數(shù)字電壓表課程設(shè)計(jì)

1、 數(shù)字?jǐn)?shù)字電壓電壓表表設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 課課程程設(shè)計(jì)報(bào)設(shè)計(jì)報(bào)告告 2010 年年 6 月月 28 日日 目錄學(xué)學(xué) 校：校：專專 業(yè)：業(yè)：班班 級(jí)：級(jí)：姓姓 名：名：指導(dǎo)老師：指導(dǎo)老師： 湖湖 北北 師師 范范 學(xué)學(xué) 院院 信信 息息 工工 程程 0703 班班 黃文城、張志豪、徐蜜、余嬌、游薇黃文城、張志豪、徐蜜、余嬌、游薇梅斌老師、陳琦老師梅斌老師、陳琦老師第 1 章緒論.3第 2 章設(shè)計(jì)任務(wù)與要求.42.1設(shè)計(jì)任務(wù).42.2設(shè)計(jì)要求.4第 3 章方法選擇方案設(shè)計(jì).43.1方法選擇.43.2方案設(shè)計(jì).5第 4 章硬件設(shè)計(jì).64.1模塊設(shè)計(jì)電路.64.1.1時(shí)鐘電路.64.1.2復(fù)位電路.64.2pr

2、otues仿真電路 .74.2.1電路仿真圖.74.2.2電路工作原理.74.3逐次逼近式 a/d 轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì).84.3.1adc0808 簡(jiǎn)介 .84.3.2a/d 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) .9第 5 章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).105.1主程序設(shè)計(jì).105.2源程序編寫.11第 6 章系統(tǒng)仿真與調(diào)試.14結(jié)論.15第 1 章緒論數(shù)字電壓表的基本工作原理是利用 a/d 轉(zhuǎn)換電路將待測(cè)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過相應(yīng)換算后將測(cè)試結(jié)果以數(shù)字形式顯示出來的一種電壓表。較之于一般的模擬電壓表，數(shù)字電壓表具有精度高、測(cè)量準(zhǔn)確、讀數(shù)直觀、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。電壓表的數(shù)字化測(cè)量，關(guān)鍵在于如何把隨時(shí)連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，

3、完成這種轉(zhuǎn)換的電路叫模數(shù)轉(zhuǎn)換器（a/d） 。數(shù)字電壓表的核心部件就是a/d 轉(zhuǎn)換器，由于各種不同的 a/d 轉(zhuǎn)換原理構(gòu)成了各種不同類型的 dvm。一般說來，a/d 轉(zhuǎn)換的方式可分為兩類：積分式和逐次逼近式。積分式 a/d 轉(zhuǎn)換器是先用積分器將輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換成時(shí)間或頻率，再將其數(shù)字化。根據(jù)轉(zhuǎn)化的中間量不同，它又分為 u-t（電壓-時(shí)間）式和 u-f（電壓-頻率）式兩種。逐次逼近式 a/d 轉(zhuǎn)換器分為比較式和斜坡電壓式，根據(jù)不同的工作原理，比較式又分為逐次比較式及零平衡式等。斜坡電壓式又分為線性斜坡式和階梯斜坡式兩種。在高精度數(shù)字電壓表中，常采用由積分式和比較式相結(jié)合起來的復(fù)合式a/d 轉(zhuǎn)換器

4、。本設(shè)計(jì)以 at89c51 單片機(jī)為核心，以逐次比較型 a/d 轉(zhuǎn)換器adc0808、液晶顯示器 lcd 為主體，構(gòu)造了一款簡(jiǎn)易的數(shù)字電壓表，能夠測(cè)量 1 路 05v 直流電壓，最小分辨率 0.02v。第 2 章設(shè)計(jì)任務(wù)與要求2.1設(shè)計(jì)任務(wù)利用單片機(jī) at89c51 和 adc0809 設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電壓表，能夠測(cè)量 05v 之間的直流電壓值，四位數(shù)碼顯示。2.2設(shè)計(jì)要求測(cè)量最小分辨率為 0.019v,測(cè)最誤差約為 0.02v。第 3 章方法選擇方案設(shè)計(jì)3.1方法選擇實(shí)現(xiàn)數(shù)字電壓表的方案較多，目前廣泛采用的是基于 74 系列邏輯器件方案，本設(shè)計(jì)將介紹基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的方案。74 系列邏輯器件方案采

