單片機(jī)與接口技術(shù) 課程設(shè)計(jì)(論文)數(shù)字電壓表_第1頁
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文檔簡介

1、遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué)單片機(jī)與接口技術(shù) 課程設(shè)計(jì)(論文)題目: 數(shù)字電壓表 院(系):信息科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè)班級(jí): 電氣021班 學(xué) 號(hào): 020303016 學(xué)生姓名: 指導(dǎo)教師: 教師職稱: 副教授 起止時(shí)間:05-06-06至05-06-19課程設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)及評(píng)語院(系):信息科學(xué)與工程學(xué)院 教研室:電氣學(xué) 號(hào)020303016學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)電氣021班課程設(shè)計(jì)(論文)題目數(shù)字電壓表課程設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)該數(shù)字電壓表具有手動(dòng)和自動(dòng)測(cè)量功能,設(shè)計(jì)者完成相應(yīng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)技術(shù)指標(biāo)包括:1可測(cè)量工頻交流電壓2電壓測(cè)量精度達(dá)5/10003電壓測(cè)量分5檔:2.5v、10v、20v、10

2、0v、700v4輸入阻抗大于1m。5顯示器可顯示測(cè)量的有效值。6有手動(dòng)和自動(dòng)按鍵,自動(dòng)檔量程自動(dòng)切換7寫出程序流程圖及匯編程序。指導(dǎo)教師評(píng)語及成績成績: 指導(dǎo)教師簽字: 年 月 日目 錄第1章 課程設(shè)計(jì)目的與要求11.1 課程設(shè)計(jì)目的11.2 課程設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境11.3 課程設(shè)計(jì)的預(yù)備知識(shí)11.4 課程設(shè)計(jì)要求1第2章 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容2第3章 課程設(shè)計(jì)的考核23.1 課程設(shè)計(jì)的考核要求23.2 課程性質(zhì)與學(xué)分2第4章 設(shè)計(jì)3參考文獻(xiàn)17第1章 課程設(shè)計(jì)目的與要求1.1 課程設(shè)計(jì)目的“單片機(jī)與接口技術(shù)”課程設(shè)計(jì)是在教學(xué)及實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,對(duì)課程所學(xué)理論知識(shí)的深化和提高。因此,要求學(xué)生能綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí),

3、設(shè)計(jì)與制造出具有較復(fù)雜功能的小型單片機(jī)系統(tǒng),并在實(shí)踐的基本技能方面進(jìn)行一次系統(tǒng)的訓(xùn)練。 能夠較全面地鞏固和應(yīng)用“單片機(jī)”課程中所學(xué)的基本理論和基本方法,并初步掌握小型單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法。 培養(yǎng)獨(dú)立思考、獨(dú)立收集資料、獨(dú)立設(shè)計(jì)規(guī)定功能的單片機(jī)系統(tǒng)的能力;培養(yǎng)分析、總結(jié)及撰寫技術(shù)報(bào)告的能力。1.2 課程設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境利用windows操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件進(jìn)行繪圖和編程。1.3 課程設(shè)計(jì)的預(yù)備知識(shí)熟悉單片機(jī)與接口技術(shù)課程的相關(guān)知識(shí)及電子線路cad工具軟件。1.4 課程設(shè)計(jì)要求按課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書提供的課題,根據(jù)第二章給出的基本要求及參數(shù)獨(dú)立完成設(shè)計(jì),課程設(shè)計(jì)說明書應(yīng)包括以下內(nèi)容: 1、對(duì)設(shè)計(jì)課題進(jìn)行

4、簡要闡述,并說明設(shè)計(jì)任務(wù)及具體要求。 2、論述系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案,并畫出總體電路結(jié)構(gòu)圖及功能分割圖。3、能夠較熟練地應(yīng)用電子線路cad工具完成單片機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)任務(wù)。4、各功能模塊設(shè)計(jì)說明、設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過程及源程序。 5、能夠較熟練地應(yīng)用一種編輯軟件編寫程序,掌握單片機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的基本方法6、課程設(shè)計(jì)報(bào)告應(yīng)內(nèi)容完整、字跡工整、圖表整齊規(guī)范、數(shù)據(jù)詳實(shí)。7、課程設(shè)計(jì)總結(jié)8、字?jǐn)?shù)4000左右,有系統(tǒng)電氣原理圖。第2章 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)1可測(cè)量50hz交流電壓2電壓測(cè)量精度達(dá)5/10003電壓測(cè)量分5檔:2.5v、10v、20v、100v、700v4輸入阻抗大于1m。5顯示器可顯示測(cè)量的有效值。6有

