单片机课程设计说明书(文档+全).docx
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1、单片机课程设计说明书用 ADC0832 设计的两路电压表 (用 LCD1602 显示)专业能源科学与工程学生姓名班级学号指导教师完成日期2023 年 1 月 28 日用 ADC0832 设计的两路电压表(用 LCD1602 显示)摘 要:本设计是简易两路数字电压表,数字电压表是承受数字化测量设计的电压仪表。随着电子科学技术的进展,电子测量成为宽阔电子工作者必需把握的手段,对测量的精度和功能的要求也越来越高,而电压的测量甚为突出,由于电压的测量最为普遍。本设计利用单片机 STC89C52 借助软件实现数字显示功能、自动校准、LED 显示, A/D 转换器承受 ADC0832 构成数模转换电路。该
2、电压表测量范围在 05V。由于承受 高性能的单片机芯片为核心,同时利用 LED 数码管为显示设备,这样就使显示清楚直观、读数准确,削减了由于人为因素所造成的测量误差大事,同时提高了测量的准确度。依据电压表的主要功能,提出了设计方案并进展了论证。设计包括硬件设计和软件设计两大局部。硬件局部包括单片机最小系统、数模转换电路、显示模块四个局部。首先在 Proteus 中设计并绘制了电路图,并编写程序使仿真正确。然后便依据设计的电路在万能板上制作完成了实物并调试成功。接着在 SD301 学习板上完成了同样的功能。接着画了电路原理图,制作了小视频,完成了课程设计。关键词:单片机,ADC0832,LCD1
3、602,A/D 转换,电压表目录1 概述01.1 课程设计争论背景与意义01.2 课程设计内容12 设计方案论证与方案选择12.1 方案论证12.2 方案选择13 系统硬件电路设计23.1 单片机最小系统23.2 模数转换电路43.3 显示电路64 系统软件设计94.1 主程序94.2 A/D 转换程序104.3 液晶显示子程序105 系统调试126 完毕语14参考文献15附录16附录 1ADC0832 设计的两路电压表电路原理图17附录 2ADC0832 设计的两路电压表 Proteus 仿真电路图18附录 3ADC0832 设计的两路电压表元器件清单19附录 4ADC0832 设计的两路电
4、压表程序清单20用 ADC0832 设计的两路电压表(用 LCD1602 显示)1 概述1.1 课程设计争论背景与意义近年来计算机技术及微电子器件在工程技术中应用格外广泛。在此根底上进展起来的智能仪表,无论是在测量的准确性、灵敏度、牢靠性、自动化程度、运用功能方面还是在解决测量技术与掌握技术问题的深度及广度方面都有了很大的进展,以一种崭的面貌呈现在人们的面前。数字电压表(Digital Voltmeter)简称 DVM,它是智能仪器中最常见的,是承受数字化测量技术,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。这种电子测量的仪表之所以消灭,一方面是由于电子计算机的应用
5、渐渐推广到系统的自动掌握试验争论的领域,提出了将各种被观测量或被掌握量转换为数码的要求,即为了实时掌握及数据处理的需要;另一方面,也是电子计算机的进展, 带动了脉冲数字电路技术的进步,为数字化仪表的消灭供给了条件。所以,数字化测量仪表的产生与进展与电子计算机的进展是亲热相关的;同时,为革电子测量中的繁琐和陈旧方式也催促了它的飞速进展。如今,它又成为向智能化仪表进展的必要桥梁。数字电压表已绝大局部取代了传统的模拟指针式电压表。由于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。数字电压迄今已有 40 多年的进展史。目前,由各种单片机、A/D 转换器构成的数字电压表,已被广泛应用于电
6、子及电子测量、工业自动化仪表、自动测试的系统等领域,显示出强大的生命力。由于电子技术、大规模集成电路及计算机的进展,人们不久就研制出微处理器数字电压表,实现了DVM 数据处理自动化和可编程序。由于带有存储器并使用软件支持,所以可以进展信息处理,可通过标准接口组成自动测试系统。除了完成原有 DVM 的各种功能外,还能够自校、自检,保证了自动测量的高标准确度,实现了仪器、仪表的智能化。当前,智能化仪表法格外速度,而微处理式DVM 在智能仪表中占的比重最大,智能化的 DVM 为实现各种物理量的动态测量供给了可能。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
