2022年毕业设计方案单片机应用系统中模拟通道的设计方案 .docx
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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 摘要本文介绍了一种基于单片机的简易数字电压表的设计;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ADC0809来完成,它负责把采集到的模拟量转换为相应的数字量在传送到数据处理模块;数据处理就由芯片 AT89S52来完成,其负责把 ADC0809传送来的数字量经过肯定的数据处理,产生相应的显示码送到显示模块进行显示;此外 , 它仍掌握着ADC0809芯片工作;该系统的数字电压表电路简洁,所用的元件较少,成本低,且测量精度和可靠性较高;此数字电压表可以测量0-5V 的 1 路模拟直流输入电压值,并通过
2、一个四位一体的 7 段数码管显示出来;关键词:单片机 数字电压表 A/D 转换 AT89S52ADC0809 1 / 48 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 48 页精选学习资料 - - - - - - - - - Abstract This paper which introduces a kind of simple digital voltmeter is based on single-chip microcontroller design. The circuit of the voltage meter is mainly consisted of three
3、 mould pieces: A/D converting mould piece, A/D converting is mainly completed by the ADC0809, 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 AT89S52 chip, it processes the
4、data produced by the ADC0809 chip and generates the right manifestation codes, also transmits the codes to the manifestation controlling mould piece. Also, the AT89S52 chip controls the ADC0809 chip to work. The voltmeter features in simple electrical circuit, lower use of elements, low cost, moreov
5、er, 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 Digital voltmeter A/D converterAT89S52 ADC0809
6、2 / 48 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 48 页精选学习资料 - - - - - - - - - 目录第一章绪论 1 1.1 数字电压表设计方案挑选 1 1.2 单片机的挑选 1 1.2.1 内部结构的变化 2 1.2.2 功耗、封装及电源电压的进展 2 1.2.3 工艺上的进展 3 1.3 以单片机为核心的嵌入式系统 3 1.4 本讨论课题的进展趋势 3 其次章设计总体方案 5 2.1 数字电压表的设计要求 5 2.2 设计思路 5 第三章硬件电路的设计 7 3.1 ADC0809 的简介 7 3.1.1 ADC0809 概述 7 3.1.2 A/D 转换模块
7、7 3.1.3 逐次靠近型 A/D 转换器原理 7 3.1.4 ADC0809 主要特性 8 3.1.5 内部结构 8 3.1.6 外部特性 引脚功能) 8 3.1.7 ADC0809的工作过程9 3.2 AT89S52 性能 10 3.2.1 AT89S52 主要功能 10 3.2.2 AT89S52 各引脚功能 11 3.3 复位电路和时钟电路的设计 13 3.3.1 复位电路设计 13 3.3.2 时钟电路设计 14 3.4 LED 显示系统设计 14 i / 48 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 48 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3.4.
8、1 LED 基本结构 14 3.4.2 LED 显示器的挑选 15 3.4.3 LED 译码方式 16 3.5 电位器 17 3.5.1 简介 17 3.5.2 原理 17 3.6 总体电路设计 18 第四章软件设计 21 4.1 系统软件设计流程图 21 4.2 C 语言介绍 22 4.3 系统程序代码 23 4.4 keil 软件调试 26 4.4.1 软件介绍 26 4.4.2 系统概述 27 4.4.3 Keil C51单片机软件开发系统的整体结构27 4.5 仿真 27 4.5.1 软件调试 27 4.5.2 误差分析 28 4.5.3 proteus 软件介绍 29 4.5.4 电
9、路仿真 31 第五章系统调试 33 5.1 焊接 33 5.2 硬件调试 37 结论 39 致谢 41 参考文献 43ii / 48 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 48 页精选学习资料 - - - - - - - - - 第一章 绪论在电量的测量中,电压、电流和频率是最基本的三个被测量,其中电压量的测量最为常常;而且随着电子技术的进展,更是常常需要测量高精度的电压,所以本文是以简易数字直流电压表的设计为讨论内容,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ADC0809对输入的模拟信号进行转换,掌握核心AT89S52再对转换的结果进
10、行运算处理,最终驱动输出装置 LED显示数字电压信号;1.1 数字电压表设计方案挑选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 字芯片的高速进展,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,电压表的测量量程范畴是比较大的,所以必需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畴不同,就各种方案的分段也不同;由此结合设 计要求挑选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其模数转换功能、显示模块等的结合构建数字 电压表;由于单片机的进展已经成熟,利用单片机系统的软硬
