基于Proteus的數(shù)字電壓表設計

1、東猶石油丈修裸程筱針裸<電&枝*裸穆筱計<同泉扌列3的毅常電壓家裁針鳥仿衷旎系電先傍息工程曇院專理班銀曇負履名曇m曇號指專教師2013弄7月8日東北石油大學課程設計任務書課程電子 技術課 程設計題口基于proteus的數(shù)字電床表設計與仿真專業(yè)門動化 姓名學號主要內(nèi)容：根據(jù)設計要求，運用所學的模擬電了技術及電路基礎等知識，口行設計一種數(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(zhuǎn)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?；疽螅?. 利用高效單片機作為核心的測量系統(tǒng)以及靈敏度

2、和精度較高的 a/d轉(zhuǎn)換器2. 精度高、靈敏度強、性能可靠、電路簡單、成木低3. 將連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)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)岀版社,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:航空航天大學岀版社,2002.6 陳朝元，魯五一.proteus軟件在口動控制系統(tǒng)仿真中的應用j.系統(tǒng)仿真學報， 2008(1) : 318

3、-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)岀版社，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1任務和要求錯誤！未定義書簽。1.1研究背景錯誤！未定義書簽。2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顯不電路43電路總原理框圖設計44總體方案設計與流程54. 1主程序流程圖54

4、.2顯示主程序流程圖54.3 a/d轉(zhuǎn)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(diào)試結(jié)果與分析95.1調(diào)試結(jié)果圖96設計總結(jié)11參考文獻12附錄13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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jié)構與tn-lcd液晶顯示器基本相同，只不過將tn-lcd上夾層 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

5、作原理與 tn-lcd卻冇許多不同之處otft-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，液晶分了的排列狀態(tài)同樣會發(fā)生改 變，也通過遮光和透光來達到顯示的廿的。但不同的是，曲于fet晶體管具有屯容效應, 能夠保持電位狀態(tài)，先前透光的液晶分子會一宜保持這種狀態(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(nèi)振蕩器的反相放人器輸入端，xtal2則是輸出端，使用外部振蕩器時, 外部振蕩信號應直接加到xtal1,而xtal2懸空。內(nèi)

6、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6mhzo晶振的頻率可以在lmhz-24mhz內(nèi)選擇。 電容取30pf左右。系統(tǒng)的時鐘屯路設計是采用的內(nèi)部方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩屯 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，按鍵沒冇按下時，rst端接電容下極板是低電平，按鍵圖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(nèi)，如圖2-3所示:r丄八u3qc10ck)cte 訂:25p3.7/mp2.vaf2p2saop2.&aup2.7w15id it12ahbc51 <te<r>3

7、d5ft'd12d23034d<505g067078/y aleearv1pmgp3.1hx>p3z麗 p33irr7 pjvtop3h沖:：8tait1624z3z21216mbaaddcaleyref vre附a»c(he :tezt>0it1 onz orn om 0it5 orre orn 0i1e1s dcs03ud n圖2-3數(shù)據(jù)采集模塊電路圖2. 5顯示電路通過2-4位數(shù)碼管來顯示，如圖5所示:lrp1 respack <tb<t>po.o/aeo p0p0.2/ad2p0p0p01/ad1p0.6/ad6p07/ad7p2.

8、0徳p2.1/z® p2.2/a10 p2 3/a113/ab3 4/ad4 5/ad53s37&35343322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:結(jié)朿圖4-2顯示子程序流程圖4.3 a/d轉(zhuǎn)換子程序流程圖a/d轉(zhuǎn)換子程序流程圖，如圖3-3所示:初始化啟勁a/i）轉(zhuǎn)化|nyh置位，允許輸出“.將轉(zhuǎn)化的數(shù)掘你存結(jié)束圖4-3a/d轉(zhuǎn)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:紹i外£圖4-4

9、數(shù)據(jù)處理子程序流程圖4. 5源代碼led1 equ 30hled2 equ 31hled3 equ 32hadc equ 35hst bit p3.2oe bit p3.0eoc bit p3. 1org 0000hljmp mainorg 0030hmain: mov led1,#oohmov led2,#00hmov led3,#00hclr p3. 4setb p3. 5clr p3. 6wait: clr stsetb stclr stjxb eoc, $setb oemov adc, plclr oemov a,adcmov b,#50div abmov led1,amov a, b

10、mov b, #5div abmov led2,amov led3,blcall dtspajmp waitdisp:mov r1,#led1cjne r1,#5, gomov led2,#0hmov led3,#0hgo: mov r2,#3mov r3,#ofdhd1sp1:mov p2,#0ffhmov a,r1mov dptr,#tabmovc a, ©a+dptr；初始化定義;存放三個數(shù)碼管的段碼；存放轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù);定義adc0809的功能控制引腳；跳轉(zhuǎn)到主程序執(zhí)行；寄存器初始化;選擇adc0809的通道2;在脈沖下降沿啟動轉(zhuǎn)換；等待轉(zhuǎn)換結(jié)束；允許輸出信號；暫存a/d轉(zhuǎn)換結(jié)

