簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)(論文)

1、1 引 言 22 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 22.1 ATMEL89C51片機(jī)系統(tǒng)和顯示電路 32.2 A/D轉(zhuǎn)換電路 43 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 53.1 初始化程序 53.2 A/D轉(zhuǎn)換子程序 53.3 顯示子程序 64 系統(tǒng)安裝調(diào)試及結(jié)果 144.1 系統(tǒng)安裝調(diào)試 144.1.1 電路焊接 144.1.2 程序下載及程序下載 144.2 系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果 144.2.1 調(diào)試所用工具 144.2.2 記錄測(cè)試數(shù)據(jù) 145 總結(jié) 156 致謝 157 注釋8 參考文獻(xiàn)簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)【內(nèi)容摘要】 此在現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)中， 常需用高精度數(shù)字電壓表進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)送入微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，完成計(jì)算、存儲(chǔ)、控制和顯

2、示等功能。本文中的數(shù)字電壓表的控制系統(tǒng)采用ATMEL89C51片機(jī)，A/D轉(zhuǎn)換器采用TLC549為主要硬件， 實(shí)現(xiàn)數(shù)字電壓表的硬件電路與軟件設(shè)計(jì)。 該系統(tǒng)的數(shù)字電壓表電路簡(jiǎn)單，所用的元件較少，成本低，調(diào)節(jié)工作可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化?！娟P(guān)鍵詞】 數(shù)字單片機(jī)；數(shù)字電壓表； A/D 轉(zhuǎn)換；模擬信號(hào)1 引 言數(shù)字電壓表(Digital Voltmeter )簡(jiǎn)稱DVM它是采用數(shù)字化測(cè)量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量 (直流輸入電壓) 轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、 離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。傳統(tǒng)的指針式電壓表功能單一、精度低，不能滿足數(shù)字化時(shí)代的需求，采用單片機(jī)的數(shù)字電壓表，由精度高、抗干擾能力強(qiáng)，可擴(kuò)展性強(qiáng)、集成方便，還可與PC

3、進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。目前，由各種單片A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)字電壓表，已被廣泛用于電子及電工測(cè)量、工業(yè)自動(dòng)化儀表、自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)等智能化測(cè)量領(lǐng)域，示出強(qiáng)大的生命力。與此同時(shí)，由DVMT展而成的各種通用及專用數(shù)字儀器儀表，也把電量及非電量測(cè)量技術(shù)提高到嶄新水平。2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)硬件電路設(shè)計(jì)主要包括：ATMEL89C51片機(jī)系統(tǒng)，A/D轉(zhuǎn)換電路，顯示電路 圖 2-1 是數(shù)字電壓表硬件電路原理圖。圖2-1數(shù)字電壓表硬件電路原理圖2.1 ATMEL89C51單片機(jī)系統(tǒng)和顯示電路由于單片機(jī)體積小、重量輕、價(jià)格便宜，所以本系統(tǒng)采用ATMEL89C51單片機(jī)，其原理圖如圖1所示。89C51的P1、P3. 0P3-3端口

4、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TLC549的A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)讀入用，P2端口用作TLC549的A/D轉(zhuǎn)換控制。ATMEL89C51的性能特點(diǎn)： 4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命：1000寫(xiě)/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年 全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 128X8位內(nèi)部RAM 32可編程I/O線 兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 5個(gè)中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路2.2 A /D轉(zhuǎn)換電路WLACOM4圖2-2 TLC549 A/D 轉(zhuǎn)換原理圖D/A轉(zhuǎn)換

5、電路就是將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的電路。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換速度是衡量D/A轉(zhuǎn)換器的重要指標(biāo)。A/D轉(zhuǎn)換由集成電路TLC549完成。TLC549 A/D轉(zhuǎn)換電路如圖2所示。TLC549具有8路模擬信號(hào)輸入端口，地址線（2325 腳）可決定對(duì)哪一路模擬信號(hào)進(jìn)行 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，當(dāng)輸入一個(gè)2s寬高電平脈 沖時(shí)，就開(kāi)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卻為高電平時(shí)，A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)從該端口輸出。10腳為0809的時(shí)鐘輸入端，利用單為0809的

