数字电压表.docx
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数字电压表
<<单片机技术>>课程设计说明书
数字电压表
院、部：
电气与信息工程学院
学生姓名：
指导教师：
王韧职称副教授
专业：
电气工程及其自动化
班级：
电气本1104班
完成时间：
2014年6月5日
湖南工学院
课程设计任务书
课程：
单片机技术
课程设计题目：
数字电子钟
数字频率计
数字电压表
交通灯
抢答器
密码锁
波形发生器
数字温度计
计算器
数字式秒表
适用班级：
电气本1101～2、电气本1103～4
电气本1105～自本1101
时间：
2013～2014学年第二学期
指导教师：
王韧
《单片机技术》课程设计任务书
一、设计题目：
数字电子钟、数字频率计、数字电压表、交通灯、抢答器、密码锁、波形发生器、数字温度计、计算器、数字式秒表。
二、适用班级：
电气本1101～2、电气本1103～4、电气本1105～自本1101
三、指导教师：
王韧
四、设计目的与任务：
学生通过理论设计和实物制作解决相应的实际问题，巩固和运用在《单片机技术》中所学的理论知识和实验技能，掌握单片机应用系统的一般设计方法，提高设计能力和实践动手能力，为以后从事电子电路设计、研发电子产品打下良好的基础。
五、设计内容与要求
设计内容
1、数字电子钟
设计一个具有特定功能的电子钟。
该电子钟上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入时钟准备状态；第一次按电子钟启动/调整键，电子钟从0时0分0秒开始运行，进入时钟运行状态；再次按电子钟启动/调整键，则电子钟进入时钟调整状态，此时可利用各调整键调整时间，调整结束后可按启动/调整键再次进入时钟运行状态。
2、数字频率计
设计一个能够测量周期性矩形波信号的频率、周期、脉宽、占空比的频率计。
该频率计上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入测量准备状态。
按频率测量键则测量频率；按周期测量键则测量周期；按脉宽测量键则测量脉宽；按占空比测量键则测量占空比。
3、数字电压表
设计一个能够测量直流电压的数字电压表。
测量电压范围0～5V，测量精度小数点后两位。
该电压表上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入测量准备状态，按测量开始键则开始测量，并将测量值显示在显示器上，按测量结束键则自动返回“P.”状态。
4、交通灯
设计一个具有特定功能的十字路口交通灯。
该交通灯上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入准备工作状态。
按开始键则开始工作，按结束键则返回“P.”状态。
要求甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，甲车道为主车道，每次通车时间为60秒，乙车道为次车道，每次通车时间为30秒，要求黄灯亮3秒，并且1秒闪烁一次。
有应急车辆出现时，红灯全亮，应急车辆通车时间10秒，同时禁止其他车辆通过。
5、抢答器
设计一个具有特定功能的抢答器。
该抢答器上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入准备工作状态。
主持人按下开始按钮后，抢答开始并限定时间30S；10S内无人抢答，蜂鸣器发出音响；主持人按下开始按钮之前有人按下抢答器，抢答违规，显示器显示违规台号，违规指示灯亮，其它按钮不起作用；正常抢答，显示器显示台号，蜂鸣器发出音响，其它抢答按钮无效；正常抢答下，从按下抢答按钮开始30S内，答完按钮没按下，则作超时处理，超时处理时，违规指示灯亮，显示器显示违规台号。
蜂鸣器发出音响；各台数字显示的消除，蜂鸣器音响及违规指示灯的关断，都要通过主持人按复位按钮。
6、密码锁
设计一个具有特定功能的密码锁。
该密码锁上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入准备工作状态。
该密码锁具有系统原始密码888888，用户可以设定并存储用户密码，密码输入时应处于保密显示状态，密码输入正确时应显示密码输入正确提示信息，否则，显示密码输入错误提示信息。
