毕业设计154数字电压表.docx

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毕业设计154数字电压表

辽宁工业大学

单片机与接口技术课程设计（论文）

题目：

数字电压表

院（系）：

信息科学与工程学院

专业班级：

电气021班

学号：

020303016

学生姓名：

指导教师：

巴金祥

教师职称：

副教授

起止时间：

05-06-06至05-06-19

课程设计（论文）任务及评语

院（系）：

信息科学与工程学院教研室：

电气

学号

020303016

学生姓名

专业班级

电气021班

课程设计（论文）题目

数字电压表

课程设计（论文）任务

该数字电压表具有手动和自动测量功能，设计者完成相应的硬件和软件设计。

实现技术指标包括：

1可测量工频交流电压

2电压测量精度达5/1000

3电压测量分5档：

2.5V、10V、20V、100V、700V

4输入阻抗大于1MΩ。

5显示器可显示测量的有效值。

6有手动和自动按键，自动档量程自动切换

7写出程序流程图及汇编程序。

指导教师评语及成绩

成绩：

指导教师签字：

年月日

第1章课程设计目的与要求1

1.1课程设计目的1

1.2课程设计的实验环境1

1.3课程设计的预备知识1

1.4课程设计要求1

第2章课程设计内容2

第3章课程设计的考核2

3.1课程设计的考核要求2

3.2课程性质与学分2

第4章设计3

参考文献17

第1章课程设计目的与要求

1.1课程设计目的

“单片机与接口技术”课程设计是在教学及实验基础上，对课程所学理论知识的深化和提高。

因此，要求学生能综合应用所学知识，设计与制造出具有较复杂功能的小型单片机系统，并在实践的基本技能方面进行一次系统的训练。

能够较全面地巩固和应用“单片机”课程中所学的基本理论和基本方法，并初步掌握小型单片机系统设计的基本方法。

培养独立思考、独立收集资料、独立设计规定功能的单片机系统的能力；培养分析、总结及撰写技术报告的能力。

1.2课程设计的实验环境

利用windows操作系统及应用软件进行绘图和编程。

1.3课程设计的预备知识

熟悉单片机与接口技术课程的相关知识及电子线路CAD工具软件。

1.4课程设计要求

按课程设计指导书提供的课题，根据第二章给出的基本要求及参数独立完成设计，课程设计说明书应包括以下内容：

1、对设计课题进行简要阐述，并说明设计任务及具体要求。

2、论述系统设计方案，并画出总体电路结构图及功能分割图。

3、能够较熟练地应用电子线路CAD工具完成单片机系统的硬件设计任务。

4、各功能模块设计说明、设计实现过程及源程序。

5、能够较熟练地应用一种编辑软件编写程序，掌握单片机系统软件设计的基本方法

6、课程设计报告应内容完整、字迹工整、图表整齐规范、数据详实。

7、课程设计总结

8、字数4000左右，有系统电气原理图。

第2章课程设计内容

设

计

技

术

参

数

1可测量50Hz交流电压

2电压测量精度达5/1000

3电压测量分5档：

2.5V、10V、20V、100V、700V

4输入阻抗大于1MΩ。

5显示器可显示测量的有效值。

6有手动和自动按键，自动档量程自动切换

工

作

量

1、系统硬件框图设计说明

2、测量通道控制电路设计

3、cpu最小系统设计

4、按键及显示电路设计

5、内部定时中断服务子程序设计

6、主程序设计

工

作

计

划

第一天

第二天

第三天

第四天

第五天

第二周

数字电压表A\D转换、自动量程切换电路设计

按键及显示电路设计

cpu最小系统设计

电源的设计

主程序、流程定时输出程序设计

画原理图、打印

第3章课程设计的考核

3.1课程设计的考核要求

课程设计采用五级（优、良、中、及格、不及格）评分制。

最后成绩依据课程设计论文及平时成绩决定，其中平时考核成绩占20%。

3.2课程性质与学分

单片机与接口技术课程设计的课程性质：

