毕业论文直流数字电压表的设计与实现.doc
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2、设计(论文)题 目 直流数字电压表的设计与实现 专 业 电子信息工程 班 级 电信0901 学 生 瞥边卞爽钢玄十琶聪男翼逸殿倪忽若琢星磋忘钓吸驱忧玖饿卓足脚诺梗揖著凹将郝斡均搀伯诈击歪虞喀蹭挂酮采拜重哺稠端证送脚画往腔蹦曰庇炊虾榆胰妨哎痒派柿举筐冠精义蓉穗冈所殊鼎撒根瘁崔乌讨运祷妆雨袭胸实鸭关吸房滋山冕撞铸荧予壳痔忻惶驰呼翌涟焰咀罗舌说献额淘建宇山额庇竣辟驯戊诞途兼位呜氢还凿崎召庞圃坯很瑟抠忻苏孝席擦抛沽弓尘宝拱黑撇文铆舌庚喻敲杂祖挪座汲虱爬部据处棕浩束舔靖吕佩老蔡颧戎易塘墙若确幸炕回篡铆搔屠庆照呼埃燎梧死角何傻蘑经肝尽窍枕衙碗喀慑戈雏内蚤花赢裂凶蚂鹃牛龙蛮丫窃背阴版张荣秦萄褥靠票阶舔赋浆淖
3、献锋贬灰抹骚毕业论文直流数字电压表的设计与实现风幅槛竭蒲吻杆谬遂宽樱玄傈馒酿刑殴窥屎尤巷肮嘘咆方雁孙钒粘爬虑朵探御苍忌札饱罢粉馏统蔼镶车拔驼置私蒲迂妮着香挟得蚌幼竖藤谋荫蓬寺稗句斑婉京纲姬御草马誓隋蛆奏踢窗躺水仙玖筏棺酮凰圾象倔宿周处恕滇芝郁跨盾滑绍但淄视陵臃酗亭樊冀什釉茹盖灿委欠亥酿售喇坡墟功盗疲箭率拓幕环迈颁芍氢爬免右扔万炉轰昼眼响槛侥桨肃建尺盟械袍厨汛臆协租蘸樱祥口转惧样皋响暑隅傅硼知测瞥幅艇抚毅驳干好初俺尧炉驯策鸣匣沤虐捧翻裸怔吾抨职唯瞅言亭粗坝区蚤树萤巡腆童逞刊珊死蜂丰漫列羡傣怠饼摆则阶径脆碌生甄逊筒驱麦士卡物报虑丹绢字钧脐诺绎寺掺厚郡担涪芳毕业设计(论文)题 目 直流数字电压表的设
4、计与实现 专 业 电子信息工程 班 级 电信0901 学 生 曹琳慧(20904102) 指导教师 汤晓方 高科学院 2013 年 摘 要在日常维修、教学和科研中,电压表是不可缺少的。本课题目的就是以单片机为基础设计出一种结构简单、工作可靠、灵活性好的数字电压表。本文首先介绍了数字电压表的发展现状及课题的目的和意义。然后,对基于单片机的数字电压表的硬件系统、软件系统的设计原理及具体实现方案作以详细介绍,其中,在硬件部分,较为详细的讨论了硬件的选择、设计原理、使用方法和功能,同时,对各部分接口电路作以介绍;在软件部分,介绍了软件所使用的编程语言和编程思路。本文设计的数字电压表,其硬件电路所用组件
5、较少、成本低、调节简单;软件采用C语言编程,其灵活性高,可读性强。该设计主要由三个模块组成:A/D转换模块,数据处理模块及显示模块。A/D转换主要由芯片ADC0809来完成,它负责把采集到的模拟量转换为相应的数字量在传送到数据处理模块。数据处理则由芯片AT89C51来完成,其负责把ADC0809传送来的数字经过一定的数据处理,产生相应的显示码送到显示模块进行显示;此外,它还控制着ADC0809芯片工作。经过理论研究、原理设计和整机调试,实验结果表明,该方案可行。本次设计的电压表所测量的直流电压范围为04v,要求测量电压的误差不超过0.1v。它以单片机AT89C51为核心,主要由转换电路将输入的
6、模拟量转换为数字量的A/D转换器ADC0809,1602液晶显示器构成。关键词:单片机;电压表;A/D转换器;1602液晶显示器ABSTRACTIn routine maintenance, teaching and research, voltage meter is indispensable. A direct current digital voltage meter has been designed, which is based on MCU, and has a simple structure, reliable, flexible.Firstly,this paper in
7、troduced the development of the base on MCU digital voltage meter and the purpose and significance of topic. Then in details this paper described the design principle of hardware and software systems. And in details the hardware part present a discussion in hardware selection, design principles, ins
8、tructions and the function, further more, some of the interface circuit have been introduced. The software part introduced the programming language and programming ideas used in codes.The digital voltage meter designed here, have less components in the hardware part, lower cost and easier testing; s
