简易数字电压表的制作

综合设计报告 专业__________________________ 班级__________________________ 姓名___________________________ 时间___________________________ 摘要 数字电压 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 可缩写为DVM（Digital Voltmeter），它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量（直流输入电压）转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。与模拟电压表相比，数字电压表有很多优点：它的量程范围宽，精度高，并以数字显示结果；测量速度快。目前数字电压表已经广泛用于电压的测量和仪表的校准。 本毕业设计的课 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 是“简易数字电压表的设计”，主要考核我们对单片机技术，编程能力等方面的情况。观察我们独立分析、设计单片机的能力，以及实际编程技能。 该电压表的测量电路主要由四个模块组成：量程自动转换模块、A/D转换模块、数据处理模块及显示控制模块。A/D转换主要由芯片ADC0574来完成，它负责把采集到的模拟量转换为相应的数字量再传送到数据处理模块。数据处理则由芯片AT89S51来完成，其负责把ADC574传送来的数字量经一定的数据处理，产生相应的显示码送到显示模块进行显示；另外它还控制着ADC5749芯片的工作。显示模块主要由液晶LCD1602及相应的驱动芯片组成，显示测量到的电压值测量电压分3档：0-200mv，0.2-2v，2-20v，量程之间自动转换。 关键词：数字电压表、0-20V、3位半、量程自动转换 目录 1综合设计报告 2第一章 综合设计任务 21.1 综合设计目的 31.2 综合设计任务 31.3 设计任务要求 31.4 综合设计要求 3第二章 总体设计 32.1数字电压表基本工作原理 42.2 硬件设计 42.2.1 设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 与比较 42.2.2 硬件设计 12２.３软件设计 12２.３.１　流程图 13２.３.２　程序 24第三章 系统制作与调试 24３.１焊接 24３.２调试 25第四章 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 26参考文献 26致谢 第一章 综合设计任务 1.1 综合设计目的 本综合设计是在学生已经学完所有的专业技术基础课程以及专业课程后进行的，立争以工厂或公司现有工作过程中的技术专题为起点，以小型测控、测试系统以及简单仪器仪表为平台，通过已掌握的知识及技术完成电路的基本分析与简单设计，并能对制作的单元电路进行调试，完成整机电路的功能测试等。学生应具有对方案实现过程中出现问题的分析及解决的能力，具备电子产品的调试能力，熟悉在设计中所使用的传感器、报警器、显示器，CPU控制单元以及各种常用集成电路并能加以应用，最终提高学生设计，制作以及解决问题的综合能力。 1.2 综合设计任务 设计制作一个简易数字电压表，系统原理框图如下： 该简易电压表对输入的0~20V模拟直流电压进行测量和数据显示。 1.3 设计任务要求 设计要求 （1）测量范围0-20V。量程为0-200mV，200mV-2V，2V-20V。 （2）显示位数为3位半。 （3）各量程之间可自动转换。 （4）选取合理的元器件，搭接线路。 （5）对自己所设计的简易数字电压表进行测试标定。 （6）编写设计报告，所有文字部份按〈〈成都航空职业技术学院毕业设计规范〉〉进行编写。所有电路图需用PROTEL99或其它电路图工具制图（不允许手工画图）。 1.4 综合设计要求 在进行综合设计前，要求学生已学过计算机文化基础、程序设计、电子线路、数字电路、微机原理与接口技术、电子测量与仪器、非电量电测等理论课和相关实验课。要求学生具备各种基本电路的应用能力，具有数字、模拟电子小系统的设计能力，要求学生会设计并连接必要的硬件电路，通过CPU控制单元，实现题目要求的基本功能。 第二章 总体设计 2.1数字电压表基本工作原理 在单片机AT89S51的控制下，使用单片高速12位逐次比较型A/D转换器AD574将测量的电压值转换成数字形式并以数字形式表示在LCD1602上。 2.2 硬件设计 2.2.1 设计方案设计与比较 2.2.2 硬件设计 1、 AT89S51 AT89S51 是美国 ATMEL 公司生产的低功耗，高性能 CMOS8 位单片机，片内含 4k bytes 的可系统编程的 Flash 只读程序。存储器器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 8051 指令系统及引脚。它集 Flash 程序存储器，既可在线编程（ISP）也可用传统 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 进行编程及通用 8 位微处理器于单片芯片中，ATMEL 公司的功能强大，低价位 AT89S51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。 引脚图： 功能特性概述： AT89S51 提供以下标准功能：4k 字节 Flash 闪速存储器，128 字节内部 RAM，32 个 I／O 口线，看门狗（WDT），两个数据指针，两个 16 位定时／计数器，一个 5 向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89S51 可降至 0Hz 的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止 CPU 的工作，但允许 RAM，定时／计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存 RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。 