单片机数字电压表.doc
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1、扬州工业职业技术学院2009 2010学年第 二 学期毕业设计课题名称: 基于AT89S52单片机的数字电压表 设计时间: 2009.122010.3 系 部: 电子信息工程系 班 级: 0707应用电子 姓 名: 范 健 指导教师: 单 丹 总目录第一部分 任务书 第二部分 开题报告 第三部分 毕业设计正文 第 一 部 分任务书扬州工业职业技术学院毕业设计任务书系 部电子信息工程系指导老师单丹职称助讲学生姓名范健班级0702应用电子学号设计题目基于AT89S52单片机的数字电压表设计内容目标和要求教研室审核系部审核第 二 部 分开题报告扬州工业职业技术学院 电子信息工程 系10届毕业设计(论
2、文)开题报告书学生姓名 范健专业应用电子技术班级0702应用电子学号题 目基于AT89S52单片机的数字电压表指导教师单丹职称助讲学 位硕士题目类别 工程设计 基础研究 应用研究 其它【课题的内容与要求】1. 采用ICL7135高精度、双积分A/D转换电路,测量范围直流0-2000伏2. ,使用LCD液晶模块显示,可以与PC机进行串行通信【前言】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。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,由精度
3、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,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。本章重点介绍单片A/D 转换器以及由它们构成的基于单片机的数字电压表的工作原理。【方案的比较与评价】本文介绍一种基于89S52单片机的一种电压测量电路,该电路采用ICL7135高精度、双积分A/D转换电路,测量范围直流0-2000伏,使用LCD液晶模块显示,可以与PC机进行串行通信。【预期的效果及指
4、标】本电路是一种高精度、低功耗、宽量程、智能化的电压表。可扩展键盘、EEPROM、报警电路,实现电压异常记录、报警【进度安排】2009年9月15 日 -2009年9月30 日 选题、调研、收集资料2009年9月30 日 -2009年10月5 日 论证、开题2009年10月6 日-2010年3月20日 设计(写作初稿)2010年3月21日-2010年3月23日 修改、定稿、打印、答辩【参考文献】1 徐爱钧.智能化测量控制仪表原理与设计(第二版)M.北京:北京航空航天大学出版社,2004.2 吴金戌,沈庆阳,郭庭吉.8051单片机实践与应用M.北京:清华大学出版社,2002.3 张国勋,缩短ICL
5、7135A/D采样程序时间的一种方法J. 电子技术应用,1993,第一期.4 高峰,单片微型计算机与接口技术M.北京:科学出版社,2003.5 刘伟,赵俊逸,黄勇,一种基予C8051F单片机的SOC型数据采录器的设计与实现A.天津市计算机学会单片机分会编. 2003年全国单片机及嵌如入式系统学术年会论文集(下册)C .北京:北京航空航天大学出版社,2003 .790-7946 http:/www.ic-on- ICL7135.PDF、MAX232.PDF【指导教师意见】(有针对性地说明选题意义及工作安排是否恰当等)同意提交开题论证 修改后提交 不同意提交(请说明理由)指导教师签章: 年 月 日
6、 【系部意见】同意指导教师意见 不同意指导教师意见(请说明理由) 其它(请说明)队系(部)主任签章: 年 月 日第 三 部 分毕业设计正文基于AT89S52单片机的数字电压表范健0702应用电子 摘 要 本文介绍一种基于89S52单片机的一种电压测量电路,该电路采用ICL7135高精度、双积分A/D转换电路,测量范围直流0-2000伏,使用LCD液晶模块显示,可以与PC机进行串行通信。正文着重给出了软硬件系统的各部分电路,介绍了双积分电路的原理,89S52的特点,ICL7135的功能和应用,LCD1601的功能和应用。该电路设计新颖、功能强大、可扩展性强。关键词 电压测量,ICL7135,双积
