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文檔簡(jiǎn)介
1、<p><b> 畢業(yè)設(shè)計(jì)[論文]</b></p><p> 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書</p><p> 課題名稱:簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)原理分析及功能實(shí)現(xiàn)</p><p> 完成期限: 2012 年 月 日至2012 年 月 日</p><p><b> 一、課題訓(xùn)練內(nèi)容</b&g
2、t;</p><p> (1) 培養(yǎng)學(xué)生收集資料、文獻(xiàn)檢索的能力,獲取新知識(shí)的能力;</p><p> (2) 培養(yǎng)學(xué)生工程開發(fā)的能力,制定工作計(jì)劃和協(xié)調(diào)組織的能力;</p><p> (3) 培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)、理論,解決實(shí)際工程問題的能力;</p><p> (4) 培養(yǎng)學(xué)生原理設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)分析或理論推導(dǎo)的能力;</
3、p><p> (5) 培養(yǎng)學(xué)生的思想、工作作風(fēng)及實(shí)際能力;</p><p> (6) 培養(yǎng)學(xué)生撰寫文檔的能力;</p><p> (7) 培養(yǎng)學(xué)生閱讀英語(yǔ)文獻(xiàn)的能力和翻譯的能力。</p><p> 二、設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)和要求</p><p> (1) 利用8051單片機(jī)編制一個(gè)簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表。要求測(cè)量最小分辨率為
4、0.02V。</p><p> (2) 檢測(cè)信號(hào)的電壓范圍:1mv—2v。</p><p> (3) 輸入信號(hào)的頻率范圍:10Hz-2000KHz。</p><p> (4) 查閱相關(guān)資料,了解交流毫伏表的各種現(xiàn)實(shí)發(fā)法極其特點(diǎn),并著重掌握交流 毫伏表的設(shè)計(jì)及顯示等。</p><p> (5) 熟悉并掌握個(gè)芯片的功能極其管腳分。&
5、lt;/p><p> (6) 檢測(cè)設(shè)計(jì)電路中所需要的各種電子元器件。</p><p> (7) 對(duì)設(shè)計(jì)的交流毫伏表進(jìn)行裝接與調(diào)試,要求設(shè)計(jì)的電路達(dá)標(biāo)。</p><p> (8) 第四周前上交畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告一份。開題報(bào)告內(nèi)容與學(xué)校模板要求一致,字?jǐn)?shù)不少于2000字;經(jīng)指導(dǎo)教師檢查合格后才能進(jìn)行后續(xù)工作。</p><p> (9) 完成原理
6、設(shè)計(jì),合理選擇模塊,繪制原理圖。完成軟件的編寫與設(shè)計(jì),仿真結(jié)果。</p><p> (10) 學(xué)生在此期間應(yīng)定期與指導(dǎo)教師聯(lián)系,匯報(bào)設(shè)計(jì)進(jìn)展情況。</p><p> (11) 每個(gè)學(xué)生必須獨(dú)立完成畢業(yè)設(shè)計(jì),字?jǐn)?shù)不少于15000字。</p><p><b> 四、主要參考資料:</b></p><p> [1] 孫
7、肖子.電子設(shè)計(jì)指南[M].北京:高等教育出版社,2006. </p><p> [2] 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社.</p><p> [3] 歐陽(yáng)文.ATMEL89系列單片機(jī)的原理與開發(fā)實(shí)踐[M].中國(guó)電力出版社.</p><p> [4] 譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì)[M].北京:清華大學(xué)出版社.</p><p>
8、[5] 周責(zé)奎.控制儀表與計(jì)算機(jī)控制設(shè)置[M].化學(xué)工業(yè)出版社.</p><p> [6] 李青.電路與電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].浙江:科學(xué)技術(shù)出版社.</p><p> [7] 孫育才.新型AT89S52系列單片機(jī)及其應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版 社.</p><p> [8] 蔡美琴.MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)及其應(yīng)用[M].北京:高等教
9、育出版社.</p><p> [9] 陳尚松.電子測(cè)量與儀器[M].電子工業(yè)出版社.</p><p> [10] 苗紅霞.單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字電壓表的軟硬件設(shè)計(jì)[J].河海大學(xué)常州分校 學(xué)報(bào),2002,16.3.</p><p> 武漢**大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告</p><p><b> 摘 要<
10、/b></p><p> 本文是基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表設(shè)計(jì),將模擬電壓量直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,用數(shù)碼管來顯示。首先,介紹了數(shù)字電壓表的特點(diǎn)。其次,介紹了數(shù)字電壓表的兩種設(shè)計(jì)方案以及在該設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)方案和各元器件的選擇,并對(duì)各元器件做了簡(jiǎn)單的介紹;然后對(duì)設(shè)計(jì)方案做了整體介紹,其基本原理是,模擬電壓量經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,送入單片機(jī)進(jìn)行處理。最后輸出的數(shù)據(jù)在經(jīng)過線路驅(qū)動(dòng)器送入數(shù)碼管顯示電壓大小。最后介紹了
11、程序流程,并用KEIL和PROTUES聯(lián)機(jī)調(diào)試進(jìn)行仿真。調(diào)試完成之后進(jìn)行硬件焊接,測(cè)試并進(jìn)行行改進(jìn)。</p><p> 關(guān)鍵字:?jiǎn)纹瑱C(jī);A/D轉(zhuǎn)換;數(shù)碼顯示;數(shù)據(jù)處理;硬件焊接 </p><p> Abstract </p><p> This paper is the digital voltmeter design based on the sin
12、gle chip microcomputer , the simulation of voltage directly converted into digital quantity which is displayed by digital pipe .Firstly,It introduced the characteristics of the digital voltmeter , secondly , it recommend
13、ed two design schemes and how to choice the design scheme and components in the design ,and also it introduced several components ; Fourthly, it is doing a complete design scheme introduction , its basic principle is tha
14、t</p><p> Keywords: microcomputer; A/D conversion; displayed in number; data processing;</p><p> hardware weld</p><p><b> 目 錄</b></p><p> 1 數(shù)字電壓表
15、 1</p><p> 1.1 數(shù)字電壓表簡(jiǎn)介1</p><p> 1.2 數(shù)字電壓表的優(yōu)點(diǎn)1</p><p> 1.3 數(shù)字電壓表發(fā)展趨勢(shì)1</p><p> 1.4 設(shè)計(jì)平臺(tái)2</p><p> 1.4.1 KEIL C51開發(fā)平臺(tái)2</p><p> 1.4.2 P
16、ROTEL DXP 2004設(shè)計(jì)軟件3</p><p> 2 簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介4</p><p> 2.1 設(shè)計(jì)背景4</p><p> 2.2 設(shè)計(jì)意義5</p><p> 3 數(shù)字電壓設(shè)計(jì)的兩種方案6</p><p> 3.1 由數(shù)字電路及芯片構(gòu)建6</p><p&g
