毕业设计简易数字电压表设计.doc
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1、毕业设计(论文)题 目:简易数字电压表设计 摘 要数字电压表(Digital Voltmeter)简称DVM,它是采用数字化测量技术,把连续的模拟量(直流输入电压)转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。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,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。目前,由各种单片A/D 转换器构成的数字电压表,已被广泛用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域,示出强大的生命力。与此同时,由DVM扩展而成的各种通用及专用数字仪器仪表,也把电量及非电量测量技术提高到崭新水平
2、。本章重点介绍单片A/D 转换器以及由它们构成的基于单片机的数字电压表的工作原理。关键词: A/D转换模块 数据处理模块简易数字电压表目 录摘要8第一章 实现方案101.硬件选择方案 122.主要元器件的介绍 123.程序设计 21第二章 系统的测试与结果 25第三章系统调试过程及问题解决 28第四章 结论 29第五章致谢 30参考文献 30引 言 本文主要描述采用AT89S51芯片和ADC0809芯片来完成一个简易的数字电压表,能够对输入的05 V的模拟直流电压进行测量,并通过一个4位一体的7段LED数码管进行显示,测量误差约为0.02 V。该电压表的测量电路主要由三个模块组成:A/D转换模
3、块、数据处理模块及显示控制模块。A/D转换主要由芯片ADC0809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ADC0809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ADC0809芯片的工作。显示模块主要由7段数码管及相应的驱动芯片(74HC245组成,显示测量到的电压值湖南科技经贸职业学院毕业论文选题表 2010 年 3 月 15 日学生姓名刘潭华专业机电一体化年级07机电一班学号200707007060题 目:简易数字电压表设计指导教师姓名指导教师职称主要研究内容本文主要描述采
4、用AT89S51芯片和ADC0809芯片来完成一个简易的数字电压表,能够对输入的05 V的模拟直流电压进行测量,并通过一个4位一体的7段LED数码管进行显示,测量误差约为0.02 V。从而研究单片机数字电压表使用中的问题以及其解决办法。主要参考文献1.( 9787560935911) 胡乾斌、单片机原理与应用、2006年2月、第二版、华中科技大学出版社、P20P24。2.( 9787810778374) 李广弟 朱月秀冷祖祁、单片机基础、2007年6月、第一版、北京航空航天大学出版社、P65P673.( 978-7-301-10760-7/TN 0032) 魏立峰 王宝兴、单片机原理及应用技术
5、、2006年8月、第一版、北京大学出版社、P165P169。指导教师意见 签名: 年 月 日系部意见 年 月 日 湖南科技经贸职业学院毕业论文任务书教研室指导教师职 称学生姓名刘潭华专业(班级)07级机电一体化机电一班设计题目简易数字电压表设计设计内容和目标本文主要描述采用AT89S51芯片和ADC0809芯片来完成一个简易的数字电压表,能够对输入的05 V的模拟直流电压进行测量,并通过一个4位一体的7段LED数码管进行显示,测量误差约为0.02 V。从而研究单片机数字电压表使用中的问题以及其解决办法。设计要求简易数字电压表可以测量05V的8路输入电压值,并在四位LED数码管上轮流显示或单路选
6、择显示。测量最小分辨率为0.019V,测最误差约为 0.02V进度安排1查阅相关资料进行筛选; 2010.04.122初步构思,确定大的框架; 2010.04.173论文的撰写; 2010.05.214论文格式的修改; 2010.05.255老师的意见及引导; 2010.05.286再次修改,大体完成 2010.06.04教研室审核 室主任签名: 年 月 日系部审核 系主任签名: 年 月 日说明:此表一式两份,系部和学生各留存一份湖南科技经贸职业学院毕业论文开题报告设计(论文)题目简易数字电压表设计选题背景、意义数字电压表(Digital Voltmeter)简称DVM,它是采用数字化测量技术
