基于單片機(jī)的數(shù)字式電壓表

1、信 息 工 程 學(xué) 院課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告設(shè)計(jì)題目: 基于單片機(jī)的數(shù)字式電壓表設(shè)計(jì) 名 稱: 電子信息專業(yè)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì) 班 級(jí): 電子1004 姓 名: 劉儒文 劉瓊 學(xué) 號(hào): 2010013282 2010013281 設(shè)計(jì)時(shí)間: 2012.12.26 至 2013.01.09 指導(dǎo)教師: 王本有 評(píng) 語(yǔ): 評(píng)閱成績(jī): 評(píng)閱教師: 目 錄引 言I一、課程設(shè)計(jì)的性質(zhì)和目的2二、課程設(shè)計(jì)的要求2三、主要儀器設(shè)備及軟件2四、課程設(shè)計(jì)題目及要求2五、課題分析及設(shè)計(jì)思路25.1、課題分析及總體設(shè)計(jì)25.2、硬件設(shè)計(jì)25.2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖25.2.2 單片機(jī)系統(tǒng)35.2.3 AD轉(zhuǎn)換電路65.

2、3、軟件設(shè)計(jì)8六、程序主要代碼與分析8七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果截圖10八、心得體會(huì)11參考文獻(xiàn)12引 言 電子電壓表主要用于測(cè)量各種高、低頻信號(hào)電壓，它是電子測(cè)量中使用最廣泛的儀器之一。根據(jù)測(cè)量結(jié)果的顯示方式及測(cè)量原理不同，電壓測(cè)量?jī)x器可分為兩大類：模擬式電壓表(AVM）和數(shù)字式電壓表（DVM）。模擬式電壓表是指針式的，多用磁電式電流表作為指示器，并在表盤上刻以電壓刻度。數(shù)字式電壓表首先將模擬量經(jīng)模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字量，然后用電子計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，并以十進(jìn)制數(shù)字顯示被測(cè)電壓值。眾所周知，模擬電壓表精度較高，曾經(jīng)有很廣闊的市場(chǎng)，現(xiàn)在依然有不少工程師依然在使用模擬電壓表。的確模擬電壓表在顯示測(cè)量值方面精度校

3、準(zhǔn)，然而卻也存在問(wèn)題。模擬電壓表采用用指針式，里面是磁電或電磁式結(jié)構(gòu)，所以其響應(yīng)速度較慢。然而在高速發(fā)展的當(dāng)今社會(huì)，高速信號(hào)處理的需求越來(lái)越多，由于模擬電壓表響應(yīng)速度較慢已經(jīng)不適用與高速信號(hào)領(lǐng)域，取而代之的將是數(shù)字電壓表。但數(shù)字電壓表由于存在采樣誤差，精度不是很高。不過(guò)目前可以通過(guò)技術(shù)手段來(lái)縮小誤差。使其精度達(dá)到與模擬電壓表一樣精確甚至更高。可見(jiàn)將來(lái)數(shù)字電壓表必將取代模擬電壓表?，F(xiàn)在有越來(lái)越多的數(shù)字測(cè)量?jī)x器的出現(xiàn)但原理皆與數(shù)字電壓表殊途同歸，因此研究數(shù)字電壓表有著很大現(xiàn)實(shí)意義。一、課程設(shè)計(jì)的性質(zhì)和目的通過(guò)課程設(shè)計(jì)，鞏固在課堂上學(xué)到的有關(guān)電子技術(shù)、單片機(jī)、微機(jī)原理等課程的基本知識(shí)和基本方法，強(qiáng)化