考查

学分：

2

第4章设计

4．1总体思路

本设计总体结构图如图所示，以单片机8051为核心构成的单片机应用系统。

该系统在8051外配程序存储器、数据存储器、A/D转换器0809、以及I/O口接口电路、显示电路等电路构成。

交流电先经过单相滤波电路、信号放大电路输入A/D转换器0809,进一步送入8051后经显示电路显示电压值，即可实现电压测量的目的。

4．2各功能电路简介

4.2.1CPU最小系统

CPU最小系统电路如图所示

1）单片机8051

8051单片机有5个存储器空间，分别用来安排4种不同功用的存储器：

一\内部数据存储器；二\特殊功能寄存器；三\内部程序存储器；四\外部程序存储器五\外部数据存储器。

内部数据存储器和特殊功能寄存器以及内部程序存储器集成于片内，外部程序存储器和外部数据存储器则安排在片外，用接口电路与单片机连接。

4种存储器中，除内部数据存储器和特殊功能寄存器是统一编址的除外，各存储器均分开编址，并用不完全相同的寻址方式来访问它们。

A）RAM，共128字节，地址范围为00H一7FH，见下图2。

前32个单元（地址00H一1FH）称为寄存器区。

其中，每8个寄存器形成-个寄存器组。

具体说来：

寄存器0组地址00H一07H

寄存器1组地址08H一0FH

寄存器2组地址10H一17H

寄存器3组地址18H一1FH

B）程序存储器

MCS-51单片机具有64K字节的程序存储器空间。

其中，8051或8751在片内各有4K字节的程序存储器ROM或EPROM，并处于这一空间的最低地址区。

8031片内没有程序存储器，必须在外部扩展程序存储器才能构成单片机应用电路。

扩展容量可为64K字节中的任一容量，并且常用EPROM或E2PROM的形式，程序存储器中的某些地址被固定地用于特定程序的入口地址：

地址用途

0000H复位操作后的程序入口

0003H外部中断0服务程序入口

000BH定时器0中断服务程序入口

0013H外部中断1服务程序入口

001BH定时器1中断服务程序入口

0023H串行I／O中断服务程序入口

在编程时，通常在这些入口地址开始的二三个地址单元中，放入一条转移类指令，以使相应的程序在指定的程序存储器区域中生成。

程序存储器用来存放固化了的用户程序，取指地址由程序计数器PC给出，PC具有自动加l的功能，从而在无转移类指令的条件下，指令被逐一执行。

转移类指令可改变PC值，使程序得以转移。

程序存储器中也可固化一片数据区，存放被查阅的表格和参数等。

2）复位电路

如下图所示，本设计采用按键式复位电路，它的上电复位利用电容器充电来实现，同时通过按键实现复位，按下键后，通过R1和R2形成回路，使RESET端产生高电平。

按键的时间决定了复位时间。

3）电源设计

本设计采用一种将开关电源与线性电源有机地结合在一起，输出电压采用分档切换方式的高性能直流稳压电源，该电源不仅具有开关电源体积小，损耗低的优点，还具有线性电源输出电压纹波小，输出特性好的优点。

并且引入单片机控制，使其在功能上具有一定智能化。

该电源主要分为整流、变压部分，调压、稳压部分以及控制部分。

具体地说是用开关电路实现整流与初级变压，用可调三端稳压器实现调压与稳压，而用单片机控制整个电源的工作。

电路原理图见图A。

交流输入经整流后，送入高频开关电路。

高频变压器输出端共有6路，其中3路作为辅助电源，另3路作为主功率输出的前级线圈。

为提高输出电压精度并减少损耗，主功率输出采用电压分档调节的方法，由于输出电压为0～30V，故考虑分3档比较合适。

其中Vc为单片机D/A变换器输出的电压值，Vc的变化将直接决定输出电压的变化。

Vin由开关电路的输出端提供，Vin大小的调整是通过单片机控制继电器的开合来实现不同个数的开关电路输出端的电容的串联来实现的。

因为Vin是随着输出给定Vc变化的,Vc小Vin也小，Vc大Vin也大，故当输出电压在0～30V间变化时,三端可调稳压器的输入端与输出端的压差均不会很大,这样既保证了精确调压,又减少了线性电路部分的损耗。

