基于单片机数字电压表的设计和仿真(共44页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上摘 要本文介绍的是数字电压表的发展背景和利用单片机,A/D 转换芯片结合的方 法设计一个直流数字电压表。它的具体功能是:最高量程为 200V,分三个档位量程,即2V,20V,200V,可以通过调档开关来实现各个档位,当测得电压的数值小于1V时,系统会自动的将电压数值转换为以mV为电压单位的电压值,并且通过按键的方法能够测得后五秒的平均电压值。 单片机是一种集成电路芯片,采用超大规模技术把具有数据处理能力(如算 术运算,逻辑运算,数据传送,中断处理)的微处理器(CPU)。随着单片机技术的 飞速发展,各种单片机蜂拥而至,单片机技术已成为一个国家现代化科技水平的 重要标志。
2、 单片机可单独地完成现代工业控制所要求的智能化控制功能,这是单片机最大的特征。单片机控制系统能够取代以前利用复杂电子线路或数字电路构成的控 制系统,可以软件控制来实现,并能够实现智能化,现在单片机控制范畴无所不在,例如通信产品,家用电器,智能仪器仪表,过程控制和专用控制装置等等,单片机的应用领域越来越广泛。 本毕业设计的课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。观察独立分析,设计单片机的能力,以及实际编程 技能。 本课题主要解决A/D转换,数据处理及显示控制等三个模块。控制系统采用AT89C51单片机,A/D转换采用TLC2543。关键字介绍:单片机,AT8
3、9C51,A/D 转换,TLC2543,数据处理AbstractThis paper is the background of the development of digital voltmeter and using single chip computer, A/D conversion chip design method of the combination of the party A dc digital voltmeter. It is the specific function of: supreme range for 200 V, divide a gear range,
4、 namely 2 V, 20 V, 200 V, can switch to achieve each by shifting gear gear, when the voltage of the numerical less than 1 V, the system will automatically will convert to mV voltage values for the voltage is the voltage unit, and through the key method can measure five seconds after the average volt
5、age. MCU is a kind of integrated circuit chip, using the technology with large scale data processing ability (such as the art operations, logic operations, data transfer, interrupt handling) of the microprocessor (CPU). With the rapid development of the single chip microcomputer, all kinds of single
6、 chip in great Numbers, microcontroller technology has become a national modernization level of science and technology. SCM can complete modern industrial control alone for the intelligent control function, it is the greatest feature of single chip microcomputer. Single-chip microcomputer control sy
7、stem can be replaced by complex electronic circuit or before digital circuit consists of the control system system, can control software to achieve, and to realize intelligent, now single-chip microcomputer control category is everywhere, such as communication products, household appliances, intelli
8、gent instruments, process control and special control device and so on, the application field of single chip microcomputer more and more widely. This graduate design topic is simple digital voltmeter design. We mainly examine of single-chip processor technology technique, the programming ability, et
9、c. Observe independent analysis, design of the single chip microcomputer ability, and the actual programming skills. This subject mainly to solve A/D conversion, data processing and display control and so on three modules. The control system adopts AT89C51 single chip microcomputer, A/D conversion u
10、sing ADC0809. Keywords: A single-chip microcomputer, AT89C51, A/D conversion, ADC0809, data processing 目 录绪 论随着电子科学技术的发展,电子测量成为广大电子工作者必须掌握的手段,对测量的精度和功能的要求也越来越高,而电压的测量甚为突出,因为电压的测量最为普遍。同时随着微电子技术的迅速发展和超大规模集成电路的出现,特别是单片机的出现,正在引起测量控制仪表领域的新的技术革命。由于使用的是高效单片机作为核心的测量系统,以及灵敏度和精度较高的A/D转换器,使本直流电压表具有精度高、灵敏度强、性能可
