数字电压表设计报告.docx

1、数字电压表设计报告s 作品名：数字电压表学院：电气工程学院 专业： 姓名： 学号： 指导老师：第一章：设计方案.3第二章：硬件电路设计.42.1主控芯片.42.2模数转换部分.42.3显示模块.6第三章：软件设计.73.1主程序设计.73.2 A/D转换子模块.8第四章：系统调试.94.1硬件调试.9 4.1.1 硬件故障.9 4.1.2硬件调试方法.94.2软件调试9 4.2.1 软件故障.9 4.2.2软件调试方法9第五章：实验数据处理.105.1实验数据.105.2实验数据分析.10第六章：结论.11附录一：作品图11附录二：程序.12第一章： 设计方案基于51单片机，以ADC0804芯

2、片实现模数转换，由1602液晶屏显示，具有量程变换功能。第二章：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，DB0DB7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。

3、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DB0DB7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

4、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：第三章：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：3.2 A/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： 第四章：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

5、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

6、.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4.2.1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，综合调试法第五章：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10.760.7250.70%11.341.50.52%21.111.0780.64%22.352.50.30%31.661.6270.66%34.424.70.56%41.991.9600.60%47.177.10

7、.14%52.172.1560.28%510.610.11.00%62.462.4500.20%613.012.90.20%72.702.6860.28%714.614.40.40%82.852.8430.14%816.716.11.00%93.033.0190.22%918.217.61.20%103.153.156-0.12%1019.518.91.20%113.093.098-0.16%1121.721.21.00%123.763.764-0.08%1222.922.01.80%133.793.803-0.26%1323.923.01.80%144.454.470-0.40%1425.3

8、24.51.60%154.654.686-0.72%1525.824.91.80%1629.528.81.40%1730.429.51.80%1834.133.31.60%1936.535.61.80%2038.237.41.60%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 第六章：结论 1.输入电压易发生干扰不稳定，且驱动能力可能存在不足，需在被测信号的输入端加上一部分驱动电路，比如将量程转换电路改成放大能力的自动量程转换电路，将幅值较小的信号经适当放大后再测量，可显著提高精度

9、； 2输出量可用平均值算法来改善，使测量准确度更高； 3.若能将测量的电压值实时保存，使用时将更方便；附录一：作品图附录二：程序主程序：#include /头文件#include /头文件#include#include#include#include#include#include#include void main()while(1) write_com(0x01);lcd_init(); display_voltage(); 1、宏定义和定义变量：#define uchar unsigned char /宏定义#define uint unsigned intuchar table= m

10、easurement: ;uchar range5=RANGE020V: ;uchar range50=RANGE02A: ;uchar range500=RANGE0100K:;uchar warning=Please Choice! ;/*uchar error=error!; */ uint measure10; sbit key3=P27;sbit key0=P22;sbit key1=P21;sbit key2=P20;sbit lcd_rs=P23; / 定义液晶的rs端口sbit lcd_rw=P24; / 定义液晶的rw端口sbit lcd_en=P25; sbit back=

11、P26;sbit spk=P27; / 定义液晶的en端口sbit cs=P32; / 定义AD的cs端口sbit rd=P31; /定义AD的rd端口sbit wr=P30;/sbit dula=P37;sbit INTR=P37; /定义AD的wr端口uint temp,i,A1,A2,A3,A4; /定义变量 uint date;2、延时部分：void delay(uint z) uint x,y; for(x=z;x0;x-) for(y=110;y0;y-);void delay_lcd()/1602指令之间延时 uint x=5; while(x-);3、AD转换和数据传送： vo

12、id AD_init() /初始化ADC0804 cs=0; wr=1; _nop_(); wr=0; _nop_(); wr=1; uint AD_switch() /AD转换部分 uint temp; P1=0xff; rd=1; _nop_(); rd=0; _nop_(); temp=P1;/将转后的原始值返给单片机P1口 return temp;uint AD_smooth()/软件滤波 uint xx,i,temp; AD_init(); for(i=0;i20;i+) measurei=AD_switch(); delay(10); /每隔10us ADC转换并采集一次数据，将得

