2022年电子技术综合设计《一个3位半数字万用表电路设计》报告书.docx

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1、课程设计报告书课程名称：电子技术综合设计学 院：专 业：班 级：学.号：学生姓名：指导教师：职 称:2022年 月日C130uFX119C21830uFCRYSTALU1XTAL2图6时钟电路图.复位电路单片机在启动运行时都需要复位，使CPU和系统中的其他部件都处于一个确 定的初始状态，并从这个状态开始工作。AT89c51单片机有一个复位引脚RST采 用施密特触发输入。当震汤器起振后，只要该引脚上出现2个机器周期以上的高 电平即可确保时器件复位。复位完成后，如果RST端继续保持高电平，AT89C51 就一直处于复位状态，只要RST恢复低电平后，单片机才能进入其他工作状态。 单片机的复位方式有上

2、电自动复位和手动复位两种，图6是51系列单片机统常用 的上电复位和手动复位组合电路，只要Vcc上升时间不超过1ms,它们都能很好 的工作。图7复位电路图显示系统设计设计中采用的是4段LED数码管来显示电压值。LED具有耗电低、亮度高、视角大、线路简单、耐震及寿命长等优点，它由4个发光二极管组成，其中3个按 8字型排列，另一个发光二极管为圆点形状，位于右下角，常用于显示小数点。把4个发光二极管连在一起，公共端接高电平，叫共阳极接法，相反，公共端接 低电平的叫共阴极接法，我们采用共阴极接法。当发光二极管导通时，相应的一 段笔画或点就发亮，从而形成不同的发光字符。其8段分别命名为dpgfedcba。

3、根据设计要求，显示电路需要至少4位LED数码管来显示电压值，利用单片 机的I/O 口驱动LED数码管的亮灭，设计中由P0 口驱动LED的段码显示，即显示 字符，由P2 口选择LED位码，即选择点亮哪位LED来显示电压、电流信号衰减电路4 .电压衰减电路四个电阻串联值为10MQ,假设隔直电容104通过交流电压使输出Vo到达2V,那么开 关4接入的Vi二Vo/10kQX的MQ=2000V,同理,其它档位1、2、3、4分别为2V、20V、 200V、 2000Vo.电流衰减电路四个电阻串联值为1000Q,假设选1档，且使输出不超过2V,那么liXIOOOQ二VCK2V, 所以Ii2mAo同理可计算出

4、其它档的满量程电流。档位1、2、3、4分别为2mA、20mA、 200mA、 2Ao10S6R14 10K图8电压衰减电路（左）和电流衰减电路（右）.电阻测量电路U ref= R OU IN R XRx =分-RoU REF选取不同的标准电阻并适当地对小数点进行定位，就能得到不同的电阻测量挡。对200。挡，取R0100,小数点定在十位上。当Rx=100Q时，表头就会显示出11100.0(Q)o当Rx变化时，显示值相应变化，可以从0. 1。测到199.9Q。又如对2k Q挡，取R02=lkQ,小数点定在千位上。当Rx变化时，显示值相应变化，可以从以001k Q测到L 999k Q。图9电阻测量电

5、路8.电容测量12图10电容测量电路IC7是555方波产生器，低电平时触发IC8单稳态触发器。电容测量仪输出电压 Vo与MC14433第3脚相连，通过A/D转换，可以从LED显示器上读出电容值。四.系统电路设计图11系统电路设计13五.电路仿真验证:221agS丁手工:221agS丁手工KIM，MUUa -IU心,g 通上 ，*， 山，】 %“ 必即入裾图12电路仿真图14六.总结通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关方面的知识，在设计过程中虽然 遇到了一些问题,但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在, 也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验缺乏。实践出真知，通过亲自

6、动手制作, 使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们 不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是 远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得，才能真正为社 会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题, 可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。如果有缺乏的地方，请老师指 正，我会不断改进，不断完善。15附录:参考文献口胡健.单片机原理及接口技术.北京机械工业出版社，2004年10月.2王毓银.数字电路逻辑设计,高等教育出版社，2005年

7、12月.3于殿泓、王新年.单片机原理与程序设计实验教程.西安电子科技大学出版社，2007年5 月.4谢维成、杨加国.单片机原理与应用及C51程序设计实例,电子工业出版社，2006年3月.5李广弟.单片机基础.北京航空航天大学出版社，2007年5月.6姜志海,黄玉清等著.单片机原理及应用M.北京：电子工业出版社,2005年7月.7魏立峰.单片机原理及应用技术.北京大学出版社，2005.8周润景.Protues在MCS-5I&ARM7系统中的应用百例.第一版.北京：电子工业出版社,2006.9边春远等著.MCS-51单片机应用开发实用子程序加.北京:人民邮电出版社.2005年9月. 10苗红霞.单

