基于单片机的数字电压表毕业论文

基于单片机的数字电压表毕业论文内容摘要：

压表，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。 正是由于数字电压表的以上优点，本次毕业设计选择制作一个基于单片机的数字电压表。 单片机 单片机简介 单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模技术把具有数据处理能力 (如算术运算，逻辑运算、数据传送、中断处理 )的微处理器 (CPU)，随机存取数据存储器 (RAM)，只读程序存储器 (ROM)，输入输出电路 (I/O 口 )，可能还包括定时计数器，串行通信口 (SCI)，显示驱动电路 (LCD 或 LED 驱动电路 )，脉宽调制电路 (PWM)，模拟多路转换器及 A/D 转换器等电路集成到一块单块芯片上，构成一个最小 的 然而完善的计算机系统。 这些电路能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。 单片机控制系统能够取代以前利用复杂电子线路或数字电路构成的控制系统，可以软件控制来实现，并能够实现智能化，现在单片机控制范畴无所不在，例如通信产西南石油大学本科毕业设计（论文） 2 品、家用电器、智能仪器仪表、过程控制和专用控制装置等等， 单片机的应用领域越来越广泛。 单片机的应用领域 单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴： (1)在智能仪器仪表上的应用 单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度等物理量的测量。 (2)在工业控制中的应用 用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。 例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统， 与计算机联网构成二级控制系统等。 (3)在家用电器中的应用 现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。 (4)在计算机网络和通信领域中的应用 现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件。 此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。 单片机的应用领域 纵观单片机的发展过程大致有： (1)低功耗 CMOS 化 MCS51 系列的 8031 推出时的功耗达到 630mW，而现在的单片机普遍都在基于单片机的数字电压表 设计与实现 3 100mW 左右。 (2)微型单片化 现在常规的单片机普遍都是将中央处理器 (CPU)、随机存取数据存储 (RAM)、只读程序存储器 (ROM)、并行和串行通信接口，中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，增强型的单片机集成了如 A/D 转换器、 PMW(脉宽调制电路 )、WDT(看门狗 )、有些单片机将 LCD(液晶 )驱动电路都集成在单一的芯片上，这样单片机包含的单元电路就更多，功能就越强大。 (3)主流与多品种共存 现在虽然单片 机的品种繁多，各具特色，但仍以 80C51 为核心的单片机占主流，兼容其结构和指令系统的有 PHILIPS 公司的产品， ATMEL 公司的产品和中国台湾的Win bond 系列单片机。 单片机应用系统的开发过程 单片机的应用系统随着其用途不同，其硬件和软件均不相同，也即单片机的最初的选型都很重要，原则上是选择高性价比的单片机，硬件软件化是提供系统性价比的有效方法，尽量减少硬件成本，多用软件来实现相同的功能，这样也可大大提高系统的可靠性。 虽然单片机的硬件选型不尽相同，软件编写也千差万别，但系统的研制步骤和方 法是基本一致的，一般都分为总体设计、硬件电路的构思设计、软件的编制和仿真调试几个阶段。 数字电压表 数字电压表简称 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。 数字电压表的特点 (1)显示清晰直观，读数准确 数字电压表 采用先进的数显技术，使测量结果一目了然，只要仪表不发生跳读现西南石油大学本科毕业设计（论文） 4 象，测量结果就是唯一的。 (2)准确度高 准确度是测量结果中系统误差与随机误差的综合。 (3)分辨率高 数字电压表在最低电压量程上末位 1 个字所代表的 电压值，称为仪表的分辨力，它反映仪表灵敏度的高低。 分辨力随显示位数的增加而提高。 