简易数字电压表的设计与制作.ppt
简易数字电压表的设计与制作,摘要：本毕业设计的课题是“简易数字电压表的设计。该电压表的测量电路主要由四个模块组成：量程自动转换模块、A/D转换模块、数据处理模块及显示控制模块。A/D转换主要由芯片ADC0574来完成，它负责把采集到的模拟量转换为相应的数字量再传送到数据处理模块。数据处理则由芯片AT89S51来完成，其负责把ADC574传送来的数字量经一定的数据处理，产生相应的显示码送到显示模块进行显示；另外它还控制着ADC5749芯片的工作。显示模块主要由液晶LCD1602及相应的驱动芯片组成，显示测量到的电压值测量电压分3档：0-200mv，0.2-2v，2-20v，量程之间自动转换。关键字：数字电压表、3位半、量程自动转换,综合设计任务 设计制作一个简易数字电压表，该简易电压表对输入的020V模拟直流电压进行测量和数据显示。综合设计要求（1）测量范围0-20V。量程为0-200mV，200mV-2V，2V-20V。（2）显示位数为3位半。（3）各量程之间可自动转换。（4）选取合理的元器件，搭接线路。（5）对自己所设计的简易数字电压表进行测试标定。,数字电压表基本工作原理 在单片机AT89S51的控制下，使用单片高速12位逐次比较型A/D转换器AD574将测量的电压值转换成数字形式并以数字形式表示在LCD1602上。,图1.系统原理框图,模拟开关电路,数字电压表原理图（1）,数字电压表原理图（2）,转换、控制、显示电路,数字电压表PCD图,控制芯片AT89S51 AT89S51 是美国 ATMEL 公司生产的低功耗，高性能 CMOS8 位单片机，片内含 4k bytes 的可系统编程的 Flash 只读程序。存储器器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 8051 指令系统及引脚。它集 Flash 程序存储器，既可在线编程（ISP）也可用传统方法进行编程及通用 8 位微处理器于单片芯片中，ATMEL 公司的功能强大，低价位 AT89S51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。功能特性概述：AT89S51 提供以下标准功能：4k 字节 Flash 闪速存储器，128 字节内部 RAM，32 个 IO 口线，看门狗（WDT），两个数据指针，两个 16 位定时计数器，一个 5 向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89S51 可降至 0Hz 的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止 CPU 的工作，但允许 RAM，定时计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存 RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。,AD89S51引脚说明：VCC：电源电压输入端。GND：电源地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。P3口除了作为普通I/O口，还有第二功能：P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外部中断0）P3.3/INT1（外部中断1）P3.4 T0（T0定时器的外部计数输入）P3.5 T1（T1定时器的外部计数输入）P3.6/WR（外部数据存储器的写选通）P3.7/RD（外部数据存储器的读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。I/O口作为输入口时有两种工作方式，即所谓的读端口与读引脚。RST：复位输入端，高电平有效。ALE/PROG：地址锁存允许/编程脉冲信号端。PSEN：外部程序存储器的选通信号，低电平有效。EA/VPP：外部程序存储器访问允许。XTAL1：片内振荡器反相放大器和时钟发生器的输入端。XTAL2：片内振荡器反相放大器的输出端。,图2.AD89S51引脚图,A/D转换AD574 AD574是美国模拟数字公司（Analog）推出的单片高速12位逐次比较型A/D转换器，内置双极性电路构成的混合集成转换显片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能，只需外接少量的阻容件即可构成一个完整的A/D转换器，其主要功能特性如下：（）分辨率：12位（）非线性误差：小于1/2LBS或1LBS（）转换速率：25us（）模拟电压输入范围：010V和020V，05V和010V两档四种（）电源电压：15V和5V（）数据输出格式：12位/8位（）芯片工作模式：全速工作模式和单一工作模式,AD574的引脚说明：1.Pin1(+V)+5V电源输入端。