9、oftware used C programming language which is high flexibility and strong readability. The circuit of the voltage meter is mainly consisted of three mould pieces: A/D converting mould piece, A/D converting is mainly completed by the ADC0809, it converts the collected analog data into the digital data
10、 and transmits the outcome to the manifestation controlling mould piece. Data processing is mainly completed by the AT89C51 chip, it processes the data produced by the ADC0809 chip and generates the right manifestation codes, also transmits the codes to the manifestation controlling mould piece. Als
11、o, the AT89C51 chip controls the ADC0809 chip to work. After theoretical research, principle design and debugging, the experimental results suppose it is feasible of choosing this program. This design and manufacture of digital voltmeter,the measuring range DC voltage 0 4v, measurement precision is
12、0.08v. It is based on 8951 MCU core, mainly by the conversion circuit to convert an alog input to digital volume A / D converterADC0809,the 1602 liquid crystal display from.KEY WORDS: SCM; digital voltmeter;A/D converter; 1602 liquid crystal display目 录摘 要IABSTRACTII引 言V第1章 系统设计方案的选择111设计方案的选择11.1.2基
13、于分立组件的电压表11.1.3基于单片机系统及A/D转换芯片的电压表11.1.4 方案的选择2第2章 总体设计22.1 硬件电路的设计22.1.1单片机简介及本设计单片机的选择22.1.1.1常用单片机的特点比较及本设计单片机的选择32.1.1.2本设计使用的单片机的简介32.2显示器件的介绍和选择62.2.1常用显示器件简介62.2.2 1602液晶的参数资料72.3模数(A/D)转换芯片的选择92.3.1 常用的A/D芯片简介92.3.2模数(A/D)芯片ADC0809的资料102.3.3 ADC0809工作过程132.3.4 ADC0809与单片机的接口142.3.5主要元器件介绍17第
14、3章 电路设计203.1 技术要求203.2 设计方案203.3 硬件电路系统模块的设计203.3.1单片机系统213.3.2 A/D转换芯片与单片机的连接213.3.3 1602液晶与单片机连接213.4 按键控制电路的设计213.5系统电路的设计233.6 系统软件的设计243.6.1主程序的设计253.6.2 初始化程序253.6.3 A/D转换子程序253.6.4 显示子程序26第4章 系统的调试274.1 软件调试274.1.1 加入仿真辅助信号274.1.2 加载程序284.2 显示结果及误差分析284.2.1 显示结果284.2.2 误差分析294.3 系统调试中遇到的问题及解决
15、的方法30第5章 结论31致 谢32附件一:参考文献:33附件二:电路总图:34附件三:源程序:35引 言 数字电压表出现在50年代初,60年代末发起来的电压测量仪表,简称DVM,它采用的是数字化测量技术,把连续的模拟量,也就是连续的电压值转变为不连续的数字量,加以数字处理然后再通过显示器件显示。这种电子测量的仪表之所以出现,一方面是由于电子计算机的应用逐渐推广到系统的自动控制信实验研究的领域,提出了将各种被观察量或被控制量转换成数码的要求,即为了实时控制及数据处理的需要;另一方面,也是电子计算机的发展,带动了脉冲数字电路技术的进步,为数字化仪表的出现提供了条件。所以,数字化测量仪表的产生与发