7、,把连续的模拟量(直流输入电压)转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。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,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。目前,由各种单片A/D 转换器构成的数字电压表,已被广泛用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域,示出强大的生命力。与此同时,由DVM扩展而成的各种通用及专用数字仪器仪表,也把电量及非电量测量技术提高到崭新水平。本章重点介绍单片A/D 转换器以及由它们构成的基于单片机的数字电压表的工作原理。研 究内 容采用AT89S51芯片和ADC0809
8、芯片来完成一个简易的数字电压表,能够对输入的05 V的模拟直流电压进行测量,并通过一个4位一体的7段LED数码管进行显示,测量误差约为0.02 V。从而研究单片机数字电压表使用中的问题以及其解决办法。技术路 线、方案本系统采用AT89S51单片机芯片配合ADC0809模/数转换芯片构成一个简易的数字电压表。该电路通过ADC0809芯片采样输入口IN0输入的05 V的模拟量电压,经过模/数转换后,产生相应的数字量经过其输出通道D0D7传送给AT89S51芯片的P0口。AT89S51负责把接收到的数字量经过数据处理,产生正确的7段数码管的显示段码,并通过其P1口经驱动芯片74HC245驱动,再传送
9、给数码管。同时它还通过其三位I/O口P3.0、P3.1、P3.2产生位选信号,控制数码管的亮灭。从而读出测量值,以达到测量目的。湖南科技经贸职业学院毕业论文开题报告计 划进 度1查阅相关资料进行筛选; 2010.04.122初步构思,确定大的框架; 2010.04.173论文的撰写; 2010.05.214论文格式的修改; 2010.05.255老师的意见及引导; 2010.05.286再次修改,大体完成 2010.06.04指导老师意见指导教师签名: 年 月 日开题组意 见 组长签名: 年 月 日 湖南科技经贸职业学院毕业论文成绩考核表 作者姓名刘潭华专业机电一体化年级07机电一班学号200
10、707007060题 目简易数字电压表设计指导教师姓名指导教师职称指导教师评阅意见 年 月 日建议等级:指导教师(签名):系部终审意见 (盖章) 年 月 日审定等级负责人(签名):摘 要数字电压表(Digital Voltmeter)简称DVM,它是采用数字化测量技术,把连续的模拟量(直流输入电压)转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。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,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。目前,由各种单片A/D 转换器构成的数字电压表,已被广泛用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测
11、试系统等智能化测量领域,示出强大的生命力。与此同时,由DVM扩展而成的各种通用及专用数字仪器仪表,也把电量及非电量测量技术提高到崭新水平。本章重点介绍单片A/D 转换器以及由它们构成的基于单片机的数字电压表的工作原理,本文主要描述采用AT89S51芯片和ADC0809芯片来完成一个简易的数字电压表,能够对输入的05 V的模拟直流电压进行测量,并通过一个4位一体的7段LED数码管进行显示,测量误差约为0.02 V。该电压表的测量电路主要由三个模块组成: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ADC0809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
12、。数据处理则由芯片AT89S51来完成,其负责把ADC0809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ADC0809芯片的工作。显示模块主要由7段数码管及相应的驱动芯片(74HC245)组成,显示测量到的电压值。【关键词】7段数码管ADC0809芯片 简易数字电压表。 第一章实现方案本系统采用AT89S51单片机芯片配合ADC0809模/数转换芯片构成一个简易的数字电压表,原理电路如图1-1所示。该电路通过ADC0809芯片采样输入口IN0输入的05 V的模拟量电压,经过模/数转换后,产生相应的数字量经过其输出通道D0D7传送给AT89S51芯片的P
13、0口。AT89S51负责把接收到的数字量经过数据处理,产生正确的7段数码管的显示段码,并通过其P1口经驱动芯片74HC245驱动,再传送给数码管。同时它还通过其三位I/O口P3.0、P3.1、P3.2产生位选信号,控制数码管的亮灭。另外,AT89S51还控制着ADC0809的工作。其ALE管脚为ADC0809提供了1MHz工作的时钟脉冲;P2.3控制ADC0809的地址锁存端(ALE);P2.4控制ADC0809的启动端(START);P2.5控制ADC0809的输出允许端(OE);P3.7控制ADC0809的转换结束信号(EOC)。系统框图如图1-2所示。图1-1 电路原理图图1-2 系统框