管脚说明： VCC：电源电压输入端。 GND：电源地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口除了作为普通I/O口，还有第二功能： P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1） 　P3.4 T0（T0定时器的外部计数输入） 　P3.5 T1（T1定时器的外部计数输入） 　P3.6 /WR（外部数据存储器的写选通） 　P3.7 /RD（外部数据存储器的读选通） 　P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 　I/O口作为输入口时有两种工作方式，即所谓的读端口与读引脚。读端口时实际上并不从外部读入数据，而是把端口锁存器的内容读入到内部总线，经过某种运算或变换后再写回到端口锁存器。只有读端口时才真正地把外部的数据读入到内部总线。89C51的P0、P1、P2、P3口作为输入时都是准双向口。除了P1口外P0、P2、P3　口都还有其他的功能。 RST：复位输入端，高电平有效。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：地址锁存允许/编程脉冲信号端。当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 　PSEN：外部程序存储器的选通信号，低电平有效。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 　EA/VPP：外部程序存储器访问允许。当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 　XTAL1：片内振荡器反相放大器和时钟发生器的输入端。 　XTAL2：片内振荡器反相放大器的输出端。 ２.Ａ/Ｄ转换原理　ＡＤ５７４  　　 AD574A是美国模拟数字公司（Analog）推出的单片高速12位逐次比较型A/D转换器，内置双极性电路构成的混合集成转换显片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能，只需外接少量的阻容件即可构成一个完整的A/D转换器，其主要功能特性如下： （１）分辨率：12位 （２）非线性误差：小于±1/2LBS或±1LBS （３）转换速率：25us　 （４）模拟电压输入范围：0—10V和0—20V，0—±5V和0—±10V两档四种　 （５）电源电压：±15V和5V　 （６）数据输出格式：12位/8位　 （７）芯片工作模式：全速工作模式和单一工作模式 引脚图： 　　　 AD574A的引脚说明： 　　[1]. Pin1(+V)——+5V电源输入端。 　　[2]. Pin2()——数据模式选择端，通过此引脚可选择数据纵线是12位或8位输出。 　　[3]. Pin3()——片选端。 　　[4]. Pin4(A0)——字节地址短周期控制端。与端用来控制启动转换的方式和数据输出格式。须注意的是，端TTL电平不能直接+5V或0V连接。 　　[5]. Pin5()——读转换数据控制端。 　　[6]. Pin6(CE)——使能端。 　　[7]. Pin7(V+)——正电源输入端，输入+15V电源。 　　[8]. Pin8(REF OUT)——10V基准电源电压输出端。 　　[9]. Pin9(AGND)——模拟地端。 　　[10]. Pin10(REF IN)——基准电源电压输入端。 　　[11]. Pin(V-)——负电源输入端，输入-15V电源。 　　[12]. Pin1(V+)——正电源输入端，输入+15V电源。 　　[13]. Pin13(10V IN)——10V量程模拟电压输入端。 　　[14]. Pin14(20V IN)——20V量程模拟电压输入端。 　　[15]. Pin15(DGND)——数字地端。 　　[16]. Pin16—Pin27(DB0—DB11)——12条数据总线。通过这12条数据总线向外输出A/D转换数据。 [17]. Pin28(STS)——工作状态指示信号端，当STS=1时，表示转换器正处于转换状态，当STS=0时，声明A/D转换结束，通过此信号可以判别A/D转换器的工作状态，作为单片机的中断或查询信号之用。 AD574A控制端标志意义 CE A0 工作状态 0 X X X X 禁止 x 1 X X X 禁止 1 0 0 X 0 启动12位转换 1 0 0 X 1 启动8位转换 1 0 1 接+5V X 12位并行输出有效 1 0 1 接0V 0 高8位并行输出有效 1 0 1 接0V 1 低4位并行输出有效 ３.ＬＣＤ１６０２ 在日常生活中，我们对液晶显示器并不陌生。液晶显示模块已作为很多电子产品的通过器件，如在计算器、万用表、电子表及很多家用电子产品中都可以看到，显示的主要是数字、专用符号和图形。 在单片机系统中应用晶液显示器作为输出器件有以下几个优点：显示质量高,数字式接口.体积小、重量轻,功耗低。 