任务下达日期：
2016年4月11日
任务完成日期：
2016年4月22日
指导教师（签名）：
学生（签名）：
基于单片机的数字电压表
摘要：
数字电压表是采用数字化检测技术，把连续的模拟量（直流输入电压）换成不连续的、离散的数字形式并加以现实的仪表，采用单片机的数字电压表，由精度高、抗干扰能力强，可扩展性强集成方便，还可以与PC进行实时通信。
本小组设计的简易数字电压表可以测量0~5V范围内的8路输入电压值，并在4位LED数码管上轮流显示或单路选择显示。
其测量最小分辨率位0.02V.
关键词：
单片A/D转换器；数字电压表；8路输入电压值；最小分辨率位0.02V
目录
1.设计背景……………………………………………………………………1
2.设计方案………………………………………………………………………1
2.1简易数字电压表硬件设计方案…………………………………………1
2.2简易数字电压表软件设计方案…………………………………………2
3.方案实施………………………………………………………………………3
3.1数码管显示器……………………………………………………………3
3.2单片机的晶振电路………………………………………………………4
3.3显示模块…………………………………………………………………5
3.4ADC0809模块…………………………………………………………6
3.5通道选择及单路/循环模块……………………………………………8
4.结果与结论………………………………………………………………8
4.1结果………………………………………………………………………8
4.2结论………………………………………………………………………10
5.收获与致谢………………………………………………………………10
6.参考文献……………………………………………………………………11
7.附件…………………………………………………………………………12
7.1系统的电路原理图和PCB图…………………………………………12
7.2实物图……………………………………………………………………13
7.3电子元器件清单………………………………………………………14
7.4源程序……………………………………………………………………15
1.设计背景
我们学习的是单片机这门课程，这门课程最显著的特点就是它是一门实用技术课程，它要求我们不仅仅要掌握扎实的理论基础，更重要的是要学会如何去真真利用它为我们的电路设计服务，也只有通过课程设计这样的动手实践才是我们掌握这门技术的最佳途径，因此，我们开设这样的实践是很重要的，也是我们努力去学习钻研的动力。
数字电压表是采用数字化检测技术，把连续的模拟量（直流输入电压）换成不连续的、离散的数字形式并加以现实的仪表，克服了传统模拟电压表的读书不方便和不精确等问题，满足了数字化时代的需求。
目前，由各种单片A/D转换器构成的数字电压表，已广泛应用于电子电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域，展现了强大的生命力。
2.设计方案
2.1简易数字电压表硬件设计
数字电压表测量电路是由A/D转换、数字处理及显示控制等组成。
A/D转换由集成芯片ADC0809电路完成。
ADC0809具有8路模拟输入端口，地址线（第23~25脚）可决定对哪一路模拟输入作A/D转换。
第22引脚为地址锁存控制，当输入为高电平时，对地址信号进行锁存。
第6引脚为测试控制，当输入一个2us宽电平脉冲时，就开始A/D转换。
第7引脚为A/D转换结束标志，当A/D转换结束时，第7引脚输出高电平。
第9引脚为A/D转换数据输出允许控制，当OE脚为高电平时，A/D转换数据从端口输出。
第10引脚为ADC0809的时钟输入端，利用单片机第30引脚的六分频晶振频率，再通过14024二分频的得到1MHz的时钟。
单片机的P1/P3.0-P3.3端口作为4位LED数码管显示控制。
P3.5端口用作单路显示/循环显示转换按钮，P3.6端口用作单路显示时选择显示通道。
P0端口用作A/D转换数据输入，P2端口用作ADC0809的A/D转换控制。
图1数字电压表系统设计方框图
2.2简易数字电压软件设计方案
系统刚上电时，初始化程序主要执行70H-77H内存单元清0和P2口置0等准备工作。
在刚上电时，系统默认为循环显示8个通道的电压值状态。
当进行一次测量后，将显示每一通道的A/D转换值，每个通道的数据显示时间在1S左右。
主程序在调用显示子程序与测试子程序之间循环。
图2主程序流程图