13、 /到的数据放到数组中，采集十个数据 for(xx=0;xx20;xx+) /将十个数据冒泡法排序 for(i=xx;imeasurei) temp=measurei; measurei=measurexx; measurexx=temp; for(i=6;i16;i+)/去掉了三个最小值和两个最大值， /取中间五个数的平均值xx+=measurei; xx=xx/10; return xx; /将滤过波后的值存入单片机4、1602子程序：void write_com(uchar com)/写指令 delay(5); lcd_en=0; lcd_rs=0; lcd_rw=0; _nop_();

14、 lcd_en=1; P0=com; lcd_en=0; lcd_rs=0;void write_date(uchar date)/写数据 delay(5); lcd_en=0; lcd_rs=1; lcd_rw=0; _nop_(); lcd_en=1; P0=date; lcd_en=0; lcd_rs=0;void lcd_init()/初始化 back=0; delay(15); lcd_en=0; write_com(0x38); write_com(0x38); write_com(0x38); write_com(0x06); write_com(0x0c); write_com

15、(0x01); 5、键盘扫描：uint keyscan() if(key0=0&key1=1&key2=1&key3=1) return 1; else if(key0=1&key1=0&key2=1&key3=1) return (2); else if(key0=1&key1=1&key2=0&key3=1) return (3); else if(key0=1&key1=1&key2=1&key3=0) return (4); else if(key0=1&key1=1&key2=1&key3=1) return(5);else return (6);6、数据整理及显示：void dis

16、play5V(uint temp)/量程为5V时的显示状态 uint num0,num1,num2,num3; if(temp7) temp=0; else temp=temp-7; num0=temp/51; num1=temp%51*10/51; num2=temp%51*10%51*10/51; num3=temp%51*10%51*10%51*10/51; write_com(0x80+0x40+11); write_date(num0+0x30); delay_lcd(); write_com(0x80+0x40+12); write_date(.); delay_lcd(); wr

17、ite_com(0x80+0x40+13); write_date(num1+0x30); delay_lcd(); write_com(0x80+0x40+14); write_date(num2+0x30); delay_lcd(); write_com(0x80+0x40+15); write_date(num3+0x30); delay_lcd(); void display50V(uint temp)/量程为50V的显示状态 uint num0,num1,num2,num3; /if(temp7) temp=0; /else temp=temp-7; temp=(temp+temp*

18、4/10)*11; num0=temp/510; num1=temp%510*10/510; num2=temp%510*10%510*10/510; num3=temp%510*10%510*10%51*10/510; write_com(0x80+0x40+11); write_date(num0+0x30); delay_lcd(); write_com(0x80+0x40+12); write_date(num1+0x30); delay_lcd(); write_com(0x80+0x40+13); write_date(.); delay_lcd(); write_com(0x80

19、+0x40+14); write_date(num2+0x30); delay_lcd(); write_com(0x80+0x40+15); write_date(num3+0x30); delay_lcd();void display_voltage() uint numx,temp,temp0,temp1; /float temp; numx=keyscan(); temp0=numx; for(i=0;i16;i+) write_com(0x80+i); write_date(tablei); delay_lcd(); if(numx=1|numx=4) for(i=0;i11;i+)

20、 write_com(0x80+0x40+i); write_date(range5i); delay_lcd(); else if(numx=2) for(i=0;i11;i+) write_com(0x80+0x40+i); write_date(range50i); delay_lcd(); else if(numx=3) for(i=0;i11;i+) write_com(0x80+0x40+i); write_date(range500i); delay_lcd(); else if(numx=5) for(i=0;i16;i+) write_com(0x80+0x40+i); wr

21、ite_date(warningi); delay_lcd(); else beep(); while(temp0=4&numx!=5&numx!=6) temp=AD_smooth(); if(temp5) temp=0; if(numx=1) display5V(temp); numx=keyscan(); /if(numx=5) break; if(numx=2) display50V(temp); numx=keyscan(); while(temp1-temp7|temp-temp17)&temp1=numx) temp=AD_smooth(); numx=keyscan(); while(numx=6|numx=5) numx=keyscan(); while(numx=6) numx=keyscan(); beep();