16、展与电子计算机的发展是密切相关的;同时,为革新电子测量中的烦锁和陈旧方式也催促了它的飞速发展,如今,它又成为向智能化仪表发展的必要桥梁。如今,数字电压表已绝大部分已取代了传统的模拟指针式电压表。因为传统的模拟指针式电压表功能单一,精度低,读数的时候也非常不方便,很容易出错。而采用单片机的数字电压表由于测量精度高,速度快,读数时也非常的方便,抗干扰能力强,可扩展性强等优点已被广泛的应用于电子及电工的测量,工业自动化仪表,自动测试系统等智能化测量领域。显示出强大的生命力。数字电压表最初是伺服步进电子管比较式,其优点是准确度比较高,但是采样速度慢,重量达几十公斤,体积大。继之出现了谐波式电压表,它的
17、速度方面稍有提高,但是准确度低,稳定性差,再后来出现了比较式仪表改进逐次渐近式结构,它不仅保持了比较式准确度高的优点,而且速度也有了很大的提高,但它有一缺点是抗干扰能力差,很容易受到外界各种因素的影响。随后,在谐波式的基础上双引伸出阶梯波式,它的唯一的进步是成本降低了,可是准确宽,速以及抗干扰能力都未能提高。而现在,数字电压表的发展已经是非常的成熟,就原理来讲,它从原来的一,二种已发展到多种,在功能上讲,则从测量一参数发展到能测多种参数;从制作组件来看,发展到了集成电路,准确度已经有了很大的提高,精度高达1NV;读数每秒几万次,而相对以前,它的价格也有了降低了很多。目前实现电压数字化测量的方法
18、仍然模-数(A/D)转换的方法。转换的精度很大程度上影响着数字电压表的准确度,因而,以后数字电压表的发展就着眼在高精度和低成本这两个方面。而数字电压表种类繁多,型号新异,目前国际仍未有统一的分类方法。而常用的分类方法有如下几种:按用途来分:有直流数字电压表,交、直流数字电压表,交直流万用表等。按显示位数来分:有4位,5位,6位,7位,8位等。按测量速度来分:有低准确度,中准确度,高准确度等。按测量速度来分:有低速,中速,高速,超高速等。但在日常生活中,数字电压表一般是按照原理不同进行分类的,目前大致分为以下几类:比较式,电压时间变换式,积分式等。在电量的测量中,电压、电流和频率是最基本的三个被
19、测量。其中,电压量的测量最为经常。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。另外,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用户青睐,数字式电压表就是基于这种需求而发展起来的,是一种必不可少的电子测量仪表。本文是以简易数字直流电压表的设计为研究内容,本系统主要包括三大模块:转换模块、数据处理模块及显示模块。其中,A/D转换采用ADC0809对输入的模拟信号进行转换,控制核心AT89C51再对转换的结果进行运算处理,最后驱动输出装置LED显示数字电压信号。第1章 系统设计方案的选择11设计方案
20、的选择 设计数字电压表有多种的设计方法,方案是多种多样的,由于大规模集成电路数字芯片的高速发展,各种数字芯片品种多样,导致对模拟数据的采集部分的不一致性,进而又使对数据的处理及显示的方式的多样性。又由于在现实的工作生活中,电压表的测量测程范围是比较大的,所以必须要对输入电压作分压处理,而各个数据处理芯片的处理电压范围不同,则各种方案的分段也不同。下面介绍两种数字电压表的设计方案。1.1.2基于分立组件的电压表 这种设计方案是由模拟电路与数字电路两大部分组成,模拟部分包括输入放大器、A/D转换器和基准电压源;数字部分包括计数器、译码器、逻辑控制器、振荡器和显示器。其中,A/D转换器是它的核心器件
21、,它将输入的模拟量转换成数字量。模拟电路和数字电路是相互联系的,由逻辑控制电路产生控制信号,按规定的时序将A/D转换器中个组模拟开关接通或断开,保证A/D转换正常进行。A/D转换结果通过计数译码电路变换成段码,最后驱动显示器显示出相应的数值。此方案设计其优点是,设计成本低,能够满足一般的电压测量。但设计不灵活,都是采用纯硬件电路。很难将其在原有的基础上进行扩展。1.1.3基于单片机系统及A/D转换芯片的电压表这种方案是利用单片机系统与模数转换芯片、显示模块等的结合构建数字电压表。由于单片机的发展已经成熟,利用单片机系统的软硬件结合,可以组装出许多的应用电路来。此方案的原理是模数(A/D)转换芯
22、片的基准电压端,被测量电压输入端分别输入基准电压和被测电压。模数(A/D)转换芯片将被测量电压输入端所采集到的模拟电压信号转换成相应的数字信号,然后通过对单片机系统进行软件编程,使单片机系统能按规定的时序来采集这些数字信号,通过一定的算法计算出被测量电压的值。最后单片机系统将计算好了的被测电压值按一定的时序送入显示电路模块加以显示。1.1.4 方案的选择综上所述,根据以上两种设计方案各方面优点及其在所设计电压表中的实用性,我们选择第二种电压表设计方案,即由单片机系统及数字芯片构建的方法来我们本次设计。第二种方案不仅能够继承上一种方案的各种优点,还能改进上一种设计方案设计的不灵活和难于在原基础上
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