资源描述
LOGO,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,毕业答辩,毕业答辩,题目：基于单片机的数字电压表设计,系院名称：物理与电子工程学院,专业名称：应用电子技术教育,学生姓名：苏培,学号：0712021213,指导教师：刘桂英教授,目录,论题的目的和意义,研究的理论根底,采用的主要研究方法,论题的主要观点、价值及缺乏之处,研究的内容框架,论文的设计思路总设计框图,硬件原理图分析与说明,设计成果仿真与调试,致谢,论题的目的和意义,众所周知，在当今的社会中电已成为人们日常生产、生活中一个必不可缺的因素。电的发现和应用极大的节省了人类的体力劳动和脑力劳动，使得人类科技与文明不断的向前开展。而在这其中，电压、电流已成为描述电的一些重要参数。,在电气测量中，电压是一个很重要的参数，如何准确的测量模拟电压值，一直是电测仪器研究的主要内容。数字电压表是通用仪器中使用较广泛的一种测量仪器，很多电量和非电量经变化后都可以用数字电压表来完成测试。数字电压表简称DVM，它是诸多数字化仪表的核心与根底，它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量转换成不连续、离散的数字化形式并加以显示的仪表。目前，由各种单片A/D转换器构成的数字电压表，已被广泛应用于电子和电工测量、工业自动化仪表、自动测量系统等智能化测量领域，传统的指针式电压表功能单一、精度低，不能满足数字化时代的需求，采用单片机的数字电压表精度高、抗干扰能力强，显示出其强大的生命力。,本论文设计是以单片机为开发平台，控制系统采用AT89C51单片机的电压测量电路，也就是在单片机控制下完成电压信号的采集，A/D转换器采用ADC0809为主要硬件，先完成5V量程电压表、在此根底上通过改变程序再扩展到255V量程数字电压表的硬件和软件设计，最后在四位共阴极数码管7SEG-MPX4-CC上显示。这种硬件电路设计比较简单，所用元器件也少，经济实惠，而且调节非常方便。本设计实现后可广泛应用于某些学校的电路电子电工实验室，因此本设计具有非常实际的意义。,研究的理论根底,常规的自动化仪器仪表要适应常规自动控制系统的要求，它是以经典控制理论和现代控制理论为根底的，现代控制理论已经开展到智能控制的新阶段，自动化仪器仪表的智能化成为了必然和必须。本论文设计的数字电压表就是在现代自动控制理论下，以单片机理论和数字化理论为重点研究对象，普以LED数码管动态扫描显示理论。而在单片机理论中，要理解单片机最小系统原理，掌握AT89C51芯片的使用方法；在数字化理论中，要理解掌握模数转换原理，熟悉ADC0809的使用功能。最后是掌握LED数码管工作原理，熟悉 Keil uVision3和PROTEUS软件操作的技能。,采用的主要研究方法,1、文献研究法：查阅图书馆中国期刊全文数据库的相关书刊论文资料，为研究做准备；,2、实验仿真研究法：通过实验仿真，了解硬件系统中AT89C51、ADC0809芯片的功能以及使用方法,3、比较研究法：通过与传统指针式电压表比较，从中突出新型数字电压表的功能和技术,4、理论分析法：通过整合文献，用理论的方法分析,论题的主要观点、价值及缺乏之处,论文的主要观点与价值：在电气测量中，电压是一个很重要的参数，如何准确的测量模拟电压值，一直是电测仪器研究的主要内容。目前市场上测量电压的仪表有数字式电压表和指针式电压表两种。传统的指针式电压表功能单一、精度低，不能满足数字化时代的需求，并且传统的电压表在测量电压时需要手动切换量程，不仅不方便，而且要求不能超过该量程，采用单片机的数字电压表，由精度高、抗干扰能力强，可扩展性强、集成方便，还可与PC进行实时通信。本设计采用先进的单片机技术和模数转换技术，其控制系统采用AT89C51单片机，A/D转换器采用ADC0809为主要硬件，实现数字电压表的硬件电路与软件设计。最后在在PROTEUS和KEIL UVision3平台上实行仿真，本设计实现后可广泛应用于某些学校的电路电子电工实验室，因此它具有非常实际的意义。,缺乏之处：由于技术上的缺陷加上时间问题，所设计的两种量程电压表没有做到多路电压的测量，假设实现就更好了。 255V量程的电压表中也没有做到多档量程的自动切换，精度和分辨率较5V量程电压表的低；电压表设计的显示偏差，这个可以通过校正ADC0809的基准参考电压来解决，或用软件编程来校正其测量值。,研究的内容框架,1. 