7、波形发生器
设计一个具有特定功能的波形发生器。
该波形发生器上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入准备工作状态。
该波形发生器可以分别产生幅值0～5V、频率100Hz～100KHz范围内的三角波、锯齿波、方波、梯形波和正弦波。
8、数字温度计
设计一个具有特定功能的数字温度计。
该数字温度计上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入准备工作状态。
测量温度范围0℃～99℃，测量精度小数点后两位，可以通过开始和结束键控制数字温度计的工作状态。
9、计算器
设计一个具有特定功能的计算器。
该计算器上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入准备工作状态。
能实现
（1）基本的加、减、乘、除、平方、开方；
（2）三角函数运算；（3）十进制、十六进制转换运算；（4）其他功能。
10、数字式秒表
设计一个具有特定功能的数字式秒表。
该数字式秒表上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入准备工作状态。
该数字式秒表应具有开始、暂停、连续、清零和停止功能。
设计要求
1、以上课题可以任选其一或多选，学生也可以自拟课题；
2、编程语言：
汇编或C51；
3、计算机打印《单片机技术》课程设计说明书一份；
4、设计时间：
一周；
5、实物制作；
6、人员分组：
一人一组一实物。
六、《单片机技术》课程设计说明书正文主要内容
参照“《单片机技术》课程设计说明书正文主要内容”文件。
七、《单片机技术》课程设计说明书书写规范格式
参照“《单片机技术》课程设计说明书书写规范格式”文件。
八、参考资料
1、马忠梅，单片机的C语言Windows环境编程宝典[M],北京：
北京航空航天大学出版社，2003.6；
2、李光飞,单片机C程序设计指导[M],北京:
北京航空航天大学出版社，2003.01；
3、李光飞,单片机课程设计实例指导[M],北京:
北京航空航天大学出版社，2004.9。
电气自动化教研室
2014年2月20日
摘要
本课程设计主要介绍了由AT89S52单片机和TLC549A/D转换器和四位一体的数码管（共阳极）构成的简单的数字电压表电路,本电路是一个能够测量直流电压的数字电压表,测量电压范围0～5V，测量精度小数点后两位。
该电压表的测量电路主要由三个模块组成：
A/D转换模块、数据处理模块及显示控制模块。
A/D转换器用于模拟电压信号转换为单片机用于识别的数字信号。
AT89S52主要用于信号的控制和处理显示。
TLC549是8位串行输入的芯片,其存在片内系统时钟,通过CLK、CS、DATAOUT三条口线与单片机连接进行串行操作。
本课程设计的硬件电路包括AT89S52单片机、TLC549A/D转换器、复位电路、电源模块、振荡电路、下载电路、数码显示器及按键等几个模块。
而其中的复位电路、电源模块、振荡电路、下载电路都包含在单片机的最小系统中。
软件电路为汇编语言编程，其包括键盘扫描子程序、键处理程序、数码显示程序等多个程序，利用Keil和Proteus软件对程序调试和仿真，并在AltiumDesigner软件上进行电路图和PCB图的绘制。
将调试好的程序导入实物进行操作，进行检验后可知，设计达到了要求的效果，并且该设计所需元件少，成本低，且精确度和可靠性较高，有较强的实用性。
关键字：
数字电压表;AT89S52;TLC549
ABSTRACT
ThiscoursemainlyintroducesthedesignofAT89S52singlechipmicrocomputerandTLC549A/Dconverterandthefourdigitaltube（anode）consistingofsimpledigitalvoltmetercircuit,thiscircuitisadigitalvoltagemetertomeasuredcvoltage,measurethevoltagerangeof0~5v,measuringaccuracyoftwodecimalplaces.