A/D转换测量子程序用来控制对ADC0809的8路模拟输入电压的A/D转换，并将对应的数值移入70H~77H内存单元。
图3A/D转换测试子程序流程图
3.方案实施
3.1数码管显示器
数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。
数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。
。
在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。
图4共阴极数码管及其接口电路
3.2单片机的晶振电路
晶振是晶体振荡器的简称，在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络，电工学上这个网络有两个谐振点，以频率的高低分其中较低的频率是串联谐振，较高的频率是并联谐振。
由于晶体自身的特性致使这两个频率的距离相当的接近，在这个极窄的频率范围内，晶振等效为一个电感，所以只要晶振的两端并联上合适的电容它就会组成并联谐振电路。
这个并联谐振电路加到一个负反馈电路中就可以构成正弦波振荡电路，由于晶振等效为电感的频率范围很窄，所以即使其他元件的参数变化很大，这个振荡器的频率也不会有很大的变化。
晶振有一个重要的参数，那就是负载电容值，选择与负载电容值相等的并联电容，就可以得到晶振标称的谐振频率。
一般的晶振振荡电路都是在一个反相放大器（注意是放大器不是反相器）的两端接入晶振，再有两个电容分别接到晶振的两端，每个电容的另一端再接到地，这两个电容串联的容量值就应该等于负载电容，请注意一般IC的引脚都有等效输入电容，这个不能忽略。
本设计采用12MHz晶振，并联两个30pF电容构成晶振电路。
图5单片机晶振电路
3.3显示模块
该模块为数字电压表的显示模块，主要由4位7端共阳LED数码管和PNP三极管构成的选通电路构成。
其中，我们需注意共阳数码管的数字0-9的编码，另外，每个位选管要与程序对应。
位选是通过单片机P3.0-P3.3口控制三极管的基极从而控制每位数码管的选通。
图6显示模块电路
3.4ADC0809模块
3.4.1结构和转换原理
如图7所示为ADC0809的内部结构框图。
ADC0809由3部分组成：
8路模拟量选通开关、8位A/D转换器和三态输出数据锁存器。
ADC0809允许8路模拟信号输入，由8路模拟开关选通其中一路信号，模拟开关受通道地址锁存和译码电路的控制。
当地址锁存信号ALE有效时，3位地址C、B、A进入地地址锁存器，经译码后使8路模拟开关选通某一路信号。
图7ADC0809的内部结构
8位A/D转换器为逐次逼近式，由256R电阻分压器、树状模拟开关（这两部分组成一个D/A变换器）、电压比较器、逐次逼近寄存器、逻辑控制和定时电路组成。
三态门输出锁存器用来保存A/D转换结果，当输出允许信号OE有效时，打开三态门，输出A/D转换结果。
因输出有三态门，便于与单片机总线连接。
图8三态门
3.4.2引脚功能
由引脚图9所示，ADC0809共有28个引脚，采用双列直插式封装。
ADC0809虽然有8路模拟通道可以同时输入8路模拟信号，各路之间的切换由软件变换通道地址来实现。
其主要引脚功能如下所示：
图9ADC0809的引脚
IN0～IN7：
8路模拟量输入端。
D7～D0：
8位数字量输出端。
A、B、C：
3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路。
ALE：
地址锁存允许信号，输入，高电平有效。
START：
A/D转换启动信号，输入，高电平有效。
EOC：
A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。
OE：
数据输出允许信号，输入，高电平有效。
当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。
CLK：
时钟脉冲输入端。
要求时钟频率不高于640KHZ。
REF（+）、REF（-）：
基准电压。
Vcc：
电源，单一＋5V。
GND：
地。
3.5通道选择及单路/循环模块
该模块两个按键开关分别是控制单路/循环和通道选择的，当单路/循环按键未按下时，数码管上的通道位是循环显示通道，当该键按下时，数码管通道位显示的是某一路通道，看起来就像暂停一样，即单路测压。
另外一个按键通道选择按键，当你选择单路时，按一下通
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