《电子信息工程论文修改稿----简易数字电压表的设计(版本3).docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电子信息工程论文修改稿----简易数字电压表的设计(版本3).docx（18页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、基于单片机数字电压表的设计 基于单片机数字电压表的设计目录一 设计目的3二 设计要求3三 方案比较与论证33.1 单片机介绍33.2 电源方案63.3 显示方案63.4 AD采样方案73.5 键盘部分7四 方案设计84.1 硬件设计84.2 软件设计9五 性能测试105.1 电压测试105.2 电阻值测试115.3 短路测试115.4 高压报警测试115.5 串口功能测试115.6 时间功能测试115.7 交流峰峰、周期测试11结束语11参考文献13附录14摘要本报告介绍了基于AT89S52单片机为核心的、以AD0809数模转换芯片采样、以1602液晶屏显示的具有电压测量功能的具有一定精度的数
2、字电压表。在实现基础功能要求之上扩展了串口通讯、时钟功能、高压报警、短路测试、电阻测量、交流电压峰峰值和周期测试等功能，使系统达到了良好的设计效果和要求。关键词：AT89S52单片机 模数转换 液晶显示 扩展功能ABSTRACT：The report describes the AT89S52 based on the microcontroller as the core, AD0809 digital-to-analog converter chip sampling, to 1602 LCD display with voltage measurement function with a
3、 certain precision of digital voltage meter. In achieving functional requirements based upon the expansion of serial communications, high-pressure alarm, short circuit, electrical resistivity measurement, AC voltage and the peak of cycle testing and other functions, allowing the system to achieve go
4、od results and the design requirements.Keywords : AT89S52 SCM analog-to-digital conversion functions LCD expansion 一 设计目的自动化专业的专业实践课程。本课程的任务是使学生通过“简易数字电压表的设计”的设计过程，结合所学课程，掌握目前自动化仪表的一般设计过程，锻炼学生的动手能力和分析，解决问题的能力；积累经验，培养按部就班、一丝不苟的工作和对所学知识的综合应用能力。 二 设计要求 1、 可以测量0-5V的8路输入电压值；2、 可在四位LED数码管上轮流显示或单路选择显示或液晶显示
5、；3、 测量最小分辨率为0.019V；4、 测量误差约为+0.02V；5、 带有一定的扩展功能；6、三 方案比较与论证3.1 单片机介绍单片机采用AT89S52，它是一个低功耗,高性能CMOS 8位单片机,片内含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造,兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构,芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元,功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。单片机基础电路如
6、下： 图2 单片机基础电路功能特性概述：40个引脚，8k Bytes Flash片内程序存储器，256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。此外，AT89S52设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以
7、适应不同产品的需求。引脚功能：VCC：电源电压GND：地P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对断口P0写“1”时，可作为高阻抗输入端使用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组端口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在FLASH编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1口：P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部上拉电阻把端口
8、拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（In）。与AT89C51不同之处是，P1.0和P1.1还可分别作为定时/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX）。第二功能：P1.0：T2（定时/计数器2外部计数脉冲输入），时钟输出P1.1：T2EX（定时/计数2捕获/重新载触发和方向控制）P2口：P2是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引
9、脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVXDPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVXRI指令）时，P2口输出P2锁存器的内容。P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流。P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能端口引脚 第二功能：P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行