Thevoltmetermeasurementcircuitismainlycomposedofthreemodules:
A/Dconversionmodule,dataprocessingmoduleanddisplaycontrolmodule.A/DconverterisusedforsimulatingthevoltagesignalisconvertedintoAsinglechipmicrocomputerisusedtoidentifythedigitalsignal.AT89S52devicesaremainlyusedforthecontrolandsignalprocessingdisplay.Eightbits,eightserialinputchip,itsexistencewithinthesystemclock,throughtheCLK,CS,DATAOUTthreemouthlinesconnectedtothesinglechipmicrocomputerserialoperation.ThecoursedesignofhardwarecircuitincludingAT89S52singlechipmicrocomputer,eightbitsa/Dconverterandresetcircuit,powersupplymodule,oscillatingcircuit,downloadcircuit,digitaldisplayandbuttons,etc.Severalmodules.Andtheresetcircuit,powersupplymodule,oscillatingcircuit,downloadcircuitareincludedinthesinglechipmicrocomputerminimumsystem.Softwarecircuitforassemblylanguageprogramming,includingkeyboardscanningsubroutine,keyprocessingprogram,digitaldisplaymultipleapplications,suchasusingKeilandProteussoftwaretoprogramdebuggingandsimulation,andinAltiumDesignersoftwareonthecircuitdiagramandPCBdiagram.Programdebugginggoodimportmaterial,afterthetest,thedesignhasreachedtherequirementsoftheeffect,andthedesignoftheneededlesscomponent,lowercost,andhighprecisionandreliabilityofstrongpracticality.
Keywordsdigitalvoltmeter;at89s52;tlc549
目录
1设计课题任务、功能要求说明及方案介绍……………………………………1
1.1设计课题任务………………………………………………………………1
1.2功能要求说明………………………………………………………………1
1.3设计总体方案介绍及原理说明……………………………………………1
2设计课题硬件系统的设计………………………………………………………3
2.1设计课题硬件系统各模块功能简要介绍…………………………………3
2.2设计课题电路原理图、PCB图、元器件布局图…………………………4
2.3设计课题元器件清单………………………………………………………4
3设计课题软件系统的设计………………………………………………………6
3.1设计课题使用单片机的资源情况…………………………………………6
3.2设计课题软件系统各模块功能简要介绍…………………………………6
3.3设计课题软件系统程序流程框图…………………………………………6
3.4设计课题软件系统程序清单………………………………………………9
4设计结论、仿真结果、误差分析、教学建议…………………………………10
4.1设计课题的设计结论及使用说明…………………………………………10
4.2设计课题的仿真结果………………………………………………………10
4.3设计课题的误差分析………………………………………………………12
4.4设计体会……………………………………………………………………12
4.5教学建议……………………………………………………………………12
结束语……………………………………………………………………………13