17、t; 3.2 由單片機(jī)系統(tǒng)及 A/D 轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)建6</p><p> 4 總體方案設(shè)計(jì)7</p><p> 4.1 設(shè)計(jì)要求7</p><p> 4.2 設(shè)計(jì)思路7</p><p> 4.3 設(shè)計(jì)方案8</p><p><b> 5 硬件簡(jiǎn)介8</b></p>
18、<p> 5.1 本設(shè)計(jì)單片機(jī)的選擇8</p><p> 5.1.1常用單片機(jī)的特點(diǎn)比較本8</p><p> 5.1.2 單片機(jī)的選擇8</p><p> 5.1.3 STC89C52單片機(jī)介紹9</p><p> 5.2 本設(shè)計(jì)顯示器件選擇13</p><p> 5.2.1 常用
19、顯示器件簡(jiǎn)介13</p><p> 5.2.2 顯示器件的選擇15</p><p> 5.2.3 LED 介紹15</p><p> 5.3 本設(shè)計(jì)A/D芯片介紹17</p><p> 5.3.1 常用的A/D芯片介紹17</p><p> 5.3.2 ADC0809芯片介紹17</p>
20、;<p><b> 6 接口電路19</b></p><p> 6.1 顯示電路19</p><p> 6.2 ADC0809與單片機(jī)接口電路20</p><p> 7 具體設(shè)計(jì)思路21</p><p> 7.1 技術(shù)要求21</p><p> 7.2 設(shè)計(jì)方案
21、21</p><p> 8 硬件電路系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)22</p><p> 8.1 總電路模塊22</p><p> 8.2 硬件系統(tǒng)電路簡(jiǎn)介22</p><p> 9 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)25</p><p> 9.1 主程序25</p><p> 9.2 A/D轉(zhuǎn)換子程序25&
22、lt;/p><p> 9.3 顯示子程序25</p><p> 10 調(diào)試及性能分析26</p><p> 10.1 調(diào)試與測(cè)試26</p><p> 10.2 性能分析27</p><p><b> 總結(jié)28</b></p><p><b>
23、參考文獻(xiàn)29</b></p><p><b> 程序清單</b></p><p><b> 英文資料</b></p><p><b> 中文翻譯</b></p><p><b> 致 謝</b></p><p&g
24、t;<b> 1 數(shù)字電壓表</b></p><p> 1.1 數(shù)字電壓表簡(jiǎn)介</p><p> 在電量的測(cè)量中,電壓、電流和頻率是最基本的三個(gè)被測(cè)量,其中電壓量的測(cè)量最為經(jīng)常。而且隨著電子技術(shù)的發(fā)展,更是經(jīng)常需要測(cè)量高精度的電壓,所以數(shù)字電壓表就成為一種必不可少的測(cè)量?jī)x器。數(shù)字電壓表(Digital Voltmeter)簡(jiǎn)稱DVM,它是采用數(shù)字化測(cè)量技術(shù),把連
25、續(xù)的模擬量(直流輸入電壓)轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。與此同時(shí),由DVM擴(kuò)展而成的各種通用及專用數(shù)字儀器儀表,也把電量及非電量測(cè)量技術(shù)提高到嶄新水平。目前,由各種單片A/D 轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)字電壓表,已被廣泛用于電子及電工測(cè)量、工業(yè)自動(dòng)化儀表、自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)等智能化測(cè)量領(lǐng)域,示出強(qiáng)大的生命力理。</p><p> 1.2 數(shù)字電壓表的優(yōu)點(diǎn)</p><p> 傳統(tǒng)的指針式刻
26、度電壓表功能單一,精度低,容易引起視覺疲勞,因而不能滿足數(shù)字化時(shí)代的需要。采用單片機(jī)的數(shù)字電壓表,將連續(xù)的模擬量如直流電壓轉(zhuǎn)換成不連續(xù)的離散的數(shù)字形式并加以顯示,從而精度高、抗干擾能力強(qiáng),可擴(kuò)展性強(qiáng)、集成方便,還可與PC實(shí)時(shí)通信。數(shù)字電壓表是諸多數(shù)字化儀表的核心與基礎(chǔ)。以數(shù)字電壓表為核心,可以擴(kuò)展成各種通用數(shù)字儀表、專用數(shù)字儀表及各種非電量的數(shù)字化儀表。目前,由各種單片機(jī)和A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)字電壓表作全面深入的了解是很有必要的。<
27、;/p><p> 最近的幾十年來,隨著半導(dǎo)體技術(shù)、集成電路(IC)和微處理器技術(shù)的發(fā)展,數(shù)字電路和數(shù)字化測(cè)量技術(shù)也有了巨大的進(jìn)步,從而促使了數(shù)字電壓表的快速發(fā)展,并不斷出現(xiàn)新的類型。數(shù)字電壓表從1952年問世以來,經(jīng)歷了不斷改進(jìn)的過程,從最早采用繼電器、電子管和形式發(fā)展到了現(xiàn)在的全固態(tài)化、集成化(IC化),另一方面,精度也從0.01%到0.005%。</p><p> 1.3 數(shù)字電壓表發(fā)
28、展趨勢(shì)</p><p> 目前,數(shù)字電壓表的內(nèi)部核心部件是A/D轉(zhuǎn)換器,轉(zhuǎn)換的精度很大程度上影響著數(shù)字電壓表的準(zhǔn)確度,因而,以后數(shù)字電壓表的發(fā)展就著眼在高精度和低成</p><p> 本這兩個(gè)方面。A/D轉(zhuǎn)換器分成四種:計(jì)數(shù)式A/D轉(zhuǎn)換器、雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器和并行式A/D轉(zhuǎn)換器。</p><p> 目前最常用的是雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器和
29、逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器,其中雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器的主要優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)換精度高,抗干擾性能好,價(jià)格便宜。但是其轉(zhuǎn)換速度慢,因此這種轉(zhuǎn)換器這種轉(zhuǎn)換器主要用于速度要求不高的場(chǎng)合。而逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度快,但精度相對(duì)較差。因此未來的A/D轉(zhuǎn)換器將兼顧精度和速度,成本也會(huì)隨著集成電路的發(fā)展而降低。</p><p><b> 1.4 設(shè)計(jì)平臺(tái)</b></p><p> 1
30、.4.1 KEIL C51開發(fā)平臺(tái)</p><p> KEIL軟件是目前最流行開發(fā)MCS-51系列單片機(jī)的軟件,這從近年來各仿真機(jī)廠商紛紛宣布全面支持KEIL即可看出。KEIL提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案,通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境將這些部分組合在一起。運(yùn)行KEIL軟件需要Pentium或以上的CPU,16MB或更多RAM、20M以上空閑的硬盤空間、WIN9
31、8、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。掌握這一軟件的使用對(duì)于使用51系列單片機(jī)的愛好者來說是十分必要的,如果你使用C語(yǔ)言編程,那么KEIL幾乎就是你的不二之選(目前在國(guó)內(nèi)你只能買到該軟件、而你買的仿真機(jī)也很可能只支持該軟件),即使不使用C語(yǔ)言而僅用匯編語(yǔ)言編程,其方便易用的集成環(huán)境、強(qiáng)大的軟件仿真調(diào)試工具也會(huì)令你事半功倍。</p><p> C51工具包的整體結(jié)構(gòu)較為豐富,其中UVISION與ISHE
32、LL分別是C51 for Windows和for Dos的集成開發(fā)環(huán)境(IDE),可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開發(fā)流程。開發(fā)人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。然后分別由C51及C51編譯器編譯生成目標(biāo)文件(.OBJ)。目標(biāo)文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫(kù)文件,也可以與庫(kù)文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對(duì)目標(biāo)文件(.ABS)。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的Hex文件,以供調(diào)試器dScope51或tScope51使
