杨贤军老师叫上传的大学本科方案设计书模板.pdf
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1、柳州职业技术学院毕业设计(论文)题目:数字式电压表设计姓名陈贤龙学号 20090201066专业应用电子技术年级 2009级指导教师杨贤军完成时间目目录录任务书 3第一章摘要 51.1 课题背景 51.2 数字电压表的主要特点61.3 数字电压表发展的新趋向71.4 本次电压表设计的基本介绍7第二章总体方案 72.1 设计方案 7第三章硬件设计方法及相关元器件的介绍83.1硬件实际设计方法 83.2 元器件介绍及使用说明9第四章硬件设计的电路分析164.1 硬件设计总电路 164.2 单片机小系统电路 164.3 调整量程分压电路 174.4 继电器选取量程电路174.5 18B20 温度传感
2、器及 12864 液晶屏串行接口电路18第五章:软件设计 185.1 软件设计方案分析 185.2 本次设计的程序 20第六章调试 226.1硬件调试 226.2 软件调试 22第七章心得体会与总结 22第八章附件 238.1 实物作品图 23第九章:参考文献 25柳州职业技术学院毕业设计(论文)任任 务务 书书电子电气 系(部)09应用电子技术 专业 2 班学生 陈贤龙学号 20090201066一、毕业设计(论文)题目:数字式电压表设计二、毕业设计(论文)工作规定进行的日期:2011年 1月 1日起至 2011年 12月 31日止三、毕业设计(论文)进行地点:柳州职业技术学院东校区竞择楼四
3、、任务书的内容:目的:通过数字电压表的设计与制作,巩固数电的知识点,理论联系实际,掌握数字电压表原理、调试方法;掌握电子线路实际操作技能(焊接、测量、器件拆装、万用表等);训练整体分析的能力,以及故障排除的能力。具体目的是:掌握 3 位半数字电压表的设计、组装和调试方法;熟悉集成电路12C5A60S2 的使用方法,并掌握其工作原理。任务:设计指标设计指标 输入基本量程:0-2VDC 精度:0.05%FS 测量速率2 次/秒 具有极性显示,溢出报警 显示器件可用 LED 数码管 具有较强的常模干扰抑制能力设计要求设计要求 画出电路原理图(或仿真电路图);元器件及参数选择;电路仿真与调试;PCB
4、文件生成与打印输出。制作要求制作要求自行装配和调试,并能发现问题和解决问题。编写设计报告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。答辩答辩在规定的时间内,完成叙述并回答提问。设计(论文)要求设计(论文)要求:要求提供以下设计资料,汇报设计与制作的全过程,附上有关资料和图纸,有设计心得体会并装订成册:1.摘要(所做的设计如有特别之处,一定要挑明);2.原理框图3.元器件明细表及参数选择4.各功能块电路图5.PCB 文件生成与打印输出6.操作原理简要说明7.调试的结果是否满足设计要求工作日程安排:8-21 学习周设计(论文)要求:8000 字主要参考文献:1荀 殿 栋,徐
5、 志 军 数 字 电 路 设 计 实 用 手 册 电 子 工 业 出 版 社2 梁廷贵积分式A/D 转换器-其它专用集成电路分册科学技术文献出版社3中 国 IT 培 训 工 程 编 委 会 Protel99电 路 设 计 培 训 班 珠 海 出 版 社4沙 占 友 新 型 数 字 电 压 表 原 理 与 应 用 机 械 工 业 出 版 社5 杨振江A/D、D/A 转换器接口技术与实用线路西安电子科技大学出版6李春法单片机原理及接口技术案例教程编著机械工业出版社 7吴金戌 沈庆阳 郭庭青8051 单片机实践与应用清华大学出版社学生开始执行任务书日期 2011年 月 日指导教师签名:年月日学生送交
6、毕业设计(论文)日期:2011 年 月 日教研室主任签名:年月日学生签名:年月日第一章第一章 摘要摘要1.11.1 课题背景课题背景随着人类生活中科技含量的增长,电子类产品已成为现代人类物质生活中不可缺少的一部分。那么,设计和维修这些电子产品就需要一些工具,如:示波器,电压表等。下面,我们着重研究一下电压表。传统的模拟式电压表已有 100 多年的发展历史,虽然不断改进与完善,仍然无法满足现代电子测量的需要。但模拟式电压表却为数字电压表奠定了基础,是数字电压表的一个重要里程碑。数字电压表自 1952 年问世以来,显示出强大的生命力,现已成为在电子测量领域中应用最广泛的一种仪表。但数字电压表虽有许
