数字电压表设计—毕业设计论文.doc
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1、毕业设计论文毕业设计说明书(论文)设计(论文)题目:数字电压表的设计 专 业:电子信息工程技术 班 级: 学 号: 姓 名: 指导教师: 信息职业技术学院毕业设计(论文)任务书学 生姓 名学号3班级电信07-2专业电子信息工程技术设计(或论文)题目数字电压表设计指导教师姓名职 称工作单位及所从事专业联系方式备 注教师院教师学院0设计内容:1设计一款数字电压表将模拟的电压信号转换出来显示在数码管上。2主要功能:(1)将模拟电压转换为数字电压;(2)可测量0-25V直流电压,分辨率0.5V;(3)显示被测电压数值。进度安排:09年10月上旬 拟定题目及学生选题09年10月中旬至下旬 寻找相关资料并
2、初步着手设计以发现问题09年11月20日 提交毕业设计任务书09年11月20日12月初 正式全面对项目进行设计研究09年12月初至中旬 全面掌握设计项目中各环节知识要点准备答辩09年12月底1月初 进行答辩主要参考文献、资料(写清楚参考文献名称、作者、出版单位):全国大学生电子设计竞赛训练教程 黄智伟 北京电子工业出版社 电子测量技术基础扬吉祥 东南大学出版社电子技术基础康华光 北京高等教育出版社 实用电子电路基础刘维恒 北京电子工业出版社通用集成电路速查手册王新贤 济南科学技术出版社审批意见教研室负责人:年 月 日备注:任务书由指导教师填写,一式二份。其中学生一份,指导教师一份。摘要本设计主
3、要研究的是以AT89C51单片机为核心的电压测量系统,该系统能够在单片机的控制下完成对电压信号采集,能够根据采样值进行量程自动转换,并且测量结果可通过四个数码管显示出来。整个系统的设计完成了硬件电路的设计及软件程序的编写,通过最终硬件电路的调试及软件程序的仿真,使该系统能够在要求的条件下达到正常的测量及显示功能。在整个系统的设计过程中,主要采用了模块化的设计方法。关键词:AT89C51; AD转换器ADC0808; 显示器目录绪论1第一章 硬件部分的设计2 1.1量程转换模块设计21.1.1电路选择21.1.2工作原理及换算关系21.2逐次逼近式A/D转换模块设计21.2.1 ADC0808简
4、介31.2.1.1 ADC0808引脚功能31.2.1.2 ADC0808内部结构图31.2.2 A/D转换电路设计41.3 AT89C51单片机引脚功能介绍51.3.1电源51.3.2 时钟信号51.3.3 控制线61.3.4 I/O线 61.4显示模块设计91.4.1 LCD1602的引脚功能101.4.2 LCD1602的显示操作101.4.2.1 四种基本操作101.4.2.2 LCD显示程序设计15第二章 软件设计162.1主程序设计162.2 A/D转换程序设计172.3 中断服务程序设计17设计总结18参考文献 18附录119附录221 四川信息职业技术学院毕业设计论文 第 -
5、22 - 页绪论在电气测量中,电压是一个很重要的参数。如何准确地测量模拟信号的电压值,一直是电测仪器研究的内容之一。数字电压表是通用仪器中使用较广泛的一种测试仪器,很多电量或非电量经变化后都用可数字电压表完成测试。因此,数字电压表被广泛地应用于科研和生产测试中。本文将介绍一种以单片机为核心的电压测量仪表,它能够测量电压量,能够自动进行量程选择,并且测量结果能够通过数码管显示,从而具有一定的智能性。本文将就这一系统的硬件电路部分和软件程序部分分别作以介绍。在硬件部分,本文就系统的各个组成模块的原理作了详细的介绍。另外,在每一模块电路中都对元器件的选择作了简单的介绍,其中包括有关数值的计算和分析。
6、在软件部分,详细阐述了各个模块电路的软件设计方法和设计中的细节。分析本设计,可以看出其主要任务就是对电压信号能够自动选择合适的量程进行测量并显示。本设计要求采用单片机进行控制,由于单片机的有效输入输出信号均为数字信号,而对于整个系统的前向通道有效信号均应为模拟信号,所以在设计过程中必然包括模拟量转换为数字量单元的设计。根据要求本设计中采用的是V/F转换电路。对于V/F转换电路,要使其转换具有良好的线性度和精度必须使其输入电压变化范围较小。而本系统中要求测量的电压范围是05V,无法满足V/F转换的要求。所以,前向模拟通道的设计要包括量程转换部分,即对大信号进行分压变小,对小信号进行放大,显然,这
7、样不仅能满足V/F转换电路的要求,而且也能有效的防止超量程测量。另外,前向通道的设计还应包括对模拟信号的采集部分。本设计框图如图1-1所示第一章 硬件部分的设计1.1量程转换模块设计1.1.1电路选择图3-3量程转换开关 图3-4衰减输入电路输入电路的作用是把不同量程的被测电压,规范到A/D转换器所要求的电压值。数字电压表所采用的是逐次逼近式A/D转换芯片ADC0808,它要求输入电压0-2V。本仪表设计的是0-50V电压,灵敏度高所以可以不加前置放大器,只需衰减器,如图所示9M、900K、90K、和10K电阻构成1/10、1/100、1/1000的衰减器。衰减输入电路可由开关来选择不同的衰减
8、率,从而切换档位。1.1.2工作原理及换算关系如上图通过电阻网络实现电压衰减测量的输入阻抗约为R4、R5、R6。1端、2端单独合上时,Vout的大小分别是:1脚单独合上Vout=Vin1;2脚单独合上Vout= Vin(R4+ R5+ R6)/(R3+ R4+ R5+ R6)。由上式可以看出,Vout在一定范围时电阻网络衰减程度越大其可输入电压Vin。量程调节,只要把R5,R6的参数选好然后,由开关1端、2断选择测量电压输出端即完成量程选定。1.2逐次逼近式A/D转换模块设计逐次逼近型A/D转换器属于直接型A/D转换器,它能把输入的模拟电压直接转换为输出的数字代码,而不需要经过中间变量。主要由