33、用進(jìn)行源代碼級(jí)調(diào)試,也可由仿真器使用直接對(duì)目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試,也可以直接寫入程序存貯器如EPROM中。使用獨(dú)立的KEIL仿真器時(shí),注意事項(xiàng) ,仿真器標(biāo)配11.0592MHz的晶振,但用戶可以在仿真器上的晶振插孔中換插其他頻率的晶振。仿真器上的復(fù)位按鈕只復(fù)位仿真芯片,不復(fù)位目標(biāo)系統(tǒng)。仿真芯片</p><p> 的31腳(/EA)已接至高電平,所以仿真時(shí)只能使用片內(nèi)ROM,不能使用片外ROM;但仿真器外引插針中的31腳
34、并不與仿真芯片的31腳相連,故該仿真器仍可插入到擴(kuò)展有外部ROM(其CPU的/EA引腳接至低電平)的目標(biāo)系統(tǒng)中使用。</p><p> 1.4.2 PROTEL DXP 2004設(shè)計(jì)軟件</p><p> ALTIUM公司作為EDA領(lǐng)域里的一個(gè)領(lǐng)先公司,在原來PROTEL 99SE的基礎(chǔ)上,應(yīng)用最先進(jìn)的軟件設(shè)計(jì)方法,率先推出了一款基于Windows2000和Windows XP操作系統(tǒng)
35、的EDA設(shè)計(jì)軟件PROTEL DXP。</p><p> PROTEL DXP在前版本的基礎(chǔ)上增加了許多新的功能。新的可定制設(shè)計(jì)環(huán)境功能包括雙顯示器支持,可固定、浮動(dòng)以及彈出面板,強(qiáng)大的過濾和對(duì)象定位功能及增強(qiáng)的用戶界面等。PROTEL DXP是第一個(gè)將所有設(shè)計(jì)工具集于一身的板級(jí)設(shè)計(jì)系統(tǒng),電子設(shè)計(jì)者從最初的項(xiàng)目模塊規(guī)劃到最終形成生產(chǎn)數(shù)據(jù)都可以按照自己的設(shè)計(jì)方式實(shí)現(xiàn)。PROTEL DXP運(yùn)行在優(yōu)化的設(shè)計(jì)瀏覽器平臺(tái)
36、上,并且具備當(dāng)今所有先進(jìn)的設(shè)計(jì)特點(diǎn),能夠處理各種復(fù)雜的PCB設(shè)計(jì)過程。通過設(shè)計(jì)輸入仿真、PCB繪制編輯、拓?fù)渥詣?dòng)布線、信號(hào)完整性分析和設(shè)計(jì)輸出等技術(shù)融合,PROTEL DXP提供了全面的設(shè)計(jì)解決方案。</p><p> PROTEL DXP2004是ALTIUM公司于2004年推出的最新版本的電路設(shè)計(jì)軟件,該軟件能實(shí)現(xiàn)從概念設(shè)計(jì),頂層設(shè)計(jì)直到輸出生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及這之間的所有分析驗(yàn)證和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的管理。當(dāng)前比較流行的
37、PROTEL 98、 PROTEL 99 SE,就是它的前期版本。 </p><p> PROTEL DXP 2004已不是單純的PCB(印制電路板)設(shè)計(jì)工具,而是由多個(gè)模塊組成的系統(tǒng)工具,分別是SCH(原理圖)設(shè)計(jì)、SCH(原理圖)仿真、PCB(印制電路板)設(shè)計(jì)、Auto Router(自動(dòng)布線器)和FPGA設(shè)計(jì)等,覆蓋了以PCB為核心的整個(gè)物理設(shè)計(jì)。該軟件將項(xiàng)目管理方式、原理圖和PCB圖的雙向同步技術(shù)、
38、多通道設(shè)計(jì)、拓樸自動(dòng)布線以及電路仿真等技術(shù)結(jié)合在一起,為電路設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)大的支持。與較早的版本——Protel99相比, PROTEL DXP 2004不僅在外觀上顯得更加豪華、人性化,而且極大地強(qiáng)化了電路設(shè)計(jì)的同步化,同時(shí)整合了VHDL和FPGA設(shè)計(jì)系統(tǒng),其功能大大加強(qiáng)了。</p><p> 2 簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介</p><p> 數(shù)字電壓表(Digital Voltmeter
39、)簡(jiǎn)稱DVM,作為智能儀表的一種,它是采用數(shù)字化測(cè)量技術(shù),把連續(xù)的模擬量(直流輸入電壓)轉(zhuǎn)化成不連續(xù),離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表,傳統(tǒng)的指針式電壓表功能單一,精度低,不能滿足數(shù)字化時(shí)代的需求采用單片機(jī)的數(shù)字電壓表,精度高,抗干擾能力強(qiáng),可擴(kuò)展性強(qiáng),集成方便。目前,由各種單片A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的說字電壓表,已經(jīng)被廣泛用于電子及電工測(cè)量,工業(yè)自動(dòng)化儀表,自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)等智能化測(cè)量領(lǐng)域,顯示出強(qiáng)大的生命力。</p><p&
40、gt;<b> 2.1 設(shè)計(jì)背景</b></p><p> 數(shù)字電壓表在1952年由美國(guó)NLS公司首次創(chuàng)造,它剛開始是4位,50多年來,數(shù)字電壓表有了不斷的進(jìn)步和提高。數(shù)字電壓表是從電位差計(jì)的自動(dòng)化過程中研制成 功的。開始是4位數(shù)碼顯示,然后是5位、6位顯示,而現(xiàn)在發(fā)展到7位、8位數(shù)碼顯示;從最初的一兩種類型發(fā)展到原理不同的幾十種類型;從最早的采用繼電器、電子 管發(fā)展到全晶體管、集成電路
41、、微處理器化;從一臺(tái)儀器只能測(cè)1-2 種參數(shù)到能測(cè)幾十種參數(shù)的多用型;顯示器件也從輝光數(shù)碼管發(fā)展到等離子體管、發(fā)光二極管、液晶顯示器等。數(shù)字電壓表的體積和功耗越來越小,重量不斷變輕,價(jià)格也逐步下降,可靠性越來越高,量程范圍也逐步擴(kuò)大。</p><p> 數(shù)字電壓表出現(xiàn)在50年代初,60 年代末發(fā)起來的電壓測(cè)量?jī)x表。簡(jiǎn)稱DVM,它采用的是數(shù)字化測(cè)量技術(shù),把連續(xù)的模擬量,也就是連續(xù)的電壓值轉(zhuǎn)變?yōu)椴贿B續(xù)的數(shù)字量,加以
42、數(shù) 字處理然后再通過顯示器件顯示。這種電子測(cè)量的儀表之所以出現(xiàn),一方面是由于電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用逐漸推廣到系統(tǒng)的自動(dòng)控制信實(shí)驗(yàn)研究的領(lǐng)域,提出了將各種被觀察量或被控制量轉(zhuǎn)換成數(shù)碼的要求,即為了實(shí)時(shí)控制及數(shù)據(jù)處理的需要;另一方面,也是電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展,帶動(dòng)了脈沖數(shù)字電路技術(shù)的進(jìn)步,為數(shù)字化儀表的出現(xiàn)提供了條件。所以,數(shù)字化測(cè)理儀表的產(chǎn)生與發(fā)展與電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展是密切相關(guān)的;同時(shí),為革新電子測(cè)量中的煩鎖和陳舊方式也催促了它的飛速發(fā)展。如今,它又
43、成為向智能化儀表發(fā)展的必要橋梁。</p><p> 如今,數(shù)字電壓表已絕大部分已取代了傳統(tǒng)的模擬指針式電壓表。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的模擬指針式電壓表功能單一,精度低,讀數(shù)的時(shí)候也非常不方便,很容易出錯(cuò)。而采用單片機(jī)的數(shù)字電壓表由于測(cè)量精度高,速度快,讀數(shù)時(shí)也非常的方便,抗干擾能力強(qiáng),可擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)已被廣泛的應(yīng)用于電子及電工的測(cè)量,工業(yè)自動(dòng)化儀表,自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)等智能化測(cè)量領(lǐng)域,顯示出強(qiáng)大的生命力。</p>&
