电子技术课程设计报告.docx
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电子技术课程设计报告
电子技术课程设计报告
设计课题：
数字电压采集显示系统
专业班级：
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学生姓名：
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指导教师：
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设计时间：
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物理与电子工程学院
数字电压采集显示系统
一、设计任务与要求
1.掌握PCB制板技术、焊接技术、电路检测以及集成电路的使用方法；
2.掌握数字采集显示系统的设计，组装与调试方法；
3.设计一个数字采集系统，具体要求如下：
滑动变阻器把变化的模拟量数据传给ADC0809，由单片机STC89C52控制进行AD转换，其数字量由数码管显示，显示的电压值与输入模拟量偏差在1/10V之内。
二、方案设计与论证
1.时钟选择
方案一：
无源晶振12M，提供稳定的时钟信号。
方案二：
无源晶振11.05926M，提供稳定并且便于计算的时钟信号。
结论：
由于采用51单片机，需要一个频率稳定精确的时钟信号。
两者均采用石英晶体做为振荡器,输出频率稳定，在性价比相等的前提下，11.05926M的晶振所得到的定时时间更便于计算，更精确。
所以，选择选择11.05926M的晶振作为晶振源。
图1.晶振电路
2.数字采集电路选择
方案一：
ADC0804是8位逐次逼近型A/D转换器，一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成，输入方式为单通道，转换时间约为100µs，它的非线形误差为±1LSB，电源电压为单一+5V。
方案二：
ADC0809是8位逐次逼近型A/D转换器。
它由一个8路模拟开关、一个地址锁存译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。
多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换，转换时间约为100µs，它的非线形误差为±1LSB，电源电压为单一+5V。
结论：
鉴于方案二的在平时的应用中用的比较普遍，并且性能较好，有多个输入通道，故本设计采用方案二的设计。
3.显示模块的选择
方案一：
液晶显示（电路如下所示）
方案二：
数码管显示（电路如下所示）
结论：
利用LCD1602液晶显示，电路简单，且不需要动态显示，程序也相对简单。
利用四联体数码管显示，电路相对复杂。
但由于做板时1602液晶坏掉改为四联体数码管显示。
图2.液晶显示电路图3数码显示电路
4.芯片选择
方案一:
采用AT89C52芯片,该芯片内部有8K的ROM。
方案二:
采用STC89C52芯片,该芯片内部有8K的ROM,STC89C52系列单片机是宏晶推出的新一代超强抗干扰、高速、低功耗的单片机，这个系列单片机在片内含有FLASH存储器，因此有十分广泛的用途。
特别是在便携式、省电和特殊信息保存的仪器中显得更为有用。
结论：
由于STC89C52系列单片机的ISP在线编程功能优势在于改写单片机存储器的内的程序而不需要把芯片从工作环境中剥离，这是一个强大易用的功能，易于调试和修改，所以本设计采用方案二。
三、硬件电路与程序流程设计
1.电路设计的总体方框图
本设计的硬件电路主要包括以下几个部分：
单片机、AD0809数字采集电路、数码管显示电路。
图4.电路设计总体方框图
对于硬件电路的各部分：
1）单片机使整个设计的核心，用来控制各部分的电路正常工作；
2）滑动变阻器获取模拟电压；
3）液晶和pc机用来显示温度。
2.测量电压的设计
模数转换器即A/D转换器，或简称ADC，通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。
通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。
由于数字信号本身不具有实际意义，仅仅表示一个相对大小。
故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准，比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小。
而输出的数字量则表示输入信号相对于参考信号的大小。
转换方法:
模数转换过程包括量化和编码。
量化是将模拟信号量程分成许多离散量级，并确定输入信号所属的量级。
编码是对每一量级分配唯一的数字码，并确定与输入信号相对应的代码。
（1）ADC0809的内部逻辑结构
图5ADC0809的内部逻辑结构
由上图可知，ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。
多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。
三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。
（2）．引脚结构
IN0－IN7：
8条模拟量输入通道
ADC0809对输入模拟量要求：
信号单极性，电压范围是0－5V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。
地址输入和控制线：
4条
ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。
当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A，B，C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。
A，B和C为地址输入线，用于选通IN0－IN7上的一路模拟量输入。
通道选择表如下表所示。
C
B
A
选择的通道
0
0
0
IN0
0
0
1
IN1
0
1
0
IN2
0