6、時(shí)鐘輸 入端，利用單片機(jī)30引腳的六分頻晶振頻率再通過(guò)14024Z分頻得到1MHZ寸鐘。3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)(X)gm調(diào)用A /D轉(zhuǎn)換子程序I調(diào)用顯示子筋I(lǐng)CWJ圖3-1主程序圖圖3-2 A/D轉(zhuǎn)換測(cè)量程序3.1 初始化程序系統(tǒng)上電，初始化程序?qū)?0H77H內(nèi)存單元清0, P2 口置0。系統(tǒng)默認(rèn)為 循環(huán)顯示8個(gè)通道的電壓值，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)通道顯示時(shí)間為1 So 70H-77H內(nèi)存單元存放采樣值，78H7BH內(nèi)存 單元存放顯示數(shù)據(jù)，依次為個(gè)位、十位、百位、通道標(biāo)志位。3.2 A/D轉(zhuǎn)換子程序A/D轉(zhuǎn)換子程序用來(lái)控制對(duì)0809/k路模擬輸入電壓的A/D轉(zhuǎn)換，并將

7、對(duì) 應(yīng)的數(shù)值存入70H77H內(nèi)存單元。3.3 顯小子程序顯示子程序采用動(dòng)態(tài)掃描實(shí)現(xiàn)四位數(shù)碼管的數(shù)值顯示。測(cè)量數(shù)據(jù)在顯示時(shí)需 轉(zhuǎn)換成BCDK放在78H-7BH內(nèi)存單元中，其中7BH存放通道標(biāo)志數(shù)。R3作為8 路循環(huán)控制，R0用作顯示數(shù)據(jù)指針。程序代碼如下：/*/ * 文 件 名： tlc549.c * 主要功能：應(yīng)用 IIC 總線讀取 tlc549 模數(shù)轉(zhuǎn)換后的電壓值* 時(shí) 鐘： 11.0592MHz */#include #include #include #include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define u

8、long unsigned long/sbit sda=P0A2;/sbit scl=P0A3;sbit Tlc549_CLK = P2A5;sbit Tlc549_DATA = P2A6;sbit Tlc549_CS = P2A7;void delay_us(uint x);void shift(unsigned char function,int b);void led_display();/uchar AD_convert();0,1,2,3,4int TLC549_OUTPUT();/*const char led_code19=0x11,0xd7,0x32,0x92,0xd4,/第5

9、頁(yè)共17頁(yè)0x98,0x18,0xd3,0x10,0x90,/5,6,7,8,90x50,0x1c,0x39,0x16,0x38,0x78, / a,b,c,d,e,f 0xfe,0xef,0xff; / - dot dark/*/* 名稱：void delay_us(uint x)* 功能：延時(shí)* 輸入：NULL* 全 局 變量：NULL* 返 回值：NULL* 調(diào)用：NULL* 說(shuō) 明：通過(guò)改參數(shù)X 來(lái)改變延時(shí)的時(shí)間*/*void delay_us(uint x) uint i;for(i=0;i=x;i+)_nop_();*稱 ： void shift(uchar n)* 功能 ：把一個(gè)

10、顯示代碼送入數(shù)碼管顯示入 ： NULL* 全 局 變 量 ： NULL* 返 回 值 ： NULL用 ： NULL* 說(shuō)明 ：從最高位開(kāi)始讀入*/*void shift(uchar n)uchar m,i;m=led_coden;scl=0;for(i=0;i8;i+)if (m & 0x80)sda=1;else sda=0;scl=1;scl=0;m=1;*/*稱 ： void led_display(uint qian,uchar bai,uchar shi,ucharge)功能 ：從 tlc549 讀出一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)輸入 ： NULL全局變量 ： NULL返回值 ： NULL調(diào)用 ： v

11、oid shift(uchar n)說(shuō)明 ：把模數(shù)轉(zhuǎn)換后得到的電壓值調(diào)數(shù)碼管顯示*/void led_display()uchar shi,ge;uchar dianya;uint ch ;volatile float Sdata = 0 ;/ dianya=AD_convert();dianya=TLC549_OUTPUT();Sdata=dianya*100/50.0;ch=(uint)Sdata;shi=ch/10%10;/取十位ge=ch/100;/ 取個(gè)位shift(0,18);shift(0,18);shift(0,18);shift(0,18);shift(0,18);shift

12、(0,18);shift(0,shi);shift(1,ge);/* 名稱： uchar AD_convert()* 功能：從 tlc549讀出一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)(模數(shù)轉(zhuǎn)換)* 輸入： NULL* 全 局 變 量： NULL* 返 回 值：T1:從tlc549中讀出的數(shù)據(jù)* 調(diào)用： NULL* 說(shuō)明：一個(gè)變量與數(shù)據(jù)口的數(shù)相或8次，就取走一個(gè)數(shù)據(jù)*/uchar AD_convert()uchar T1=0,i=0 ;Tlc549_CLK = 0;Tlc549_CS = 1;delay_us(2);/delay(10);Tlc549_CS = 0;for(i=0;i8;i+)T1 = T1|Tlc549