7、到崭水平数字电压表的特点:显示清楚直观,读书准确。传统的模拟式仪表必需借助于指针和刻度盘进展读数,在读数过程中不行避开地会引入认为的测量误差,并且简洁造成视觉疲乏。数字电压表则承受先进的数显技术,使测量结果一目了然,只要仪表不发生跳数现象,测量结果就是唯一的。不仅保证读数的客观性与准确性,还符合人们的读数习惯,能缩短读数和记录的时间。在电量的测量中,电压、电流和频率是最根本的三个被测量。其中,电压量的测量最为常常。随着电子技术的进展,更是常常需要测量高精度的电压,所以数字电压表就成为一种必不行少的测量仪器。另外,由于数字式仪器具有读数准确便利、精度高、误差小、灵敏度高、区分率高、测量速度快等特
8、点而倍受用户青睐。数字电压表就是基于这种需求而进展起来的,是一种必不行少的电子仪器仪表。1.2 课程设计内容利用单片机 STC89C52 与 ADC0832 设计一个两路电压表,将模拟信号 05V 之间的电压值转换成数字量信号 ,并在 LCD1602 显示屏上显示 ,通过虚拟电压表观看ADC0832 模拟量输入信号的电压值,LCD1602 实时显示相应的数值量。设计两路电压表的硬件电路与软件程序,给出硬件系统的电路原理图与 PCB 图,对硬件电路与软件分别进展调试,得到调试成功的两路电压表。2 设计方案论证与方案选择2.1 方案论证1. 由数字电路及芯片构建这种设计方案是由模拟电路与数字电路两
9、大局部组成,模拟局部包括输入放大 器、A/D 转换器和基准电压源;数字局部包括计数器、译码器、规律掌握器、振荡器和显示器。其中,A/D 转换器是它的核心器件,它将输入的模拟量转换成数字量。模拟电路和数字电路是相互联系的,由规律掌握电路产生掌握信号,按规定的时序将A/D 转换器逐个组模拟开关接通或断开,保证 A/D 转换正常进展。A/D 转换结果由计数译码电路变成段码,最终驱动显示器显示出相应的数值。此方案设计其优点是: 设计本钱低,能够满足一般的电压测量。但设计不敏捷,都是承受纯硬件电路,很难将其在原有的根底上进展扩展。2. 由单片机系统及 A/D 转换芯片构成这种方案是利用单片机系统与模数转
10、换芯片、显示模块等的结合后,组成数字电压表。由于单片机的进展已经成熟,利用单片机系统的软硬件结合,可以组装出应用电路来。此方案的原理是模数(A/D)转换芯片的基准电压端,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)转换芯片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展软件编程,使单片机系统能按规定的时序来采集这些数字信号,通过肯定的算法计算出被测量电压的值,最终单片机系统将计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。此方案不仅能够继承上一种方案的各种优点,还能改进上一种设计方案设计不敏捷。2.2 方案选择方案 2 不仅能够继承
11、方案 1 的各种优点,还能改进方案 1 设计方案设计不敏捷, 难于在原根底上进展功能扩展等缺乏。经过以上方案设计,打算承受如图 2-1 所示方案。即利用单片机系统与模数转换芯片、显示模块等的结合后,组成数字电压表。电路流程图设计如图 2-1 所示。LCD显示晶振电路单片机复位电路A/D转换输入电路图 2-1方案设计以单片机 STC89C52 芯片为核心的简洁电压测量电路,它由 5V 直流电源供电。在硬件方面,通过可变电阻调整输入电压的变化来反映检测到的电压变化。通过 A/D 转换后数字量在单片机 STC89C52 处理在转换成相应的实际电压,通过 LCD1602 显示器进展显示。LCD 显示电
12、压实现零辐射、低功耗、散热小、体积小、图像复原准确、字符显示锐利等。3 系统硬件电路设计依据第 2 节总体设计方案,进展了两路电压表的设计,总电路原理图如附录1 所示。3.1 单片机最小系统本次选用的主控芯片为单片机 STC89C52。其引脚图如图 3-1 所示。图 3-1STC89C52 引脚图STC89C52 是一个低电压,高性能 CMOS 8 位单片机带有 8K 字节的可反复擦写的程序存储器PENROM。和 128 字节的存取数据存储器RAM,这种器件承受 ATMEL 公司的高密度、不简洁丧失存储技术生产,并且能够与 MCS-51 系列的单片机兼容。片内含有 8 位中心处理器和闪耀存储单
13、元,有较强的功能的 STC89C52 单片机能够被应用到掌握领域中。STC89C52 供给以下的功能标准:8K 字节闪耀存储器256 字节随机存取数据存储器32 个 I/O 口,2 个 16 位定时/计数器1 个 5 向量两级中断构造,1 个串行通信口,片内震荡器和时钟电路。另外,STC89C52 还可以进展 0HZ 的静态规律操作,并支持两种软件的节电模式。闲散方式停顿中心处理器的工作,能够允许随机存取数据存储器、定时 /计数器、串行通信口及中断系统连续工作。掉电方式保存随机存取数据存储器中的内容,但震荡器停顿工作并制止其它全部部件的工作直到下一个复位。要使单片机工作,必需供给复位电路和晶体