7、多优点,仍存在一些不便,如需要手动调档,稍不注意就可能将表烧毁。方便人类是电子产品的灵魂所在,所以自动换档成为新兴的课题。下面将对数字电压表的特点作介绍。1.21.2 数字电压表的主要特点数字电压表的主要特点数字电压表简称 DVM(Digutal Voltmeter)。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。智能化数字电压表则是大规模集成电路,显示技术,计算机技术,自动测试技术的产品。数字电压表主要有以下特点:1.显示清晰,直观,读数准确传统的模拟式电压表必须借助于指针和刻度盘进行读数。在读数过程中不可避免的会引入人为的误差,并且还容
8、易造成视觉疲劳。数字电压表则采用先进的数字显示技术,使显示结果一目了然只要仪表不发生跳变现象,测量结果就是唯一的,不紧保证了读数的客观性与准确性,还符合人们的读数习惯,能够缩短读数和记录的时间。2.准确度高数字电压表的准确度是测量结果中系统误差与随即误差的综合。它表示测量结果与真值的一致程度,也反映测量误差的大小。一般讲准确度越高,测量误差越小,反之则越大。根据准确度的高低,可将数字电压表分成若干等级。直流数字电压表共分为 11 个等级:0.0005,0.001,0.002,0.005,0.01,0.02,0.05,0.1,0.2,0.5,1.0。3.分辨率高数字电压表在最低电压量程上末位 1
9、 个字所对应的电压值,称作仪表的分辨力,它反映出仪表的灵敏度的高低。分辨力是指所能显示的最小数字与最大数字之比,通常用百分数来表示。4.测量范围宽多量程数字电压表通常可测 01000V 的直流电压,配上高压探头还可测量几千伏的电压。5.测量速度快数字电压表在每秒鈡内被测电压的测量次数,叫测量速率,单位是“次/s”。它主要取决于 A/D 转换器的转换速率。6.输入阻抗高数字电压表具有很高的输入阻抗,通常为10M-10000M,最高可达100000M。这样在测量时从被测电路上吸取的电流极小,不会影响被测信号源的工作状态,由此可减小信号源内带来的附加误差。7.集成度高,微功耗新型数字电压表普遍采用
10、CMOS 大规模集成电路,整机功耗很低。8.抗干扰能力强噪声干扰大致分两类,一类是串模干扰,干扰电压与被测量信号串连后加至仪表的输入端。另一类是共模干扰,干扰电压同时加于仪表的两个输入端.衡量仪表干扰能力的技术指标也有两个:串模抑止比和共模抑止比。高档数字电压表大多采用数字滤波和浮地保护等技术,进一步提高了抗干扰能力,其共模抑制比可达到 10080dB,串模抑制比为 100dB 左右。1.31.3 数字电压表发展的新趋向数字电压表发展的新趋向目前数字电压表正进入一个蓬勃发展的新时期。一方面它开拓了电子测量领域的先河,另一方面它本身正朝着高准确度,智能化,低成本的方向发展。1.采用新技术,开发新
11、产品数字电压表的新产品总是依托新技术而问世的。近些年来,新技术的涌现,不断的被采用,迅速转化成生产力。2.单片专用 IC 的广泛应用集成电路强大的生命力在于应用。目前国内外都在积极开发供数字仪表使用的单片专用 IC,为研制高性价比数字电压表以及智能仪器创造了条件。3.多重显示仪表多重显示仪表能同时显示同一被测信号的两种不同参数,例如交换电压值与频率值。4.广泛采用新器件,新工艺近年来,电子模块,电子模板,表面安装元件,超小型集成电路等新器件正越来越广泛的用于数字电压表中。此外,数字电压表在安装工艺,外观设计,安全性,可靠性等方面也在不断改进,日趋完善。1.41.4 本次电压表设计的基本介绍本次
