基于Proteus的數(shù)字電壓表設計

1、東 北 石 油 大 學課 程 設 計課 程 電子技術課程設計 題 目 基于proteus的數(shù)字電壓表設計與仿真 院 系 電氣信息工程學院 專業(yè)班級 學生姓名 學生學號 指導教師 2013 年 7月 8日東北石油大學課程設計任務書課程 電 子 技 術 課 程 設 計 題目 基于proteus的數(shù)字電壓表設計與仿真 專業(yè) 自動化 姓名 學號 主要內容：根據(jù)設計要求，運用所學的模擬電子技術及電路基礎等知識，自行設計一種數(shù)字電壓表可以準確、直觀讀數(shù)的電子裝置，電壓表的數(shù)字化是將連續(xù)的模擬量轉換成不連續(xù)的離散的數(shù)字形式并加以顯示。這有別于傳統(tǒng)的以指針與刻度盤進行讀數(shù)的方法，避免了讀數(shù)的視差和視覺疲勞?；?/p>

2、本要求：1. 利用高效單片機作為核心的測量系統(tǒng)以及靈敏度和精度較高的A/D轉換器2. 精度高、靈敏度強、性能可靠、電路簡單、成本低3. 將連續(xù)的模擬量轉換成不連續(xù)的離散的數(shù)字形式并加以顯示主要參考資料：1 羅亞非.凌陽16位單片機M.北京:北京航空航天大學出版社,2005.2 薛峰.微機通訊技術大全M.北京:電子工業(yè)出版社,2002.3 張念維.USB總線接口開發(fā)指南M.北京:電子出版社,2002.4 周立功.單片機實驗與實踐M.北京:北京航空航天大學出版社,2004.5 周航慈.單片機應用程序設計技術M.北京:航空航天大學出版社,2002.6 陳朝元,魯五一.Proteus軟件在自動控制系統(tǒng)

3、仿真中的應用J.系統(tǒng)仿真學報, 2008(1):318-320.7 毛謙敏.單片機原理及應用設計系統(tǒng)M北京：國防工業(yè)出版社，2008:22-26.8 康華光.電子技術基礎(數(shù)字部分) M. 5版. 北京:高等教育出版, 2005: 290-293.9王偉,劉曉平.高精度數(shù)字電壓表方案設計J.儀表技術,2007,(4):36-39.完成期限 2013.7.1-2013.7.5 指導教師 專業(yè)負責人 2013年 7月3 日目 錄1任務和要求11.1 研究背景12 單元電路設計22.1 LCD的顯示原理22.2 時鐘電路22.3 復位電路32.4 數(shù)據(jù)采集模塊32.5 顯示電路43 電路總原理框圖設

4、計4 4 總體方案設計與流程 54.1 主程序流程圖54.2 顯示主程序流程圖54.3 A/D轉換子程序流圖64.4 數(shù)據(jù)處理主程序流程圖64.5 源代碼75 調試結果與分析95.1 調試結果圖96 設計總結11參考文獻12附錄13 1 任務和要求（1）任務：設計并仿真數(shù)字電壓表（2）數(shù)字電壓表基本要求： 利用高效單片機作為核心的測量系統(tǒng)以及靈敏度和精度較高的A/D轉換器 精度高、靈敏度強、性能可靠、電路簡單、成本低 將連續(xù)的模擬量轉換成不連續(xù)的離散的數(shù)字形式并加以顯示2 單元電路設計2.1 LCD的顯示原理TFT-LCD液晶顯示器的結構與TN-LCD液晶顯示器基本相同，只不過將TN-LCD上