5、手動(dòng)和自動(dòng)按鍵,自動(dòng)檔量程自動(dòng)切換工作量1、系統(tǒng)硬件框圖設(shè)計(jì)說明2、測(cè)量通道控制電路設(shè)計(jì)3、cpu最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)4、按鍵及顯示電路設(shè)計(jì)5、內(nèi)部定時(shí)中斷服務(wù)子程序設(shè)計(jì)6、主程序設(shè)計(jì)工作計(jì)劃第一天第二天第三天第四天第五天第二周數(shù)字電壓表ad轉(zhuǎn)換、自動(dòng)量程切換電路設(shè)計(jì)按鍵及顯示電路設(shè)計(jì)cpu最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)電源的設(shè)計(jì)主程序、流程定時(shí)輸出程序設(shè)計(jì)畫原理圖、打印第3章 課程設(shè)計(jì)的考核3.1 課程設(shè)計(jì)的考核要求課程設(shè)計(jì)采用五級(jí)(優(yōu)、良、中、及格、不及格)評(píng)分制。最后成績依據(jù)課程設(shè)計(jì)論文及平時(shí)成績決定,其中平時(shí)考核成績占20%。3.2 課程性質(zhì)與學(xué)分單片機(jī)與接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)的課程性質(zhì):考查學(xué)分:2第4章 設(shè)計(jì)41

6、總體思路本設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)圖如圖所示,以單片機(jī)8051為核心構(gòu)成的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。該系統(tǒng)在8051外配程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、a/d轉(zhuǎn)換器0809、以及i/o口接口電路、顯示電路等電路構(gòu)成。交流電先經(jīng)過單相濾波電路、信號(hào)放大電路輸入a/d轉(zhuǎn)換器0809,進(jìn)一步送入8051后經(jīng)顯示電路顯示電壓值,即可實(shí)現(xiàn)電壓測(cè)量的目的。42各功能電路簡介4.2.1 cpu最小系統(tǒng)cpu最小系統(tǒng)電路如圖所示1) 單片機(jī)80518051單片機(jī)有5個(gè)存儲(chǔ)器空間,分別用來安排4種不同功用的存儲(chǔ)器:一內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器;二特殊功能寄存器;三內(nèi)部程序存儲(chǔ)器;四外部程序存儲(chǔ)器五 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和特殊功能寄存器以及內(nèi)

7、部程序存儲(chǔ)器集成于片內(nèi),外部程序存儲(chǔ)器和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器則安排在片外,用接口電路與單片機(jī)連接。4種存儲(chǔ)器中,除內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和特殊功能寄存器是統(tǒng)一編址的除外,各存儲(chǔ)器均分開編址,并用不完全相同的尋址方式來訪問它們。a)ram,共128字節(jié),地址范圍為00h一7fh,見下圖2。前32個(gè)單元(地址00h一1fh)稱為寄存器區(qū)。其中,每8個(gè)寄存器形成-個(gè)寄存器組。具體說來:寄存器0組 地址00h一07h寄存器1組 地址08h一0fh寄存器2組 地址10h一17h寄存器3組 地址18h一1fhb)程序存儲(chǔ)器mcs-51單片機(jī)具有64k字節(jié)的程序存儲(chǔ)器空間。其中,8051或8751在片內(nèi)各有4k字節(jié)的程序

8、存儲(chǔ)器rom或eprom,并處于這一空間的最低地址區(qū)。8031片內(nèi)沒有程序存儲(chǔ)器,必須在外部擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器才能構(gòu)成單片機(jī)應(yīng)用電路。擴(kuò)展容量可為64k字節(jié)中的任一容量,并且常用eprom或e2prom的形式,程序存儲(chǔ)器中的某些地址被固定地用于特定程序的入口地址:地址 用途0000h 復(fù)位操作后的程序入口0003h 外部中斷0服務(wù)程序入口000bh 定時(shí)器0中斷服務(wù)程序入口0013h 外部中斷1服務(wù)程序入口001bh 定時(shí)器1中斷服務(wù)程序入口0023h 串行io中斷服務(wù)程序入口在編程時(shí),通常在這些入口地址開始的二三個(gè)地址單元中,放入一條轉(zhuǎn)移類指令,以使相應(yīng)的程序在指定的程序存儲(chǔ)器區(qū)域中生成。程序存

