2022年数字电压表设计与制作报告.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 江阴职业技术学院工程设计报告工程：数字电压表设计与制作名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 28 页精选学习资料 - - - - - - - - - 摘 要本文介绍了一种基于单片机地简易数字电压表地设计.该设计主要由三个模块组成：A/D 转换模块,数据处理模块及显示模块 .A/D 转换主要由芯片 ADC0832 来完成,它负责把采集到地模拟量转换为相应地数字量在传送到数据处理模块 .数据处理就由芯片 AT89C51来完成,其负责把 ADC0832 传送来地数字量经过肯定地数据处理,产生相应地显示码送到显示模块进行显示；此外 ,

2、它仍掌握着 ADC0832 芯片工作 .该系统地数字电压表电路简洁,所用地元件较少,成本低,且测量精度和牢靠性较高 .此数字电压表可以测量 0-5V 地 1 路模拟直流输入电压值,并通过一个四位一体地 7 段数码管显示出来 .关键词单片机；数字电压表；A/D 转换； AT89C51；ADC0832.AbstractThis paper which introduces a kind of simple digital voltmeter is based on single-chip microcontroller design. The circuit of the voltage mete

3、r is mainly consisted of three mould pieces: A/D converting mould piece, A/D converting is mainly completed by the ADC0832, it converts the collected analog data into the digital data and transmits the outcome to the manifestation controlling mould piece. Data processing is mainly completed by the A

4、T89C51 chip, it processes the data produced by the ADC0832 chip and generates the right manifestation codes, also transmits the codes to the manifestation controlling mould piece. Also, the AT89C51 chip controls the ADC0832 chip to work. The voltmeter features in simple electrical circuit, lower use

5、 of elements, low cost, moreover, its measuring precision and reliability. The voltmeter is capable of measuring voltage inputs from 1 route ranging from 0 to 5 volt, and displaying the measurements though a digital code tube of 7 pieces of LED.Keywords Single-chip microcontroller ADC0832； Digital v

6、oltmeter ； A/D converter ； AT89C51 ；目 录摘 要. 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 28 页精选学习资料 - - - - - - - - - Abstract . 目 录 . 第一章 绪论. 11.1 课题地应用场合 . 11.2 系统地功能和性能指标. 1其次章 总体方案 . 22.1 方案设计与挑选 . 22.2 系统地总体结构 . 3第三章 硬件电路设计 . 53.1 硬件电路框图 . 53.2 主要器件挑选与应用. 53.3 单片机小系统设计 . 53.4 键盘与显示电路设计. 6第四章 软件设计 . 94.1 软件组成框图

7、. 94.2 软件流程图设计 . 94.3 主要程序设计 . 10第五章 系统调试 . 135.1 调试地方法与工具 . 135.2 Proteus 仿真调试及成效. 135.3 软硬件联合调试 . 145.4 系统运行 . 145.5 调试心得 . 14第六章 展望与拓展 . 17致 谢 . 17参考资料 . 17附录 . 18附录 系统电原理图 . 18附录 系统仿真成效图. 19附录 样机实物图 . 19名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 28 页精选学习资料 - - - - - - - - - 附录 软件流程图 . 20名师归纳总结 附录源程序清单. 21第 4 页

8、,共 28 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 第一章 绪论1.1 课题地应用场合在电量地测量中,电压、电流和频率是最基本地三个被测量,其中电压量地测量最为常常 .而且随着电子技术地进展,更是常常需要测量高精度地电压,所以数字电压表就成为一种必不行少地测量仪器.数字电压表简称DVM ,它是采纳数字化测量技术,把连续地模拟量转换成不连续、离散地数字形式并加以显示地外表.由于数字式仪器具有读数精确方便、精度高、误差小、测量速度快等特而得到广泛应用 .传统地指针式刻度电压表功能单一,进度低,简洁引起视差和视觉疲惫,因而不能满足数字化时代地需要 .采纳单片机地

9、数字电压表,将连续地模拟量如直流电压转换成不连续地离散地数字形式并加以显示,从而精度高、抗干扰才能强,可扩展性强、集成便利,仍可与 PC 实时通信 .数字电压表是诸多数字化外表地核心与基础2. 以数字电压表为核心,可以扩展成各种通用数字外表、专用数字外表及各种非电量地数字化外表.目前,由各种单片机和 A/D 转换器构成地数字电压表作全面深化地明白是很有必要地本文是以简易数字直流电压表地设计为讨论内容,本系统主要包括三大模块：转换模块、数据处理模块及显示模块 .其中, A/D 转换采纳 ADC0832 对输入地模拟信号进行转换,掌握核心 AT89C51 再对转换地结果进行运算处理,最终驱动输出装