7、分A/D转换器,1601液晶模块英文题目(四号,宋体加粗,居中)Fanjian0702 application of electronicAbstract: The introduction of a cost-based 89S52 MCU a voltage measurement circuits, the circuits used ICL7135 high-precision, dual-scoring A/D conversion circuits, measuring scope DC 0-2000 volts, the use of LCD that can be carrie
8、d out with a PC serial communications. The paper focuses on providing a software and hardware system components circuit, introduced double integral circuit theory, 89S52 features ICL7135 functions and applications, LCD1601 functions and applications. the circuit design innovative, powerful, can be e
9、xpansionary strong.Key words: Digital Voltmeter ICL7135 LCD1601 89S52目 录第一章 前言121.1概述.121.2系统原理及基本框图12第二章 硬件设计132.1输入电路132.2A/D转换电路。.132.2.1双积A/D转换器的工作原理.142.2.2 7135的应用.152.3 单片机部分.182.4液晶显示部分.192.4.1 1601使用说明.192.4.2液晶显示部分与89S52的接口。.222.5通讯模块.23第三章 系统的软件设计243.1主程序设计.243.2 A/D中断程序设计.253.3通讯模块程序设计.1
10、2结论/小结/心得体会29致谢30参考文献31第一章 前言1.1概述数字电压表(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。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,由精度高、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,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
11、技术提高到崭新水平。本章重点介绍单片A/D 转换器以及由它们构成的基于单片机的数字电压表的工作原理。1.2系统原理及基本框图如图1.1所示,模拟电压经过档位切换到不同的分压电路衰减后,经隔离干扰送到A/D转换器进行A/D转换,然后送到单片机中进行数据处理。处理后的数据送到LCD中显示,同时通过串行通讯与上位机通信。输入电路A/D转换89S52单片机LCD显示通讯模块图1.1系统基本方框图第二章 硬件设计2.1输入电路图2.1.1量程切换开关图2.1.2衰减输入电路输入电路的作用是把不同量程的被测的电压规范到A/D转换器所要求的电压值。智能化数字电压表所采用的单片双积分型ADC芯片ICL7135
12、,它要求输入电压0-2V。本仪表设计是0-1000V电压,灵敏度高所以可以不加前置放大器,只需衰减器,如图3.1.2所示9M、900K、90K、和10K电阻构成1/10、1/100、1/1000的衰减器。衰减输入电路可由开关来选择不同的衰减率,从而切换档位。为了能让CPU自动识别档位,还要有图3.1.1的硬件连接。2.2 A/D转换电路A/D 转换器的转换精度对测量电路极其重要,它的参数关系到测量电路性能。本设计采用双积A/D 转换器,它的性能比较稳定,转换精度高,具有很高的抗干扰能力,电路结构简单,其缺点是工作速度较低。在对转换精度要求较高,而对转换速度要求不高的场合如电压测量有广泛的应用。
13、2.2.1双积A/D 转换器的工作原理图2.2.1.1双积A/D 转换器如图所示:对输入模拟电压和基准电压进行两次积分,先对输入模拟电压进行积分,将其变换成与输入模拟电压成正比的时间间隔 T1,再利用计数器测出此时间间隔,则计数器所计的数字量就正比于输入的模拟电压;接着对基准电压进行同样的处理。在常用的A/D转换芯片(如ADC -0809、ICL7135、ICL7109等)中,ICL7135与其余几种有所不同,它是一种四位半的双积分A/D转换器,具有精度高(精度相当于14位二进制数)、价格低廉、抗干扰能力强等优点。本文介绍用单片机并行方式采集ICL7135的数据以实现单片机电压表和小型智能仪表