图中A/D变换器所采集的是输出电压、电流的值，这些数据可用来实现过流保护与输出显示。

因为，该电源中的开关电路需要有多路输出，故选用能方便实现多路输出的反激式开关电路，可调三端稳压器选用最大输出为3A/33V的LM350，而单片机选用ATMEL公司的AT89C51。

A/D变换器选用ADC0809芯片，D/A变换器选用DAC0832芯片。

图A电源主电路原理图

该电源系统控制界面由16个按键和16×2字符点阵式液晶显示器组成。

液晶显示屏可显示输出电压、电流值，定时值等。

这些控制功能都是由一个主程序加若干中断子程序来实现。

主程序流程图如图2所示

该电源实现的功能如下：

（1）输入交流电压范围为90～240V时均可正常工作；

（2）输出电压0.0～29.9V可设定，调压精度为0.1V。

输出电流0.0～1.5A；

（3）人机界面好，采用键盘设定，液晶显示，能显示输出电压、电流值和定时时间；

（4）可定时开机、关机，可定时变压，定时时间长度最长为99h59min59s；

（5）具有过流保护功能，过流值可设定,并具有三端可调稳压器本身所具有的过热保护功能。

4.2.2按键及显示电路

1）用8155和BIC8718作LED显示，在8051的RAM的78H～7FH单元为显示缓冲区，从高到低依次存放8个要显示的数据，并以非BCD码存放，下面是其动态显示的程序。

DISPLAY：

MOVA，#00000011B

       MOVDOTR,#7F00H    

        MOV@DPTR,A　　　　

        MOVR0,#78H　　　　

        MOVR3,#7FH　　　　　

        MOVA,R3

LD0:

    MOVDPTR,#7F01H   

        MOVX　＠DPTR，A　　　

　　INC　DPTR　　　　

　　　MOV　A，＃R0  　　　

　ADD　A，＃0DH　　　

　　　MOVC　A，＠DPTR＋PC　

　　　MOV　＠DPTR，A　　　　

　　　ACALL　DL1　　　　　

　　　INC　R0　　　　　　　

　　　MOV　A，R3　　　　　　

　　　JNB　ACC.0，LD1　　　

　　　RR　A；　　　　　　　　

　　　MOV　R3，A；　　　　　　

　　　AJMP　LD0；　　　　　　

LD1:

　RET

DSEG：

DB　3FH，06H.....

DL1：

MOV　R7，＃02H　　　　　

DL：

    MOV　R6，＃0FFH

DL6：

  DJNZ　R6，DL6

　　　DJNZ　R7，DL

　　　RET

8155芯片简介

256x8静态RAM，2个可编程位I/O口和一个可编程6位I/O口，可编程14位定时/计数器，与8088CPU兼容。

多路传输地址和数据总线，内部地址锁存，单+5V电源，任一引脚对地电压=-0.5V-+7V，8155H、8156H为HCMOS产品，8155与8156的区别在于8155片选信号输入为CE，而8156为CE，8155的RAM存取时间约为400ns，8155-2存取时间为330ns，8155的功耗为1.5W。

2）键盘设计

通过键盘可以向单片机系统输入命令或数据，CPU可以通过中断或查询方式判断是否有按键输入。

键盘从结构上分为独立式和矩阵式两种。

键盘按下时在弹性作用下会发生抖动，出现一系列脉冲，持续5-10MS，可以通过软件延时10MS程序来去抖。

本设计采用六按键矩阵式键盘，可实现五个量程的切换显示，也可保证测量精度在5/1000的设计要求；另外一个按键为手动自动切换键，具体程序如下所示：

RS:

MOVDPTR,#7FFFH

CLRP1.0

MOVXA,@DPTR

MOV37H,A

CPLA

JZKSK1

LCALLDL20

MOVXA,@DPTR

XRLA,37H

JZKS1

KSK1:

SETBP1.0

CLRP1.1

MOVXA,@DPTR

MOV37H,A

CPLA

JZKSK2

LCALLDL20

MOVXA,DPTR

XRLA,37H

JZKS1

KSK2:

AJMPKS9

KS1:

MOVXA,DPTR

CPLA

JNZKS1

MOVA,37H

JBACC.0,KS2

MOV37H,#00H

AJMPKS10

KS2:

JBACC.1,KS3

MOV37H,#01H

AJMPKS10

KS3:

JBACC.2

MOV37H,#02H

AJMPKS10

KS4:

JBACC.3

MOV37H,#03H

AJMPKS10

KS5:

JBACC.4

MOV37H,#04H

AJMPKS10

KS6:

JBACC.5

MOV37H,#05H

AJMPKS10

KS9:

SETBACC.7

AJMPKS11

KS10:

MOVA,37H

ANLA,#07H

JNBP1.0.KS11

SETBACC.3

KS11:

ORLP1,#03H

MOV37H,A

RET

4.2.3数字电压表A/D转换、量程切换电路

如下图所示，A/D转换器采用0809，量程切换采用电阻排实现，通过滑动触头可实现手动切换量程的目的。

电路中引入模拟开关4066，以通过软件控制4066控制端的导通与关断实现量程的自动切换，具体程序如下：

ORG0050H

LOOP:

MOVA,5AH

CJNEA,#700,L3

LJMPL8

L3:

JNCL8

LJMP7

L8:

MOVP1,#00H

LJMPCD

L7:

CJNEA,#100,L6

LJMPL5

LJMPL4

L5:

MOVP1,#80H

LJMPCD

L4:

CJNEA,#20,L6

LJMPL15

L16:

JNCL15

LJMPL14

L15:

MOVP1,#40H

LJMPCD

L14:

CJNEA,#10,L13

LJMPL12

L13:

JNCL12

LJMPL11

L12:

MOVP1,#20H

LJMPCD

L11:

MOVP1,#10H

LJMPCD

CD:

LJMPLOOP

END

A/D转换器0809的任务是将模拟量转换成数字量,它是模拟信号和数字仪器的接口。

其内部原理图如下所示

主要部件的功能：

①256R电阻梯形网络。

即R-2R电阻网络。

②逐次逼近寄存器SAR。

执行8次迭代后表示近似输入电压。

③比较器。

将输入模拟量与逐次逼近值进行比较。

④多路开关。

选择不同通道的模拟量。

通

道

模

拟

量

0809内部结构原理图

引脚意义：

ALE：

地址锁存信号。

选择8个模拟通道之一。

OE：

输出允许信号，高电平有效。

EOC：

转换结束信号。

IN0~IN7：

8路模拟电压输入端。

D0~D7：

8位数据输出端。

AD0、AD1、AD2：

3位地址线，选择8路模拟输入量之一

4.2.4信号输入、放大电路

该电路实现将交流信号变为直流信号，并输出电压信号大小为交流电压的有效值。

如图所示，电路前半部分为单相整流电路，取a=0，输出电压Ud=0.9U2，在经过直流升压电路，设置UO=Ud*T/Toff=Ud10/9=U2。

将此电压信号输入A/D0809，即可实现测量电压的功能，保证显示电路显示测量电压的有效值，电路图如下所示

4.3实验总结

如图所示，该设计可以实现直流电压的测量，若先经过交流整流信号采集、信号放大电路再传入A/D0809即可实现交流电有效值的测量工作。

该电路采用开关电源与线性电源有机地结合在一起，输出电压采用分档切换方式的高性能直流稳压电源，电压波动幅度小，性能稳定。

综上所述，该设计电路基本实现了设计要求。

课设过程中得到了各位老师的大力支持，在此对老师们表示诚挚的感谢！

图B总体程序流程图

数字电压表结构流程图

参考文献

1<<单片机原理及接口及接口技术>>梅丽凤等清华大学出版社2004

2《单片机基础》李广弟北京航空航天大学出版社1994

3《单片机应用系统设计》何立民北京航空航天大学出版社1990

4《智能化测量控制仪表原理与设计》徐爱均北京航空航天大学出版社1995

5《单片机原理及应用技术》李全利高等教育出版社2001