4、知識(shí)的綜合運(yùn)用和技能基本訓(xùn)練，通過(guò)硬件電路的設(shè)計(jì)和相應(yīng)軟件的編寫(xiě)，掌握軟硬結(jié)合的控制程序設(shè)計(jì)，達(dá)到能獨(dú)立閱讀、編制和調(diào)試一定規(guī)模的電子產(chǎn)品制作或仿真。二、課程設(shè)計(jì)的要求1、遵循軟硬件模塊化設(shè)計(jì)。2、要求程序結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)。3、要求程序結(jié)構(gòu)合理，語(yǔ)句使用得當(dāng)，并附有必要的注釋。4、適當(dāng)追求編程技巧和程序運(yùn)行效率。三、主要儀器設(shè)備及軟件PC機(jī)、繪圖軟件、仿真軟件等。四、課程設(shè)計(jì)題目及要求選題后，有課題負(fù)責(zé)老師具體安排題目：基于單片機(jī)的數(shù)字式電壓表要求：能測(cè)量滑動(dòng)變阻器上的電壓；當(dāng)電壓超過(guò)4v時(shí)，蜂鳴器報(bào)警。五、課題分析及設(shè)計(jì)思路5.1、課題分析及總體設(shè)計(jì)通過(guò)滑動(dòng)變阻器產(chǎn)生可變電壓；用ADC0804采集

5、模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；將此數(shù)字信號(hào)用七段數(shù)碼管顯示；連接蜂鳴器以用來(lái)電壓過(guò)高是報(bào)警。5.2、硬件設(shè)計(jì)5.2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖 本系統(tǒng)采樣Atmel89C51單片機(jī)作為控制核心，以ADC0804為數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)被測(cè)電壓的數(shù)據(jù)采樣；使用系列比較器檢測(cè)輸入電壓的范圍，用共陰極數(shù)碼管顯示結(jié)果。 顯示電路 AD轉(zhuǎn)換 輸入電壓 51單片機(jī) 報(bào)警電路圖15.2.2 單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)包括復(fù)位電路，晶振電路，電源電路，仿真時(shí)需搭建復(fù)位電路和晶振電路。晶振電路：圖2復(fù)位電路：圖3報(bào)警電路：圖4 單片機(jī)最小系統(tǒng)如下所示，其中P1口用于驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，P0口用于數(shù)碼管顯示，P2 口用于接收ADC0809

6、轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，P3口用于蜂鳴器報(bào)警。單片機(jī)最小系統(tǒng)：圖55.2.3 AD轉(zhuǎn)換電路ADC0804的引腳圖：圖6ADC0804的特性： CMOS的逐步逼近式AD轉(zhuǎn)換器。 具有8位分辨力，轉(zhuǎn)換時(shí)間為100微秒，而最大誤差為1個(gè)LSB 值(最小電壓刻度)。 采用差動(dòng)式模擬電壓輸入，三態(tài)式數(shù)字輸出。 模擬輸入電壓范圍為0到5V(千萬(wàn)不要輸入過(guò)高電壓，一下子就燒毀)。 ADC0804與單片機(jī)的連接：圖75.3、軟件設(shè)計(jì)（設(shè)計(jì)思路及軟件流程圖） 軟件部分采用模塊化程序設(shè)計(jì)的方法，由單片機(jī)控制主程序、A/D轉(zhuǎn)換子程序、電壓檢測(cè)及繼電器控制程序、七段數(shù)碼管顯示組成。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)是在KeilC編譯環(huán)境下進(jìn)行的，由于

7、C語(yǔ)言程序可移植性好，所以提高了編程的效率。軟件程序流程圖：聲明函數(shù)設(shè)置掃描信號(hào)初始值開(kāi)始讀取顯示區(qū)數(shù)組，轉(zhuǎn)換顯示編碼輸出/延遲4個(gè)字？20次?返回NoNoyesyes開(kāi)始聲明變量與函數(shù)調(diào)用顯示函數(shù)讀取ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果轉(zhuǎn)換千位數(shù)轉(zhuǎn)換百位數(shù)轉(zhuǎn)換十位數(shù)轉(zhuǎn)換個(gè)位數(shù)=4V調(diào)用蜂鳴器發(fā)聲函數(shù)4V 顯示函數(shù) 主程序六、程序主要代碼與分析（關(guān)鍵代碼要有注釋）：#include /定義8051寄存器的頭文件#define SEG P0 /聲明七段數(shù)碼管的位置sbit buzzer=P31; /聲明蜂鳴器的位置 sbit relay=P30; /聲明繼電器的位置char TAB10= 0xc0, 0xf9, 0x