44、lt;p> 數(shù)字電壓表最初是伺服步進(jìn)電子管比較式,其優(yōu)點(diǎn)是準(zhǔn)確度比較高,但是采樣速度慢,重量達(dá)幾十公斤,體積大,繼之出現(xiàn)了斜波式電壓表,它的速度方面稍有提高,但是準(zhǔn)確度低,穩(wěn)定性差,再后來出現(xiàn)了比較式儀表改進(jìn)逐次漸近式結(jié)構(gòu),它不僅保持了比較式準(zhǔn)確度高的優(yōu)點(diǎn),而且速度也有了很大的提高,但它有一缺點(diǎn)是抗干擾能力差,很容易受到外界各種因素的影響。隨后,在斜波式的基礎(chǔ)上雙引伸出階梯波式,它的唯一的進(jìn)步是成本降低了,可是準(zhǔn)確寬,速以及抗干
45、擾能力都未能提高。而現(xiàn)在,數(shù)字電壓表的發(fā)展已經(jīng)是非常的成熟,就原理來講,它從原來的一二種已發(fā)展到多種,在功能上講,則從測(cè)單一參數(shù)發(fā)展到能測(cè)多種參數(shù);從制作元件來看,發(fā)展到了集成電路,準(zhǔn)確度已經(jīng)有了很大的提高;讀數(shù)每秒幾萬(wàn)次,而相對(duì)以前,它的價(jià)格也有了降低了很多。</p><p> 目前實(shí)現(xiàn)電壓數(shù)字化測(cè)量的方法仍然模-數(shù) (A/D)轉(zhuǎn)換的方法,而數(shù)字電壓表種類繁多,型號(hào)新異,目前國(guó)際仍未有統(tǒng)一的分類方法,而常用的
46、分類方法有如下幾種:</p><p> (1) 按用途來分:有直流數(shù)字電壓表,交直流數(shù)字電壓表,交直流萬(wàn)用表等。</p><p> (2) 按顯示位數(shù)來分:有4位,5位,6位,7位,8位等。 </p><p> (3) 按測(cè)量速度來分:有低準(zhǔn)確度,中準(zhǔn)確度,高準(zhǔn)確度等。</p><p> (4) 按測(cè)量速度來分:有低速,中速,高速,超
47、高速等。 </p><p> 但在日常生活中,數(shù)字電壓表一般是按照原理不同進(jìn)行分類的,目前大致分為以下幾類:比較式,電壓—時(shí)間變換式,積分式等。</p><p> 在電量的測(cè)量中,壓電流和頻率是最基本的三個(gè)被測(cè)量。其中,電壓所以數(shù)字電壓表就成 為一種必不可少的測(cè)量?jī)x器。另外,由于數(shù)字式儀器具有讀數(shù)準(zhǔn)確方便,精度高,誤差小,靈敏度高和分辨率高,測(cè)量速度快等特點(diǎn)而倍受用戶青睞,數(shù)字式電壓表
48、就是基于這種需求而發(fā)展起來的,是一種必不可少的電子測(cè)量?jī)x表。</p><p><b> 2.2 設(shè)計(jì)意義</b></p><p> 這個(gè)課題的目的和意義在于使自己掌握對(duì)數(shù)字電壓表的理解,自己動(dòng)手設(shè)計(jì)數(shù)字電壓表與仿真,它可以廣泛的應(yīng)用于電壓測(cè)量外,通過各種變換器還可以測(cè)量其他電量和非電量,測(cè)量是一種認(rèn)識(shí)過程,就是用實(shí)驗(yàn)的方法將被測(cè)量和被選用的相同參量進(jìn)行比較, 從而
49、確定它的大小。 DVM廣泛應(yīng)用于測(cè)量領(lǐng)域每期測(cè)量的準(zhǔn)確度和可信度取決于它的主要性能和技術(shù)指標(biāo)。所示我們要學(xué)習(xí)和掌握如何設(shè)計(jì)DVM就顯得十分重要。</p><p> 3 數(shù)字電壓設(shè)計(jì)的兩種方案</p><p> 設(shè)計(jì)數(shù)字電壓表有多種的設(shè)計(jì)方法,方案是多種多樣的,由于大規(guī)模集成電路數(shù)字芯片的高速發(fā)展,各種數(shù)字芯片品種多樣,導(dǎo)致對(duì)模擬數(shù)據(jù)的采集部分的不一致性,進(jìn)而又使對(duì)數(shù)據(jù)的處理及顯示的方式
50、的多樣性。又由于在現(xiàn)實(shí)的工作生活中,電壓表的測(cè)量測(cè)程范圍是比較大的,所以必須要對(duì)輸入電壓作分壓處理,而各個(gè)數(shù)據(jù)處理芯片的處理電壓范圍不同,則各種方案的分段也不同。下面介紹兩種數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)方案。</p><p> 3.1 由數(shù)字電路及芯片構(gòu)建</p><p> 這種設(shè)計(jì)方案是由模擬電路與數(shù)字電路兩大部分組成,模擬部分包括輸入放大器。A/D 轉(zhuǎn)換器和基準(zhǔn)電壓源;數(shù)字部分包括計(jì)數(shù)器,譯碼
51、器,邏輯控制器,振蕩器和顯示器。其中,A/D轉(zhuǎn)換器是它的核心器件,它將輸入的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。模擬電路和數(shù)字電路是相互聯(lián)系的,由邏輯控制電路產(chǎn)生控制信號(hào),按規(guī)定的時(shí)序?qū)/D轉(zhuǎn)換器中各組模擬開關(guān)接通或斷開,保證A/D轉(zhuǎn)換正常進(jìn)行。A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果通過計(jì)數(shù)譯碼電路變換成段碼,最后驅(qū)動(dòng)顯示器顯示出相應(yīng)的數(shù)值。此方案設(shè)計(jì)其優(yōu)點(diǎn)是,設(shè)計(jì)成本低,能夠滿足一般的電壓測(cè)量。但設(shè)計(jì)不靈活,都是采用純硬件電路,很難將其在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展。</p
52、><p> 3.2 由單片機(jī)系統(tǒng)及 A/D 轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)建</p><p> 這種方案是利用單片機(jī)系統(tǒng)與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片,顯示模塊等的結(jié)合構(gòu)建數(shù)字電壓表。由于單片機(jī)的發(fā)展已經(jīng)成熟,利用單片機(jī)系統(tǒng)的軟硬件結(jié)合,可以組裝出來。此方案的原理是模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換芯片的基準(zhǔn)電壓端,被測(cè)量電壓輸入端分別輸入基準(zhǔn)電壓和被測(cè)電壓。模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換芯片將被測(cè)量電壓輸入端所采集到的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)
53、,然后通過對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行軟件編程,使單片機(jī)系統(tǒng)能按規(guī)定的時(shí)序來采集這些數(shù)字信號(hào),通過一定的算法計(jì)算出被測(cè)量電壓的值。最后單片機(jī)系統(tǒng)將計(jì)算好了的被測(cè)電壓值按一定的時(shí)序送入顯示電路模塊加以顯示。</p><p> 此方案不僅能夠繼承上一種方案的各種優(yōu)點(diǎn),還能改進(jìn)上一種設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)不靈活,難于在原基礎(chǔ)上進(jìn)行功能擴(kuò)展等不足。</p><p><b> 4 總體方案設(shè)計(jì)</b&
54、gt;</p><p><b> 4.1 設(shè)計(jì)要求 </b></p><p> ?、?以單片機(jī)為核心器件,組成一個(gè)簡(jiǎn)單的直流數(shù)字電壓表。</p><p> ?、?能夠測(cè)量0-5V之間的直流電壓值。</p><p> ?、?要求能在4位LED數(shù)碼管上輪流顯示或單路選擇顯示。測(cè)量的最小分辨率為 1.019v,測(cè)量誤差
55、為±0.02v。 </p><p> ⑷ 盡量使用較少的元器件。 </p><p><b> 4.2 設(shè)計(jì)思路 </b></p><p> 由上述可知,由單片機(jī)和A/D轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)建的的方案優(yōu)勢(shì)明顯,本次設(shè)計(jì)也是選擇了該方案。</p><p> 根據(jù)單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)本次設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心的電壓測(cè)量系
56、統(tǒng)。該系統(tǒng)以單片機(jī)和A/D轉(zhuǎn)換器核心內(nèi)件,能夠在單片機(jī)的控制下監(jiān)測(cè)八路的輸入電壓值,用8位串行A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行0-5V量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換,并且測(cè)量的電壓值可通過三位數(shù)碼管顯示,同時(shí)用一位數(shù)碼管顯示選擇通道。</p><p> 圖4-1 數(shù)字電壓表總體設(shè)計(jì)方框圖</p><p><b> 4.3 設(shè)計(jì)方案</b></p><p> 硬件電路設(shè)計(jì)由
