基于单片机的数字电压表的设计.docx
《基于单片机的数字电压表的设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的数字电压表的设计.docx（24页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
基于单片机的数字电压表的设计
基于单片机的数字电压表的设计任务书
1．课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：
一、设计电压测量电路
数字式电压表是电压测量的常用仪表,本课题即要求应用单片机、A/D转换器及其他器件组成数字式电压检测仪表。
二、主要技术指标与要求：
2.1基本要求：
（1）电压测量范围0-5V；
（2）能用数码管显示电压值；
（3）测量精度达0.1V；
（4）要求系统具备复位功能；
2.2发挥部分：
（1）电压测量范围5—20V；
（3）电压表具备20V超量程报警功能；
（4）测量精度：
0-5V内可调可达0.02V，5-20V可达0.1V；
（5）尽可能减少芯片的使用节能成本；
三．设计思路
（1）方案的对比和确定
（2）硬件电路设计
a）AT89S52-24PU是DIPloma-40集成电路芯片，该芯片有4个八位并行的双向I/O口，分别为P0、P1、P2、P3、口.AT89S52具有较大程序存储空间和数据存储空间能满足用户的需要易于实现功能拓展，AT89S52内部置有ISP在线编程技术可以应用下载线直接连到计算机的并口相连就可烧写程序。
b）ADC0809CCN是CMOS器件，不仅包括一个8位的逐次逼近型的ADC部分，而且还提供一个8通道的模拟多路开关和通道寻址逻辑，因而有理由把它作为简单的“数据采集系统”。
利用它可直接输入8个单端的模拟信号分时进行A/D转换。
c）LED84S-------LED动态显示模块.12引脚，包含四个数码管，应用起来相当简便。
（3）程序设计
i.由于ADC0809在进行A/D转换时需要有CLK信号，而此时的ADC0809的CLK是接在AT89S51单片机的P3.3端口上，也就是要求从P3.3输出CLK信号供ADC0809使用。
因此产生CLK信号的方法就得用软件来产生了。
ii.由于ADC0809的参考电压VREF＝VCC，所以转换之后的数据要经过数据处理，在数码管上显示出电压值。
实际显示的电压值 （D/256*VREF）
（4）结果分析
参照实验现象和结果进行必要的分析和思考
2．对课程设计成果的要求〔包括图表、实物等硬件要求〕：
（1）设计电路，安装调试或仿真，分析实验结果，并写出设计说明书。
（2）做出实物，有良好的性能。
3．主要参考文献：
[1]何立民.单片机高级教程，[M].北京：
北京航空航天大学出版社，2007
[2]肖洪兵高茂科.CAI课件自主开发
[3]杭和平.单片机原理与应用[M].北京：
机械工业出版社，2008
[4].ATMEL公司AT89S52的技术手册
[4].豆丁文档.基于单片机的数字电压表的设计
[6]吴金戌等．8051单片机实践与应用．北京：
清华大学出版社，2002
[7]张友德等单片微型机原理、应用和实验复旦大学出版社
[8]徐爱军.单片机高级语言C51[M].北京：
电子工业出版社，2001
[9]深圳市中源单片机发展有限公司AT89C52Datasheets
[10]赵伟军.PROTEL99SE教程.人民邮电出版社.2004
4．课程设计工作进度计划：
序号
起迄日期
工作内容
1
2010-12-20
布置任务，教师讲解设计方法及要求
2
2010-12-21
学生查找阅读资料，并确定方案
3
2010-12-22
学生讨论方案
5
2010-12-24~2010-12-29
制作实物并写说明书
6
2010-12-30
答辩
7
2010-12-31
答辩
主指导教师
苏泽光
日期：
2010年12月20日
单片机课程设计
题目：
基于单片机的数字电压表
学院名称：
指导老师：
班级：
学号：
学生姓名：
2010年12月31日
基于单片机的数字电压表的设计
内容摘要：
在电子信息科技高速的时代，由于数字式仪器具有读数准确方便、精度高、误差小、灵敏度高和分辨率高、测量速度快等特点而倍受青睐。
在现代检测技术中，常用高精度数字电压表进行检测，将检测到的数据送入微型计算机系统，完成计算、存储、控制等功能。
本文中数字电压表的控制系统采用AT89S52单片机，A/D转换器采用ADC0809为主要硬件，LED动态显示模块、电源模块、量程选择模块和报警系统，实现数字电压表的硬件电路与软件设计。
该系统能完成电压量的采集、A/D转换、手动量程切换、实时显示采集到电压量和声光提示等功能。
依据实际的情况还可以添加自动量程切换工能。
关键词：
AT89S52、A/D转换ADC0809、数码产品、四位LED动态扫描、功能实现。
引言：
20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。
而且随着电子技术的发展，更是经常需要测量高精度的电压，所以数字电压表就成为一种必不可少的测量仪器。
数字电压表（DigitalVoltmeter）简称DVM，它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量（直流或交流输入电压）转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。
由于数字式仪器具有读数准确方便、精度高、误差小、灵敏度高和分辨率高、测量速度快等特点而倍受青睐。
市场前景可观。
一、系统方案选择和论证：
1、设计要求
1.1基本要求：
（1）电压测量范围0-5V；
（2）能用数码管显示电压值；
（3）测量精度达0.1V；
（4）要求系统具备复位功能；
1.2发挥部分：
（1）电压测量范围5—20V；
（3）电压表具备20V超量程报警功能；
（4）测量精度：
0-5V内可调可达0.02V，5-20V可达0.1V；
（5）尽可能减少芯片的使用节能成本；
2、系统基本方案
2.1建议数字电压表系统框图如图1
2.2主控部分的选择