5、用雙積分電路+液晶顯示器+邏輯電路+定時(shí)采樣電路+數(shù)據(jù)處理實(shí)現(xiàn)，被測(cè)電壓信號(hào)由信號(hào)輸入端加到測(cè)量系統(tǒng)，進(jìn)行預(yù)處理后送到后級(jí)電路。單片機(jī)系統(tǒng)方案此方案采用輸入處理電路+adc0808+at89c51+液晶顯示實(shí)現(xiàn)，被測(cè)信號(hào)由 adc0808 模擬輸入端輸入，單片機(jī)采集轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，將轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送出顯示。系統(tǒng)除能確保實(shí)現(xiàn)要求的功能外，還可以方便地進(jìn)行 8 路其它 a/d 轉(zhuǎn)換量的測(cè)量、遠(yuǎn)程測(cè)量結(jié)果傳送等擴(kuò)展功能。我們做好了現(xiàn)在的電路圖，經(jīng)過仿真，我們達(dá)到了預(yù)期的結(jié)果。3.1方案設(shè)計(jì)經(jīng)過以上方法設(shè)計(jì)，決定采用如圖 1-1 所示方案邏輯圖。圖 3-1 方案邏輯圖圖 3-2 設(shè)計(jì)方案原理框圖設(shè)計(jì)模塊說明：本設(shè)

6、計(jì)方案主要有四大模塊：1、led 顯示模塊2、時(shí)鐘、復(fù)位電路3、adc0808 數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊4、at89c51 單片機(jī)控制模塊第 4 章硬件設(shè)計(jì)4.1模塊設(shè)計(jì)電路單片機(jī)控制模塊設(shè)計(jì)單片機(jī)控制模塊的作用是為控制各單元電路的運(yùn)行并完成數(shù)據(jù)的換算或處理，主要由單片機(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路組成。4.1.14.1.1時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路單片機(jī)工作的時(shí)間基準(zhǔn)是由時(shí)鐘電路提供的，在單片機(jī)的 xtal1 和 xyal2兩個(gè)管腳接一只晶振及兩只電容就構(gòu)成了單片機(jī)的時(shí)鐘電路，電路中電容器1c和2c對(duì)振蕩頻率有微調(diào)作用，通常取(3010)pf 石英晶體選擇 6mhz 或12mhz 都可以。時(shí)鐘電路如圖 4-1 所示。4.

7、1.24.1.2 系統(tǒng)復(fù)位電路系統(tǒng)復(fù)位電路單片機(jī)的 rst 管腳為主機(jī)提供了一個(gè)外部復(fù)位信號(hào)輸入口。復(fù)位信號(hào)是高電平有效，高電平有效的持續(xù)時(shí)間為 2 個(gè)機(jī)器周期以上。單片機(jī)的復(fù)位方式可由手動(dòng)復(fù)位方式完成。4.2protues 仿真電路4.2.1電路仿真圖電路仿真圖圖 4-1 系統(tǒng)時(shí)鐘電路圖 4-2 protues 仿真電路原理圖4.2.2電路工作原理電路工作原理圖 4-2 所示。a/d 轉(zhuǎn)換由集成電路 0808 完成，0808 具有 8 路模擬輸入端口，地址線（2325 腳）可決定對(duì)哪一路模擬輸入作 a/d 轉(zhuǎn)換。22 腳為地址鎖存控制，當(dāng)輸入為高電平時(shí)，對(duì)地址信號(hào)進(jìn)行鎖存。6 腳為測(cè)試控制，