57、6個(gè)部分組成: A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)、顯示系統(tǒng)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路以及測(cè)量電壓輸入電路。硬件電路設(shè)計(jì)框圖如圖4-1所示。</p><p><b> 5 硬件簡(jiǎn)介</b></p><p> 5.1 本設(shè)計(jì)單片機(jī)的選擇</p><p> 5.1.1常用單片機(jī)的特點(diǎn)比較本</p><p> 在這一設(shè)計(jì)中,我們涉及到了
58、一個(gè)關(guān)鍵系統(tǒng)模塊—單片機(jī)系統(tǒng)模塊,而目前單片機(jī)的種類是很繁多的,主要有主流的8位單片機(jī)和高性能的32位單片機(jī),結(jié)合本設(shè)計(jì)各方面因素,8位單片機(jī)對(duì)于本設(shè)計(jì)已經(jīng)是綽綽有余了,但將用哪一種類8的單片機(jī)呢?在這里,不得不先簡(jiǎn)單的介紹一下幾種常用的8位單片機(jī)。</p><p> 單片機(jī)是指一個(gè)集成在一塊芯片上的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng),具有一個(gè)完整計(jì)算機(jī)51 系列單片機(jī),AVR單片機(jī),PIC單片機(jī)。</p><
59、p> 應(yīng)用最廣的8位單片機(jī)還是INTEL的51系列單片機(jī)。51系列單片機(jī)的特點(diǎn)是:硬件結(jié)構(gòu)合理,指令系統(tǒng)規(guī)范,加之生產(chǎn)歷史悠久,世界有許多芯片公司都買了51的芯片核心專利技術(shù),并在其基礎(chǔ)上擴(kuò)充其性能,使得芯片的運(yùn)行速度變得更快,性價(jià)比更高。 </p><p> AVR 單片機(jī)是ATMEL公司推出較新的單片機(jī),它的顯著特點(diǎn)是:高性能,低功能,高速度,指令單周期為主,但性格方面比51單片機(jī)要高。有專門的I/
60、O方向寄存器。雖然有轉(zhuǎn)強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)電壓,但I(xiàn)/O口使用不比51單片機(jī)方便。PIC單片機(jī)系列是美國(guó)微芯公司的產(chǎn)品,也是市面上增長(zhǎng)最快的單片機(jī)之一,屬精簡(jiǎn)指令集單片機(jī),其特點(diǎn)是:高速度,高性能,但在性格方面比51單片機(jī)要高,也有專門的,I/O方向寄存器,I/O 口使用不比 51單片機(jī)方便。 </p><p> 5.1.2 單片機(jī)的選擇</p><p> 本設(shè)計(jì)中選用是51系列的AT89C52,
61、它是低電壓,低功耗,高性能的CMOS8 位單片機(jī),片內(nèi)含8KB的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器和256B的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,2個(gè) I/O 口線, 3 個(gè) 16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器,片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路,并與 MCS-51系列單片機(jī)兼容。在設(shè)計(jì)中,單片機(jī)起著連接硬件電路與程序運(yùn)行及存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的任務(wù),一方面,它將 A/D 轉(zhuǎn)換器。顯示器和語(yǔ)音芯片等通過I/O口地址線和數(shù)據(jù)線連接起來;另一方面, 它將用戶下載的程序通過控制總線控制數(shù)據(jù)的輸入輸出,從而
62、實(shí)現(xiàn)冊(cè)電壓的功能。</p><p> 圖5-1單片機(jī)總控制電路</p><p> 5.1.3 STC89C52單片機(jī)介紹</p><p> STC89C52是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲(chǔ)器(FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory )的低電壓,高性能COMOS8的微處理器,俗稱單片機(jī)
63、。該器件采用ATMEL搞密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造,與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。</p><p> 單片機(jī)總控制電路如圖5-1所示。</p><p><b> (1) 時(shí)鐘電路</b></p><p> STC89C52內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器,引腳RXD和TXD分別是此放大器的輸入端和輸出端。時(shí)鐘
64、可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。內(nèi)部方式的時(shí)鐘電路如圖5-2 (a) 所示,在RXD和TXD引腳上外接定時(shí)元件,內(nèi)部振蕩器就產(chǎn)生自激振蕩。定時(shí)元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶體振蕩頻率可以在1.2~12MHz之間選擇,電容值在5~30pF之間選擇,電容值的大小可對(duì)頻率起微調(diào)的作用。</p><p> 外部方式的時(shí)鐘電路如圖5-2(b)所示,RXD接地,TXD接外部振蕩器。對(duì)外部振蕩信號(hào)無特殊要
65、求,只要求保證脈沖寬度,一般采用頻率低于12MHz的方波信號(hào)。片內(nèi)時(shí)鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻,產(chǎn)生一個(gè)兩相時(shí)鐘P1和P2,供單片機(jī)使用。</p><p> RXD接地,TXD接外部振蕩器。對(duì)外部振蕩信號(hào)無特殊要求,只要求保證脈沖寬度,一般采用頻率低于12MHz的方波信號(hào)。片內(nèi)時(shí)鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻,產(chǎn)生一個(gè)兩相時(shí)鐘P1和P2,供單片機(jī)使用。</p><p> ?。╝)內(nèi)部方式時(shí)鐘電路
66、 (b)外部方式時(shí)鐘電路</p><p><b> 圖5-2 時(shí)鐘電路</b></p><p> RXD接地,TXD接外部振蕩器。對(duì)外部振蕩信號(hào)無特殊要求,只要求保證脈沖寬度,一般采用頻率低于12MHz的方波信號(hào)。片內(nèi)時(shí)鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻,產(chǎn)生一個(gè)兩相時(shí)鐘P1和P2,供單片機(jī)使用。</p><p>
67、 (2) 復(fù)位及復(fù)位電路</p><p><b> a、復(fù)位操作</b></p><p> 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。其主要功能是把PC初始化為0000H,使單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外,當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí),為擺脫困境,也需按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)。</p><p> 除PC之外
68、,復(fù)位操作還對(duì)其他一些寄存器有影響,它們的復(fù)位狀態(tài)如表5-1所示。</p><p> b、復(fù)位信號(hào)及其產(chǎn)生</p><p> RST引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端。復(fù)位信號(hào)是高電平有效,其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù)24個(gè)振蕩周期(即二個(gè)機(jī)器周期)以上。若使用頗率為6MHz的晶振,則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)超過4us才能完成復(fù)位操作。</p><p> 產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)的電路邏輯如圖5-3所
69、示。 </p><p> 表5-1一些寄存器的復(fù)位狀態(tài)</p><p> 圖5-3復(fù)位信號(hào)的電路邏輯圖</p><p> 整個(gè)復(fù)位電路包括芯片內(nèi)、外兩部分。外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號(hào)(RST)送至施密特觸發(fā)器,再由片內(nèi)復(fù)位電路在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2時(shí)刻對(duì)施密特觸發(fā)器的輸出進(jìn)行采樣,然后才得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號(hào)。</p><p>