5、夾層的電極改為FET晶體管，而下夾層改為共通電極。TFT-LCD液晶顯示器的工作原理與TN-LCD卻有許多不同之處。TFT-LCD液晶顯示器的顯像原理是采用“背透式”照射方式。當光源照射時，先通過下偏光板向上透出，借助液晶分子來傳導光線。由于上下夾層的電極改成FET電極和共通電極，在FET電極導通時，液晶分子的排列狀態(tài)同樣會發(fā)生改變，也通過遮光和透光來達到顯示的目的。但不同的是，由于FET晶體管具有電容效應，能夠保持電位狀態(tài)，先前透光的液晶分子會一直保持這種狀態(tài)，直到FET電極下一次再加電改變其排列方式為止。2.2時鐘電路XTAL1是片內振蕩器的反相放大器輸入端，XTAL2則是輸出端，使用外部

6、振蕩器時，外部振蕩信號應直接加到XTAL1，而XTAL2懸空。內部方式時，時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻，如晶振為12MHz，時鐘頻率就為6MHz。晶振的頻率可以在1MHz-24MHz內選擇。電容取30PF左右。系統(tǒng)的時鐘電路設計是采用的內部方式，即利用芯片內部的振蕩電路如圖2-1所示。圖2-1時鐘電路圖2.3復位電路復位電路如下圖2-2所示，按鍵沒有按下時，RST端接電容下極板是低電平，按鍵按下時，RST端接在電阻上端變?yōu)楦唠娖?，達到復位的目的。圖2-2復位電路圖2.4數(shù)據(jù)采集模塊 通過ADC0809采集數(shù)據(jù)，輸入到單片機內，如圖2-3所示：圖2-3數(shù)據(jù)采集模塊電路圖2.5顯示電路 通過2-4位

7、數(shù)碼管來顯示，如圖5所示：圖2-4顯示電路圖2 電路總原理框圖設計4 總體方案設計與流程4.1主程序流程圖主程序流程圖如圖3-1所示： 圖4-1主程序流程圖4.2顯示子程序流程圖 顯示子程序流程圖如圖3-2所示：圖4-2顯示子程序流程圖4.3 A/D轉換子程序流程圖 A/D轉換子程序流程圖,如圖3-3所示：圖4-3A/D轉換子程序流程圖4.4數(shù)據(jù)處理子程序流程圖數(shù)據(jù)處理子程序流程圖，如圖4-4所示：圖4-4數(shù)據(jù)處理子程序流程圖4.5 源代碼LED1 EQU 30H ;初始化定義LED2 EQU 31HLED3 EQU 32H ;存放三個數(shù)碼管的段碼ADC EQU 35H ;存放轉換后的數(shù)據(jù)ST

8、 BIT P3.2OE BIT P3.0EOC BIT P3.1 ;定義ADC0809的功能控制引腳ORG 0000HLJMP MAIN ;跳轉到主程序執(zhí)行ORG 0030HMAIN: MOV LED1,#00H MOV LED2,#00H MOV LED3,#00H ;寄存器初始化 CLR P3.4 SETB P3.5 CLR P3.6 ;選擇ADC0809的通道2WAIT: CLR ST SETB ST CLR ST ;在脈沖下降沿啟動轉換 JNB EOC,$ ;等待轉換結束 SETB OE ;允許輸出信號 MOV ADC,P1 ;暫存A/D轉換結果 CLR OE ;關閉輸出 MOV A,

9、ADC ;將轉換結果放入A中，準備個位數(shù)據(jù)轉換 MOV B,#50 ;變換個位調整值50送B DIV AB MOV LED1,A ;將變換后的個位值送顯示緩沖區(qū)LED1 MOV A,B ;將變換結果的余數(shù)放入A中，準備十分位變換 MOV B,#5 ;變換十分位調整值5送B DIV AB MOV LED2,A ;將變換后的十分位值送LED2 MOV LED3,B ;最后的余數(shù)作百分位值送LED3 LCALL DISP ;調用顯示程序 AJMP WAITDISP:MOV R1,#LED1 ; 顯示子程序 CJNE R1,#5,GO ;R1=5V?是往下執(zhí)行，否，則到GO MOV LED2,#0H