10、输出口）P3.2 INT0（外中断0）P3.3 INT1（外中断1）P3.4 TO（定时/计数器0）P3.5 T1（定时/计数器1）P3.6 WR（外部数据存储器写选通）P3.7 RD（外部数据存储器读选通）RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。如有必要，可通过对特殊功能寄存
11、器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。PSEN：程序存储允许PSEN输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。EA/VPP：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如E
12、A端为高电平（接VCC端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。XTAL1:振荡器反相放大器的内部时钟发生器的输入端。XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。3.2 电源方案： 由变压器输入7805的1脚，2脚接地，3脚+5V输出，中间加2个104电容和1000u的电解电容分别为了退耦和稳压。使+5V更稳定地输出。下图是电源接线图。 图3 电源接线图3.3 显示方案 方案一：显示部分（采用共阴4位八段数码管显示。如图4所示：） 图4 数码管电路图显示部分与单片机连接图如下图 图5 显示与单片机连接图 3.4 AD采样方案 方案：采用8位AD转换器ADC0809，编程简单方便，价格便宜。采样电路如
13、下图： 图6 ADC0809采样电路 3.5 键盘部分通过程序的扫描，判断按键，并切换到不同的功能模式中。实现模式切换后可以实现电压表单路和循环显示所测电压值。 图7 键盘硬件程序四 方案设计4.1 硬件设计 系统整体电路如下： RS232AD采样AT89S52程序烧录硬件框图：1602液晶显示高压，短路报警ADC0809串口通讯控制键盘 电源电源 电源 图8 系统硬件框图电源部分提供整个系统的电能，单片机部分控制系统，显示部分显示测量结果以及模式状态，模数转换采集电压以及电阻值发送到单片机，如果电压过高超过量程或者测量短路，单片机控制蜂鸣器报警。通过程序烧录模块可以通过烧录线烧入程序。通过串
14、口通讯可以实现上位机与电压表的通讯，通过上位机选择，可以切换电压表模式，从而实现上位机功能选择的功能。4.2 软件设计我们采用C语言编程，通过定时器0计时实现显示时间功能，通过串口中断实现上位机对下位机的模式切换功能。通过键盘扫描和扫描处理函数，实现键盘的模式切换功能。同时我们还设计了浮点数显示处理函数，采样函数，交流采集电压峰峰值函数，显示交流周期和峰峰值函数。这些函数的组合，实现了电压表功能的完善。YYNNYN开始系统初始化显示时间有键按下？模式判断改变系统功能显示串口通讯结束主程序流程图：开始定时器开启显示时间交流采样？采样显示是否计时？结束定时中断流程：图： 五 性能测试5.1 电压测
15、试被测量电路图：图10被测电路图1、 R1=200欧 R2=500欧在测量如图9所示1点的电压的时候，电压表值为1.406V理论值为U=(200/(200+500)*5=1.429V2、R1=4.20K欧 R2=4.28K欧在测量如图所示1点的电压的时候，电压表值为2.089V理论值为U=(4.2/(4.2+4.28)*5=2.476V5.2 电阻值测试 1、100欧姆的电阻，电压表实测为101欧姆。2、200欧姆的电阻，电压表实测为199欧姆。3、4.73K的电阻，电压表实测为4.6347K。4、6.73K的电阻，电压值实测为6.6578K。5、10K的电阻，电压表实测为10.1020K。6
16、、12K的电阻，电压表实测为12.0235K。5.3 短路测试 用白色导线接于IN7，另一端黑色导线接地。当两导线短接时1602显示为0，同时鸣蜂器报警，没有短接时蜂鸣器不报警。5.4 高压报警测试 把单片机接5.5V，鸣蜂器报警。5.5 串口功能测试 打开串口调试软件，按功能键，观察下位机，按1-8切换到各通道的模式，按9是时间模式，按10-13是特殊功能模式，串口功能正常。5.6 时间功能测试 观察时间的即使与显示功能，然后切换功能模式，再切换到时间模式，观察变化，发现时间照常计时，时间功能正常。5.7 交流峰峰、周期测试 由于没有频率信号发生器，此项扩展功能没有展开测试。结束语通过“简易
17、数字电压表的设计”的设计过程，我结合所学过的课程，了解了简易仪表的发展状况，掌握了目前自动化仪表的一般设计要求，工程设计方法，开发及设计工具使用方法，最重要的是通过这一设计实践过程，锻炼了我的动手能力和分析，解决问题的能力，一丝不苟的工作和对所学知识的综合应用能力，我想这样的实践环节在我的学生生涯是很难得的，也为我以后步入社会开始工作打下了一定的基础，最后我也要感谢同学们，只有在他们团结协作下，本次课程设计才可以顺利进行并实现所有功能，同时我也明白了团结协作的重要性。参考文献1余文俊.8051 C语言实习,中国水利水电出版社,02年10月第2版,p50892万福君，潘松峰.单片微机原理系统设计
18、与应用,中国科学技术大学出版社,01年8月第2版,p281503周责魁.控制仪表与计算机控制装置,化学工业出版社,02年9月第1版,p1174李青.电路与电子技术基础,浙江科学技术出版社,05年2月第1版,p12815陈乐.过程控制与仪表,中国计量学院出版社,07年3月,p1176孙育才.新型AT89S52系列单片机及其应用,清华大学出版社,05年5月第1版,p163附录（1）元件清单： AT89S52一片；LED显示屏一块；ADC0809一片；MAX232电平转换芯片一片；7805稳压管一片；键盘3个；开关1个；蜂鸣器一个；C1815三极管一个；500欧姆电阻10个；10K电阻4个；串口借口