14、振荡电路,即组成单片机最小应用系统,使其正常工作。承受的复位方法是自动复位,单片机复位满足的条件为: RST 引脚上消灭 10ms(T=RC)以上的高电平,所以当电容值取 C=10UF 时,电阻 R=10K 才会满足要求。STC89C52 单片机最小系统如图 3-2 所示。图 3-2STC89C52 单片机最小系统单片机内部每个部件要想协调全都地工作,必需在统一口令时钟信号的掌握下工作。单片机工作所需要的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的增益反相放大器,引脚 XTAL1 和 XTAL2 分别是此放大器的输入端和输出端,这个放大器与作为反响元件的片
15、外晶振一起构成自激振荡器。在该图中,电容 C1 和 C2 取 22pF,晶体的震荡频率取 12Mhz,晶体震荡频率高,则系统的时钟频率也高,单片机运行速度也就快。晶振选用 12MHZ。3.2 模数转换电路本次 A/D 转换器承受集成电路选用芯片 ADC0832。其引脚图如图 3-3 所示。图 3-3ADC0832 引脚图CS:片选使能,低电平有效 CH0:模拟输入通道 0,或作为 IN+/-使用CH1:模拟输入通道 1,或作为 IN+/-使用GND:芯片参考 0 电位(地)DI:数据信号输入,选择通道掌握DO:数据信号输出,转换数据输出CLK:芯片时钟输入 VCC:电源输入ADC0832 为
16、8 位区分率 A/D 转换芯片,其最高区分可达 256 级,可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用,使得芯片的模拟电压输入在05V 之间。芯片转换时间仅为 32S,具有双数据输出可作为数据校验,以削减数据误差,转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入,使多器件挂接和处理器掌握变的更加便利。通过 DI 数据输入端,可以轻易的实现通道功能的选择。正常状况下 ADC0832 与单片机的接口应为 4 条数据线,分别是 CS、CLK、DO、DI。但由于DO 端与 DI 端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的,所以电路设计时可以将 DO 和 DI 并联在一根数据线上使用。与
17、 DS1302 格外相像,CS 作为选通信号,在时序图中可以看到,从CS 置为低电平开头,始终到置为高电平完毕。CLK 供给时钟信号。当 ADC0832 未工作时其 CS输入端应为高电平,此时芯片禁用,CLK 和 DO/DI 的电平可任意。当要进展A/D 转换时,须先将CS 使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全完毕。此时芯片开头转换工作,同时由处理器向芯片时钟输入端 CLK 输入时钟脉冲,DO/DI 端则使用DI 端输入通道功能选择的数据信号。在第 1 个时钟脉冲的下沉之前 DI 端必需是高电 平,表示启始信号。在第 2、3 个脉冲下沉之前 DI 端应输入 2 位数据SGL、Odd 用于
18、选择通道功能,当此 2 位数据为“1”、“0”时,只对 CH0 进展单通道转换。当 2 位数据为“1”、“1”时,只对 CH1 进展单通道转换。当 2 位数据为“0”、“0”时,将 CH0 作为正输入端 IN+,CH1 作为负输入端 IN-进展输入。当 2 位数据为“0”、“1”时,将 CH0 作为负输入端 IN-,CH1 作为正输入端 IN+进展输入。在完成输入启动位、通道选择之后,到第 3 个脉冲的下沉之后 DI 端的输入电平就失去输入作用,此后DO/DI 端则开头利用数据输出 DO 进展转换数据的读取。从第 4 个脉冲下沉开头由DO 端输出转换数据最高位 DATA7,随后每一个脉冲下沉
19、DO 端输出下一位数据。直到第 11 个脉冲时发出最低位数据 DATA0,一个字节的数据输出完成。也正是从今位开头输出下一个相反字节的数据,即从第 11 个字节的下沉输出 DATA0。随后输出 8 位数据,到第 19 个脉冲时数据输出完成,也标志着一次 A/D 转换的完毕。最终将CS 置高电平禁用芯片,此时就可以开头读出数据,转换得到的数据会被送出二次, 一次高位在前传送,一次低位在前传送,连续送出。作为单通道模拟信号输入时 ADC0832 的输入电压是 05V 且 8 位区分率时的电压精度为 19.53mV。假设作为由 IN+与 IN-输入的输入时,可将电压值设定在某一个较大范围之内,从而提
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