10、置 LED 显示数字电压信号 .1.2 系统地功能和性能指标数字电压表由 A/D 转换、数据处理及显示掌握等组成,测量 05.0V 范畴内地输入电压值,由四位一体地 7 段数码管显示,最大辨论率 0.1V ,误差0.05V.以 AT89C51 和 ADC0832 为核心内件 .ADC0832 实现模数转换 .单片机AT89C51 是整个系统地核心,实现输入端地分路挑选（量程转换）,模数转换后数据地处理及在数码管上数据地显示,供应ADC0832 芯片地工作频率等功能 .名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 28 页精选学习资料 - - - - - - - - - 其次章 总体方

11、案2.1 方案设计与挑选AT89C51 具有如下特点：40 个引脚, 8k Bytes Flash 片内程序储备器,256 bytes 地随机存取数据储备器（RAM ）, 32 个外部双向输入 /输出（ I/O）口, 5 个中断优先级 2 层中断嵌套中断,2 个 16 位可编程定时计数器 ,2 个全双工串行通信口,看门狗（WDT ）电路,片内时钟振荡器AT89C51 可以依据常规方法进行编程,也可以在线编程 .其将通用地微处理器和 Flash储备器结合在一起,特殊是可反复擦写地 Flash 储备器可有效地降低开发成本 .AT89S5 与 AT89C51 相比,前者地性能比后者高,所以本设计采纳

12、 AT89C51 芯片 .数模转换芯片挑选：ADC0809 是采样辨论率为 8 位地、以逐次靠近原理进行模数转换地器件 .其内部有一个 8 通道多路开关,它可以依据地址码锁存译码后地信号,只选通 8 路模拟输入信号中地一个进行 A/D 转换,转换时间为 100 s.ADC0832 为 8 位辨论率 A/D 转换芯片,其最高辨论可达256 级,可以适应一般地模拟量转换要求 .其内部电源输入与参考电压地复用,使得芯片地模拟电压输入在 05V 之间 .芯片转换时间仅为 32 S,据有双数据输出可作为数据校验,以削减数据误差,转换速度快且稳固性能强 .由于 ADC0832 芯片地转换时间短,并且性能比

13、较高,所以采纳 ADC0832 作为数模转换芯片 .名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 28 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2.2 系统地总体结构时钟电路AT89C51 A/D 转换电路测量电压输入P1 P2 P2 复位电路P0 显示系统数字电压表系统硬件设计框图名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 28 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 28 页精选学习资料 - - - - - - - - - 第三章 硬件电路设计3.1 硬件电路框图硬件电路设计由 6 个部分

14、组成；A/D 转换电路, AT89C51 单片机系统, LED 显示系统、时钟电路、键盘以及测量电压输入电路 .测量电压输入 A/D 转换电路 时钟电路STC89C51显示电路 键盘数字电压表系统硬件设计框图3.2 主要器件挑选与应用数模转换芯片：ADC0832 是采样辨论率为 8 位地、以逐次靠近原理进行模数转换地器件 .其内部有一个 8 通道多路开关,它可以依据地址码锁存译码后地信号,只选通 8 路模拟输入信号中地一个进行 A/D 转换,转换时间为 100 s.ADC0832 为 8 位辨论率 A/D 转换芯片,其最高辨论可达256 级,可以适应一般地模拟量转换要求 .其内部电源输入与参考

15、电压地复用,使得芯片地模拟电压输入在 05V 之间 .芯片转换时间仅为 32 S,据有双数据输出可作为数据校验,以削减数据误差,转换速度快且稳固性能强 .由于 ADC0832 芯片地转换时间短,并且性能比较高,所以采纳 ADC0832 作为数模转换芯片 . 3.3 单片机小系统设计晶振电路 : 单片机内部每个部件要想和谐一样地工作,必需在统一口令时钟信号地掌握下工作 . 单片机工作所需要地时钟信号有两种产生方式,即内部时钟方式和外部时钟方式 . 单片机内部有一个构成振荡器地增益反相放大器,引脚 XTAL1和 XTAL2分别是此放大器地输入端和输入端,这个放大器与作为反馈元件地片名师归纳总结 -

16、 - - - - - -第 9 页,共 28 页精选学习资料 - - - - - - - - - 外晶振一起构成自激振荡器. 在该图中,电容 C1和 C2取 22PF,晶体地振荡频率取 12MHz,晶体振荡频率高,就系统地时钟频率也高,单片机运行速度也就快 .C122pFX1 CRYSTAL19U2XTAL1C218XTAL29RST3.4 键盘与显示电路设计应用系统中,设计要求不同,使用地LED 显示器位置数也不同,因此就生产了位数,名师归纳总结 尺寸,型号不同地LED 显示器供挑选,在本设计中,挑选4 位一体地数码型LED 显示第 10 页,共 28 页器,简称 “ 4-LED” .本系统

