895191578基于单片机的数字电压表毕业设计论文.doc
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1、毕业设计课题名称: 基于AT89S52单片机的数字电压表 总目录第一部分 任务书 第二部分 开题报告 第三部分 毕业设计正文 第 一 部 分任务书扬州工业职业技术学院毕业设计任务书系 部电子信息工程系指导老师职称助讲学生姓名班级学号设计题目基于AT89S52单片机的数字电压表设计内容目标和要求教研室审核系部审核第 二 部 分开题报告毕业设计(论文)开题报告书学生姓名 范健专业应用电子技术班级学号题 目基于AT89S52单片机的数字电压表指导教师单丹职称助讲学 位硕士题目类别 工程设计 基础研究 应用研究 其它【课题的内容与要求】1. 采用ICL7135高精度、双积分A/D转换电路,测量范围直流
2、0-2000伏2. ,使用LCD液晶模块显示,可以与PC机进行串行通信【前言】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
3、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。【方案的比较与评价】本文介绍一种基于89S52单片机的一种电压测量电路,该电路采用ICL7135高精度、双积分A/D转换电路,测量范围直流0-2000伏,使用LCD液晶模块显示,可以与PC机进行串行通信。【预期的效果及指标】本电路是一种高精度、低功耗、宽量程、智能化的电压表。可扩展键盘、EEPROM、报警电路,实现电压异常记录、报警【进度安排】2009年9月15 日 -2009年9月30 日 选题、调研、收集资料2009年9月30 日 -2009年10月5 日 论证、开题2009年10
4、月6 日-2010年3月20日 设计(写作初稿)2010年3月21日-2010年3月23日 修改、定稿、打印、答辩【参考文献】1 徐爱钧.智能化测量控制仪表原理与设计(第二版)M.北京:北京航空航天大学出版社,2004.2 吴金戌,沈庆阳,郭庭吉.8051单片机实践与应用M.北京:清华大学出版社,2002.3 张国勋,缩短ICL7135A/D采样程序时间的一种方法J. 电子技术应用,1993,第一期.4 高峰,单片微型计算机与接口技术M.北京:科学出版社,2003.5 刘伟,赵俊逸,黄勇,一种基予C8051F单片机的SOC型数据采录器的设计与实现A.天津市计算机学会单片机分会编. 2003年全
5、国单片机及嵌如入式系统学术年会论文集(下册)C .北京:北京航空航天大学出版社,2003 .790-7946 http:/www.ic-on- ICL7135.PDF、MAX232.PDF【指导教师意见】(有针对性地说明选题意义及工作安排是否恰当等)同意提交开题论证 修改后提交 不同意提交(请说明理由)指导教师签章: 年 月 日 【系部意见】同意指导教师意见 不同意指导教师意见(请说明理由) 其它(请说明)队系(部)主任签章: 年 月 日第 三 部 分毕业设计正文基于AT89S52单片机的数字电压表 摘 要 本文介绍一种基于89S52单片机的一种电压测量电路,该电路采用ICL7135高精度、双
6、积分A/D转换电路,测量范围直流0-2000伏,使用LCD液晶模块显示,可以与PC机进行串行通信。正文着重给出了软硬件系统的各部分电路,介绍了双积分电路的原理,89S52的特点,ICL7135的功能和应用,LCD1601的功能和应用。该电路设计新颖、功能强大、可扩展性强。关键词 电压测量,ICL7135,双积分A/D转换器,1601液晶模块英文题目(四号,宋体加粗,居中)Abstract: The introduction of a cost-based 89S52 MCU a voltage measurement circuits, the circuits used ICL7135 hi
7、gh-precision, dual-scoring A/D conversion circuits, measuring scope DC 0-2000 volts, the use of LCD that can be carried out with a PC serial communications. The paper focuses on providing a software and hardware system components circuit, introduced double integral circuit theory, 89S52 features ICL
8、7135 functions and applications, LCD1601 functions and applications. the circuit design innovative, powerful, can be expansionary strong.Key words: Digital Voltmeter ICL7135 LCD1601 89S52目 录第一章 前言121.1概述.121.2系统原理及基本框图12第二章 硬件设计132.1输入电路132.2A/D转换电路。.132.2.1双积A/D转换器的工作原理.142.2.2 7135的应用.152.3 单片机部分.