8、當(dāng)輸入一個(gè) 2s 寬高電平脈沖時(shí)，就開始 a/d 轉(zhuǎn)換。7 腳為 a/d 轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志，當(dāng)a/d 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，7 腳輸出高電平。9 腳為 a/d 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出允許控制，當(dāng) oe腳為高電平時(shí)，a/d 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)從端口輸出 10 腳為 0808 的時(shí)鐘輸入端，利用單片機(jī) 30 腳的六分頻晶振頻率再通過 14024 二分頻得到 1mhz 時(shí)鐘。單片機(jī)的p1、p3.0p3.3 端口作為四位 led 數(shù)碼管顯示控制。p3.5 端口用作單路顯示/循環(huán)顯示轉(zhuǎn)換按鈕，p3.6 端口用作單路顯示時(shí)選擇通道。p0 端口作 a/d 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)讀入用，p2 端口用作 0808 的 a/d 轉(zhuǎn)換控制。4.3逐次逼近式 a/

9、d 轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)4.3.1adc0808 簡(jiǎn)介1adc0808 引腳功能2 -1msb21add b24add a25add c23vref(+)12vref(-)16in31in42in53in64in75start62 -58eoc7output enable9clock10vcc112 -220gnd132 -7142 -6152 -8lsb172 -4182 -319in228in127in026ale22 in0in7：8 路模擬量輸入。a、b、c：3 位地址輸入，2 個(gè)地址輸入端的不同組合選擇八路模擬量輸入。ale：地址鎖存啟動(dòng)信號(hào)，在 ale 的上升沿，將 a、b、c 上的通道地

10、址鎖存到內(nèi)部的地址鎖存器。d0d7：八位數(shù)據(jù)輸出線，a/d 轉(zhuǎn)換結(jié)果由這 8 根線傳送給單片機(jī)。oe：允許輸出信號(hào)。當(dāng) oe=1 時(shí)，即為高電平，允許輸出鎖存器輸出數(shù)據(jù)。start：?jiǎn)?dòng)信號(hào)輸入端，start 為正脈沖，其上升沿清除 adc0808 的內(nèi)部的各寄存器，其下降沿啟動(dòng) a/d 開始轉(zhuǎn)換。eoc：轉(zhuǎn)換完成信號(hào)，當(dāng) eoc 上升為高電平時(shí)，表明內(nèi)部 a/d 轉(zhuǎn)換已完成。2adc0808 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖 4-3 adc0808 引腳圖圖 4-4 adc0808 內(nèi)部結(jié)構(gòu)逐次逼近型 a/d 轉(zhuǎn)換器 adc0808 由八路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、d/a 轉(zhuǎn)換器、寄存器、控制電路和三

11、態(tài)輸出鎖存器等組成。4.3.2 a/d 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)圖 adc0808 與單片機(jī)的連接第 5 章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.1 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) 初始化程序系統(tǒng)上電時(shí)，初始化程序?qū)?70h77h 內(nèi)存單元清 0，p2 口置 0。 主程序在剛上電時(shí)，系統(tǒng)默認(rèn)為循環(huán)顯示 8 個(gè)通道的電壓值狀態(tài)。當(dāng)進(jìn)行一次測(cè)量后，將顯示每一通道的 a/d 轉(zhuǎn)換值，每個(gè)通道的數(shù)據(jù)顯示時(shí)間為 1s 左右。主程序在調(diào)用顯示子程序和測(cè)試子程序之間循環(huán)，主程序流程圖見圖 5-1圖 5-1 主程序流程圖 顯示子程序顯示子程序采用動(dòng)態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn)四位數(shù)碼管的數(shù)值顯示。測(cè)量所得的 a/d轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)放在 70h77h 內(nèi)存單元中，測(cè)量數(shù)據(jù)在顯示時(shí)需轉(zhuǎn)