17、中前一位显示电压地整数位,即个位,后两位显示电压地小数位.4-LED 显示器引脚如下列图,是一个共阴极接法地4 位 LED 数码显示管,其中a,b,c,e, f,g 为 4 位 LED 各段地公共输出端,1、2、 3、4 分别是每一位位置数选端,dp 是小数点引出端,4 位一体LED 数码显示管地内部结构是由4 个单独地LED 组成,每个LED 地段输出引脚在内部都并联后,引出到器件地外部.- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 4位 LED 引脚对于这种结构地LED 显示器,它地体积和结构都符合设计要求,由于4 位 LED 阴极地各段已经在内部连接在一起,

18、所以必需使用动态扫描方式（将全部数码管地段选线并联名师归纳总结 在一起,用一个I/O 接口掌握）显示.第 11 页,共 28 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 28 页精选学习资料 - - - - - - - - - 第四章 软件设计 4.1 软件组成框图开头初始化调用 A/D 转换子程序调用显示子程序终止4.2 软件流程图设计开头启动转换A/D 转换终止？输出转换结果数值转换显示终止名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 28 页精选学习资料 - - - - - - - -

19、 - 4.3 主要程序设计#include #includetypedef unsigned int uint ；typedef unsigned char uchar；/* 端口定义 */ sbit CS=P34 ；sbit CLK=P35 ； /定义时钟信号 sbit DI=P36 ；sbit DO=P36 ；uchar code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f；/ 共阴段码表void delayuint xms / 延时函数 uint i,j ；fori=xms ；i0； i- forj=110 ； j0；j

20、- ； void displayuchar add,uchar dat uchar aa=0x80；P0=tabledat ；/送段码 ifadd=1 P0|=0x80 ；P2=aaadd；/送位码 delay1 ；P2=0xff ； uchar AD0832bit channel uchar AdcByte0,AdcByte1,i ；CLK=0 ；_nop_ ；_nop_；DI=1 ； _nop_；_nop_ ；名师归纳总结 CS=0；_nop_ ；_nop_；第 14 页,共 28 页CLK=1 ；_nop_ ；_nop_；- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - -

21、 - - CLK=0 ；_nop_ ；_nop_；DI=1 ； _nop_；_nop_ ；CLK=1 ；_nop_ ；_nop_；CLK=0 ；_nop_ ；_nop_；DI=channel ； _nop_；_nop_；CLK=1 ；_nop_ ；_nop_；CLK=0 ；DI=1 ；fori=0 ； i8；i+ AdcByte0=1 ；CLK=1 ；_nop_ ；_nop_ ；CLK=0 ；_nop_ ；AdcByte0|=DO ； ifDO AdcByte1|=0x80 ；fori=0 ； i=1 ；CLK=1 ；_nop_ ；_nop_ ；CLK=0 ；_nop_ ；ifDO AdcBy

22、te1|=0x80 ； CS=1；名师归纳总结 returnAdcByte0=AdcByte1.AdcByte0:0；第 15 页,共 28 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - void main uint date；uchar AdcByte,bit0,bit1,bit2,bit3,i；while1 AdcByte=AD08320 ；date=AdcByte/255.0*5*100；bit0=date%10 ；bit1=date%100/10 ；bit2=date%1000/100 ；bit3=date/1000 ；fori=0 ； i100；i+

23、display3,bit0 ；display2,bit1 ；display1,bit2 ；display0,bit3 ；名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 28 页精选学习资料 - - - - - - - - - 第五章 系统调试5.1 调试地方法与工具用 keil 软件编写程序,编好程序后再进行编译,编译完成后检查程序有无错误,然后修改程序直到没有错为止,然后再与硬件联调,直到仿真出结果 .5.2 Proteus 仿真调试及成效1RP1234 56 7 8C3C1X119U2P0.0/AD0 P0.1/AD139P2.7910k2U1B0 B1181RN116VCC2.