8、a4, 0xb0, 0x99,/數(shù)字04 0x92, 0x83, 0xf8, 0x80, 0x98 ; /數(shù)字59unsigned char disp4=0, 0, 0, 0; /聲明顯示區(qū)數(shù)組void display(void); /聲明顯示函數(shù)void delay1ms(char); /聲明延遲函數(shù)void pulse_BZ(int,int,int); /聲明蜂鳴器發(fā)聲函數(shù) void pluse_RL(int,int,int); /聲明繼電器控制函數(shù)main() /主程序開(kāi)始unsigned int results; / 聲明變量resultswhile(1) /無(wú)窮循環(huán) SEG=0xff

9、; /關(guān)閉七段數(shù)碼管 buzzer=1; /輸出高電平 P2=0xff; /全滅results= P2*196; /讀取ADC804的轉(zhuǎn)換結(jié)果再乘以196disp3=results/10000; /獲得千位數(shù)disp2=(results/1000)%10; /獲得百位數(shù)disp1=(results/100)%10; /獲得十位數(shù)disp0=(results/10)%10; /獲得個(gè)位數(shù)display(); /顯示函數(shù)if (disp3=4) /若電壓超過(guò)4V pulse_BZ(); /調(diào)用蜂鳴器發(fā)聲函數(shù) /無(wú)窮循環(huán)結(jié)束 /主程序結(jié)束void display(void) /顯示函數(shù)開(kāi)始char

10、j,scan; /聲明變量字符型變量j,scanchar i=20; /掃描20次while (-i=0) /while循環(huán)開(kāi)始scan=1; /初始掃描信號(hào)for(j=0;j4;j+) /for語(yǔ)句開(kāi)始P0=0xff; /關(guān)閉七段數(shù)碼管P1=scan; /輸出掃描信號(hào)P0=TABdispj; /轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)信號(hào)并輸出到P0delay1ms(4); /延遲4msscan=1; /下一個(gè)掃描信號(hào) /for循環(huán)結(jié)束 /while循環(huán)結(jié)束 /顯示函數(shù)結(jié)束void delay1ms(char x) /延遲函數(shù)開(kāi)始int i,j; /聲明整型變量i,jfor(i=0;ix;i+) /計(jì)數(shù)x次，延遲x*1m

11、sfor(j=0;j120;j+); /計(jì)數(shù)120次，延遲約1ms /延遲函數(shù)結(jié)束 void pulse_BZ(int count,int TH,int TL)/蜂鳴器發(fā)聲函數(shù)開(kāi)始 int i; /聲明整型變量i for(i=0;icount;i+) /計(jì)數(shù)count次 buzzer=1; /輸出高電平 delay1ms(TH); /延遲TH*1msbuzzer=0; /輸出低電平delay1ms(TL); /延遲TL*1ms /for循環(huán)結(jié)束 /蜂鳴器發(fā)聲函數(shù)結(jié)束void pluse_RL(int count,int TH,int TL) /繼電器控制函數(shù)開(kāi)始 int i; /聲明整型變量i

12、 for(i=0;i5/0.025=200,因此ADC要選擇8位的，滑動(dòng)變阻器的精確度為0.025.八、心得體會(huì) 本次試驗(yàn)的難度雖不大，但在此過(guò)程中我學(xué)到了很多知識(shí)，同時(shí)也遇到了一些問(wèn)題。例如：1.期間選擇不當(dāng)（蜂鳴器），導(dǎo)致在仿真過(guò)程中，蜂鳴器不能正常發(fā)聲，而要改用SPEAKER蜂鳴器；2.在驅(qū)動(dòng)蜂鳴器的過(guò)程中沒(méi)用使用NPN型低電壓三極管驅(qū)動(dòng)，雖然在仿真過(guò)程蜂鳴器可以發(fā)聲但在實(shí)際試驗(yàn)中卻不會(huì)發(fā)聲；3.作為模擬電壓的輸入，滑動(dòng)變阻器的變化不可以過(guò)快；4.用#define SEG P0不可以加；號(hào)；5.無(wú)窮循環(huán)while(1)后也不可以加；號(hào)；6.在仿真中不必將復(fù)位電路和晶振電路連接上，但是實(shí)際實(shí)驗(yàn)中卻必須加上。 另外，軟硬件一致也是很重要的。若編寫(xiě)的程序在Keilc中正確，但載入芯片中所要求的功能本電路卻未能實(shí)現(xiàn)，原因有以下兩種：1.程序雖無(wú)語(yǔ)法錯(cuò)