2.Pin2()数据模式选择端。3.Pin3()片选端。4.Pin4(A0)字节地址短周期控制端。5.Pin5()读转换数据控制端。6.Pin6(CE)使能端。7.Pin7(V+)正电源输入端，输入+15V电源。8.Pin8(REF OUT)10V基准电源电压输出端。9.Pin9(AGND)模拟地端。10.Pin10(REF IN)基准电源电压输入端。11.Pin(V-)负电源输入端，输入-15V电源。12.Pin1(V+)正电源输入端，输入+15V电源。13.Pin13(10V IN)10V量程模拟电压输入端。14.Pin14(20V IN)20V量程模拟电压输入端。15.Pin15(DGND)数字地端。16.Pin16Pin27(DB0DB11)12条数据总线。17.Pin28(STS)工作状态指示信号端。,图3.AD574引脚图,液晶显示LCD1602 在日常生活中，我们对液晶显示器并不陌生。液晶显示模块已作为很多电子产品的通过器件，如在计算器、万用表、电子表及很多家用电子产品中都可以看到，显示的主要是数字、专用符号和图形。在单片机系统中应用晶液显示器作为输出器件有以下几个优点：显示质量高,数字式接口,体积小、重量轻,功耗低。LCD1602主要技术参数：显示容量:162个字符芯片工作电压:4.55.5V工作电流:2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压:5.0V字符尺寸:2.954.35(WH)mm,LCD1602引脚功能说明：LCD1602采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表1所示:,表1.LCD1062引脚说明,通道选择CD4051功能概述：CD4051/CC4051是单8通道数字控制模拟电子开关，有三个二进制控制输入端A、B、C和INH输入，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流。幅值为4.520V的数字信号可控制峰值至20V的模拟信号。例如，若VDD=+5V，VSS=0，VEE=-13.5V，则05V的数字信号可控制-13.54.5V的模拟信号。这些开关电路在整个VDD-VSS和VDD-VEE电源范围内具有极低的静态功耗，与控制信号的逻辑状态无关。当INH输入端=“1”时，所有的通道截止。三位二进制信号选通8通道中的一通道，可连接该输入端至输出。其中VEE可以接负电压，也可以接地。当输入电压有负值时，VEE必须接负电压，其他时候可以接地。CD4051参数：电源电压范围3V15V 输入电压范围0VVDD工作温度范围M类55125E 类.4085,图4.CD4051引脚图,CD4051引脚说明1 2 4 5 12 13 14 15 IN/OUT 输入/输出9 10 11 A B C 地址端3 OUT/IN 公共输出/输入端6 INH 禁止端7 VEE 负电压端8 Vss 数字信号接地端16 VDD 电源端,程序流程图,系统的焊接 由于本次制作数字电压表使用的是万能版，所以在焊接上要特别注意引线的排列方式，否则不但调试时不好看清导线走向检查电路是否连接正确，而且电路容易受到很大的干扰。在排布元器件是要注意元器件的位置，能接近的元器件尽量接近并且使用其引脚搭线，这样可以使板子上的电路简单明了，便于查看。引线在焊接前首先要剥去塑胶皮使金属芯露出，金属芯不宜过长，一般为左右，并且焊接前需镀锡。,系统的调试 本次制作调试共分为个部分：(1)单片机显示器的调试 在焊接完单片机和显示器后，将显示程序拷入单片器，看显示器是否能正常显示程序中的符号。如果显示正常，则表示单片机与显示器之间的线路正常。这次调试一次成功。(2)/转换调试 将及其相关电路焊接完成后，与单片机相连，单片机录入程序，使用试验台上+-5V电压进行转换查看效果。由于只有个引脚，但是我们只有引脚的管座，所以当第一次试验不成功时，排查电路后发现有些线错焊到了空的引脚上。重新焊接后，还是无法工作，且用电压表测量的基准电压不正常，输入电压也并非+-15V，而是达到了多伏，并且发烫。取掉芯片空载测量时，输入电压又恢复正常。在仔细检查了电路之后，发现没有接入公共地，接入后，芯片工作正常。(3)程序的调试 程序调试时根据电路板来调试的，将程序烧制入单片机后，在实验台上接入+-15V和+-5V的电压后，调试电压并用实验室的数字电压表测量，看显示屏上的电压显示是否正确、是否根据电压变动而变动、与电压表之间的电压有多少误差，以此来慢慢调节程序。,