11、果；關閉輸出；將轉(zhuǎn)換結(jié)果放入a中，準備個位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換;變換個位調(diào)整值50送b；將變換后的個位值送顯示緩沖區(qū)led1；將變換結(jié)果的余數(shù)放入a中，準備十分位變換 ;變換十分位調(diào)整值5送b；將變換后的十分位值送led2；最后的余數(shù)作百分位值送led3；調(diào)用顯示程序；顯示子程序;r1=5v?是往下執(zhí)行,否，則到g0;是5v,即最高值，將小數(shù)的十分位清零 ；將小數(shù)的百分位清零;顯示位數(shù)賦初值，用到3位數(shù)碼管；掃描初值送r3；關閉顯示，目的防止亂碼；顯示值送a；送農(nóng)首地址給dptr；查表取段碼cjne r2, #3, g01orl a,#80h；判斷是否個位數(shù)碼管？否則跳到g01;將整數(shù)的數(shù)碼管顯示小數(shù)點g

12、01:m0v po, a；送段碼給p0 口；改變段碼;三位是否顯示完？否則調(diào)到disp1mov a,r3mov p2, alcall delaymov r3, arl amov r3, ainc r1djnz r2,disp1ret；送位碼給p2 口；調(diào)用延時；改變位碼delay: mov r6,#10r6,#10;延時5s程序:di:mov r7,#250djnz r7, $djnz r6,d1rettab: 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 5-9end5調(diào)試結(jié)果與分析5.1

13、調(diào)試結(jié)果圖調(diào)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測量電壓仿真圖該電路可測得屯壓范圍是0-3v,最大屯壓值如圖5-1所示。該電路測量的誤差在約為土0. 02v,如圖4-2所示。問岡sis adc0809 basic - isis professional (animating)file view edit tools design graph source debug library template ssten helpii1616310土 c2 -l豐cl323335ji：73839at89c51 <tfe(t>c <d?器¥rndn

14、1n2n3n4n5wn77seg-mfx8-cc-blueadc08o8adc08o9at89c51buttoncapcap-eleccrystalp0t+1gpullupresres-varrespack-830ffu1皿1r$tpsbl ale eacry ta20ufc3po/adop0.1/ad1p0.2/ad2p0.3/ad?p0.4/ad4p0.5/ad5p0.6/ad6p0.7/ad7p2.cw6p2.1/46p2j/m0p2j/a11p2.4/a12p2.5/aj3 p2.6/a14 r2.7/a15p3.0/rxdp3.1/txdp3.2/iwp3.3/inhp3.4/tdp

15、3.whp3遊p37/mrp1 re$pm 朋2321clock， start10 6呼冷5u3wef() wef()u324 23 22"rv1丄adda add 9 addc alert)c08(« <tba>rv1.處/eocut1ununut4ut5utbunut8 oooooooo7 一*4400.0 -400.0 th0 5me$ag喇a(chǎn)nimating: 0ft0ao8.300co0 icftliodd 4n)圖5-2最小測量誤差圖6設計總結(jié)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

16、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(jié)合使用進行仿真，取得了較好的仿真效果。在這次設計過程屮，我對電路設計、 單片機的使用等都冇了新的認識。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?；趩纹瑱C的數(shù)字電壓表使用性強、結(jié)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

17、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(diào)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 在軟件編程方而。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(zhuǎn)換芯 片adc0808,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, 對它的工作原理冇了更深的理解。在調(diào)試過程屮遇到很多問題，碩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?？倆這次電路的設計和仿真

18、，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而的理論知識，并理論聯(lián)系實際，爭取在電路設計方而能冇 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 計成木。同時，proteus軟件對于電了技術的教學演示和實際設計都具有很大的輔助作 用。通過這次課程設計讓我對單片機理論冇了更加深入的了解。我深刻體會到了自己知 識的匱乏。我深深的感覺到口己知識的不足，口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)實屮述存在有很多問題。真

19、正的能將自己 的所學知識轉(zhuǎn)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 冇興趣，但是當理論知識和實踐結(jié)合到一起z后，就會非常有趣，而冃述會印象深刻富 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

20、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軟件在口動控制系統(tǒng)仿真中的應用j 系統(tǒng)仿真學報, 2008(1):318-320.7 毛謙頌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. 康華光電了技術基礎(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)字屯壓表方案設ikj.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 的精度和功能的耍求也越來越高，

21、而電壓的測量其為突出，因為電壓的測量最為普遍。 同時隨著微電了技術的迅速發(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)，止 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(zhuǎn)換器，使本直流電壓表具冇精度高、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(zhuǎn)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。木文中數(shù) 字電壓表的控制系統(tǒng)采用at89c51單片機，a/d轉(zhuǎn)換器采用adc0809為主要硬件，實現(xiàn) 數(shù)字電壓表的碩件電路與軟件設計。該系統(tǒng)的數(shù)字電壓表電路簡單，所用的元件較少， 成木低，調(diào)節(jié)工作可實現(xiàn)門動化，還可以方便地進行8路a/d轉(zhuǎn)換的測量，遠程測量結(jié) 果傳送等功能。數(shù)字電壓表可以測量05v的電圧值，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