LCD1602主要技术参数： 显示容量:16×2个字符 芯片工作电压:4.5—5.5V 工作电流:2.0mA(5.0V) 模块最佳工作电压:5.0V 字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm 引脚功能说明： LCD1602采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如下所示: 编号 符号 引脚说明 编号 符号 引脚说明 1 VSS 电源地 9 D2 数据 2 VDD 电源正极 10 D3 数据 3 VL 液晶显示偏压 11 D4 数据 4 RS 数据/命令选择 12 D5 数据 5 R/W 读/写选择 13 D6 数据 6 E 使能信号 14 D7 数据 7 D0 数据 15 BLA 背光源正极 8 D1 数据 16 BLK 背光源负极 ４. CD4051 功能概述： CD4051/CC4051是单8通道数字控制模拟电子开关，有三个二进制控制输入端A、B、C和INH输入，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流。幅值为4.5～20V的数字信号可控制峰值至20V的模拟信号。例如，若VDD=+5V，VSS=0，VEE=-13.5V，则0～5V的数字信号可控制-13.5～4.5V的模拟信号。这些开关电路在整个VDD-VSS和VDD-VEE电源范围内具有极低的静态功耗，与控制信号的逻辑状态无关。当INH输入端=“1”时，所有的通道截止。三位二进制信号选通8通道中的一通道，可连接该输入端至输出。其中VEE可以接负电压，也可以接地。当输入电压有负值时，VEE必须接负电压，其他时候可以接地。 CD4051参数： 电源电压范围…………3V～15V 输入电压范围…………0V～VDD 工作温度范围 M类…………－55℃～125℃ E 类………….－40℃～85℃ 引脚图： CD4051引脚功能说明 引脚号 符号 功能 1 2 4 5 12 13 14 15 IN/OUT 输入/输出端 9 10 11 A B C 地址端 3 OUT/IN 公共输出/输入端 6 INH 禁止端 7 VEE 负电压端 8 Vss 数字信号接地端 16 VDD 电源+ 2.2.3 数字电压表原理图 ２.３软件设计 ２.３.１　流程图 ２.３.２　程序 #include //包含单片机寄存器的头文件 #include //包含_nop_()函数定义的头文件 sbit RC=P3^4; //将RC位定义为P3.4引脚 sbit A0=P3^5; //将A0位定义为P3.5引脚 sbit STS=P3^7; //将STS位定义为P3.5引脚 sbit A=P2^1;//4051通道选择定义 sbit B1=P2^2; sbit C=P2^3; ////////////////////////////////////////////////////////////////// unsigned char code digit[10]={"0123456789"}; //定义字符数组显示数字 unsigned char code Str[]={"Volt:"}; //说明显示的是电压 /******************************************************************************* 以下是对液晶模块的操作程序 *******************************************************************************/ sbit RS=P2^5; //寄存器选择位，将RS位定义为P2.5引脚 sbit RW=P2^6; //读写选择位，将RW位定义为P2.6引脚 sbit E=P2^7; //使能信号位，将E位定义为P2.7引脚 sbit BF=P0^7; //忙碌标志位，，将BF位定义为P0.7引脚 /***************************************************** 函数功能：延时1ms (3j+2)*i=(3×33+2)×10=1010(微秒)，可以认为是1毫秒 ***************************************************/ void delay1ms() { unsigned char i,j; for(i=0;i<10;i++) for(j=0;j<33;j++) ; } /***************************************************** 函数功能：延时若干毫秒 入口参数：n ***************************************************/ void delaynms(unsigned char n) { unsigned char i; for(i=0;i>4); return(dat); } /**************多次采样求平均值*************************/ unsigned int AD_disp()//多次采样处理 {unsigned int ad_sum,av,addate[8]; unsigned char s; for(s=0;s<8;s++) //AD采样8次 { addate[s]=AD_574();; //采样数据保存 delaynms(8); } ad_sum=0; for(s=0;s<8;s++) //8次AD相加后除8求平均AD值 {ad_sum=ad_sum+addate[s]; } av=(unsigned int)(ad_sum/8); return(av); } /***************************************************** 函数功能：主函数 ***************************************************/ main(void) { unsigned int AD_val; //储存A/D转换后的值 unsigned char Int,Dec; //分别储存转换后的整数部分与小数部分 LcdInitiate(); //将液晶初始化 