10、;是5V，即最高值，將小數(shù)的十分位清零 MOV LED3,#0H ;將小數(shù)的百分位清零 GO:MOV R2,#3 ;顯示位數(shù)賦初值，用到3位數(shù)碼管 MOV R3,#0FDH ;掃描初值送R3DISP1:MOV P2,#0FFH ;關閉顯示,目的防止亂碼 MOV A,R1 ;顯示值送A MOV DPTR,#TAB ;送表首地址給DPTR MOVC A,A+DPTR ;查表取段碼 CJNE R2,#3,GO1 ;判斷是否個位數(shù)碼管？否則跳到GO1 ORL A,#80H ;將整數(shù)的數(shù)碼管顯示小數(shù)點 GO1:MOV P0,A ;送段碼給P0口 MOV A,R3 MOV P2,A ;送位碼給P2口 LC

11、ALL DELAY ;調用延時 MOV R3,A RL A ;改變位碼 MOV R3,A INC R1 ;改變段碼 DJNZ R2,DISP1 ;三位是否顯示完？否則調到DISP1 RETDELAY:MOV R6,#10 ;延時5S程序： D1:MOV R7,#250 DJNZ R7,$ DJNZ R6,D1 RET TAB: DB 3FH, 06H,5BH,4FH,66H;共陰極數(shù)碼管顯示0-4 ;顯示數(shù)據(jù)表： DB 6DH,7DH,07H,7FH,6FH;顯示5-9 END5 調試結果與分析5.1調試結果圖 調節(jié)滑動變阻器的位置，可以測出相應的電壓值，如圖4-1所示：圖5-1測量電壓仿真圖

12、該電路可測得電壓范圍是0-3V,最大電壓值如圖5-1所示。該電路測量的誤差在約為0.02V，如圖4-2所示。 圖5-2最小測量誤差圖6 設計總結本文給出了利用單片機進行數(shù)字電壓表設計的一個實例，利用仿真功能強大、仿真元件模型豐富的Proteus軟件對數(shù)字電壓表各個單元電路和整體電路進行了設計和詳盡的仿真分析，縮短了設計周期,提高了設計效率,降低了設計成本。采用KEIL和proteus軟件結合使用進行仿真，取得了較好的仿真效果。在這次設計過程中，我對電路設計、單片機的使用等都有了新的認識。通過這次設計學會了Proteus和KEIL軟件的使用方法，掌握了從系統(tǒng)的需要、方案的設計、功能模塊的劃分、原

13、理圖的設計和電路圖的仿真的設計流程，積累了不少經(jīng)驗。基于單片機的數(shù)字電壓表使用性強、結構簡單、成本低、外接元件少。在實際應用工作性能好，測量電壓準確，精度高。系統(tǒng)功能、指標達到了課題的預期要求、系統(tǒng)在硬件設計上充分考慮了可擴展性，經(jīng)過一定的改造，可以增加功能。本文設計主要實現(xiàn)了簡易數(shù)字電壓表測量一路電壓的功能，詳細說明了從原理圖的設計、電路圖的仿真再到軟件的調試。通過本次設計，我對單片機這門課有了進一步的了解。無論是在硬件連接方面還是在軟件編程方面。本次設計采用了AT89C51單片機芯片，與以往的單片機相比增加了許多新的功能，使其功能更為完善，應用領域也更為廣泛。設計中還用到了模/數(shù)轉換芯片A

14、DC0808，以前在學單片機課程時只是對其理論知識有了初步的理解。通過這次設計，對它的工作原理有了更深的理解。在調試過程中遇到很多問題，硬件上的理論知識學得不夠扎實，對電路的仿真方面也不夠熟練?？傊@次電路的設計和仿真，基本上達到了設計的功能要求。在以后的實踐中，我將繼續(xù)努力學習電路設計方面的理論知識，并理論聯(lián)系實際，爭取在電路設計方面能有所提升。利用仿真功能強大、仿真元件模型豐富的Proteus軟件對數(shù)字電壓表各個單元電路和整體電路進行了設計和詳盡的仿真分析,縮短了設計周期,提高了設計效率,降低了設計成本。 同時, Proteus軟件對于電子技術的教學演示和實際設計都具有很大的輔助作用。通過