方案一：
用以AT89S52为核心的单片机控制系统方案，AT89S52具有较大程序存储空间和数据存储空间能满足用户的需要易于实现功能拓展，AT89S52内部置有ISP在线编程技术可以应用下载线直接连到计算机的并口相连就可烧写程序，可代替市场上专用的程序烧写器，既经济又实用，从而提高了系统性价比。
方案二：
用AT89S52作为主控制系统易于实现对程序的编写，但是用户在编写较长程序时它的程序存储空间和数据存储空间不能满足需求，且其不支持ISP在线编程技术，需要专用的烧写器来烧写程序，故成本高，进而降低了系统性价比。
方案三：
应用ICL7107集成芯片制作的方案。
ICL7107是一块应用非常广泛的集成电路，它包含31/2位数字A/D转换器，可直接驱动LED数码管，内部设有参考电压、独立模拟开关、逻辑控制、显示驱动、自动调零功能等。
ICL7107是一种制作数字电压表典型的应用电路。
由于该集成芯片在使用上有一定的局限性，不可编程故不能实现功能拓展，无法满足作品的设计要求故不可取。
综合以上三种方案分析，采用AT89S52作为主控制系统，可以大大提高系统功能的性能指标，还可以简化系统电路，成本低，故采用方案一。
2.3显示器的选择
方案一：
运用液晶显示器主要能显示大量的文字、数字和图形，而且清晰化程度高，成本高。
而次作品主要是简单的显示数字，故不采纳。
方案二：
运用点阵显示器主要能显示文字、数字，但其内部结构较为复杂，不易连接，故不使用它。
方案三：
运用数码管显示数字比较直观，且其在使用方面连线比较简单、成本低。
综合各方面考虑系统的性价比故采用方案三。
2.4A/D转换器的选择
方案一：
采用双积分A/D转换器MC14433.它有多路调制的BCD码输出端和超量程输出端，采用动态扫描显示，便于实现自动控制。
单芯片只能完成A/D转换功能，要实现显示功能还需配合其它驱动芯片等，使得整部分硬件电路板布线复杂，加重了电路设计和实际焊接的工作。
方案二：
采用A/D转换芯片ADC0809。
ADC0809是一块8路8位模数转换芯片，将模拟电路和数字电路集成在一个用28个功能端的电路内，包含了A/D转化、逻辑控制、译码驱动等电路，其转换时间为100μS左右，符合作品8路采集要求且电路设计简单，电路板布线不复杂，便于焊接、调试。
综上所述，故采用方案二。
二、系统的硬件设计与实现
1、系统硬件概述
该作品由六大部分组成，分别是主控模块、A/D转换模块、显示模块、声光报警模块、量程选择模块、直流稳压电源模块。
2、主要单元电路的设计
2.1AT89S52单片机
数字电压表的控制模块采用AT89S52单片机，AT89S52是DIPloma-40集成电路芯片，该芯片有4个八位并行的双向I/O口，分别为P0、P1、P2、P3、口。
如图2示。
P0口：
P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。
作为输出口，辑电平。
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。
在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。
在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。
程序校验时，需要外部上拉电阻。
P1口：
P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p1输出缓冲器能驱动4个
TTL逻辑电平。
对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。
此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2
的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表所示。
在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。
引脚号第二功能
P1.0T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出
P1.1T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）
P1.5MOSI（在系统编程用）
P1.6MISO（在系统编程用）
P1.7SCK（在系统编程用）
P2口：
P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个
TTL逻辑电平。
对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。
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。
在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。
在使用8位地址（如MOVX@RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。
在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。
P3口：
P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。
P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。
在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。
P3.0RXD（串行输入）
P3.1TXD（串行输出）
P3.2INT0（外部中断0）
P3.3INT0（外部中断0）
P3.4T0（定时器0外部输入）
P3.5T1（定时器1外部输入）
P3.6WR（外部数据存储器写选通）
P3.7RD（外部数据存储器写选通）
20引脚为接地端；40引脚为电源端；31引脚需要接高
升级会员 