12、換成為十進(jìn)制 bcd碼放在 78h7bh 內(nèi)存單元中，其中 7bh 存放通道標(biāo)志數(shù)。寄存器 r3 用作 8 路循環(huán)控制，r0 用作顯示數(shù)據(jù)地址指針。 模/數(shù)轉(zhuǎn)換測(cè)量子程序模/數(shù)轉(zhuǎn)換測(cè)量子程序用來控制對(duì) 0808 八路模擬輸入電壓的 a/d 轉(zhuǎn)換，并將對(duì)應(yīng)的數(shù)值移入 70h77h 內(nèi)存單元。 5.2 系統(tǒng)源程序編寫 led_0equ 30hled_1 equ 31hled_2 equ 32h ;存放段碼adcequ35hclock bitp2.4;定義 adc0808 時(shí)鐘位st bit p2.5eoc bit p2.6oe bit p2.7org 00hsjmpstartorg0bhljmpi

13、nt_t0start: movled_0,#00hmovled_1,#00hmovled_2,#00hmovdptr,#table;段碼表首地址movtmod,#02hmovth0,#245movtl0,#00hmovie,#82hsetbtr0wait: clr st setb stclr st;啟動(dòng) ad 轉(zhuǎn)換 jnb eoc,$;等待轉(zhuǎn)換結(jié)束setb oe mov adc,p1;讀取 ad 轉(zhuǎn)換結(jié)果clr oemov a,adcmov b,#100;ad 轉(zhuǎn)換結(jié)果轉(zhuǎn)換成 bcd 碼div abmov led_2,amov a,bmov b,#10div abmov led_1,amov

14、led_0,blcall dispsjmp waitint_t0: cplclock ;提供 adc0808 時(shí)鐘信號(hào)retidisp:mov dptr,#table mova,led_0;數(shù)碼顯示子程序movca,a+dptrclrp2.3movp0,alcall delaysetbp2.3 mov dptr,#tablemova,led_1movca,a+dptrclrp2.2movp0,alcall delaysetbp2.2 mov dptr,#tablemova,led_2movca,a+dptrsetb acc.7clrp2.1movp0,alcall delaysetbp2.1r

15、etdelay: movr6,#10;延時(shí) 5 毫秒d1: movr7,#250djnzr7,$djnzr6,d1ntov: mov dptr,#tabmov a,adc movc a,a+dptrmov b,#2div abmov r1,bmov b,#10div abmov led_2,amov led_1,bcjne r1,#01,kk1 mov led_0,#05back: retkk1: mov led_0,#00 ajmp backrettable: db 3fh,06h,5bh,4fh,66hdb 6dh,7dh,07h,7fh,6fhmov b,#10div abmov led

16、_1,amov led_0,blcall dispsjmp waitint_t0: cplclock ;提供 adc0808 時(shí)鐘信號(hào)retidisp:mov dptr,#table mova,led_0;數(shù)碼顯示子程序movca,a+dptrclrp2.3movp0,alcall delaysetbp2.3 mov dptr,#tablemova,led_1movca,a+dptrclrp2.2movp0,alcall delaysetbp2.2 mov dptr,#tablemova,led_2movca,a+dptrsetb acc.7clrp2.1movp0,alcall delays

17、etbp2.1retdelay: movr6,#10;延時(shí) 5 毫秒d1: movr7,#250djnzr7,$djnzr6,d1ntov: mov dptr,#tabmov a,adc movc a,a+dptrmov b,#2div abmov r1,bmov b,#10div abmov led_2,amov led_1,bcjne r1,#01,kk1 mov led_0,#05back: retkk1: mov led_0,#00 ajmp backrettable: db 3fh,06h,5bh,4fh,66hdb 6dh,7dh,07h,7fh,6fhmov b,#10div a

18、bmov led_1,amov led_0,blcall dispsjmp waitint_t0: cplclock ;提供 adc0808 時(shí)鐘信號(hào)retidisp:mov dptr,#table mova,led_0;數(shù)碼顯示子程序movca,a+dptrclrp2.3movp0,alcall delaysetbp2.3 mov dptr,#tablemova,led_1movca,a+dptrclrp2.2movp0,alcall delaysetbp2.2 mov dptr,#tablemova,led_2movca,a+dptrsetb acc.7clrp2.1movp0,alcal