15、這次課程設計讓我對單片機理論有了更加深入的了解。我深刻體會到了自己知識的匱乏。我深深的感覺到自己知識的不足，自己原來所學的東西只是一個表面性的，理論性的，而且是理想化的。根本不知道在現(xiàn)實中還存在有很多問題。真正的能將自己的所學知識轉化為實際所用才是最大的收獲，也就是說真正的能夠做到學為所用才是更主要的。設計一個很簡單的電路，所要考慮的問題，要比考試的時候考慮的多的多。我突然發(fā)現(xiàn)，如果總是止步于書本上學習單片機，會覺得很抽象，無法理解也不會有興趣，但是當理論知識和實踐結合到一起之后，就會非常有趣，而且還會印象深刻富有成就感。所以我很珍惜這次的設計學習，我以后會多加練習。參考文獻1 羅亞非.凌陽1

16、6位單片機M.北京:北京航空航天大學出版社,2005.2 薛峰.微機通訊技術大全M.北京:電子工業(yè)出版社,2002.3 張念維.USB總線接口開發(fā)指南M.北京:電子出版社,2002.4 周立功.單片機實驗與實踐M.北京:北京航空航天大學出版社,2004.5 周航慈.單片機應用程序設計技術M.北京:航空航天大學出版社,2002.6 陳朝元,魯五一.Proteus軟件在自動控制系統(tǒng)仿真中的應用J.系統(tǒng)仿真學報, 2008(1):318-320.7 毛謙敏.單片機原理及應用設計系統(tǒng)M北京：國防工業(yè)出版社，2008:22-26.8 康華光.電子技術基礎(數(shù)字部分) M. 5版. 北京:高等教育出版,

17、2005: 290-293.9王偉,劉曉平.高精度數(shù)字電壓表方案設計J.儀表技術,2007,(4):36-39.附錄 隨著電子科學技術的發(fā)展，電子測量成為廣大電子工作者必須掌握的手段，對測量的精度和功能的要求也越來越高，而電壓的測量甚為突出，因為電壓的測量最為普遍。同時隨著微電子技術的迅速發(fā)展和超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，特別是單片機的出現(xiàn)，正在引起測量控制儀表領域的新的技術革命 。由于使用的是高效單片機作為核心的測量系統(tǒng)，以及靈敏度和精度較高的A/D轉換器，使本直流電壓表具有精度高、靈敏度強、性能可靠、電路簡單、成本低的特點，加上經(jīng)過優(yōu)化的程序，使其有很高的智能化水平。數(shù)字電壓表相對于指針表而言

18、讀數(shù)直觀準確，電壓表的數(shù)字化是將連續(xù)的模擬量轉換成不連續(xù)的離散的數(shù)字形式并加以顯示。在現(xiàn)代檢測技術中，常用高精度數(shù)字電壓表進行檢測，將檢測到的數(shù)據(jù)送入微型計算機系統(tǒng)，完成計算、存儲、控制等功能。本文中數(shù)字電壓表的控制系統(tǒng)采用AT89C51單片機，A/D轉換器采用ADC0809為主要硬件，實現(xiàn)數(shù)字電壓表的硬件電路與軟件設計。該系統(tǒng)的數(shù)字電壓表電路簡單，所用的元件較少，成本低，調節(jié)工作可實現(xiàn)自動化，還可以方便地進行8路A/D轉換的測量，遠程測量結果傳送等功能。數(shù)字電壓表可以測量05V的電壓值，并在四位LED數(shù)碼管上輪流顯示, 并且應用Proteus的ISIS軟件進行單片機系統(tǒng)設計與仿真。隨著電子科學技術的發(fā)展，電子測量成為廣大電子工作者必須掌握的手段，對測量的精度和功能的要求也越來越高，而電壓的測量甚為突出，因為電壓的測量最為普遍。同時隨著微電子技術的迅速發(fā)展和超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，特別是