9、儲(chǔ)器用來存放固化了的用戶程序,取指地址由程序計(jì)數(shù)器pc給出,pc具有自動(dòng)加l的功能,從而在無轉(zhuǎn)移類指令的條件下,指令被逐一執(zhí)行。轉(zhuǎn)移類指令可改變pc值,使程序得以轉(zhuǎn)移。程序存儲(chǔ)器中也可固化一片數(shù)據(jù)區(qū),存放被查閱的表格和參數(shù)等。2) 復(fù)位電路如下圖所示,本設(shè)計(jì)采用按鍵式復(fù)位電路,它的上電復(fù)位利用電容器充電來實(shí)現(xiàn),同時(shí)通過按鍵實(shí)現(xiàn)復(fù)位,按下鍵后,通過r1和r2形成回路,使reset端產(chǎn)生高電平。按鍵的時(shí)間決定了復(fù)位時(shí)間。3)電源設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用一種將開關(guān)電源與線性電源有機(jī)地結(jié)合在一起,輸出電壓采用分檔切換方式的高性能直流穩(wěn)壓電源,該電源不僅具有開關(guān)電源體積小,損耗低的優(yōu)點(diǎn),還具有線性電源輸出電壓紋波

10、小,輸出特性好的優(yōu)點(diǎn)。并且引入單片機(jī)控制,使其在功能上具有一定智能化。該電源主要分為整流、變壓部分,調(diào)壓、穩(wěn)壓部分以及控制部分。具體地說是用開關(guān)電路實(shí)現(xiàn)整流與初級(jí)變壓,用可調(diào)三端穩(wěn)壓器實(shí)現(xiàn)調(diào)壓與穩(wěn)壓,而用單片機(jī)控制整個(gè)電源的工作。電路原理圖見圖a。交流輸入經(jīng)整流后,送入高頻開關(guān)電路。高頻變壓器輸出端共有6路,其中3路作為輔助電源,另3路作為主功率輸出的前級(jí)線圈。為提高輸出電壓精度并減少損耗,主功率輸出采用電壓分檔調(diào)節(jié)的方法,由于輸出電壓為030v,故考慮分3檔比較合適。其中vc為單片機(jī)d/a變換器輸出的電壓值,vc的變化將直接決定輸出電壓的變化。vin由開關(guān)電路的輸出端提供,vin大小的調(diào)整是

11、通過單片機(jī)控制繼電器的開合來實(shí)現(xiàn)不同個(gè)數(shù)的開關(guān)電路輸出端的電容的串聯(lián)來實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)関in是隨著輸出給定vc變化的,vc小vin也小,vc大vin也大,故當(dāng)輸出電壓在030v間變化時(shí),三端可調(diào)穩(wěn)壓器的輸入端與輸出端的壓差均不會(huì)很大,這樣既保證了精確調(diào)壓,又減少了線性電路部分的損耗。圖中a/d變換器所采集的是輸出電壓、電流的值,這些數(shù)據(jù)可用來實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)與輸出顯示。因?yàn)?,該電源中的開關(guān)電路需要有多路輸出,故選用能方便實(shí)現(xiàn)多路輸出的反激式開關(guān)電路,可調(diào)三端穩(wěn)壓器選用最大輸出為3a/33v的lm350,而單片機(jī)選用atmel公司的at89c51。a/d變換器選用adc0809芯片,d/a變換器選用da

12、c0832芯片。 圖a 電源主電路原理圖該電源系統(tǒng)控制界面由16個(gè)按鍵和162字符點(diǎn)陣式液晶顯示器組成。液晶顯示屏可顯示輸出電壓、電流值,定時(shí)值等。這些控制功能都是由一個(gè)主程序加若干中斷子程序來實(shí)現(xiàn)。主程序流程圖如圖2所示該電源實(shí)現(xiàn)的功能如下:(1)輸入交流電壓范圍為90240v時(shí)均可正常工作;(2)輸出電壓0.029.9v可設(shè)定,調(diào)壓精度為0.1v。輸出電流0.01.5a;(3)人機(jī)界面好,采用鍵盤設(shè)定,液晶顯示,能顯示輸出電壓、電流值和定時(shí)時(shí)間;(4)可定時(shí)開機(jī)、關(guān)機(jī),可定時(shí)變壓,定時(shí)時(shí)間長度最長為99h59min59s;(5)具有過流保護(hù)功能,過流值可設(shè)定,并具有三端可調(diào)穩(wěn)壓器本身所具有

13、的過熱保護(hù)功能。4.2.2按鍵及顯示電路1) 用8155和bic8718作led顯示,在8051的ram的78h7fh單元為顯示緩沖區(qū),從高到低依次存放8個(gè)要顯示的數(shù)據(jù),并以非bcd碼存放,下面是其動(dòng)態(tài)顯示的程序。display:mov a,#00000011b mov dotr,#7f00h mov dptr,a mov r0,#78h mov r3,#7fh mov a,r3ld0:mov dptr,#7f01h movxdptr,a incdptrmova,r0adda,0dh movca,dptrpc movdptr,a acalldl1 incr0 mova,r3 jnbacc.0,

