毕业设计-基于Proteus的数字电压表的设计(共32页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上毕 业 设 计 论 文 题目: 基于proteus的数字 电压表的设计 系 别: 电子信息工程工程技术专 业: 电子信息工程姓 名: 学 号: 指导教师: 专心-专注-专业目录 摘要 在现代检测技术中,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,因此常用高精度数字电压表进行检测。数字电压表(Digital Voltmeter)简称DVM,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。将检测到的数据送入微型计算机系统,完成计算、存储、控制等功能。目前,由各种单片A/D 转换器构成的数字电压表,已被广
2、泛用于电子及电工测量、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。与此同时,由DVM扩展而成的各种通用及专用数字仪器仪表,也把电量及非电量测量技术提高到崭新水平。本文中数字电压表的控制系统采用AT89C51单片机,A/D转换器采用ADC0808为主要硬件,实现数字电压表的硬件电路与软件设计。该系统的数字电压表电路简单,所用的元件较少,成本低,调节工作可实现自动化,还可以方便地进行8路A/D转换的测量等功能。数字电压表可以测量05V的电压值,并在四位LED数码管上轮流显示, 并且应用Proteus的ISIS软件进行单片机系统设计与仿真。关键词:单片机,数字电压表,DVM,A
3、/D转换ADC0808,ProteusAbstractIn modern measuring technology, analog voltage meter features a traditional single, low accuracy,can not meet the digital age, so it is often required to conduct site measuring with a digital voltmeter. Digital voltage meter (Digital Voltmeter) referred to as DVM, it is th
4、e use of digital measuring technology, the continuous analog (DC input voltage) into a non-continuous, discrete digital form and to display the instrument. The data measured will then be input into the micro-computer system to execute such functions like calculating, storing, controlling, and displa
5、ying. At present, by a variety of single A / D converter consisting of digital voltage meter, has been widely used in intelligent measuretement such as electronic and electrical measurement, industrial automation, instrumentation, automated test systems, showing strong vitality. At the same time, th
6、e DVM extension to the various general and specific digital instruments, but also the power and non-power measurement up to a new level.The digital voltmeter control system described in this paper makes use of AT89C51 Single chip computer and ADC0808 A/D converter to fulfill the designing of the sof
7、tware as well as the electrical circuit. The voltmeter features in simple electrical circuit, lower use of elements, low cost and automatic regulation, while it can also easily carry out the duties of measuring A/D converted values from 8 routes and remote transfer of measuring data. The meter is ca
8、pable of measuring voltage from 0 to 5 volt, and displaying the measurements in turn on the four digital LED ,and use software ISIS of Proteus to realize the circuit design and simulation. Keywords: Single chip microcomputer,digital Voltmeter,DVM,A/D switch ADC0808,Proteus 1 绪论1.1 选题的目的意义数字电压表(Digit
9、al Voltmeter)简称DVM,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。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,还可与PC进行实时通信。目前,由各种单片A/D转换器构成的数字电压表,已被广泛用于电子及电工测量、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。与此同时,由DVM扩展而成的各种通用及专用数字仪器仪表,也把电量及非电量测量技术提高到崭新水平。数字电压表是诸多数字化仪表的核心与基础,电压表的数字化是将连续的模拟量如