12、电压表设计的基本介绍本设计运用 STC12C5A60S 单片机进行 A/D 转换,根据数据采集把数据转换为电压值最后把电压值传送到 12864 液晶屏上终端显示,在传统的电压表基础上我增加了温度检测功能,可以实时检测周围环境温度。该数字电压表测量电压类型是直流,可选用的量程有 5,50V,250V,以及 500。电路包括:单片机最小系统电路、复位电路,电压表分压电路,继电器选取量程电路,12864 液晶串行显示电路,18B20 温度检测电路等。主控制器采用STC12C5A60S 芯片,A/D 转换器由 STC12C5A60S 芯片内部集成。第二章第二章 总体方案总体方案2.12.1 设计方案设
13、计方案数字式电压表电路尽量采用中、大规模集成电路。它主要由模拟电路和数字电路两大部分组成,模拟部分包括输入放大器、A/D 转换器、和基准电源;数字部分包括计数器、译码器、逻辑控制器、振荡器和显示器。其中,A/D 转换器将输入的模拟量转换成数字量,逻辑控制电路产生控制信号,按规定的时序将 A/D 转换器中各组模拟开关接通或断开,保证 A/D 转换正常进行。A/D 转换结果通过 12864 液晶屏显示出来。第三章第三章 硬件设计方法及相关元器件的介绍硬件设计方法及相关元器件的介绍3.13.1硬件实际设计方法硬件实际设计方法硬件电路设计框图(图一)本课题实验主要采用 STC12C5A60S2芯片来完
14、成一个简易的数字电压表,能够对输入的05 00V 的模拟直流电压进行测量,并通过12864 液晶屏进行显示,测量误差约为0.005V。该电压表的测量电路主要由三个模块组成:A/D 转换模块、数据处理模块及显示控制模块。A/D 转换主要由芯片 STC12C5A60S2内部集成 AD 来完成,它负责把采集到的模拟量转换为相应的数字量再传送到数据处理模块。数据处理则由芯片 STC12C5A60S2来完成,其负责把 STC12C5A60S2内部 AD 传送来的数字量经过一定的数据处理,产生相应的显示码送到12864 液晶屏显示模块进行显示;另外除了能够测量电压外我还设计了18B20 温度检测模块,该模
15、块可以实时测量当前环境的温度值,并通过 12864 液晶屏显示出来。因此该电压表平时不使用的时候,还能够当成一个温度计来使用。上上 电电 复复 位位 电电路路量程切换电路量程切换电路12864 液晶屏串行显示电路STC12C5A60S2STC12C5A60S2P0P0的萨芬的萨芬P3P3P1P1STC12C5A60S2STC12C5A60S2内部内部 ADAD 模拟量输模拟量输18B2018B20 温度检测电路温度检测电路按键控制电路按键控制电路图一图一3.23.2 元器件介绍及使用说明元器件介绍及使用说明1.STC12C5A60S21.STC12C5A60S2 系列单片机的内部结构(图二)系
16、列单片机的内部结构(图二)STC12C5A60S2 系列单片机的内部结构框图如图三所示。STC12C5A60S2 单片机中包含中央处理器(CPU)、程序存储器(Flash)、数据存储器(SRAM)、定时/计数器、UART 串口、串口 2、I/O 接口、高速 A/D 转换、SPI 接口、PCA、看门狗及片内 R/C 振荡器和外部晶体振荡电路等模块。STC12C5A60S2 系列单片机几乎包含了数据采集和控制中所需的所有单元模块,可称得上一个片上系统。图二图二2.STC12C5A60S22.STC12C5A60S2 系列单片机管脚图(图三)系列单片机管脚图(图三)图三图三3.STC12C5A60S
17、23.STC12C5A60S2系列管脚说明a.主电源引脚Vss-(20脚):地线Vcc-(40脚):+5V电源b.外接晶振或外部振荡器引脚XTAL1-(19 脚):当采用芯片内部时钟信号时,接外部晶振的一个引脚;当采用外部时钟信号时,此脚应接地。XTAL2-(18 脚):当采用芯片内部时钟信号时,接外部晶振的一个引脚;当采用外部时钟信号时,外部信号由此脚输入。c.控制、选通或电源复用引脚 RST/Vp0-(9 脚):复位信号输入;Vcc 掉电后,此脚可接上备用电源,在低功耗条件下保持内部 RAM 中的数据。d.多功能 I/O 引脚P0 口-(3239 脚):P0 数据/地址复用总线端口。P1
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