9、比较器、环形分配器、控制门、寄存器与D/A转换器组成。1.2.1 ADC0808简介1.2.1.1 ADC0808引脚功能图3-5ADC0808引脚图IN0IN7:8路模拟量输入。A、B、C:3位地址输入,2个地址输入端的不同组合选择八路模拟量输入。ALE:地址锁存启动信号,在ALE的上升沿,将A、B、C上的通道地址锁存到内部的地址锁存器。D0D7:八位数据输出线,A/D转换结果由这8根线传送给单片机。OE:允许输出信号。当OE=1时,即为高电平,允许输出锁存器输出数据。START:启动信号输入端,START为正脉冲,其上升沿清除ADC0808的内部的各寄存器,其下降沿启动A/D开始转换。EO
10、C:转换完成信号,当EOC上升为高电平时,表明内部A/D转换已完成。1.2.1.2 ADC0808内部结构图逐次逼近型A/D转换器ADC0808由八路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、D/A转换器、寄存器、控制电路和三态输出锁存器等组成。其内部结构如图3-6所示。图3-6ADC0808内部结构1.2.2 A/D转换电路设计集成摸数转换芯片ADC0808实现的A/D转换电路如图3-7所示,被测信号由ADC0808模拟输入端输入,完成A/D转换后送入单片机,经相应处理后送出显示。图3-7ADC0808与单片机的连接1.3 AT89C51单片机引脚功能介绍首先我们来连接一下单片机的引脚图,如果,具
11、体功能在下面都有介绍。 单片机的40个引脚大致可分为4类:电源、时钟、控制和I/O引脚。1.3.1 电源 VCC - 芯片电源,接+5V; VSS - 接地端;1.3.2 时钟信号单片机工作的时间基准是由时钟电路提供的,在单片机的XTAL1和XYAL2两个管脚接一只晶振及两只电容就构成了单片机的时钟电路,电路中电容器和对振荡频率有微调作用,通常取(3010)pF石英晶体选择6MHz或12MHz都可以。时钟电路如图3-1所示。 图3-1系统时钟电路 图3-2系统复位电路XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡电路反相输入端和输出端。 1.3.3 控制线控制线共有4根。 ALE/PROG:地址锁存允许
12、/片内EPROM编程脉冲 ALE功能:用来锁存P0口送出的低8位地址 PROG功能:片内有EPROM的芯片,在EPROM编程期间,此引脚输入编程脉冲。 PSEN:外ROM读选通信号。 RST/VPD:复位/备用电源。 RST(Reset)功能:复位信号输入端。 VPD功能:在Vcc掉电情况下,接备用电源。 EA/Vpp:内外ROM选择/片内EPROM编程电源。 EA功能:内外ROM选择端。 Vpp功能:片内有EPROM的芯片,在EPROM编程期间,施加编程电源Vpp。1.3.4 I/O端口80C51共有4个8位并行I/O端口:P0、P1、P2、P3口,共32个引脚。P3口还具有第二功能,用于特
13、殊信号输入输出和控制信号(属控制总线)。 51单片机引脚图及引脚功能拿到一块芯片,想要使用它,首先必须要知道怎样连线,我们用的一块称之为89C51的芯片,下面我们就看一下如何给它连线。 (1) 电源:这当然是必不可少的了。单片机使用的是5V电源,其中正极接40管脚,负极(地)接20管脚。 (2) 振蒎电路:单片机是一种时序电路,必须供给脉冲信号才能正常工作,在单片机内部已集成了振荡器,使用晶体振荡器,接18、19脚。只要买来晶体震荡器,电容,连上就能了,按图1接上即可。 (3) 复位管脚:按图1中画法连好,至于复位是何含义及为何需要复要复位,在单片机功能中介绍。 (4) EA管脚:EA管脚接到
14、正电源端。 至此,一个单片机就接好,通上电,单片机就开始工作了。我们的第一个任务是要用单片机点亮一只发光二极管LED,显然,这个LED必须要和单片机的某个管脚相连,不然单片机就没法控制它了,那么和哪个管脚相连呢?单片机上除了刚才用掉的5个管脚,还有35个,我们将这个LED和1脚相连。(见图1,其中R1是限流电阻)按照这个图的接法,当1脚是高电平时,LED不亮,只有1脚是低电平时,LED才发亮。因此要1脚我们要能够控制,也就是说,我们要能够让1管脚按要求变为高或低电平。即然我们要控制1脚,就得给它起个名字,总不能就叫它一脚吧?叫它什么名字呢?设计51芯片的INTEL公司已经起好了,就叫它P1.0
15、,这是规定,不能由我们来更改。 单片机接线图图1名字有了,我们又怎样让它变高或变低呢?叫人做事,说一声就能,这叫发布命令,要计算机做事,也得要向计算机发命令,计算机能听得懂的命令称之为计算机的指令。让一个管脚输出高电平的指令是SETB,让一个管脚输出低电平的指令是CLR。因此,我们要P1.0输出高电平,只要写SETB P1.0,要P1.0输出低电平,只要写 CLR P1.0就能了。现在我们已经有办法让计算机去将P10输出高或低电平了,但是我们怎样才能计算机执行这条指令呢?总不能也对计算机也说一声了事吧。要解决这个问题,还得有几步要走。第一,计算机看不懂SETB CLR之类的指令,我们得把指令翻
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