10、直流电压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加刻度盘进行读数的方法,避免了读数的视差和视觉疲劳。目前数字电压表的内部核心部件是A/D转换器,转换器的精度很大程度上影响着数字电压表的准确度,本文A/D转换器采用ADC0808对输入模拟信号进行转换,控制核心AT89C51再对转换的结果进行运算和处理,最后驱动输出装置显示数字电压信号。 随着微机测量与控制技术的发展,以单片机为核心的字电压表已占有很大的优势。 设计主要是研制直流输入数字电压表,以单片机AT89C51为核心部件,具有实时显示测量值的功能。单片机体积小、重量轻、价格便宜,电路外围器件少,大大地降低了成本。1.2
11、国内外研究综述 数字电压表出现在上世纪50年代初,60年代末发展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,加以数字处理然后通过显示器件显示。这种电子仪表之所以出现,一方面是由于电子计算 机的应用推广到系统的自动控制信号的实验领域,提出了各种被观测量或被控制量转换成数字量的要求,即为了实时控制和数据处理的要求;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发展,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展与电子计算机的发展是密切相关的。如今,数字电压表已经绝大部分取代了传统的模拟指针式电压表,因为
12、传统的模拟指针式电压表功能单一,精度低,读数的时候非常不方便还经常出错,而采用单片机的数字电压表由于测量精度高,速度快,读数时也非常方便,抗干扰能力强,可扩展性强等优点已被广泛应用与电子和电工测量,工业自动化仪表,自动测量系统等领域,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,但是采样速度较慢,体积重达几十公斤。继之出现了谐波式电压表,它的速度方面稍有提高但准确度低,稳定性差,再后来出现了比较式仪表改进逐次渐进式结构,它不仅保持了比较值准确度高的优点,而且速度也有了很大的提高,但它有一缺点就是抗干扰能力差,很容易受到外界因素的影响。随后,在谐波式的基础上引申
13、出阶梯波式,它的唯一进步就是成本降低了,可是准确度,速度及抗干扰能力都未提高。而数字电压表的发展已经非常成熟,就原理来讲,它从原来的一两种已经发展到多种,在功能上讲,它从测单一的参数发展到能测多种参数;从制作原件看,发展到集成电路,准确度已经有了很大的提高,精度已经达到1nV,读数速度达到每秒几万次,而相对以前价格已经降低了很多。 例如国内上海乾丰电子仪器有限公司生产的PZ158A系列直流数字电压表,该型号电压表具有6位显示,可测量0.1V1000V直流电压。该表由于采用了微处理器和脉冲调宽模数转换技术,自动校零,数字模拟滤波等技术,从而赋予本表极其稳定的零位和良好的线性和抗干扰能力,本表还带
14、有RS232C接口,可方便地与计算机系统相连接,组成数据采集系统。采用八位VFD或LED显示,其中PZ158A/1为单量程(0.2V)VFD显示,读数清晰,光色柔和,适宜在科研、工业、国防等各种领域内使用。目前实现电压数字化测量的方法仍然是模数(A/D)转换的方法。数字电压表分类繁多,日常生活中一般根据原理的不同进行分类,大致分为:比较式,电压时间变换式,积分式等。1.3 毕业设计(论文)所用的方法利用MCS-51系列来作为程序的载体,通过C语言或汇编语言来设计程序对所采集到的信息进行存储和处理; 通过模数转换器将模拟电压值转化为数字信号; 通过数码管来显示数据。2 系统方案设计2.1 设计思
15、路本系统的控制电路采用AT89C51芯片,AT89C51是一种带4K字节Flash存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器,可与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。1)该芯片提供以下标准功能:4k字节Flash闪速存储器,128字节内部RAM,32个I/O口线,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,该芯片可降至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
16、硬件复位。2)该芯片管脚说明: VCC:供电电压;GND:接地;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Flash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
17、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P
18、3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口也可作为AT89C51的一些特殊功能口,如下所示: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(记时器0外部输入);P3.5 T1(记时器1外部输入);P3.6 /WR(外部数据存储器写选通);P3.7 /RD(外部数据存储器读选通);P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST/Vpd:RST即为RESET,Vpd为备用电源,所以该引脚为
19、单片机的上电复位或掉电保护端。当单片机振荡器工作时,该引脚上出现持续两个机器周期的高电平就可实现复位操作,使单片机恢复到初始状态。当Vcc发生故障、降低到低电平规定值或掉电时,该引脚可接上备用电源Vpd为内部RAM供电,以保证RAM中的数据不丢失;ALE/PROG:当访问外部存储器时,ALE(地址锁存允许信号)以每机器周期两次的信号输出,用于锁存出现在P0口得低8位地址。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
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