delaynms(5); //延时5ms给硬件一点反应时间 display_volt(); //显示温度说明 display_dot(); //显示温度的小数点 _20v: while(1) { A=1;B1=0;C=0; AD_val= AD_disp(); //进行A/D转换 if(AD_val<82) goto _2v; Int=(AD_val*100)/4095; //计算整数部分分辨率10/4095再放大10倍 Dec=(AD_val*100%4095)*1000/4905; //计算小数部分保留3位 if(Int<10) display11(Int);//一整数位显示 else display1(Int); //二位整数显示整数部分 display2(Dec); //显示小数部分 display_V(); //显示温度的单位 delaynms(250); //延时250ms } _2v: while(1) { A=0;B1=1;C=0; if(AD_val<82) goto _200mv; if(AD_val>819) goto _20v; Int=(AD_val*10)/4095; //计算整数部分分辨率10/4095 Dec=(AD_val*10%4095)*1000/4905; //计算小数部分保留3位 display11(Int); //显示整数部分(一位) display2(Dec); //显示小数部分 display_V(); //显示温度的单位 delaynms(250); //延时250ms } _200mv: while(1) { A=1;B1=1;C=0; if(AD_val>819) goto _2v; Int=(AD_val*1000)/4095; //计算整数部分分辨率10/4095再放大100倍 Dec=(AD_val*1000%4095)*1000/4905; //计算小数部分保留3位 if(Int<10) display11(Int);//一整数位显示 else if(Int<100) display1(Int); //二位整数显示整数部分 else display3(Int);//三位整数显示 display2(Dec); //显示小数部分 display_mv(); //显示温度的单位 delaynms(250); //延时250ms } } 第3章 系统制作与调试 ３.１焊接 由于本次制作数字电压表使用的是万能版，所以在焊接上要特别注意引线的排列方式，否则不但调试时不好看清导线走向检查电路是否连接正确，而且电路容易受到很大的干扰。在排布元器件是要注意元器件的位置，能接近的元器件尽量接近并且使用其引脚搭线，这样可以使板子上的电路简单明了，便于查看。引线在焊接前首先要剥去塑胶皮使金属芯露出，金属芯不宜过长，一般为５ｍｍ左右，并且焊接前需镀锡。 ３.２调试 本次制作调试共分为３个部分： （1） 单片机＋显示器的调试 在焊接完单片机和显示器后，将显示程序拷入单片器，看显示器是否能正常显示程序中的符号。如果显示正常，则表示单片机与显示器之间的线路正常。这次调试一次成功。 （2） Ａ/Ｄ转换调试 将ＡＤ５７４及其相关电路焊接完成后，与单片机相连，单片机录入程序，使用试验台上+-5V电压进行转换查看效果。由于ＡＤ５７４只有２８个引脚，但是我们只有４０引脚的管座，所以当第一次试验不成功时，排查电路后发现有些线错焊到了空的引脚上。重新焊接后，ＡＤ５７４还是无法工作，且用电压表测量ＣＤ５７４的基准电压不正常，输入电压也并非+-15V，而是达到了２０多伏，并且ＬＭ３８７发烫。取掉芯片空载测量时，输入电压又恢复正常。在仔细检查了电路之后，发现没有接入公共地，接入后，芯片工作正常。 （3） ＣＤ４０５１的调试 关于CD4051的调试主要是关于电位器的调试，作为模拟开关电路，通过调试电位器实现对测量电压范围的选择。 （4） 程序的调试 程序调试时根据电路板来调试的，将程序烧制入单片机后，在实验台上接入+-15V和+-5V的电压后，调试电压并用实验室的数字电压表测量，看显示屏上的电压显示是否正确、是否根据电压变动而变动、与电压表之间的电压有多少误差，以此来慢慢调节程序。 第4章 总结 通过这次的综合设计，将三年来所学习的知识有了一个融会贯通的机会。从方案的选定，到电路设计，再到焊接与调试，这其中的每一步都需要我们将所学的知识融合到实践当中去。 在方案的设计阶段，需要充分考虑各个元器件的特性，再根据实训要求选定合适的元器件。由于所学的知识有限，在这期间还需要大量的查阅资料，以补充自己的疏漏与不足。在焊接的时候，需要注意元器件的排布，引线的排布，并且以最方便的形式进行焊接。调试的时候，要根据板子随时查找错漏处，并且要判断这种情况究竟是硬件问题还是软件问题，并随时进行调整。 由于此次设计中，大量使用了电位器，所以还要调节电位器使其达到最合适的状态。由于是用万能板进行焊接，还要注意考虑如何抗干扰。并且对于精度也需要通过元器件的选择来考虑。 在这次的综合设计中，我们小组分工合作，大量查阅资料，并且对于自己所需的资料进行筛选。在面对海量资料时，如何找出自己所需的资料也是一大难题。通过这次的设计，对于这方面也有了一定的掌握。 参考文献 【1】 《电子测量与仪器》，2009.7 黄燕 林训超主编 高等教育出版社 【2】 《单片机原理与应用》，2005.8 王迎旭主编 机械工业出版社 【3】 《单片机基础》，2007.6 李广弟主编 北京航空航天大学出版社 致 谢 本次综合设计能顺利的完成，离不开学校老师和同学的支持和帮助，特别是要感谢老师的悉心指导和谆谆教诲。 小组组员的团结互助也对本次设计起到了莫大作用。组员之间的默契配合以及对自己职责的尽心尽责是本次设计完成的关键。 最后要感谢学校给我们以本次设计的机会，让我们有了更全面的发展。 显示器 模拟电压 输入 硬件A/D转换器 控制器 显示器 模拟电压 输入 硬件A/D转换器 控制器