19、l delaysetbp2.1retdelay: movr6,#10;延時(shí) 5 毫秒d1: movr7,#250djnzr7,$djnzr6,d1ntov: mov dptr,#tabmov a,adc movc a,a+dptrmov b,#2div abmov r1,bmovdiv abmov led_2,amov led_1,bcjne r1,#01,kk1 mov led_0,#05back: retkk1: mov led_0,#00 ajmp backrettable: db 3fh,06h,5bh,4fh,66hdb 6dh,7dh,07h,7fh,6fhmov r1,bmov

20、b,#10div abmov led_2,amov led_1,bcjne r1,#01,kk1 mov led_0,#05back: retkk1: mov led_0,#00 ajmp backrettable: db 3fh,06h,5bh,4fh,66hdb 6dh,7dh,07h,7fh,6fhtab:db 0, 0 , 0 ,1,0,2,0,0,3,0db4,0,0,5,0,6,0,0,7,0db8,0,0,9,0,0,10, 0,11, 0db0,12, 0,13, 0,0,14, 0,15, 0db0,16, 0,17, 0,0,18, 0,19, 0db0,20, 0,0,2

21、1, 0,22, 0,0,23db0,24, 0,0,25, 0,26, 0,0,27db0,28, 0,0,29, 0,0,30, 0,31db0,0,32, 0,33, 0,0,34, 0,35db0,0,36, 0,37, 0,0,38, 0,39db0,0,40, 0,0,41, 0,42, 0,0db43, 0,44, 0,0,45, 0,46, 0,0db47, 0,48, 0,0,49, 0,50, 0,0db51, 0,0,52, 0,53, 0,0,54, 0db55, 0,0,56, 0,57, 0,0,58, 0db59, 0,0,60, 0,0,61, 0,62, 0d

22、b0,63, 0,64, 0,0,65, 0,66, 0db0,67, 0,68, 0,0,69, 0,70, 0db0,71, 0,0,72, 0,73, 0,0,74db0,75, 0,0,76, 0,77, 0,0,78db0,79, 0,0,80, 0,0,81, 0,82db0,0,83, 0,84, 0,0,85, 0,86db0,0,87, 0,88, 0,0,89, 0,90db0,0,91, 0,0,92, 0,93, 0,0db94, 0,95, 0,0,96, 0,97, 0,0db98, 0,99, 0,0,100, 0,0,0end第 6 章系統(tǒng)仿真與調(diào)試簡(jiǎn)易數(shù)字電壓

23、表與“標(biāo)準(zhǔn)”數(shù)字電壓表測(cè)得的絕對(duì)誤差應(yīng)在 0.02v 以內(nèi)。在進(jìn)行電路的局部調(diào)試之后，我又進(jìn)行了系統(tǒng)整機(jī)調(diào)試。首先為 adc0808接上+12v 的電壓，為其它芯片接上+5v 的工作電壓。另外還要輸入待測(cè)的模擬電壓，該電壓從 200mv 以下的電壓開始輸起，依次增大，直到達(dá)到待測(cè)電壓的上限 5v 為止，記錄測(cè)量數(shù)據(jù)并分析系統(tǒng)性能。6.1 系統(tǒng)仿真調(diào)好程序后將目標(biāo)程序?qū)?proteus 進(jìn)行軟硬件調(diào)試，基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的數(shù)字電壓表測(cè)試值見表 5-2 所示。表 6-1測(cè)試值與真實(shí)值電壓表測(cè)得值/v0.000.3320.390.5070.9961.2501.5032.0002.480絕對(duì)誤差/v0.00+0.02+0.01+0.02+0.01+0.01+0.03+0.00+0.01電壓表測(cè)得值/v4.9805.079.9612.5015.0319.9229.8839.8449.80絕對(duì)誤差/v+0.00+0.02+0.01+0.01+0.02+0.02+0.02+0.03+0.02從表中可以看出，電壓表測(cè)得值誤差均在 0.02v