14、图1.1硬件选择方案:一所需元器件:1. AT89S51芯片 1块2. ADC0809芯片 1块3. 74HC245芯片 2块4. 4位一体数码 1个5. 6MHz晶振 1个6. 33pF电容 2个7. 0.1uF滤波电容 2个8. 10uF电解电容 1个9. 按键开关 1个10.发光二极管 1个11.4.7K精密电位器 1个12.510电阻 12个13.8.2K电阻 1个14.10K电阻 1个15.导线 若干1.2 主要元器件的介绍:(1). 模数转换芯片ADC0809:ADC0809是典型的8位8通道逐次逼近式A/D转换器,其实物如图1-3所示。它可以和微型计算机直接接口。ADC0809转
15、换器的系列芯片是ADC0808,可以相互替换。 图1-3 ADC0809实物图1) ADC0809内部逻辑结构图1-4 ADC0809的内部逻辑结构及引脚图ADC0809的内部逻辑结构如图1-4所示。图中多路模拟开关可选通8路模拟通道,允许8路模拟量分时输入,并共用一个A/D转换器进行转换。地址锁存与译码电路完成对A、B、C三个地址位进行锁存与译码,如表1-1所示。表1-1 ADC0809通道选择表 C(ADDC)B(ADDB)A(ADDA)选择的通道000IN0001IN10100IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN72) ADC0809的引脚ADC0809芯片为
16、28引脚双列直插式封装,其引脚排列如图1-4所示。(1)IN0IN7:8路模拟量输入通道。(2)A、B、C:模拟通道地址线。这3根地址线用于对8路模拟通道的选择,其译码关系如表1-1所示。其中,A为低地址,C为高地址,引脚图中为ADDA,ADDB和ADDC。(3)ALE:地址锁存允许信号。对应ALE上跳沿,A、B、C地址状态送入地址锁存器中。(4)START:转换启动信号。START上升沿时,复位ADC0809;START下降沿时启动芯片,开始进行A/D转换;在A/D转换期间,START应保持低电平。本信号有时简写为ST。(5)D7D0:数据输出线。为三态缓冲输出形式,可以和单片机的数据线直接
17、相连。D0为最低位,D7为最高。 (6)OE:输出允许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0,输出数据线呈高阻;OE=1,输出转换得到的数据。(7)CLK:时钟信号。ADC0809的内部没有时钟电路,所需时钟信号由外界提供,因此有时钟信号引脚。通常使用频率为500KHz的时钟信号。(8)EOC:转换结束信号。EOC=0,正在进行转换;EOC=1,转换结束。使用中该状态信号即可作为查询的状态标志,又可作为中断请求信号使用。(9)Vcc: +5V电源,GND:地。 (10)Vref:参考电压。参考电压用来与输入的模拟信号进行比较,作为逐次逼近的基准。其典型值为+5V(Vr
18、ef(+)=+5V, Vref(-)=0V)。3) ADC0809的工作原理:首先输入3位地址,并使ALE=1,将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 A/D转换,之后EOC输出信号变低,指示转换正在进行。直到A/D转换完成,EOC变为高电平,指示A/D转换结束,结果数据已存入锁存器,这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平时,输出三态门打开,转换结果的数字量输出到数据总线上。(注意:ALE信号常与START信号连在一起,这样连接可以在信号的前沿写入地址信号,在其后沿启动A/D转换,图1-5为ADC0809信号的时序配
19、合图)。图1-5 ADC0809信号的时序配合(2). 数据处理及控制芯片AT89S51:AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗、高性能CMOS 8位单片机。图1-6和1-7分别为其实物图和内部总体结构图。AT89S51片内含有4k字节Flash闪速存储器,128字节内部 RAM,32个I/O 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,S51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
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