数字电压表设计报告.docx
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数字电压表设计报告
数字电压表设计报告
s
南湖学院
《数字电路课程设计》设计报告
项目名称：
数字电压表课程设计
专业年级：
10级电信1班
二、硬件设计
2.1主控芯片
本电压表采用STC89C52为主控芯片，电路如下图所接：
晶振电路和复位电路略去，端口和上面各图的接口是一致的。
2.2模拟转换部分
该电压表采用的ADC0804，此芯片优点是并行输出，速率快，缺点是只有8位，精度不高。
下来ADC0804芯片图：
为了方便，将数字地和模拟地都直接接到了一起，DB0~DB7为并行输出口，CS，RD，WR为控制芯片模数转换及读取芯片数据和写数据的引脚，ADC0804可以自己产生时钟，只要在CLKR和CLKIN端接入电阻（10K）和电容（理论为150pf本人接的220pf），可产生脉冲信号。
VREF为参考电压端，VIN+和VIN－为电压输入端。
当电压加在VIN+和VIN－端时，在DB0~DB7可输出八位到单片机，本处参考电压为5V，则当输入电压U时，输出数据为temp，则U/temp=5/255.在自然状态下，最多也只能测5V电压，为了扩大量程，本人加了衰减网络，见下图：
接到ADC芯片上面的始终是VIN和地之前的电压，为了调精度，在上面加了滑动变阻器。
此处R22选用的是470K欧的，首先选的10K，因为内阻过小，导致在5V以下的电压测量不准确，choice和GND两端为外加的电压，这样，有部分电压会在R20或者R21上分压，只在保证在R22两端不超过5V，就可实现多量程电压测量。
2.3显示模块
本处用1602液晶显示，1602优点是价格便宜，可显示基本字符，对于做电压表这样的东西已足够。
电路如下：
三、软件设计
3.1主程序
主程序包括初始化部分调用A/D转换子程序和调用显示程序，如下图所示：
3.2A/D转换子模块：
A/D转换子程序用于对ADC0804八路输入模拟电压进行A/D转换，并将转换的数值存入八个相应的存储单元中，如下图：
四、系统调试
基于单片机的数字电压表在组装好以后，便可进入系统的在线调试，起主要任务是排除样机硬件故障并完善其硬件结构，试运行所设计的程序，排除程序错误，优化程序结构，使系统达到预期的功能，进而固化软件。
4.1硬件调试
单片机应用系统的硬件和软件调试时交叉进行的，但通常是先排除样机中明显的硬件故障，尤其是电源故障，才能安全和仿真器相连，进行综合调试。
4.1.1硬件电路故障
（1）错线开路短路；
（2）元器件损坏
（3）电源故障
4.1.2硬件调试方法
本设计调试中所用的调试方法是静态测试：
在样机加电之前，首先用万用表等工具，根据硬件电器原理图和装配图仔细检查样机线路的正确性，并核对元器件的型号规格和安装是否符合要求。
第二步是加电后检查各插件上引脚的点位，仔细测量各电位是否正常。
第三步是在不加电的情况下，除单片机以外，插上所有的元器件，最后用仿真适配器将样机的单片机插座盒仿真器的仿真接口相连，为联机调试做准备。
4.2软件调试
4.2.1软件电路故障
（1）当以断点或连续方式运行时，目标系统没有按规定的功能进行操作或什么结果也没有，这是由于程序转移到意外之外或在某处死循环所造成的。
（2）结果不正确
4.2.2软件调试方法
软件调试所使用的方法有：
计算程序的调试方法，I/O处理程序的调试法，综合调试法。
五、实验数据处理
5.1实验数据
0-5V量程为
0-50V量程
次数
标准值
电压示值
满度误差
次数
标准值
电压示值
满度误差
1
0.76
0.725
0.70%
1
1.34
1.5
0.52%
2
1.11
1.078
0.64%
2
2.35
2.5
0.30%
3
1.66
1.627
0.66%
3
4.42
4.7
0.56%
4
1.99
1.960
0.60%
4
7.17
7.1
0.14%
5
2.17
2.156
0.28%
5
10.6
10.1
1.00%
6
2.46
2.450
0.20%
6
13.0
12.9
0.20%
7
2.70
2.686
0.28%
7
14.6
14.4
0.40%
8
2.85
2.843
0.14%
8
16.7
16.1
1.00%
9
3.03
3.019
0.22%
9
18.2
17.6
1.20%
10
3.15
3.156
-0.12%
10
19.5
18.9
1.20%
11
3.09
3.098
-0.16%
11
21.7
21.2
1.00%
5.2实验数据分析
0-5V量程精度为0.001V,满度误差均<1.00%，为一级电压表
0-50V量程精度为0.1V，满度误差均<2.50%，为2.5级电压表
六、设计安装及调试中的体会
数字电压表作为一个实用电子系统，已经得到广泛的应用。
掌握数字电压表的基本原理，研究并不断改进系统的功能。
这些是我们初涉者们努力的方向。
本系统采用石英晶体振荡器、分频器、计数器、显示器和校时电路组成。
由LED数码管来显示译码器所输出的信号。
实现了数字钟时、分、秒显示，手动较时、校分的功能。
有很强的现实应用性能。
而数字钟的设计开拓了我们的视野，锻炼了我们的动手能力。
我想就整个制作数字电压表的过程做一些总结。