70、 復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位相按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式。</p><p> 上電自動(dòng)復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的,其電路如圖 5-4(a)所示。這佯,只要電源Vcc的上升時(shí)間不超過1ms,就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位,即接通電源就成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。</p><p> 按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中,按鍵電平復(fù)位是通過使復(fù)位端經(jīng)電阻與Vcc電源接通而實(shí)現(xiàn)的,其電路如圖5-4
71、(b)所示;而按鍵脈沖復(fù)位則是利用RC微分電路產(chǎn)生的正脈沖來實(shí)現(xiàn)的,其電路如圖5-4(c)所示。</p><p> ?。╝)上電復(fù)位 (b)按鍵電平復(fù)位 (c)按鍵脈沖復(fù)位</p><p><b> 圖5-4復(fù)位電路</b></p><p> 上述電路圖中的電阻、電容參數(shù)適用于6MHz晶振,能保證復(fù)位信號(hào)高電平持續(xù)時(shí)間
72、大于2個(gè)機(jī)器周期。</p><p> 本系統(tǒng)的復(fù)位電路采用圖5-4(b)上電復(fù)位方式。</p><p> STC89C52具體介紹如下:</p><p> ?、?主電源引腳(2根)</p><p> VCC(Pin40):電源輸入,接+5V電源</p><p> GND(Pin20):接地線</p>
73、<p> ?、?外接晶振引腳(2根)</p><p> XTAL1(Pin19):片內(nèi)振蕩電路的輸入端</p><p> XTAL2(Pin20):片內(nèi)振蕩電路的輸出端</p><p> ③ 控制引腳(4根)</p><p> RST/VPP(Pin9):復(fù)位引腳,引腳上出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù) 位。&l
74、t;/p><p> ALE/PROG(Pin30):地址鎖存允許信號(hào)</p><p> PSEN(Pin29):外部存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)</p><p> EA/VPP(Pin31):程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通,接低電平從外部程序存儲(chǔ)器讀指 令,如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器讀指令。</p><p> ?、?可編程輸入/輸出引腳(32根)<
75、;/p><p> 表5-2 STC89C52主要功能</p><p> STC89C52單片機(jī)有4組8位的可編程I/O口,分別位P0、P1、P2、P3口,每 個(gè)口有8位(8根引腳),共32根。</p><p> PO口(Pin39~Pin32):8位雙向I/O口線,名稱為P0.0~P0.7</p><p> P1口(Pin1~Pin8)
76、:8位準(zhǔn)雙向I/O口線,名稱為P1.0~P1.7 </p><p> P2口(Pin21~Pin28):8位準(zhǔn)雙向I/O口線,名稱為P2.0~P2.7 </p><p> P3口(Pin10~Pin17):8位準(zhǔn)雙向I/O口線,名稱為P3.0~P3.7</p><p> STC89C52主要功能如表5-2所示。</p><p> (3
77、) 單片機(jī)最小系統(tǒng)</p><p> 單片機(jī)最小系統(tǒng)由一個(gè)單片機(jī)、一個(gè)晶振和2 個(gè)磁片電容組成,是單片機(jī)外圍核心電路,如圖5-5所示。</p><p> 5.2 本設(shè)計(jì)顯示器件選擇</p><p> 5.2.1 常用顯示器件簡(jiǎn)介</p><p> 本次設(shè)計(jì)中有顯示模塊,而常用的顯示器件比較多,有數(shù)碼管,LED點(diǎn)陣,1602液晶,128
78、64液晶等。 </p><p> 數(shù)碼管是最常用的一種顯示器件,它是由幾個(gè)發(fā)光二極管組成的8字段顯示器件,其特點(diǎn)是價(jià)格非常的便宜,用也非常的方便,顯示效果非常的清楚。小電流下可以驅(qū)動(dòng)發(fā)光,發(fā)光響應(yīng)時(shí)間極短,體積小,重量輕,抗沖擊性能好,壽命長(zhǎng)。但數(shù)碼管只能是顯示0—9的數(shù)據(jù)。不能夠顯示字符,這也是數(shù)碼管的不足之處。</p><p> 圖5-5 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖</p>&
79、lt;p> LED陣顯示器件是由好多個(gè)發(fā)光二極管組成的。具有高亮度,功耗低,視角大,壽命長(zhǎng),耐濕,冷,熱等特點(diǎn),LED點(diǎn)陣顯示器件可以顯示數(shù)字,英文字符,中文字符等。但用LED點(diǎn)陣顯示的軟件程序設(shè)計(jì)比較麻煩32個(gè)字符。1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形,這些字這些字符有:阿拉伯?dāng)?shù)字,英文字母的大小寫,常用的符號(hào),和日文假名等,每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼。使用時(shí)直接編寫軟件程序按一定的時(shí)序
80、驅(qū)動(dòng)即可。它的特點(diǎn)是顯示字跡清楚,價(jià)格相對(duì)便宜。</p><p> 12864液晶也是一種工業(yè)字符型液晶,它不僅能夠顯示1602液晶所可以顯示的字符,數(shù)字等信息,而且還可以顯示8*4個(gè)中文漢字和一些簡(jiǎn)單的圖片,顯示信息也非常的清楚。使用時(shí)也直接編寫軟件程序按一定的時(shí)序驅(qū)動(dòng)即可。不過它的價(jià)格比1602液晶貴了很多。</p><p> 5.2.2 顯示器件的選擇</p>&l
81、t;p> 數(shù)碼管是最常用的一種顯示器件,它是由幾個(gè)發(fā)光二極管組成的8字段顯示器件,其特點(diǎn)是價(jià)格非常的便宜,用也非常的方便,顯示效果非常的清楚。小電流下可以驅(qū)動(dòng)發(fā)光,發(fā)光響應(yīng)時(shí)間極短,體積小,重量輕,抗沖擊性能好,壽命長(zhǎng)。因此本次設(shè)計(jì)選用了數(shù)碼管作為顯示器件。</p><p> 5.2.3 LED 介紹</p><p> LED顯示是用發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件,也可稱為數(shù)碼管
82、,其外形結(jié)構(gòu)如圖所示,由圖5-6可見它由8個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成,通過不同的組合可用來顯示0~9、A~F及小數(shù)點(diǎn)。</p><p> ?。╝)管腳配置 (b) 共陰極 (c) 共陽(yáng)極</p><p><b> 圖 5-6 數(shù)碼管</b></p><p> LED顯示器分為共陰極和共陽(yáng)極,共陰極是將8個(gè)發(fā)光
83、二極管陰極連接在一起作為公共端,而共陽(yáng)極是將8個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極連接在一起作為公共端。LED顯示器有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)顯示兩種方式,靜態(tài)顯示是將共陰極聯(lián)到一起接地,每位的顯示段(a-dp)分別與一個(gè)8位的鎖存器輸出相連。由于顯示的各位可以相互獨(dú)立,各位可以互相顯示,只要在該位的段選線上保持段選碼電平,該位就能保持相應(yīng)的顯示字符。并且由于各位由一個(gè)8位鎖存器控制段選線,故在同一時(shí)間內(nèi)每一位顯示的字符可以不同。這種方式占用鎖存器較多。動(dòng)態(tài)顯示是將所
84、有位的段選線相應(yīng)的并聯(lián)在一起,由一個(gè)8位的I/O口控制,形成段選線的多路復(fù)用。而各位的陰極分別由相應(yīng)的I/O口控制,實(shí)現(xiàn)各位的分時(shí)選通。要LED能夠顯示相應(yīng)的字符,就必須采用動(dòng)態(tài)掃描方式,只要每位顯示的時(shí)間足夠短,則可造成多位同時(shí)顯示的假象,達(dá)成顯示的目的。在數(shù)字電路中常常要把數(shù)據(jù)或運(yùn)算結(jié)果通過半導(dǎo)體數(shù)碼管、液晶數(shù)碼和熒光數(shù)碼管,用十進(jìn)制數(shù)顯示出來。</p><p> 發(fā)光二極管的工作電壓為1.5V-3.0V,