1
1
IN3
1
0
0
IN4
1
0
1
IN5
1
1
0
IN6
1
1
1
IN7
图6通道选择
数字量输出及控制线：
11条
ST为转换启动信号。
当ST上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D转换；在转换期间，ST应保持低电平。
EOC为转换结束信号。
当EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D转换。
OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。
OE＝1，输出转换得到的数据；OE＝0，输出数据线呈高阻状态。
D7－D0为数字量输出线。
CLK为时钟输入信号线。
因ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHZ，
VREF（＋），VREF（－）为参考电压输入。
2．ADC0809应用说明
（1）．ADC0809内部带有输出锁存器，可以与AT89S51单片机直接相连。
（2）．初始化时，使ST和OE信号全为低电平。
（3）．送要转换的哪一通道的地址到A，B，C端口上。
（4）．在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号。
（5）．是否转换完毕，我们根据EOC信号来判断。
（6）．当EOC变为高电平时，这时给OE为高电平，转换的数据就输出给单片机了。
程序流程图
3.复位电路的设计
MCS-51单片机的复位是靠外部电路实现的。
MCS-51单片机工作之后，只要在他的RST引线上加载10ms以上的高点平，单片机就能有效地复位。
CS-51单片机通常采用上电自动复位和按键复位两种方式。
这里采用按键复位和上电复位两种电路结合，电路图如图11所示。
图7.单片机复位电路
4.数码管的设计
这里用的是共阳数码管。
图8.共阳数码管电路图示
四、总原理图及元器件清单（另附）
五、安装与调试
1.制版
先按照设计报告上的电路图，在PROTEL99中画好的电路原理图，导入到PCB中，画PCB图。
然后将PCB图打印到热转印纸，腐蚀钻孔，准备焊接。
2．焊接
按照原理图进行焊接。
焊接的具体步骤如下：
加热电烙铁，将电烙铁接触焊点，注意烙铁头的扁平部分接触热容量较大的焊件，侧面或边沿接触容量小的焊件，保持焊件均匀受热；熔化焊料，当焊件加热到能融化焊料的温度后将焊锡丝置于焊点，焊料开始融化并润湿焊点；移开焊锡丝，当融化一定量的焊锡后将焊锡丝移开；移开电烙铁，当焊锡完全湿润焊点后移开电烙铁，注意移开烙铁的方向应该为大致45度的方向。
这样，就完成了制版工作，准备好调试用的一起，进行调试。
3．硬件调试
调试主要是对外围电路好坏的分析，以及软硬件是否相互匹配。
首先对STC89C52芯片的外围硬件电路进行了检测，检查电路连接是否正确，利用万用表对每一点电位以及是否出现短路进行检测。
然后通电连接硬件设备（如串口线等），写入一些小程序检查电路是否正确，若能过正常刷入程序，则说明串口电路正常。
接着检查其他模块。
之后检查按键模块和报警模块，最后检查温度测试模块，依次调通后则硬件电路没问题，编写整个程序进行软件调试。
图9.主程序流程图
六、性能测试分析与结果
本次设计的结果基本能够达到预期的要求：
能比较准确的显示实时温度，温度的上下限报警功能正常作用；对温度上下限的控制，利用了程序编写，增减温度的步进为0.5℃，可以通过改变软件中的参数来改变步进大小；另外PC机与单片机通信良好，可以通过串口调试助手这个辅助软件进行上下位机的数据传送，单片机可以发送当前温度到PC机。
此外，指导老师给予建议可以在现有的基础上再加一些制冷或者这热的反馈系统，使整个设计更加完整。
七、结论与心得
本课题以电压采集为基础，设计制作了ADC0809模数转换采集系统，经试验初步实现了设计指标。
具备了以下功能：
1）搭建STC89S52单片机最小系统；
2）ADC0809模拟量转换为数字量的转换；
3）四连体数码管的动态显示
这次的课程设计，开始操作时，平时的一些不足就悄无声息地冒出来。
这时候需要我利用已往所学的知识去解决，去联系与之有关的知识结构，找出该问题的所在，并且解决它。
如果我碰到难的，没学过的，就需要去图书馆找参考书，去网上查资料，去请教我的指导老师，通过各种途径把问题弄懂，弄通。
我总结了整个实验过程中的体会，认为硬件是决定整个系统的关键，而好的焊接技术是关键中的关键，每个细节都有可能是阻挡最终成败的原因，细节决定成败。
通过这次课程设计，使我对一个电子产品的开发研究有了初步的认识，体会到了开发研究一个电子产品的艰辛，也对我的精神品质得到了一次锻炼，明白了做什么事情都不可能急功近利，只有踏踏实实去做才能较好地完成。
另外，我非常感谢我的指导老师和同学给我的帮助，让我能够顺利完成这项实验。
我相信，本次课程设计对我今后的实习和毕业后的工作，肯定有很大的帮助。
八、参考文献
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[2]王东峰等.单片机C语言应用100例[M].电子工业出版社，2009.
[3]陈海宴.51单片机原理及应用[M].北京航空航天大学出版社，2010.
[4]刘守义等.单片机技术基础[M].西安电子科技大学出版社，2007.
[5]钟富昭等.8051单片机典型模块设计与应用[M].人民邮电出版社，2007.
[6]谢自美.电子线路设计[M].武汉：
华中科技大学出版社,2002
[7]胡辉.单片机原理与应用[M].中国水利水电出版社,2007
附录
附录一：
总原理图
附录二：
PCB图
附录三：
实物图
附录四：
程序清单
#include
#include
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
ucharcodetable[10]={0XC0,0XF9,0XA4,0XB0,0X99,0X92,0X82,0XF8,0X80,0X90};
uchara,b,c,d;
uintADcount,getdata;
sbitP00=P0^0;
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