致谢……………………………………………………………………………14
参考文献……………………………………………………………………………15
附录……………………………………………………………………………16
附录一电路原理图…………………………………………………………16
附录二电路的PCB图………………………………………………………17
附录三元器件布局图………………………………………………………18
附录四程序清单……………………………………………………………19
1设计课题任务、功能要求说明及方案介绍
1.1设计课题任务
设计一个能够测量直流电压的数字电压表。
测量电压范围0～5V，测量精度小数点后两位。
该电压表上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入测量准备状态，按测量开始键则开始测量，并将测量值显示在显示器上，按测量结束键则自动返回“P.”状态。
1.2功能要求说明
设计一个能够测量直流电压的数字电压表。
该电压表上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，按测量键开始测量，并将测量值显示在数码显示器上，按测量结束键，数码显示又回到测量前的“P.”，测量的直流电压值在0~5V，并可精确到小数后两位，输入的电压值与数码管上的显示一致。
1.3设计课题总体方案介绍及工作原理说明
本电压表的所有的软件、参数均存放在AT89S52的FlashROM和内部RAM中，减少了芯片的使用数量简化了整体电路也降低了整机的工作电流。
本设计采用AT89S52单片机控制，A/D转换采用TLC549，对模拟信号进行采样，利用A/D转换使其变为数字信号显示在数码管上，实现简易的数字电压表的功能。
主要通过软件系统对A/D转换进行数模转换，再由单片机对数字量进行运算，转换为电压的大小，最后再由数码显示器显示出来。
其重点与难点在有A/D的转换和如何确认转换完成，只有在数据转换完成后，才可进行读取。
本数字电压表主要由单片机、A/D转换器、显示接口电路、振荡电路、时钟电路、按键电路和复位电路构成，设计课题的总体方案如图1所示：
图1数字电压表结构框图
2设计课题硬件系统的设计
2.1．设计课题硬件系统各模块功能简要介绍
2.1.1单片机最小系统模块
本设计采用AT89S52单片机，此单片机为40引脚双列直插式封装的芯片，有4个8位的并行双向I/O口，这4个口除可按字节寻址外，还可按位寻址。
（1）复位电路AT89S52有复位信号引脚RST，用于从外界引入复位信号。
其有两种复位方式，完成复位操作共需24个状态周期，复位信号为高电平有效，复位电路用于产生复位信号，通过RST引脚送入单片机，进行复位操作。
复位电路直接影响单片机系统的可靠性，要特别重视复位电路的设计，本设计采用按键电平复位。
（2）时钟电路单片机的时钟电路由振荡电路和分频电路组成，其中振荡电路由反相器以及并联外接的石英晶体和电容构成，而分频电路则用于把振荡脉冲分频，得到所需的时钟信号。
（3）振荡电路AT89S52芯片中的高增益反相器，其输入端为引脚XTAL1，输出端为XTAL2。
通过这两个引脚在芯片外接石英晶体振荡器和两只电容（一般取30pF）。
在本设计中电容为33pF，晶振为12MHZ，其振荡脉冲频率为12MHZ，一个机器周期为1us.
（4）下载电路AT89S52中的下载电路主要用于将程序导入实物中,也可当做电源使用。
（5）电源模块现在市面上销售的编程器有很多都是由PC机的USB口直接供电为了降低本设计的成本及节省设计时间，没有另外设计编程器，而直接购买了市场上的供电及下载器。
2.1.2监控模块
本设计中的监控程序主要是对键盘的选择和键程序的监控。
2.1.3A/D转换模块
本设计采用TLC549A/D转换器，此转换器为8位串行的芯片，该芯片有片内系统时钟，该时钟与I/OCLOCK是独立工作的。
CLOCK为时钟信号的引脚，CS是片选的信号引脚，当CS为高电平时，数据输出DATAOUT处于高阻状态，此时I/OCLOCK不起作用，当CS为低电平时，内部在测得CS下降沿后，再等待两个内部时钟上升沿和一个下降沿后，然后确认变化，最后自动的将前一次转换的结果的最高位（D7）输出到DATAOUT端上。
前四个I/OCLOCK周期下降沿依次移出第2、3、4和第5位（D6、D5、D4、D3），片上的采样保持电路在第四个I/OCLOCK下降沿开始采样模拟输出，接下来3个I/OCLOCK周期的下降沿移出第6、7、8（D2、D1、D0）个转换位。
最后，片上采样保持电路在第8个I/OCLOCK周期的下降沿将移出第6、7、8（D2、D1、D0）个转换位。