8、片机实现数字屯压表的软硬件设计J,河海人学常州分校学报，2002, (03). 11宋风娟，孙军，李国忠,基于89C51单片机的数字电压表设计J.工业控制计算机， 2007, (04).16一 .设计要求2.方案设计2二 .模块电路设计及器件介绍3.系统电路设计13三 .电路仿真验证14.总结15附录16一.设计要求A设计内容及参数要求(1)设计一个3位半数字万用表电路，须采用中、小规模集成电路、MC 14433 A/D 转换器等电路进行设计，写出已确定方案详细工作原理，计算出参数。(2)测量直流电压 1999TV； 199. 9-0. IV； 19. 99-0. 01V； 1.999-0.

9、001V；测量交流 电压 1999-199VO(3)交、直流电流；(4)电阻、电容；(5)三位半数字显示。B设计成果要求(1)根据技术指示设计各单元电路，写出设计过程，进行设计方案论证、方案比照； (2)选择所用元器件的型号，写出元器件的功能表，列出元器件清单； (3)画出整机原理图；(4)安装调试或仿真，并分析仿真结果；(5)编写设计报告，写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。 二.方案设计根据设计要求，选择AT89c51单片机为核心控彻器件。(2)A/D转换采用ADC0808实现，与单片机的接口为P1 口和P2 口的高四位引 脚。(3电压显示用LED数码管显示。硬件电路设

10、计由6个局部组成;A/D转换电路，AT89C51单片机系统，LED数 码管显示系统、时钟电路、复位电路以及测量电压输入电路。硬件电路设计框图 如图1所示。图1数字电压表系统硬件设计框图三.模块电路设计及器件介绍1.AT89C51AT89C51提供以下标准功能:4KB的Flash闪速存储器，128B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，片内震荡器及时钟电路，同时，AT89c51可降至0Hz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

11、方式保存RAM中的内容,但震荡 器停止工作并禁止其他所有工作直到下一个硬件复位。AT89c51采用PDIP封装形 式,如图。19182930371 2345 678XTAL1XTAL2RSTPSEN ALE EAP1.0 P1J PA.2 P1.3 P1.4 P1,5 P1.6 P1.7PO.O/ADOPO.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/1NTOP3.3/

12、TNT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD39 变 37 羽 35 远 33 32212223242526272810 五 三 131415 1617图2 AT89C51引脚结构图AT89C51芯片的各引脚功能为：P01：这组引脚共存8条，P0.0为最低位。这8个引脚有两种不同的功能，分 别适用于不同的情况，第一种情况是AT89C51不带外存储器,P0 口可以为通用I/O 口使用,PO. 0-P0. 7用于传送CPU的输入/输出数据，这时输出数据可以得到锁存， 不需要外接专用锁存器，输入数据可以得到缓冲，增加了数据输入的可靠性;第二 种情况是AT89C51带片外存储器，P

13、O. 0-P0. 7在CPU访问片外存储器时先传送片 外存储器的低8位地址，然后传送CPU对片外存储器的读/写数据。P0 口为开漏 输出，在作为通用I/O使用时，需要在外部用电阻上拉。P1 口：这8个引脚和P0 口的8个引脚类似，P1. 7为最高位，P1. 0为最低位， 当P1 口作为通用I/O 口使用时，的功能和P0 口的第一功能相同，也 用于传送用户的输入和输出数据。P2 口：这组引脚的第一功能与上述两组引脚的第一功能相同即它可以作为通 用I/O 口使用，它的第一功能和P0 口引脚的第二功能相配合，用于输出片外存储器的高8位地址，共同选中片外存储器单元，但并不是像P0 口那样传送存储器的

14、读/写数据。P3 口：这组引脚的第一功能和其余三个端口的第一功能相同，第二功能为控 制功能，每个引脚并不完全相同，如下表2所示：P3 口各位第二功能P3.0RXT （串行口输入）P3.1TXD （串行口输出）P3.2/INTO （外部中断0输入）P3.3/INT1（外部中断1输入）P3.4TO（定时器/计数器0的外部输入）P3.5T1（定时器/计数的1的外部输入）P3.6/WR （片外数据存储器写允许）P3.7/RD （片外数据存储器读允许）图3 P3 口各位的第二功能Vcc为+5V电源线，Vss接地。ALE:地址锁存允许线，配合P0 口的第二功能使用，在访问外部存储器时， AT89C51的C