9、182.4液晶显示部分.192.4.1 1601使用说明.192.4.2液晶显示部分与89S52的接口。.222.5通讯模块.23第三章 系统的软件设计243.1主程序设计.243.2 A/D中断程序设计.253.3通讯模块程序设计.12结论/小结/心得体会29致谢30参考文献31第一章 前言1.1概述数字电压表(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
10、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。1.2系统原理及基本框图如图1.1所示,模拟电压经过档位切换到不同的分压电路衰减后,经隔离干扰送到A/D转换器进行A/D转换,然后送到单片机中进行数据处理。处理后的数据送到LCD中显示,同时通过串行通讯与上位机通信。输入电路A/D转换89S52单片机LCD显示通讯
11、模块图1.1系统基本方框图第二章 硬件设计2.1输入电路图2.1.1量程切换开关图2.1.2衰减输入电路输入电路的作用是把不同量程的被测的电压规范到A/D转换器所要求的电压值。智能化数字电压表所采用的单片双积分型ADC芯片ICL7135,它要求输入电压0-2V。本仪表设计是0-1000V电压,灵敏度高所以可以不加前置放大器,只需衰减器,如图3.1.2所示9M、900K、90K、和10K电阻构成1/10、1/100、1/1000的衰减器。衰减输入电路可由开关来选择不同的衰减率,从而切换档位。为了能让CPU自动识别档位,还要有图3.1.1的硬件连接。2.2 A/D转换电路A/D 转换器的转换精度对
12、测量电路极其重要,它的参数关系到测量电路性能。本设计采用双积A/D 转换器,它的性能比较稳定,转换精度高,具有很高的抗干扰能力,电路结构简单,其缺点是工作速度较低。在对转换精度要求较高,而对转换速度要求不高的场合如电压测量有广泛的应用。2.2.1双积A/D 转换器的工作原理图2.2.1.1双积A/D 转换器如图所示:对输入模拟电压和基准电压进行两次积分,先对输入模拟电压进行积分,将其变换成与输入模拟电压成正比的时间间隔 T1,再利用计数器测出此时间间隔,则计数器所计的数字量就正比于输入的模拟电压;接着对基准电压进行同样的处理。在常用的A/D转换芯片(如ADC -0809、ICL7135、ICL
13、7109等)中,ICL7135与其余几种有所不同,它是一种四位半的双积分A/D转换器,具有精度高(精度相当于14位二进制数)、价格低廉、抗干扰能力强等优点。本文介绍用单片机并行方式采集ICL7135的数据以实现单片机电压表和小型智能仪表的设计方案。 图2.2.1.2双积A/D 转换器的波形图2.2.2 7135的应用2.2.2.1 ICL7135引脚图7135是采用CMOS工艺制作的单片4位半A/D转换器,其所转换的数字值以多工扫描的方式输出,只要附加译码器,数码显示器,驱动器及电阻电容等元件,就可组成一个满量程为2V的数字电压表。7135主要特点如下:双积型A/D转换器,转换速度慢。在每次A
14、/D转换前,内部电 路都自动进行调零操作,可保证零点在常温下的长期稳定。在20000字(2V满量程)范围内,保证转换精度1字相当于14bitA/D转换器。 具有自动极性转换功能。能在但极性参考电压下对双极性模拟输入电压进行A/D转换,模拟电压的范围为01.9999V。 模拟出入可以是差动信号,输入电阻极高,输入电流典型值1PA。 所有输出端和TTL电路相容。 有过量程(OR)和欠量程(UR)标志信号输出,可用作自动量程转换的控制信号。 输出为动态扫描BCD码。 对外提供六个输入,输出控制信号(R/H,BUSH,ST,POL,OR,UR),因此除用于数字电压表外,还能与异步接收 /发送器,微处理