24、4 P2.5 P2.6 P2.7 P22pFXTAL1A0 A138317215C2CRYSTAL18XTAL2P0.2/AD2 P0.3/AD337 364 5A2 A3B2 B316 153 41k14 1335 346 714 135 612 11P0.4/AD4 P0.5/AD5A4 A5B4 B59RST33812710P0.6/AD6A6B622pF3291189P0.7/AD7A7B72119P2.0/A8CE22110uF29PSENP2.1/A9 P2.2/A10AB/BA23 2474LS245P2.3/A1130 3125 26ALE EAP2.4/A12 P2.5/A1

25、3P2.6R1 10k127 28P2.5 P2.4P2.6/A14 P2.7/A1510P1.0/T2P3.0/RXD2 311 12P1.1/T2EX P1.2P3.1/TXD P3.2/INT04 5 6P1.3 P1.4P3.3/INT1 P3.4/T013 14 15P1.5P3.5/T17 816 17P1.6P3.6/WRP1.7P3.7/RDAT89C52U38VCCCS155%10K72CLKCH01k5 63 4DICH1DOGNDADC0832+2.75Volts名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页,共 28 页精选学习资料 - - - - - - - -

26、 - 5.3 软硬件联合调试在系统上电开头测量前,要用万用表地电压档对被测电压进行估测,然后以此挑选适当地量程,防止过大电压烧坏A/D 转换器 .第一用万用表依据原理图逐步检查印刷板中各器件地电源及各引脚地连接是否正确,有否断路、短路或者虚焊,特殊是给电路供电地电源 部分要重点检查,是否稳固 ,且稳固即可说明电源电路地设计基本达到要求 .假如电压没有达 到要求,要准时排查赐予解决,以免烧坏芯片和其他元器件 . 软件调试时先进行单元测试,分别对各个代码模块进行测试,看其是否实现了规定功能,再把已经测试过地模块组合起来进行测试,一旦不能正确运行,要找出程序中地错 误,确定大致地出错位置,讨论有关部

27、分地错误程序,找出错误缘由,修改设计和代码,以排除错误 . 在程序编写完成后,就可以利用仿真器进行初步调试,观看在运算机里能否通过编译与运行并达到设计地基本要求.在基本符合地情形下,利用仿真器与工作正常地硬件连接进行仿真调试；或用编程器把程序烧写到芯片中,直接观看能否正常运行 .假如达不到设计要求或者不能正常运行,可以直接在程序中进行修改 . 系统调试中遇到地问题及解决地方法：1）在应用滤波电容地过程中,一开头是把电容串联在电路中,导致电路无法导通,而后我们短路电容,解决了问题 . 2）电源指示灯上,一开头发觉接上电源,指示灯不亮,经过仪器测量发觉正负极接反,后重新焊接,问题解决 . 3）由于

28、源程序地多处错误,使得仿真无法通过,后经过单步调试,把存在地错误一一排除,通过了软件仿真 . 4）在烧录芯片地过程中,由于挑选烧录文件地错误及芯片自身问题（因多次烧录,无法再次烧录）使得烧录失败,后经过老师指导并更换了AT89C51 芯片,解决了问题.5.4 系统运行调试好之后,把程序固化到单片机芯片中,单机运行,数码管显示被测电压,调剂电位器,仿真电压表与之变化,数码管显示数值与电压表数值相同,可以看出系统运行正常 .5.5 调试心得从开头设计数字电压表到完成这个工程地设计,我从中学到了很多关于调试方面地体会,这些体会都是从困难中累积起来地,每当调试遇到无法连续下去时,总感觉渺茫时,我总是告

29、知自己不能舍弃,肯定要坚持下来,渐渐理清思绪,找出出错地地方,不断调试,每名师归纳总结 当自己克服一重重困难,才发觉自己进步了很多.第 18 页,共 28 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页,共 28 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页,共 28 页精选学习资料 - - - - - - - - - 第六章 展望与拓展通过本次设计,我对单片机这门课程有了更进一步地明白.无论是在其硬件连接方面仍是在软件编程方面,都取得了新地收成 .本

30、次试验采纳了 AT89S51 单片机芯片,与以往我们所熟识地 C51 芯片有很多不同之处,通过本次设计及查阅相关资料,我对其之间地区分有了肯定地熟识,在本设计报告地硬件介绍部分也对其作了具体地论述.S51 在 C51 地基础上增加了很多新地功能,使其功能更为完善,应用领域也更为广泛 .单片机地应用如今已经在工业、电子等方方面面呈现出它地优越性,利用单片机设计电路已经成一乐一种趋势,他与外围地简洁电路加上优化程序就可以构建成任意地产品,使得本设计得以实现.随着单片机地进展,他必将在将来显示出更大地活力.致谢由于是初次尝试设计电路,由于学问及体会地匮乏,难免遇到很多困难,假如没有老师地督促指导以及同学们地支持,很难顺当地完成此次设计.从开头做这个工程到完成,都离不开老师、同学、伴侣给以地帮忙,在这里请接受我地谢意