数字电压表概述,1.1 数字电压表简介,1.2 数字电压表的根本结构和工作原理,1.3 数字电压表的开展趋势,2. 方案论证,2.1 由数字电路和FPGA芯片构建,2.2 由单片机系统和AD转换芯片构建,3. 系统芯片选择,3.1 控制芯片AT89C51,3.2 转换芯片ADC0809,3.3 显示芯片7SEG-MPX4-CC,4. 硬件电路设计与实现,4.1 系统总体设计框图,4.2 AT89C51单片机最小系统介绍,4.3 A/D接口技术,4.4 7SEG-MPX4-CC(LED)数码管原理及接口,4.5 时钟电路和复位电路,4.6 总硬件原理图,5. 软件设计与实现,5.1 汇编语言特点,5.2 开发软件介绍,5.3 程序流程图,5.4 A/D转换子程序流程图,5.5 显示子程序流程图,6PROTEUS仿真过程,6.1 5V电压表仿真调试结果及性能分析,6.2 255V电压表仿真调试结果及性能分析,论文的设计思路,总设计框图,论文设计思路、系统总的设计框图由以下各局部组成，分别由输入电路、电位比较器控制电路、模数转换电路、时钟和复位电路，单片机控制电路，然后再经电阻排接LED数码管，如图5所示：,电位比较器控制电路,输 入 电 路,电阻排,LED,显 示 电 路,ADC0809,复位电路,时钟电路,AT89C51,单片机,硬件原理图分析与说明,以下图为系统的硬件原理图：,由电路图可以看出ADC0808转换后的结果通过数据总线由out8-out1接口直接与单片机AT89C51的P1口相连进行数据传送；单片机AT89C51引脚P3.4、P3.5、P3.6控制ADC0808的模拟通道A、B、C的地址，对三个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于模拟通道选择；P3.2口一路接ADC0808的地址锁存输入引脚ALE高电平有效，低电平无效和另一路接转换启动信号引脚START当START上升沿时，所有内部存放器清零；下降沿时开始进行AD转换，在转换期间，START应保持低电平；ADC0808的EOC(为转换结束信号引脚，当EOC为高电平时转换结束，低电平时说明正在进行A/D转换)直接与单片机的P3.1脚相接；ADC0808的IN3脚和VREF(-)脚接外电压输入检测电路，ADC0808通过IN3脚采集得来的模拟电压信号经过模数转换后送给单片机，单片机将采集来的信号进行一定的处理后通过串口扩展的四位共阴LED数码管显示采集的电压值。ADC0808的OE脚为转换数据允许输出控制端外接单片机的P3.0口OE=0，表示禁止输出；OE=1，表示允许输出，AT89C51的P0口外接电阻排与数码管的A、B、C、D、E、F、G、DP相接作为四位共阴LED数码管动态显示的段码控制，四个引脚接数码管的1、2、3、4脚作为四位共阴LED数码管动态显示的位码控制。ADC0808的时钟频率设为500KHz。,设计成果仿真与调试,5V电压表仿真调试结果,本方案实现的数字电压表量程是5V，测量精度可以精确到小数点后两位，由于单片机为8位处理器，当输入电压为5.00 V时，ADC0809输出数据值为255FFH，单片机最高的数值分辨率只能为0.0196 V5/255的原因，还存在着不能满足高精度测量的缺陷，可以通过采用更高位的A/D转换器采用12位、13位等高于8位的A/D转换器来进一步改善，得到更加精确的数据。本方案电压表设计的显示偏差，可以通过校正ADC0808的基准参考电压来解决，或用软件编程来校正其测量值。,2. 255V电压表仿真调试结果,通过改变程序，见论文附录中的源程序清单，去掉方括号中的程序剩下的就是255V数字电压表源程序，把它放到Keil uVision3中编译生成.HEX文件再导入原理图中的AT89C51进行仿真，仿真结果如以下图所示：,致谢,两个多月的设计时间很快的过去了，在这两个月里我通过学习掌握了许多单片机的相关知识，锻练了自学能力，了解到了一些设计上的方法和技巧。感谢学校给了我们这样一个培养动手能力和自主学习能力的时机，我相信，这对我们将来走入工作岗位后的帮助是很大的，而这也必定是学校开设毕业论文设计的目的所在。在这里首先我要感谢一直帮助指导我的刘桂英老师，设计当中我们遇到了什么不明白的问题，刘老师都会很耐心很细心的帮助我们，使我们的论文设计可以顺利进行；同时我也要感谢我同组的同学和宿舍的同学，在做论文时我积极向他们请教，解决做论文时遇到的许多困难，在此我要对他们表示衷心的感谢。,谢谢观赏,谢谢观赏,
展开阅读全文