11、件结合,可以组装 出很多的应用电路来;此方案的原理选用单片机的外部参考电压 AREF为模数 A/D)转换功能的基准电压端,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)转换功能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,通过肯定的算法运算出被测量电压的值;最终单片机 系统将运算好了的被测电压值按肯定的时序送入显示电路模块加以显示;1.2 单片机的挑选在这一设计中,我们涉及到了一个关键系统模块单片机系统模块,而目前单片机的种类是很繁多的,主要有主流的8 位单片机和高性能的32 位单
12、片机,结合本设计各方面因素, 8 位单片机对于本设计已经是绰绰有余了,但将用哪一种 类 8 的单片机呢;在这里,不得不先简洁的介绍一下几种常用的 8 单片机;1 / 48 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 48 页精选学习资料 - - - - - - - - - 单片机是指一个集成在一块芯片上的完整运算机系统,具有一个完整运算机所需 要的大部分部件: CPU,内存,总线系统等;而目前常用的单片机的 8 位有 51 系 列单片机, AVR单片机, PIC 单片机;本设计中选用 ATmegaAVR系列的 ATmega16,它是低电压、低功耗的 8 位单片 Flash 程序储备
13、器、 512 字节片内在线可编程 机,片内含 16KB 的在线可编程 EEPROM数据储备器, 32 个 I/O 口线, 1 个 16 位定时 / 计数器, 2 个 8 位定时 / 计 数器,片内振荡器准时钟电路;在设计中,单片机起着连接硬件电路与程序运行及储备数据的任务,一方面,它将其A/D 转换功能、显示模块和按键模块等通过I/O 口地址线和数据线连接起来;另一方面,它将用户下载的程序通过掌握总线 掌握数据的输入输出,从而实现测电压;1.2.1 内部结构的变化 单片机在内部已集成了越来越多的部件,这些部件包括一般常用的电路,例如:定时器,比较器,A/D 转换器, D /A 转换器,串行通信
14、接口,Watchdog 电路,LCD掌握器等;有的单片机为了构成掌握网络或形成局部网,内部含有局部网络掌握模块CAN;例如, Infineon公司的 C 505C,C515C,C167CR, C167CS-32FM, 81C90;因此,这类单片机特别简洁构成网络;特殊是在掌握,系统较为复杂时,构成一个掌握网络特别有用;为了能在变频掌握中便利使用单片机,形成最具经济效益的嵌入式掌握系统;有的单片机内部设置了特地用于变频掌握的脉宽调制掌握电路;这些单片机有 Fujitsu 公司的 MB89850系列、 MB89860系列;Motorola 公司的 MC68HC08MR16、MR24等;在这些单片机
15、中,脉宽调制电路有 6 个通道输出,可产生三相脉宽调制沟通电压,并内部含死区掌握等功能;特殊引人注目的是:现在有的单片机已采纳所谓的三核 TrCore)结构;这是一种建立在系统级芯片 System on a chip)概念上的结构;这种单片机由三个核组成:一个是微掌握器和DSP核,一个是数据和程序储备器核,最终一个是外围专用集成电路 ASIC);这种单片机的最大特点在于把 DSP 和微掌握器同时做在一个片上;把它和传统单片机结合集成大大提高了单片机的功能;这是目前单片机最大的进步之一;这种单片机最典型的有Infineon公司的TC10GP;Hitachi公司的 SH7410,SH7612等;1
16、.2.2 功耗、封装及电源电压的进展现在新的单片机的功耗越来越小,特殊是很多单片机都设置了多种工作方2 / 48 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 48 页精选学习资料 - - - - - - - - - 式,这些工作方式包括等待,暂停,睡眠,闲暇,节电等工作方式;现在单片机 的封装水平已大大提高,随着贴片工艺的显现,单片机也大量采纳了各种合符贴 片工艺的封装方式显现,以大量削减体积;扩大电源电压范畴以及在较低电压下 仍然能工作是今日单片机进展的目标之一;目前,一般单片机都可以在 3.3 5.5V 的条件下工作;而一些厂家,就生产出可以在 机;1.2.3 工艺上的进展2.
17、2 6V的条件下工作的单片现在的单片机基本上采纳 CMOS技术,但已经大多数采纳了 0.6.m 以上的光刻工艺,有个别的公司,如 Motorola 公司就已采纳 0.35.m 甚至是 0.25.m 技术;这些技术的进步大大地提高了单片机的内部密度和牢靠性;1.3 以单片机为核心的嵌入式系统单片机的另外一个名称就是嵌入式微掌握器;目前,把单片机嵌入式系统和Internet 连接已是一种趋势;要实现嵌入式设备和 Internet 连接,就需要把传统的 Internet 理论和嵌入式设备的实践都颠倒过来;为了使复杂的或简洁的嵌入式设备,例如单片机掌握的机床、单片机掌握的门锁,能切实可行地和Inter
18、net 连接,就要求特地为嵌入式微掌握器设备设计网络服务器,使嵌入式设备可 Internet 相连,并通过标准网络浏览器进行过程掌握;EmWare公司提出嵌入式系统入网的方案-EMIT 技术;这个技术包括三个主要部分:即 emMicro,emGateway和网络浏览器;目前,单片机应用中提出了一个新的问题:这就是如何使 8 位、 16 位单片机掌握的产品,也即嵌入式产品或设备能实现和互联网互连? TASKING公司目前正在为解决这个问题供应了途径;该公司已把 emWare的EMIT 软件包和有关的软件配套集成,形成一个集成开发环境,向用户供应开发方便;嵌入互联网联盟ETIembed the I
19、nternet Consortium)正在紧密合作,共同开发嵌入式 Internet的解决方案;1.4 本讨论课题的进展趋势随着微电子技术的不断进展,微处理器芯片的集成程度越来越高,单片机已可以在一块芯片上同时集成CPU、储备器、定时器计数电路,这就很简洁将 3 / 48 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 48 页精选学习资料 - - - - - - - - - 运算机技术与测量掌握技术结合,组成智能化测量掌握系统;数字电压表Digital Voltmeter)简称 DVM,它是采纳数字化测量技术,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外表;
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