14、的设计方案。 图2.2.1.2双积A/D 转换器的波形图2.2.2 7135的应用2.2.2.1 ICL7135引脚图7135是采用CMOS工艺制作的单片4位半A/D转换器,其所转换的数字值以多工扫描的方式输出,只要附加译码器,数码显示器,驱动器及电阻电容等元件,就可组成一个满量程为2V的数字电压表。7135主要特点如下:双积型A/D转换器,转换速度慢。在每次A/D转换前,内部电 路都自动进行调零操作,可保证零点在常温下的长期稳定。在20000字(2V满量程)范围内,保证转换精度1字相当于14bitA/D转换器。 具有自动极性转换功能。能在但极性参考电压下对双极性模拟输入电压进行A/D转换,模
15、拟电压的范围为01.9999V。 模拟出入可以是差动信号,输入电阻极高,输入电流典型值1PA。 所有输出端和TTL电路相容。 有过量程(OR)和欠量程(UR)标志信号输出,可用作自动量程转换的控制信号。 输出为动态扫描BCD码。 对外提供六个输入,输出控制信号(R/H,BUSH,ST,POL,OR,UR),因此除用于数字电压表外,还能与异步接收 /发送器,微处理器或其它控制电路连接使用。 采用28外引线双列直插式封装,外引线功能端排列如图所示。7135数字部分数字部分主要由计数器、锁存器、多路开关及控制逻辑电路等组成。7135一次A/D转换周期分为四个阶段:1、自动调零(AZ);2、被测电压积
16、分(INT);3、基准电压反积分(DE);4、积分回零(ZI)。具体内部转换过程这里不做祥细介绍,主要介绍引脚的使用。R/H(25脚)当R/H=“1”(该端悬空时为“1”)时,7135处于连续转换状态,每40002个时钟周期完成一次A/D转换。若R/H由“1”变“0”,则7135在完成本次A/D转换后进入保持状态,此时输出为最后一次转换结果,不受输入电压变化的影响。因此利用R/H端的功能可以使数据有保持功能。若把R/H端用作启动功能时,只要在该端输入一个正脉冲(宽度300ns),转换器就从AZ阶段开始进行A/D转换。注意:第一次转换周期中的AZ阶段时间为9001-10001个时钟脉冲,这是由于
17、启动脉冲和内部计数器状态不同步造成的。/ST(26脚)每次A/D转换周期结束后,ST端都输出5个负脉冲,其输出时间对应在每个周期开始时的5个位选信号正脉冲的中间,ST负脉冲宽度等于1/2时钟周期。第一个ST负脉冲在上次转换周期结束后101个时钟周期产生。因为每个选信号(D5-D1)的正脉冲宽度为200个时钟周期(只有AZ和DE阶段开始时的第一个D5的脉冲宽度为201个CLK 周期),所以ST负脉冲之间相隔也是200个时钟周期。需要注意的是,若上一周期为保持状态(R/H=“0”)则ST无脉冲信号输出。ST信号主要用来控制将转换结果向外部锁存器、UARTs或微处理器进行传送。图2.2.2.2 IC
18、L7135的波形图BUSY(21脚)在双积分阶段(INT+DE),BUSY为高电平,其余时为低电平。因此利用BUSY功能,可以实现A/D转换结果的远距离双线传送,其还原方法是将BUSY和CLK“与”后来计数器,再减去10001就可得到原来的转换结果。OR(27脚)当输入电压超出量程范围(20000),OR将会变高。该信号在BUSY信号结束时变高。在DE阶段开始时变低。UR(28脚)当输入电压等于或低于满量程的9%(读数为1800),则一当BUST信号结束,UR将会变高。该信号在INT阶段开始时变低。POL(23脚)该信号用来指示输入电压的极性。当输入电压为正,则POL等于“1”,反之则等于“0
19、”。该信号DE阶段开始时变化,并维持一个A/D转换调期。位驱动信号D5、D4、D3、D2、D1(12、17、18、19、20脚)每一位驱动信号分别输出一个正脉冲信号,脉冲宽度为200个时钟周期,其中D5对应万位选通,以下依次为千、百、十、个位。在正常输入情况下,D5-D1输出连续脉冲。当输入电压过量程时,D5-D1在AZ阶段开始时只分别输出一个脉冲,然后都处于低电平,直至DE阶段开始时才输出连续脉冲。利用这个特性,可使得显示器件在过程时产生一亮一暗的直观现象。 B8、B4、B2、B1(16、15、14、13脚)该四端为转换结果BCD码输出,采用动态扫描输出方式,即当位选信号D5=“1”时,该四
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