保持功能将持续4个内部时钟周期，然后开始进行A/D转换。
若要在特定的时刻采样模拟信号，应使第8个I/OCLOCK时钟的下降沿与该时刻保持一致，因为该芯片虽在第4个I/OCLOCK时钟下降沿开始采样，却在第8个I/OCLOCK时钟下降沿开始保存。
2.1.4显示按键模块
本次设计显示为3位，采用一个四位一体数码管（共阳极）作为显示窗口，既可以节约成本又能简化电路。
其位控口接在单片机的P2口上，段控接在P0口，显示时通过位控信号采用扫描的方法逐位地循环点亮各位数码管。
LED动态显示时任一时刻只有一位数码管被点亮，由于视觉残留效应，就如全部数码管持续点亮的效果。
其按键接在P1口，分别为测量开始键，结束键。
2.2设计课题电路原理图、PCB图、元器件布局图
2.2.1电路原理图
见附录一
2.2.2电路的PCB图
见附录二
2.2.3电路的元器件布局图
见附录三
2.3设计课题元器件清单
元器件清单如表1所示。
表1设计所用元器件清单
元器件名称
参数
数量
AT89S52
双列直插式
1
共阳数码管
4位一体
1
晶振
12MHZ
1
TLC549加底座
双列直插式
1
电阻
470
8
电阻
200
1
电阻
1K
2
插针
40脚
1
74HC573锁存器加底座
双列直插式
1
下载供电接口及供电线
-
1
电容
33pF
2
极性电容
22μF
2
电位器
10K
1
排阻
470
4
发光二极管
-
1
开关
六脚
1
短路帽
-
1
按键
-
3
3设计课题软件系统的设计
3.1设计课题使用单片机资源的情况
本设计使用单片机资源的情况如下：
P2.0---P2.1接锁存器74HC573,P0.0—P0.7口为数码管的段控口，P1.6—P1.7口接按键，位控口接在74HC573锁存器的端口。
P1.0口接时钟信号,P1.1口接数据输出口,P1.2口接片选信号。
3.2设计课题软件系统个模块功能简要介绍
本设计的软件系统主要采用以下基本模块来实现，主程序、A/D转换程序、键扫子程序、数码管显示程序。
主程序：
主要是用于对输入信号的处理、输出信号的控制和对各个功能程序模块的运用及其控制。
A/D转换程序：
主要是用于实现模拟量向数字量的转换。
键扫子程序：
主要是用于判断键是否按下。
数码管显示程序：
主要用于显示结果
3.3设计课题软件系统程序流程框图
系统软件采用汇编语言按模块化方式进行设计,然后通过Keil软件开发
台将程序转变成十六进制程序语言，接着使用Proteous进行仿真，读出显示数据。
主程序流程框图如2所示；
A/D转换程序程序如3所示；
键盘扫描子程序框图如4所示；
数码显示程序框图如5所示；
图2主程序流程框图
图3A/D转换流程图
图4键扫子程序流程框图
图5数码显示流程框图
3.4设计课题软件系统程序清单
本设计软件系统程序清单
详见附录四
4设计结论、仿真结果、误差分析、教学建议
4.1设计课题的设计结论及使用说明
本设计用1个四位一体的共阳数码管做为显示器，显示电压值。
该数字电压表可测量直流电压，测量电压范围0～5V，测量精度小数点后两位。
该电压表上电后能自动显示系统提示符“P.”，按下S2按键后，数码管显示电压值，按下S3按键后，数码管显示回到系统提示符“P.”,调节滑动变阻器，可改变电压值的大小。
4.2设计课题的仿真结果
上电后显示如图6所示:
图6上电后显示图
按下按键一后如图7所示:
图7按下按键一后显示图
改变滑动变阻器值后如图8,9所示:
图8显示图像
图9显示图像
按下按键二后如图10所示:
图10按下键二后显示图
4.3设计课题的误差分析
本设计的数字电压表进行仿真后，由结果可知有误差产生，误差产生的原因为小数点后第一位进行换算时本该与5.1相除,但因汇编语言中没有浮点的表示方法，所以在单片机进行运算时其小数点后第一位进行换算时是与5相除，从而产生了误差。
4.4设计体会
本次课程设计，让我受益匪浅，认识到了自己的许多缺点和不足，使我深深的感受到了理论联系实际的必要性及其重要性。
通过本次课程设计让我对单片机这门课有了更深的认识，同时也提高了我的动手能力和思考能力，可以更加熟练地应用Keil软件对程序进行调试和Proteus对电路进行仿真，学会了PCB制板，由于程序的编写都是用汇编语言，因此对于汇编语言的应用也比以前更加熟练。
4.5教学建议
经过一个学期王韧老师教导的的单片机学习，我掌握了很多单片机学习的宝贵经验，在开始编程之前，想好编程的思路，编程能力才会提高，编程的过程才会顺畅，程序的质量才会提高。
经过一学期单片机的学习和实验，我有觉得老师在实验时，对于给学生提的问题可以给适当的提示，而且要鼓励学
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