14、ld1rra;movr3,a;ajmpld0; ld1:retdseg:db3fh,06h.dl1: movr7,02hdl:movr6,0ffhdl6:djnzr6,dl6djnzr7,dlret8155芯片簡介256x8靜態(tài)ram,2個(gè)可編程位i/o口和一個(gè)可編程6位i/o口,可編程14位定時(shí)/計(jì)數(shù)器,與8088cpu兼容。多路傳輸?shù)刂泛蛿?shù)據(jù)總線,內(nèi)部地址鎖存,單+5v電源,任一引腳對(duì)地電壓=-0.5v-+7v,8155h、8156h為hcmos產(chǎn)品,8155與8156的區(qū)別在于8155片選信號(hào)輸入為ce,而8156為ce,8155的ram存取時(shí)間約為400ns,8155-2存取時(shí)間為33

15、0ns,8155的功耗為1.5w。2)鍵盤設(shè)計(jì)通過鍵盤可以向單片機(jī)系統(tǒng)輸入命令或數(shù)據(jù),cpu可以通過中斷或查詢方式判斷是否有按鍵輸入。鍵盤從結(jié)構(gòu)上分為獨(dú)立式和矩陣式兩種。鍵盤按下時(shí)在彈性作用下會(huì)發(fā)生抖動(dòng),出現(xiàn)一系列脈沖,持續(xù)5-10ms,可以通過軟件延時(shí)10ms程序來去抖。本設(shè)計(jì)采用六按鍵矩陣式鍵盤,可實(shí)現(xiàn)五個(gè)量程的切換顯示,也可保證測(cè)量精度在5/1000的設(shè)計(jì)要求;另外一個(gè)按鍵為手動(dòng)自動(dòng)切換鍵,具體程序如下所示:rs:mov dptr,#7fffhclr p1.0movx a,dptrmov 37h,acpl ajz ksk1lcall dl20movx a,dptrxrl a,37hjz

16、ks1ksk1:setb p1.0clr p1.1movx a,dptrmov 37h,acpl ajz ksk2lcall dl20movx a,dptrxrl a,37hjz ks1ksk2:ajmp ks9ks1:movx a,dptrcpl ajnz ks1mov a,37hjb acc.0,ks2mov 37h,#00hajmp ks10ks2:jb acc.1,ks3mov 37h,#01hajmp ks10ks3:jb acc.2mov 37h,#02hajmp ks10ks4:jb acc.3mov 37h,#03hajmp ks10ks5:jb acc.4mov 37h,#0

17、4hajmp ks10ks6:jb acc.5mov 37h,#05hajmp ks10ks9:setb acc.7ajmp ks11ks10:mov a,37hanl a,#07hjnb p1.0.ks11setb acc.3ks11:orl p1,#03hmov 37h,aret4.2.3數(shù)字電壓表a/d轉(zhuǎn)換、量程切換電路如下圖所示,a/d轉(zhuǎn)換器采用0809,量程切換采用電阻排實(shí)現(xiàn),通過滑動(dòng)觸頭可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)切換量程的目的。電路中引入模擬開關(guān)4066,以通過軟件控制4066控制端的導(dǎo)通與關(guān)斷實(shí)現(xiàn)量程的自動(dòng)切換,具體程序如下:org 0050hloop:mov a,5ahcjne a,#700,

18、l3ljmp l8l3:jnc l8ljmp 7l8:mov p1,#00hljmp cdl7:cjne a,#100,l6ljmp l5ljmp l4l5:mov p1,#80hljmp cdl4:cjne a,#20,l6ljmp l15l16:jnc l15ljmp l14l15:mov p1,#40hljmp cdl14:cjne a,#10,l13ljmp l12l13:jnc l12ljmp l11l12:mov p1,#20hljmp cdl11:mov p1,#10hljmp cdcd:ljmp loopenda/d轉(zhuǎn)換器0809的任務(wù)是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,它是模擬信號(hào)和數(shù)字儀器的接口。其內(nèi)部原理圖如下所示主要部件的功能: 256r電阻梯形網(wǎng)絡(luò)。即r-2r電阻網(wǎng)絡(luò)。 逐次逼近寄存器sar。執(zhí)行8次迭代后表示近似輸入電壓。 比較器。將輸入模擬量與逐次逼近值進(jìn)行比較。 多路開關(guān)。選擇不同通道的模擬量。通道模擬量gndcb a8 通 道 模 擬 開 關(guān) 比較器邏輯控制逐次逼近 寄存器 d/a轉(zhuǎn)換器地址鎖存 譯 碼 器三態(tài)輸出鎖存器uddur(+)ur(-)d7d0d6d5d4d3d2d1in7in6in5in4in3in2in1in0 aleeocstartclockeout0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖引腳意義: ale:地址鎖存信號(hào)。選擇8個(gè)模擬

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