15、PU在PO. 0-P0. 7引脚线去传送随后而来的片外存储器读/写数据。在 不访问片外存储器时，AT89C51自动在ALE线上输出频率为1/6震荡器频率的脉 冲序列。该脉冲序列可以作为外部时钟源或定时脉冲使用。/EA:片外存储器访问选择线，可以控制AT89C51使用片内ROM或使用片外 ROM,假设/EA=1,那么允许使用片内ROM,假设/EA=O,那么只使用片外ROM。/PSEN:片外ROM的选通线，在访问片外ROM时，AT89c51自动在/PSEN线上 产生一个负脉冲，作为片外ROM芯片的读选通信号。RST:复位线，可以使AT89c51处于复位（即初始化）工作状态。通常AT89c51 复位

16、有自动上电复位和人工按键复位两种OXTAL1和XTAL2:片内震荡电路输入线，这两个端子用来外接石英晶体和微调电容，即用来连接AT89c51片内OSC (震荡器)的定时反应回路。2. ADC080 介绍ADC 0808是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模/数转换的器件。其 内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟 输入信号中的一个进行A/D转换。逐次逼近法转换过程是：初始化时将逐次逼近寄存器各位清零；转换开始时， 先将逐次逼近寄存器最高位置1,送入D/A转换器，经D/A转换后生成的模拟量送入 比拟器，称为Vo,与送入比拟器的待转换的模拟量Vi进行比拟，假

17、设VoVi,该位1 被保存，否那么被清除。然后再置逐次逼近寄存器次高位为1,将寄存器中新的数字 量送D/A转换器，输出的Vo再与Vi比拟，假设VoVi,该位1被保存，否那么被清除。 重复此过程，直至逼近寄存器最低位。转换结束后，将逐次逼近寄存器中的数字量 送入缓冲寄存器得到数字量的输出。E0C(1) ADC0808的内部逻辑结构IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7从 1B 1C 1ALE .图4 ADC0809的内部逻辑结构上图可知，ADC0808由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转 换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分 时输

18、入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当 0E端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。(2)引脚结构123451234579 To, IT TT 13 iTIN3IN2IN4INIIN5INOIN6AIN7BSTEOCD3 OE CLK VCC VRJEF+c E 7 6 5 4 o crTDnDnDOND VRFF-O1D228 2726 25 24 23 22 2T 20 1918 1716 15图5 ADC0809引脚结构图IN0-IN7： 8条模拟量输入通道ADC0809对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是0 5V,假设信号太小，必

19、须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如假设模拟量变化太快，那么需 在输入前增加采样保持电路。地址输入和控制线：4条ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE线为高电平时，地址锁存与译 码器将A, B, C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进 转换器进行转换。A, B和C为地址输入线，用于选通INO IN7上的一路模拟量输入。通道选择表如下表所示。表2.3地址输入线的通道选择C B A*7111161IN7数字量输出及控制线：11条ST为转换启动信号。当ST上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进 行A/D转换；在转换期间，ST应保持低电平。EO

20、C为转换结束信号。当EOC为高电平 时，说明转换结束；否那么，说明正在进行A/D转换。0E为输出允许信号，用于控制 三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=1,输出转换得到的数据;0E=0, 输出数据线呈高阻状态。D7DO为数字量输出线。CLK为时钟输入信号线。因ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由 外界提供，通常使用频率为500KHZ,VREF ( + ) , VREF (-)为参考电压输入。ADC0809应用说明：(1) . ADC0809内部带有输出锁存器，可以与AT89s51单片机直接相连。(2) .初始化时，使ST和0E信号全为低电平。(3) .送要转换的哪一

21、通道的地址到A, B, C端口上。(4) .在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号。(5) .是否转换完毕，我们根据EOC信号来判断。(6) .当EOC变为高电平时，这时给0E为高电平，转换的数据就输出给单片 机了。3.时钟电路单片机中CPU每执行一条指令，都必须在统一的时钟脉冲的控制下严格按时间节 拍进行，而这个时钟脉冲是单片机控制中的时序电路发出的。CPU执行一条指令的各 个微操作所对应时间顺序称为单片机的时序。AT89C51单片机芯片内部有一个高增益 反相放大器,用于构成震荡器,XTAL1为该放大器的输入端,XTAL2为该放大器输出端, 但形成时钟电路还需附加其他电路。本设计系统采用内部时钟方式，利用单片机内部的高增益反相放大器，外部电路 简单，只需要一个晶振和2个电容即可，如图7所示。