13、_DATA;Tlc549_CLK = 1;delay_us(2);/ delay(10);Tlc549_CLK = 0;T10;i-)v=1;Tlc549_CLK=1;delay_us(1);if(Tlc549_DATA)v|=0x01;delay_us(1);Tlc549_CLK=0;Tlc549_CS=1;delay_us(1);return(v);/* 名稱 ： void main()* 功能：主函數(shù)* 輸入：NULL* 全 局 變量：NULL* 返 回值：NULL* 調(diào)用：NULL*/*int main()TLC549_Init();/TLC549_OUTPUT();while(1)l

14、ed_display();delay_us(10000);return 0;/*while(1)shift(1,1);shift(0,3);shift(1,4);shift(0,5);delay_us(10000); */4系統(tǒng)安裝調(diào)試及結(jié)果4.1 系統(tǒng)安裝調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試主要分三部分：電路焊接，軟件調(diào)試及程序下載。4.1.1 電路焊接完成PCB的制作后，在電路板上安裝元件，并焊接。經(jīng)過(guò)將近三天的電路 焊接，系統(tǒng)電路焊接基本完成。4.1.2 程序下載及程序下載軟件編程米用C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言設(shè)計(jì)，C語(yǔ)言在Keil uVision3開(kāi)發(fā)環(huán)境和 Microsoft Visual C+開(kāi)發(fā)環(huán)境下完成設(shè)計(jì)和編

15、譯。在系統(tǒng)板以及各功能模塊連接好后，將從 PC機(jī)并口接上ISP下載線，給系 統(tǒng)上電，并對(duì)系統(tǒng)板進(jìn)行程序下載測(cè)試，51單片機(jī)支持ISP在線編程。4.2 系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果4.2.1 調(diào)試所用工具表1儀器設(shè)備使用說(shuō)明儀器設(shè)備名稱儀器設(shè)備型號(hào)示波器TDS201加萬(wàn)用表DT9205As信號(hào)發(fā)生器SP F40 型穩(wěn)壓電源HH1733B2!4.2.2 記錄測(cè)試數(shù)據(jù)制作的作品按照課題設(shè)計(jì)要求，對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)量最大值+5V最小值0V,精確到0.1V。5總結(jié)通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)我學(xué)到了不少知識(shí)， 并且進(jìn)一步熟悉了做板的流程 和儀器的使用，專業(yè)知識(shí)更加精深真的是受益匪淺啊。制作過(guò)程也并不是一帆風(fēng) 順的，我們也

16、遇到了許多困難，但是我們通過(guò)上網(wǎng)查資料，圖書(shū)館內(nèi)查閱書(shū)籍克 服了這些困難并最終制作成功。據(jù)調(diào)試和所測(cè)量數(shù)據(jù),本系統(tǒng)采用 ATMEL89C51片機(jī)作為主控核心,按照 設(shè)計(jì)要求，完成了數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)的數(shù)字電壓表電路簡(jiǎn)單，所用的元 件較少，成本低，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，適合于要求不同的電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。6致謝在本課題完成之際，我們的基礎(chǔ)理論得到了進(jìn)一步鞏固和加深， 同時(shí)在此基 礎(chǔ)上，我們掌握了儀器儀表的硬件設(shè)計(jì)原理和軟件調(diào)試方法。但這些都離不開(kāi)我 們身邊的老師和同學(xué)的大力幫助與支持。感謝彭宇林老師的幫助。7注釋J.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004.第172頁(yè).8參考文獻(xiàn)1謝自美.點(diǎn)子線

17、路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試（第三版）J.西安：華中科技大學(xué)大 學(xué)出版社，2006.2謝自美.點(diǎn)子線路綜合設(shè)計(jì)J.北京：華中科技大學(xué)出版社，2006.Design of simple digital voltage meterRenkai Chen MiaoxinAbstract: This in modern detection techniques, they often need to use high-precision digital voltmeter on-site testing will detect the data into the micro-computer systems, complete the calculation, storage, control and display functions. The figures in this article voltage meter control system ATMEL89C51 microcontroller, A / D converters use a TLC549 as the main hardware, the hardware implementati