85、工作電流為己毫安到幾十毫安,壽命很長(zhǎng)。半導(dǎo)體數(shù)碼管將十位數(shù)分成七個(gè)字段,每段為一個(gè)發(fā)光二極管,其字形結(jié)構(gòu),選擇不同的字段發(fā)光,可顯示出不同的字型。共陽(yáng)極:把發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起構(gòu)成共陽(yáng)極。使用時(shí)公共端接Vcc,當(dāng)某陽(yáng)極為低電平時(shí),該發(fā)光二極管就導(dǎo)通發(fā)光。輸出一個(gè)段碼就可以控制LED顯示器的字型,表5-3給出了段碼與字型的關(guān)系,假定a、b、c、d、e、f、g、DP分別對(duì)應(yīng)D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7。</p&g
86、t;<p> 表5-3 段碼與字型的關(guān)系</p><p> 5.3 本設(shè)計(jì)A/D芯片介紹</p><p> 5.3.1 常用的A/D芯片介紹</p><p> 常用的A/D芯片有AD0809,AD0832,LC2543C等幾種。下面簡(jiǎn)單介紹一下這三種芯片。</p><p> AD0809是8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器,它
87、是由一個(gè)8路的模擬開關(guān),一個(gè)地址鎖存譯碼器,一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通 8個(gè)模擬通道,允許8路模擬量分時(shí)輸入,共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。些A/D轉(zhuǎn)換器是的特點(diǎn)是8位精度,屬于并行口,如果輸入的模擬量變化大快,必須在輸入之前增加采樣電路。</p><p> AD0832也是8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器,可支持致命傷個(gè)單端輸入通道和一個(gè)差分輸 入通道。它易于和微處理器接口或獨(dú)立使用;可滿
88、量程工作;可用地址邏輯多路器選通各輸 入通道。</p><p> TLC2543C是12位開關(guān)電容逐次逼近 A/D 轉(zhuǎn)換,每個(gè)器件有三個(gè)控制輸入端,片選, 輸入/輸出時(shí)鐘以及地址輸入端。它可以從主機(jī)高速傳輸轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。它有高速的轉(zhuǎn)換,通用的控制能力,具有簡(jiǎn)化比率轉(zhuǎn)換,刻度以及模擬電路與邏輯電路和電源噪聲隔離,耐高溫等特點(diǎn)。 </p><p> 綜合上述幾種A/D轉(zhuǎn)換芯片的特點(diǎn),為了滿足本
89、次設(shè)計(jì)需求,本次設(shè)計(jì)選用ADC0809芯片</p><p> 5.3.2 ADC0809芯片介紹</p><p> 隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展,目前不同廠家已經(jīng)生產(chǎn)出了多種型號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換器,以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)合的需要。如果按照轉(zhuǎn)換原理劃分,主要有3種類型,即雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器和并行式A/D轉(zhuǎn)換器。目前最常用的是雙積分和逐次逼近式。本次設(shè)計(jì)采用8位逐次逼近式A/
90、D轉(zhuǎn)換器ADC0809。</p><p><b> 1)主要特性</b></p><p> a、8路8位A/D轉(zhuǎn)換器,即分辨率8位。 b、具有轉(zhuǎn)換起??刂贫恕? c、轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs d、單個(gè)+5V電源供電 e、模擬輸入電壓范圍0~+5V,不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。 f、工作溫度范圍為-40~+85攝氏度?!?g、低功耗,約
91、15mW。</p><p><b> 2)引腳功能</b></p><p> ADC0809芯片有28條引腳,采用雙列直插式封裝,如圖5-6 所示。下面說明各引腳功能。 IN0~I(xiàn)N7:8路模擬量輸入端?! ?-1~2-8:8位數(shù)字量輸出端。 ADDA、ADDB、ADDC:3位地址輸入線,用與選通8路模擬輸入中的一路。如表5-4所示。 <
92、/p><p> 表5-4 ADDA、ADDB、ADDC真值表</p><p> ALE:地址鎖存允許信號(hào),輸入,高電平有效。 START: A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào),輸入,高電平有效。 EOC: A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào),輸出,當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí),此端輸出一個(gè)高電平(轉(zhuǎn)換期間一直為低電平)。 OE:數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào),輸入,高電平有效。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí),此端輸入一個(gè)高電平,才
93、能打開輸出三態(tài)門,輸出數(shù)字量?!? CLK:時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ。 REF(+)、REF(-):基準(zhǔn)電壓。 Vcc:電源,單一+5V。 GND:地。</p><p> ADC0809的工作過程是:首先輸入3位地址,并使ALE=1,將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換,之后
94、EOC輸出信號(hào)變低,指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到A/D轉(zhuǎn)換完成,EOC變?yōu)楦唠娖?,指示A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束,結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器,這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng)OE輸入高電平 時(shí),輸出三態(tài)門打開,轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。</p><p> 圖5-6 ADC0809引腳圖</p><p><b> 6 接口電路</b></p><p><b&
95、gt; 6.1 顯示電路</b></p><p> 設(shè)計(jì)中采用的是7段LED數(shù)碼管來顯示電壓值。LED具有耗電低、亮度高、視角大、線路簡(jiǎn)單、耐震及壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),它由4個(gè)發(fā)光二極管組成。把4個(gè)發(fā)光二極管連在一起,公共端接高電平,叫共陽(yáng)極接法,相反,公共端接低電平的叫共陰極接法,我們采用共陽(yáng)極接法。 若要顯示多個(gè)數(shù)字,只要讓若干個(gè)數(shù)碼管的位碼循環(huán)為高電平就可以了。</p><p&g
96、t; 根據(jù)設(shè)計(jì)要求,顯示電路需要4位LED數(shù)碼管來顯示電壓值 。利用單片機(jī)的I/O口驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管的亮滅,設(shè)計(jì)中由P1口驅(qū)動(dòng)LED的段碼顯示,即顯示字符,由P3口選擇LED位碼,即選擇點(diǎn)亮哪位LED來顯示。</p><p> 電路如圖6-1所示(本次設(shè)計(jì)中在數(shù)碼管和單片機(jī)之間加了74HC244芯片)。</p><p> 圖6-1 LED數(shù)碼管顯示電路</p><
97、p> 6.2 ADC0809與單片機(jī)接口電路</p><p> ADC0809具有8路模擬輸入端口,由于ADC0809內(nèi)部含有輸出三態(tài)緩沖鎖存器,所以可以直接將8位數(shù)字量輸出端與單片機(jī)P0口相連。</p><p> P0端口作A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)讀入用,P2端口用作0809的A/D轉(zhuǎn)換控制。地址線(23~25腳)可決定對(duì)哪一路模擬輸入作A/D轉(zhuǎn)換。</p><p&