如何设计原理图，如何检错，如何进行PCB单面板的布线，如何制作单面板，如何调试电路，每一环节都不能忽视，而且每一环节都应为下一环节做打算，不应开始没弄好就想下面怎么做这么做就行了，这样给后期工作带来的难度更大。
第一步也是最关键的一步就是原理图的设计，首先要保证原理图是正确的，否则后面做的都是无用功，画原理图虽然不难，但是绝对不能忽视。
接着导入PCB板，而导入PCB板时必须确保无误。
而手工布线时，摆放好元件也是很重要的，为布线提供方便。
而布线时又要考虑到板子做出来的效果，将焊盘尽量调大，线尽量布粗，电源线和地线要比信号线稍微粗一点，而且尽量避免线经过焊盘，以免焊接时出现短路。
布线很烦很乱很耗时间，很容易泄气，但是一定要坚持，否则前功尽弃。
制作PCB板时要避免出现断线，断线给调试带来很大不便，腐蚀工作也要做好。
焊接器件时要使板子进尽可能的美观，并且焊好每一个结点。
调试是收尾工作，却也是决定成败的关键，调试成功了便制作成功了，如果调试不成功，则看不到效果。
这也是最让人遗憾的。
调试最是让人头痛也是最耗时间的事情。
这也是动手能力最强的工作，需要耐心，需要毅力，这个过程也能使我们更进一步熟悉电路板，并理解电路设计原理，否则是没法调试的，要一级一级地调试，其实只要前期做得好，调试工作就不难。
该清楚每一级输出情形，按照这个情形去调试，直到满足要求，而要考虑到的因素很多。
我觉得最先要做的是保证测量仪器是好的，否则会做很多无用功甚至陷入深渊，接着首要的是确保地线跟电源线正确输入。
要检查电路，要检查焊盘是否焊好，要测试元件是好是坏，要检查有没有断线等等。
总之整个工作很费时，很麻烦，不过当看到自己的数字电压表实现的时候却是最高兴的一件事。
而学我们这个专业的同学又必须要掌握这样难得的机会，还有老师指导，还有同学可以讨论。
从这次课程设计中我获益匪浅。
同时也总结了几点。
首先电路设计是细致活，切不可大意，要有足够的耐心和毅力，同时这也是建立在兴趣之上的。
七、参考文献
1、华中科技大学电子技术课程组编，康华光主编，电子技术基础数字部分（第五版）.高等教育出版社，2006年
2、谢自美主编.电子线路设计实验第三版.华中科技大学出版社，2006年
3、张肃文，陆兆熊.高频电子线路（第三版）.北京高等教育出版社，1993年
附录一：
源程序代码
主程序：
#include//头文件
#include//头文件
#include
#include
#include
#include<1602.h>
#include
#include
#include
voidmain（）
{
while
（1）
{
write_com（0x01）;
lcd_init（）;
display_voltage（）;
}
}
1、宏定义和定义变量：
#defineucharunsignedchar//宏定义
#defineuintunsignedint
uchartable[]="measurement:
";
ucharrange5[]="RANGE0~20V:
";
ucharrange50[]="RANGE0~2A:
";
ucharrange500[]="RANGE0~100K:
";
ucharwarning[]="PleaseChoice!
";
/*ucharerror[]="error!
";*/
uintmeasure[10];
sbitkey3=P2^7;
sbitkey0=P2^2;
sbitkey1=P2^1;
sbitkey2=P2^0;
sbitlcd_rs=P2^3;//定义液晶的rs端口
sbitlcd_rw=P2^4;//定义液晶的rw端口
sbitlcd_en=P2^5;
sbitback=P2^6;
sbitspk=P2^7;//定义液晶的en端口
sbitcs=P3^2;//定义AD的cs端口
sbitrd=P3^1;//定义AD的rd端口
sbitwr=P3^0;
//sbitdula=P3^7;
sbitINTR=P3^7;//定义AD的wr端口
uinttemp,i,A1,A2,A3,A4;//定义变量
uintdate;
2、延时部分：
voiddelay（uintz）
{
uintx,y;
for（x=z;x>0;x--）
for（y=110;y>0;y--）;
}
voiddelay_lcd（）//1602指令之间延时
{
uintx=5;
while（x--）;
}
3、AD转换和数据传送：
voidAD_init（）//初始化ADC0804
{
cs=0;
wr=1;
_nop_（）;
wr=0;
_nop_（）;
wr=1;
}
uintAD_switch（）//AD转换部分
{
uinttemp;
P1=0xff;
rd=1;
_nop_（）;
rd=0;
_nop_（）;
temp=P1;//将转后的原始值返给单片机P1口
returntemp;
}
uintAD_smooth（）//软件滤波
{
uintxx,i,temp;
AD_init（）;
for（i=0;i<20;i++）
{
measure[i]=AD_switch（）;
delay（10）;//每隔10usADC转换并采集一次数据，将得
}//到的数据放到数组中，采集十个数据
for（xx=0;xx<20;xx++）//将十个数据冒泡法排序
for（i=xx
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