11、靠、电路简单、成本低的特点, 加上经过优化的程序,使其有很高的智能化水平。数字电压表相对于指针表而言读数直观准确,电压表的数字化是将连续的模拟量转换成不连续的离散的数字形式并加以显示。这有别于传统的以指针与刻度盘进行读数的方法,避免了读数的视差和视觉疲劳。数字电压表在1952年由美国NLS公司首次创造,它刚开始是4位,50多年来,数字电压表有了不断的进步和提高。数字电压表是从电位差计的自动化过程中研制成功的。开始是4位数码显示,然后是5位、6位显示,而现在发展到7位、8位数码显示;从最初的一两种类型发展到原理不同的几十种类型;从最早的采用继电器、电子管发展到全晶体管、集成电路、微处理器化;从一
12、台仪器只能测1-2种参数到能测几十种参数的多用型;显示器件也从辉光数码管发展到等离子体管、发光二极管、液晶显示器等。数字电压表的体积和功耗越来越小,重量不断变轻,价格也逐步下降,可靠性越来越高,量程范围也逐步扩大。 DVM的高速发展,使它已成为实现测量自动化、提高工作效率不可缺少的仪表, 数字化是当前计量仪器发展的主要方向之一,而高准度DC-DVC的出现,又使DVM进入了精密标准测量领域。随着现代化技术的不断发展,数字电压表的功能和种类将越来越强,越来越多,其使用范围也会越来越广泛。采用智能化的数字仪器也将是必然的趋势,它们将不仅能提高测量准确度,而且能提高电测量技术的自动化程序,可以扩展成各
13、种通用数字仪表、专用数字仪表及各种非电量的数字化仪表(如:温度计、湿度计、酸度计、重量、厚度仪等),几乎覆盖了电子电工测量、工业测量、自动化仪表等各个领域。从而提高计量检定人员的工作效率。这个课题的目的和意义在于使自己掌握对数字电压表的理解,自己动手设计数字电压表与仿真,它可以广泛的应用于电压测量外,通过各种变换器还可以测量其他电量和非电量,测量是一种认识过程,就是用实验的方法将被测量和被选用的相同参量进行比较, 从而确定它的大小。 DVM 广泛应用于测量领域每期测量的准确度和可信度 取决于它的主要性能和技术指标。所示我们要学习和掌握如何设计 DVM 就显得十分重要。由于本设计使用的是高效的5
14、1系列单片机作为核心的测量系统,以及高精度,高速度,高抗干扰的A/D转换器。使得本直流电压表具体精度高,灵敏度强,性能可靠,电路简单,成本低的特点。因为平时所需要测量的被测电压的电压值不是一个定值,多多少少都有一些微小的变化。因此本设计为之增加了可测5秒内平均电压的电压值。大大的提高了测量的准确性。使直流电压表有着较高的智能水平。第1章 数字电压表简介数字电压表(Digital Voltmeter)简称DVM,作为智能仪表的一种,它是采用数字化测量技术,把连续的模拟量(直流输入电压)转化成不连续,离散的数字形式并加以显示的仪表。传统的指针式电压表功能单一,精度低,不能满足数字化时代的需求采用单
15、片机的数字电压表,精度高,抗干扰能力强,可扩展性强,集成方便。目前,由各种单片A/D转换器构成的说字电压表,已经被广泛用于电子及电工测量,工业自动化仪表,自动测量系统等智能化测量领域,显示出强大的生命力。本文就数字电压表加以叙述。 1.1 设计背景数字电压表在1952年由美国NLS公司首次创造,它刚开始是4位,50多年来,数字电压表有了不断的进步和提高。数字电压表是从电位差计的自动化过程中研制成功的。开始是4位数码显示,然后是5位、6位显示,而现在发展到7位、8位数码显示;从最初的一两种类型发展到原理不同的几十种类型;从最早的采用继电器、电子 管发展到全晶体管、集成电路、微处理器化;从一台仪器
16、只能测1-2 种参数到能测几十种参数的多用型;显示器件也从辉光数码管发展到等离子体管、发光二极管、液晶显示器等。数字电压表的体积和功耗越来越小,重量不断变轻,价格也逐步下降,可靠性越来越高,量程范围也逐步扩大。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
17、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,数字化测理仪表的产生与发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
18、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,继之出现了斜波式电压表,它的速度方面稍有提高,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,在斜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,则从测单一参数发展到能测多种参数;从制作元件来看,发展到了集成电路,准确度已经有了很大的
19、提高,精度高达3附录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仍然模-数 (A/D)转换的方法,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:1. 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。2. 按显示位数来分:有4位,5位,6位,7位,8位等。 3. 按测量速度来分:有低准确度,中准确度,高准确度等,4. 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,
20、压电流和频率是最基本的三个被测量。其中,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。1.2 设计意义这个课题的目的和意义在于使自己掌握对数字电压表的理解,自己动手设计数字电压表与仿真,它可以广泛的应用于电压测量外,通过各种变换器还可以测量其他电量和非电量,测量是一种认识过程,就是用实验的方法将被测量和被选用的相同参量进行比较, 从而确定它的大小。 DVM广泛应用于测量领域每期测量的准确度和可信度取决于它的主要性能
21、和技术指标。所示我们要学习和掌握如何设计DVM就显得十分重要。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。由此结合设计要求选择由单片机系统及数字芯片构建。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
22、来。此方案的原理是模数(A/D)转换芯片的基准电压端,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。第2章 数字电压设计两种方案简介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
23、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。2.1 由数字电路及芯片构建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,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4附录断开,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
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- 基于 单片机 数字 电压表 设计 仿真 44
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