98、gt; 22腳ALE為地址鎖存控制,當(dāng)輸入為高電平時(shí),對(duì)地址信號(hào)進(jìn)行鎖存。</p><p> 6腳START為測(cè)試控制,當(dāng)輸入一個(gè)2us寬高電平時(shí),就開始A/D轉(zhuǎn)換。</p><p> 7腳EOC為A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志,當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí),7腳輸出高電平。</p><p> 9腳為A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出允許控制,當(dāng)OE腳為高電平,A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)從該端口輸出。<
99、;/p><p> 10腳為ADC0809的時(shí)鐘輸入端,利用單片機(jī)30腳的六分頻晶振頻率再通過分頻器二分頻得到1MHz時(shí)鐘。 </p><p> 圖6-2 ADC0809與AT89C52連接圖</p><p><b> 7 具體設(shè)計(jì)思路</b></p><p><b> 7.1 技術(shù)要求</b>&
100、lt;/p><p> 簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表應(yīng)用系統(tǒng)主要利用A/D轉(zhuǎn)換器,處理過程如下:先用A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)各路電壓值進(jìn)行采樣,得到相應(yīng)的數(shù)字量,再按數(shù)字量與模擬量成正比關(guān)系運(yùn)算得到對(duì)應(yīng)的模擬電壓值,然后把模擬值通過顯示器顯示出來。設(shè)計(jì)時(shí)假設(shè)待測(cè)的輸入電壓為8路,電壓值的范疇為0~5V,要求能在4位LED數(shù)碼管上輪流顯示或單路選擇顯示。測(cè)量的最小分辨率為0.019V,絕對(duì)測(cè)量誤差為+0.02V和-0.02V。</p&g
101、t;<p><b> 7.2 設(shè)計(jì)方案</b></p><p> 根據(jù)系統(tǒng)的功能要求,控制系統(tǒng)采用AT89C52單片機(jī),A/D轉(zhuǎn)換器采用ADC0809。ADC0809是8位的A/D轉(zhuǎn)換器。當(dāng)輸入電壓為5.00V時(shí),輸出的數(shù)據(jù)值為255(0FFH),因此最大分辨率為0.0196V(5/255)。ADC0809具有8路模擬量輸入端口,通過3位地址輸入端能從8路中選擇一路進(jìn)行轉(zhuǎn)換
102、。如每隔一段時(shí)間依次輪流改變3位地址輸入端的地址,就能依次對(duì)8路輸入電壓進(jìn)行測(cè)量。LED數(shù)碼管顯示采用軟件譯碼動(dòng)態(tài)顯示。通過按鍵選擇可8路循環(huán)顯示,也可單路顯示,單路顯示可通過按鍵選擇顯示的通道數(shù)。</p><p> 圖7-1 數(shù)字電壓表系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案框圖</p><p> 簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表應(yīng)用系統(tǒng)主要利用A/D轉(zhuǎn)換器,處理過程如下:先用A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)各路電壓值進(jìn)行采樣,得到相應(yīng)的數(shù)字量,
103、再按數(shù)字量與模擬量成正比關(guān)系運(yùn)算得到對(duì)應(yīng)的模擬電壓值,然后把模擬值通過顯示器顯示出來。設(shè)計(jì)時(shí)假設(shè)待測(cè)的輸入電壓為8路,電壓值的范疇為0~5V,要求能在4位LED數(shù)碼管上輪流顯示或單路選擇顯示。測(cè)量的最小分辨率為0.019V,絕對(duì)測(cè)量誤差為+0.02V和-0.02V。</p><p> 8 硬件電路系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)</p><p><b> 8.1 總電路模塊</b>&
104、lt;/p><p> 簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表應(yīng)用系統(tǒng)硬件電路由單片機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)碼管顯示電路和按鍵處理電路組成,它的硬件電路如圖8-1。</p><p> 8.2 硬件系統(tǒng)電路簡(jiǎn)介</p><p> (1) ADC0809具有8路模擬量輸入通道IN0~IN7,通過3位地址輸入端C、B、A(23~25引腳)進(jìn)行選擇。22引腳為地址鎖存控制端ALE,當(dāng)輸入為高電平時(shí),C
105、、B、A引腳輸入的地址鎖存于ADC0809內(nèi)部的鎖存器中,經(jīng)內(nèi)部譯碼選中相應(yīng)的模擬通道。6引腳為啟動(dòng)轉(zhuǎn)換控制端START,當(dāng)輸入一個(gè)2us寬的高電平脈沖時(shí),就啟動(dòng)ADC0809開始對(duì)輸入通道的模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換。7引腳為A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)EOC,ADC0809為逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器,當(dāng)開始轉(zhuǎn)換時(shí),EOC信號(hào)為低電平,經(jīng)過一定時(shí)間,轉(zhuǎn)換結(jié)束,轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)EOC輸出高電平,轉(zhuǎn)換的結(jié)果存放在ADC0809內(nèi)部的輸出數(shù)據(jù)鎖存器中。9引腳為A/D轉(zhuǎn)
106、換數(shù)據(jù)輸出允許控制端OE,當(dāng)OE為高電平時(shí),存放在輸出數(shù)據(jù)鎖存器中的數(shù)據(jù)通過ADC0809的數(shù)據(jù)線D0~D7輸出。10引腳為ADC0809的時(shí)鐘信號(hào)輸入端CLOCK。在連接時(shí)候,ADC0809的數(shù)據(jù)線D0~D7與AT89C51的P0口相連,ADC0809的地址引腳、地址鎖存端ALE、啟動(dòng)信號(hào)START、數(shù)據(jù)輸出允許控制端OE分別與AT89C52的P2口相連,轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)EOC與AT89C5</p><p> ?。?/p>
107、2)LED數(shù)碼管采用動(dòng)態(tài)掃描方式連接,通過AT89C52的P1口控制。P1口為L(zhǎng)ED數(shù)碼管的字段碼輸出端。 </p><p> ?。?)K1和K2是兩個(gè)按鍵開關(guān),它通過單片機(jī)的P3.5和P3.6相連,K1用于單路顯示或多路循環(huán)顯示轉(zhuǎn)換控制,K2當(dāng)單路顯示時(shí)通道選擇。</p><p> 圖8-1 硬件總電路圖</p><p><b> 9 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)&
108、lt;/b></p><p> 多路數(shù)字電壓表系統(tǒng)軟件程序由主程序、A/D轉(zhuǎn)換子程序和顯示子程序組成。</p><p><b> 9.1 主程序</b></p><p> 主程序包含初始部分、調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換子程序和調(diào)用顯示程序,如圖9-1所示。初始化部分包含存放通道數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)初始化和顯示緩沖區(qū)初始化。另外,對(duì)于單路顯示和循環(huán)顯示,
109、系統(tǒng)設(shè)置一個(gè)標(biāo)志位00H控制,初始化時(shí)00H位設(shè)置為0,默認(rèn)為循環(huán)顯示,當(dāng)它為1時(shí)改變?yōu)閱温凤@示控制,00H位通過單路/循環(huán)按鍵控制。</p><p> 圖9-1 主程序流程圖</p><p> 9.2 A/D轉(zhuǎn)換子程序</p><p> A/D轉(zhuǎn)換子程序用于對(duì)ADC0809八路輸入模擬電壓進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,并將轉(zhuǎn)換的數(shù)值存入8個(gè)相應(yīng)的存儲(chǔ)單元中,如圖9-2所示
110、。A/D轉(zhuǎn)換子程序每隔一定時(shí)間調(diào)用一次,即隔一段時(shí)間對(duì)輸入電壓采樣一次。</p><p><b> 9.3 顯示子程序</b></p><p> LED數(shù)碼管采用軟件譯碼動(dòng)態(tài)掃描方式。在顯示子程序中包含多路循環(huán)顯示程序和單路顯示程序,多路循環(huán)顯示程序把8個(gè)存儲(chǔ)單元的數(shù)值依次取出送到4個(gè)數(shù)碼管上顯示,每一路顯示1秒。單路顯示程序只對(duì)當(dāng)前選中的一路數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。每路
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