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课程设计基于单片机系统的数字电压表.doc
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概 述 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
一.设计目的与功能要求...... ..... ..... ..... ..... ..... ......................4
§ 1 . 1 设 计 目 的 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
§ 1 . 2 功 能 要 求 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
§ 1 . 3 设 计 思 路 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
二 . 总 体 设 计 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
§ 2 . 1 系 统 设 计 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
§ 2 . 2 设 计 方 案 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
§ 2 . 3 总 体 设 计 框 图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
三 . 设 计 原 理 图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
四 . 硬 件 电 路 设 计 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
§4.1 核心 元 器件 介 绍. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
§ 4 . 1 . 1 芯 片 介 绍 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
§4.1.2 其他电路部分简介................................... ............13
1 .显 示电 路. . . . . . . . . . . . . . . . .. . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.A/D 转换测量模拟电压输入部分....................................14
3 .晶 振电 路. . . . . . . . . . . . . . . . .. . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
五 . 软 件 设 计 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5
§5.1 汇编流程图. . .. .. . . . .. . . . . . .. . . . . . .. . . . . . .. . . . . . .. . . . .. .. . . . .. .. 15
1.主汇编流程图. . . . .. . . . . . .. . . . .. .. . . . .. .. . . . .. . . . . . .. . . . . . .. . . . .. .. 15
2.A/D 转换测量程序. ... . ... .. ... .. .. . ... . ... . .. . ... . ... . .. . ... . ... . .17
2
3.显示程序流程图.. . . . . .. . . . . . ... . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . ... . . . . . .. . . . . . . .18
§ 5 . 2 汇 编 程 序 清 单 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8
§ 5 . 3 程 序 说 明 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1
六 . 调 试 仿 真 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2
七 . 设 计 总 结 与 致 谢 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3
八 . 参 考 文 献 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4
3
概述
在电量的测量中,电压、电流和频率是最基本的三个被测量,其中电压量的测量最为经
常。而且随着电子技术的发展,更是经常需要测量高精度的电压,所以数字电压表就成为一
种必不可少的测量仪器。数字电压表简称 DVM,它是采用数字化测量技术,把连续的模拟量
转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。由于数字式仪器具有读数准确方便、精
度高、误差小、测量速度快等特而得到广泛应用[1]。
传统的指针式刻度电压表功能单一,进度低,容易引起视差和视觉疲劳,因而不能满足
数字化时代的需要。采用单片机的数字电压表,将连续的模拟量如直流电压转换成不连续的
离散的数字形式并加以显示,从而精度高、抗干扰能力强,可扩展性强、集成方便,还可与
PC 实时通信。数字电压表是诸多数字化仪表的核心与基础[2]。以数字电压表为核心,可以
扩展成各种通用数字仪表、专用数字仪表及各种非电量的数字化仪表。目前,由各种单片机
和 A/D 转换器构成的数字电压表作全面深入的了解是很有必要的。
最近的几十年来,随着半导体技术、集成电路(IC)和微处理器技术的发展,数字电路
和数字化测量技术也有了巨大的进步,从而促使了数字电压表的快速发展,并不断出现新的
类型[4]。数字电压表从 1952 年问世以来,经历了不断改进的过程,从最早采用继电器、电
子 管 和 形 式 发 展 到 了 现 在 的 全 固 态 化 、 集 成 化 ( IC 化 ), 另 一 方 面 , 精 度 也 从
0.01%-0.005%。
目前,数字电压表的内部核心部件是 A/D 转换器,转换的精度很大程度上影响着数字电
压表的准确度,因而,以后数字电压表的发展就着眼在高精度和低成本这两个方面[3]。
本文是以简易数字直流电压表的设计为研究内容,本系统主要包括三大模块:转换模块、
数据处理模块及显示模块。其中,A/D 转换采用 ADC0808 对输入的模拟信号进行转换,控制
核心 AT89C52 再对转换的结果进行运算处理,最后驱动输出装置 LED 显示数字电压信号
[11]。
4
一. 设计目的与功能要求
§1.1 设计目的
利用单片机及 ADC0808 核心元件制作 4 位数字电压表,更好地学习掌握 ADC0808 的工作
原理及 A/D 的转换编程方法。
§1.2 功能要求
⑴以 MCS-52 系列单片机为核心器件,组成一个实时模拟数字电压表。
⑵采用 1 路模拟量输入,能够测量 0-5V 之间的直流电压值。
⑶电压显示用 4 位一体的 LED 数码管显示,至少能够显示两位小数。
⑷尽量使用较少的元器件。
§1.3 设计思路
⑴根据设计要求,选择 AT89C52 单片机为核心控制器件。
⑵A/D 转换采用 ADC0808 实现,与单片机的接口为 P1 口和 P2 口的高四位引脚。
⑶电压显示采用 4 位一体的 LED 数码管。
⑷LED 数码的段码输入,由并行端口 P0 产生:位码输入,用并行端口 P2 低四位产生
二.总体设计
§2.1 系统设计
主要分为两部分:硬件电路及软件程序。硬件电路包括:单片机及外围电路,模拟信号
采集电路,A/D 转换电路,数码管显示电路,各部分电路的衔接。软件的程序可采用 C 语言
或汇编,这里采用汇编语言,详细的设计思路在后面介绍。
§2.2 设计方案
数字电压表的设计方案很多,但采用集成电路来设计较流行。其设计主要是由模拟电路
和数字电路两大部分组成,模拟部分包括 A/D 转换器,基准电源等;数字部分包括振荡器,
数码显示,计数器等。其中,A/D 转换器将输入的模拟量转换成数字量,它是数字电压表的
一个核心部件,对它的选择一般有两种选择方案:
1.采用双积分 A/D 转换器 MC14433,它有多路调制的 BCD 码输出端和超量程输出端,采
用动态扫描显示,便于实现自动控制。但芯片只能完成 A/D 转换功能,要实现显示功能还需
5
振荡器、时序脉冲
配合其它驱动芯片等,使得整部分硬件电路板布线复杂,加重了电路设计和实际焊接的工作。
2. 逐次逼近式 A/D 转换器。它的转换速度更快,而且精度更高,比如 ADC0808、ADC0809
等,它们通常具有 8 路模拟选通开关及地址译码、锁存电路等,它们可以与单片机系统连接,
将数字量送单片机进行分析和显示。这样电路设计简单,电路板布线不复杂,便于焊接、调
试。这里采用这种方案。
显示部分可以采用各类数码管或用 LCD 显示器显示。在此简化采用 4 位八段共阴极数
码管对 A/D 转换变换后的结果加以显示。
§2.3 总体设计框图
采
集
单
片
机
A/D
转换器
ADC0808
外
界
模
拟
信
号
数字信号
量程变换处理
四
位
八
段
共
阴
极
数
码
管
置
入
预先写好的汇
编程序
显示出模拟电压
的数值
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