15、器或其它控制电路连接使用。 采用28外引线双列直插式封装,外引线功能端排列如图所示。7135数字部分数字部分主要由计数器、锁存器、多路开关及控制逻辑电路等组成。7135一次A/D转换周期分为四个阶段:1、自动调零(AZ);2、被测电压积分(INT);3、基准电压反积分(DE);4、积分回零(ZI)。具体内部转换过程这里不做祥细介绍,主要介绍引脚的使用。R/H(25脚)当R/H=“1”(该端悬空时为“1”)时,7135处于连续转换状态,每40002个时钟周期完成一次A/D转换。若R/H由“1”变“0”,则7135在完成本次A/D转换后进入保持状态,此时输出为最后一次转换结果,不受输入电压变化的影
16、响。因此利用R/H端的功能可以使数据有保持功能。若把R/H端用作启动功能时,只要在该端输入一个正脉冲(宽度300ns),转换器就从AZ阶段开始进行A/D转换。注意:第一次转换周期中的AZ阶段时间为9001-10001个时钟脉冲,这是由于启动脉冲和内部计数器状态不同步造成的。/ST(26脚)每次A/D转换周期结束后,ST端都输出5个负脉冲,其输出时间对应在每个周期开始时的5个位选信号正脉冲的中间,ST负脉冲宽度等于1/2时钟周期。第一个ST负脉冲在上次转换周期结束后101个时钟周期产生。因为每个选信号(D5-D1)的正脉冲宽度为200个时钟周期(只有AZ和DE阶段开始时的第一个D5的脉冲宽度为2
17、01个CLK 周期),所以ST负脉冲之间相隔也是200个时钟周期。需要注意的是,若上一周期为保持状态(R/H=“0”)则ST无脉冲信号输出。ST信号主要用来控制将转换结果向外部锁存器、UARTs或微处理器进行传送。图2.2.2.2 ICL7135的波形图BUSY(21脚)在双积分阶段(INT+DE),BUSY为高电平,其余时为低电平。因此利用BUSY功能,可以实现A/D转换结果的远距离双线传送,其还原方法是将BUSY和CLK“与”后来计数器,再减去10001就可得到原来的转换结果。OR(27脚)当输入电压超出量程范围(20000),OR将会变高。该信号在BUSY信号结束时变高。在DE阶段开始时
18、变低。UR(28脚)当输入电压等于或低于满量程的9%(读数为1800),则一当BUST信号结束,UR将会变高。该信号在INT阶段开始时变低。POL(23脚)该信号用来指示输入电压的极性。当输入电压为正,则POL等于“1”,反之则等于“0”。该信号DE阶段开始时变化,并维持一个A/D转换调期。位驱动信号D5、D4、D3、D2、D1(12、17、18、19、20脚)每一位驱动信号分别输出一个正脉冲信号,脉冲宽度为200个时钟周期,其中D5对应万位选通,以下依次为千、百、十、个位。在正常输入情况下,D5-D1输出连续脉冲。当输入电压过量程时,D5-D1在AZ阶段开始时只分别输出一个脉冲,然后都处于低
19、电平,直至DE阶段开始时才输出连续脉冲。利用这个特性,可使得显示器件在过程时产生一亮一暗的直观现象。 B8、B4、B2、B1(16、15、14、13脚)该四端为转换结果BCD码输出,采用动态扫描输出方式,即当位选信号D5=“1”时,该四端的信号为万位数的内容,D4=“1”时为千位数内容,其余依次类推。在个、十、百、千四位数的内容输出时,BCD码范围为0000-1001,对于万位数只有0和1两种状态,所以其输出的BCD码为“0000”和“0001”。当输入电压过量程时,各位数输出全部为零,这一点在使用时应注意。图2.2.2.2 ICL7135的波形图 最后还要说明一点,由于数字部分以DGNG端作
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