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1、基于单片机的数字电压表设计与实现,电压表设计简介,五、综合调试,一、数字电压表的特点,二、设计任务及任务分析,三、硬件设计,四、软件设计,一、数字电压表的特点,(1)显示清晰直观，读数准确(2)准确度高(3)分辨率高(4)测量范围宽(5)扩展能力强(6)测量速度快(7)输入阻抗高(8)集成度高，微功耗(9)抗干扰能力强,二、设计任务及任务分析,以单片机为核心的电压测量系统，利用A/D转换芯片实现直流电压的测量和显示,任务要求,模块设计,芯片选择,实现方法,M1,M2,M4,M3,2.1 任务要求,实现对0-20V直流电压值的测量.,精度达到0.05V以上,200MV、2V、20V档位的自动切换
2、,使用液晶屏幕LCD1602进行显示,1,2,3,4,2.2 模块设计,数据输入模块,三路电压值通过模拟开关的选择一路合适的电压送A/D转换器中进行转换。,采用逐次逼近式A/D 转换器ADC 0809，它性能稳定，转换出8位并行数据，方便检测.,89S52将A/D的并行信号处理后，送到P0端中，连接LCD1602用于显示。单片机控制模拟开关进行自动换档。,采用LCD1602液晶屏显示输入电压值，连接线较少，控制方便，显示简洁且可控性强。,A/D转换模块,数据控制及处理,显示模块,2.3 芯片选择,AT89S52,7805,LM324,74HC4051,液晶显示屏，可显示数字和字符,将模拟量转化
3、为数字量,稳压源，输出5V的电压值,带有真差动输入的四个运算放大器,主控制器，用于控制和处理数据,8通道模拟多路选择器/多路分配器，带有3个数字选择端,LCD1602,ADC0809,2.4 实现方法,输入,A/D转换,单片机控制,显示电压值,输入电压值，模拟开关默认为20V档，A/D送出并行的8位数据，单片机通过运算将其转换为0-255之间的某数，此时再进行档位判断，反馈到模拟开关选择通路，同时LCD显示相应量程的电压值。,三、硬件设计,3.1 数据输入模块原理图,3.2 A/D转换模块原理图,ST=0;ST=1;delay(5); ST=0;delay(5); while(EOC=0);
4、OE=1; getdata=P1;delay(5); OE=0;,3.3 控制模块原理图,writesmh(5,b);,writesmh(6,c);,writesmh(7,13);/13为小数点,writesmh(8,d);,writesmh(4,a);,3.4 显示模块原理图,200mv显示子程序,temp=(getdata*1.0/255)*2000; a=temp/1000; b=temp/100%10; c=temp/10%10; d=temp%10; m=3;,writesmh(5,b);,writesmh(6,c);,writesmh(7,d);,writesmh(8,12);/1
5、2为空格,writesmh(4,a);,3.5 显示模块原理图,2V显示子程序,temp=(getdata*1.0/255)*2000; a=temp/1000; b=temp/100%10; c=temp/10%10; d=temp%10; m=2;,writesmh(5,b);,writesmh(6,13);,writesmh(7,c);,writesmh(8,d);,writesmh(4,a);,3.6 显示模块原理图,20V显示子程序,temp=(getdata*1.0/255)*2000; a=temp/1000; b=temp/100%10; c=temp/10%10; d=tem
6、p%10; m=1;,四、软件设计,子程序,主程序,初始化定义,主函数,Description of the contents Description of the contents,转换子程序,中断子程序,显示子程序,利用KEIL软件和PROTEUS软件对程序进行编写、编译、修改、仿真等，生成HEX文件后通过烧录机将程序烧入AT89S52中。,N,开始,4.1 主程序流程图,初始化,量程转换,等待下一次数据,显示电压值,处理数据,AD转换,选择20v档,Y,模拟开关选择档位,4.2 子程序介绍,显示子程序,每次电压采集后，CPU将数据送到LCD显示出不同档位电压值的显示。,初始化定义,对A/
7、D和单片机的各个端口定义及程序的初始化定义,中断子程序,利用INT1口中断产生12.5KHZ的频率输出给ADC0809的CLK端,转换子程序,根据转换时序定义A/D的各端口的ALE,ST,OE等，使得转换顺利进行,4.3 自动换挡程序,五、综合调试,输入0-20V的电压值，记录显示值和真值,对数据进行绝对误差和相对误差的计算,对误差进行分析,电压表的功能拓展,测量,误差分析,结论,拓展,5.1 电压值测量,5.2 误差分析,0-200mv通过电阻衰减转换为0-5v的电压从X0=X输入到AD，其精度为：200/255=0.7843mv,20mv-2000mv通过运放转换为0-5v的电压从X1=X
8、输入到AD，其精度为：1800/255=7.059mv,2v-20v通过运放转换为0-5v的电压从X2=X输入到AD，其精度为：18/255=0.07059v,200mv档,2000mv档,20v档,各档的电压值从初值到终值的转换与74HC4051模拟开关的输出成正比,5.3 结论,200mv档：误差消除方法：实验修正,多次测量发现：0-200mv内的误差呈线性增长，可进行修正，修正方程为：y=0.93388x，y为修正值，x为测量值,20v档：误差范围在精度内,该范围内测的最大误差为20mv，远小于70.59mv，满足测量要求,2v档：误差范围在精度内,该范围内测的最大误差为2mv，远小于7.059mv，满足测量要求,5.4 电压表的拓展,本次设计基本达到了任务书的要求，在测量精度方面通过调试也有了提高，基于本次设计还可以做以下功能拓展：,2.LCD1602显示的电压值可与PC机进行通信，便于实现远程控制,1.ADC0809可实现8通道数据采集，控制其A,B,C端即可实现,实物图,电路焊接,仿真电路图,感谢答辩组老师和指导老师！,