19、一个；程序烧录接口一个；1000u电容两个；104电容6个；25PF电容2个；晶振一个；发光二极管一个；排线插针若干；（2）程序清单：#include #include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define Busy 0x80 / 用于检测LCM状态字中的Busy #define LCM_Data P0 / 液晶数据口#define LCM_RS P2_7#define LCM_RW P2_6#define LCM_E P2_5#define ALE P2_4#define START P3
20、_2#define OE P2_3#define EOC P3_3#define A P2_0#define B P2_1#define C P2_2sbit P3_6=P36;sbit P3_5=P35;sbit P3_4=P34;sbit P3_2=P32;sbit P3_3=P33;sbit P2_5=P25;sbit P2_6=P26;sbit P2_4=P24;sbit P2_0=P20;sbit P2_1=P21;sbit P2_2=P22;sbit P2_3=P23;sbit P2_7=P27;uchar data ad;char ch=0;float volt; uchar d
21、ata NDIG; uchar X,Y;bit key1=0,key2=0; uchar code W = good luck ;uchar code hhuc=this is micheal;uchar code tongdao=tongdao : ;uchar code danwei= v ;void delayms(uint n);void WriteDataLCM(uchar WDLCM);void WriteCommandLCM(uchar WCLCM,uBuysC);void CheckBusy_LCM(void);void LCMInit(void);void DisplayOn
22、eChar(uchar X, uchar Y, uchar DData);void DisplayListChar(uchar X,uchar Y, uchar *DData);void disp(uchar xx, uchar yy,float canshu);void nextp(void);void WriteDataLCM(uchar WDLCM) CheckBusy_LCM(); /检测忙 LCM_RS = 1; LCM_RW = 0; LCM_Data = WDLCM; LCM_E = 1; /若晶振速度太高可以在这后加小的延时 _nop_(); _nop_(); _nop_();
23、 LCM_E = 0;void WriteCommandLCM(uchar WCLCM,bit BuysC) /BuysC为0时忽略忙检测 if (BuysC) CheckBusy_LCM(); /根据需要检测忙 LCM_RS = 0; LCM_RW = 0; LCM_Data = WCLCM; LCM_E = 1; /若晶振速度太高可以在这后加小的延时 LCM_E = 1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); LCM_E = 0; void CheckBusy_LCM(void) LCM_Data = 0x0FF; LCM_E = 1; LCM_RS = 0; LCM_RW
24、 = 1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); while (LCM_Data & Busy); /检测忙信号 LCM_E = 0;/LCM初始化void LCMInit(void) WriteCommandLCM(0x38,0); /三次显示模式设置，不检测忙信号 delayms(5); WriteCommandLCM(0x38,0); delayms(5); WriteCommandLCM(0x38,0); delayms(5); WriteCommandLCM(0x38,1); /显示模式设置,开始要求每次检测忙信号 delayms(5); WriteCommandLC
25、M(0x08,1); /关闭显示 delayms(5); WriteCommandLCM(0x01,1); /显示清屏 delayms(5); WriteCommandLCM(0x06,1); / 显示光标移动设置 delayms(5); WriteCommandLCM(0x0C,1); / 显示开及光标设置 delayms(5); void DisplayOneChar(uchar X, uchar Y, uchar DData) Y &= 0x01; X &= 0x0F; /限制X不能大于15，Y不能大于1 if (Y) X |= 0x40; /当要显示第二行时地址码+0x40; X |=
26、 0x80; /算出地址 WriteCommandLCM(X, 1); /这里不检测忙信号，发送地址码 WriteDataLCM(DData);void DisplayListChar(uchar X, uchar Y, uchar *DData) uchar ListLength; ListLength = 0; Y &= 0x01; X &= 0x0F; /限制X不能大于15，Y不能大于1 while (XNDIG) /若到达字串尾(32)则退出 DisplayOneChar(X, Y, DDataListLength); /显示单个字符 ListLength+; X+; void del
27、ayms(uint n) /延时约n.039n.051ms（0n0;i-);if(P3_5=0)key1=1;while(!P3_5);if(P3_6=0)for(i=5000;i0;i-);if(P3_6=0)key2=1;while(!P3_6);void key_Process(void)if(key1)ch+;key1=0;if(key2)ch-;key2=0;if(ch7)ch=0;if(ch0;j-) delayms(20); WriteCommandLCM(0x01,1); NDIG=strlen(tongdao); DisplayListChar(0, 0, tongdao); NDIG=strlen(danwei); DisplayListChar(0, 1, danwei); while(1) key_scan(); key_Process(); read_ad(ch); disp(10, 1,volt); 18