分辨率是指所能显示的最小数字（零除外）与最大数字的百分比。 (4)测量范围宽 多量程 DVM 一般可测量 0～ 1000V 直流电压，配上高压探头还可测上万伏的高压。 (5)扩展能力强 在数字电压表的基础上，还可扩展成各种通用及专用数字仪表、数字多用表（ DMM）和智能仪表，以满足不同的需要。 (6)测量速度快 数字电压表在每秒钟内对被测电压的测量次数，叫测量速率，单位是 次 /S。 它主要取决于 A/D 转换器的转换速率，其倒数是测量周期。 (7)输入阻抗高 数字电压表具有很高的输入阻抗，通常为 10MΩ～ 10000MΩ，最高可达 1TΩ。 (8)集成度高，微功耗 新型数字电压表普遍采用 CMOS 大规模集成电路，整机功耗很低。 (9)抗干扰能力强 基于单片机的数字电压表 设计与实现 5 第 2 章 设计任务及任务分析 设计任务及要求 设计一个以单片机为核心的 电压 测量系统，可实现的功能为： (1) 实现 对 输入电压值的测量 ， 能够测量 电压 为 020V； (2) 精度达到 ； (3) 实现 200MV、 2V、 20V 档位 的自动 切换； （ 4） 使 用液晶屏幕 LCD1602 进行显示； 设计总 体方案及方案论证 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，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。 正是由于数字电压表的以上优点，本次毕业设计选择制作一个基于单片机的数字电压表。 在本次设计中， 数据 输入 模块， A/D 转换模块，数据处理及控制模块，显示模块构成数字电压表的基本模块。 如图 所示。 图 设计方案模块 数 据 输 入 模 块 A/D 转 换 模 块 数据处理及控制模块 输 出 显 示 模 块 西南石油大学本科毕业设计（论文） 6 在数据 输入 模块中， 分为 三 路， 经过分压后输入 一个合适信号送入 A/D 转换器中 进 行转换， 模拟开关的控制信号 控制 通路的选择。 在 A/D 转换 模块中， A/D 转换器的转换精度对测量电路极其重要，它的参数关系到测量电路 的 性能。 本设计采用 逐次逼近 式 A/D 转换器 ，它的性能比较稳定，转换 出的数据为 8 位并行接口，方便检测 ，具有很高的抗干扰能力，电路结构简单，其缺点是 测量精度不高。 在数据处理及控制模块中， 通过 89S52 将 A/D 转换后的 串 行 信号处理 后 ，送到单片机 的 P0 端 中， 连接 LCD1602 用于显示。 同时单片机控制模拟开关 进行 自动换档。 在输出 显示 模块中， 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。 数据输入模块的方案与分析 芯片选择 在输入数据模块中 使用模拟 开关 74HC4051 选择三 路输入信号的其中一路送到输出 ， 利用接地电容对信号进行处理，利用运放 LM324 对输入的信号进行放大并送到模拟开关的输入端。 实现方法介绍 通过档位变换对处于不同量程的电压值 输出到 AD 的输入端口，单片机自动选择量程， 并通过 控制 模拟开关将输出的电压信号送到 A/D。 输入模块流程图 电 压 输 入 开关 A： 200MV 档（幅值） 开关 B： 2V 档（幅值） 开关 C： 20V 档（幅值） 模拟开关 A D 转 换 芯 基于单片机的数字电压表 设计与实现 7 图 模块输入流程图 A/D 模块的方案与分析 芯片的选择 ADC0809 是美国国家半导体公司生产的 CMOS 工艺 8 通道， 8 位逐次逼近式 A/D模数转换器。 其内部有一个 8 通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通 8 路模拟输入信号中的一个进行 A/D 转换。 是目前国内应用最广泛的 8 位通用 A/D 芯片。 实现方法介绍 ADC0809 具有 8 路模拟开关，输出具有 TTL三态锁存缓冲器，能直接连到单片机数据总线上，从设计硬件电路角度来说，使硬件电路的设计变简单，便于手工搭焊，使器件之间连线减少，便于调试。 图 AD 模块框图 在进行 A/D 转换时，通道地址先发送到 ADDA~ADDC 输入端。 然后在 ALE 输入端加一个正跳变脉冲，将通道地址锁存到 ADC0809 的内部地址锁存器中，这样对应的模拟输入就和内部变换电路接通。 为了启动 A/D 转换，必须在 START 端加一个负 的 跳变信号，此后变换开始进行，标志 ADC0809 正在工作状态的信号 EOC 由高电上点复位 AT89S52 ADC0809 LCD 显示 串口通信 电源电路 西南石油大学本科毕业设计（论文） 8 平变为低电平。 变换结束， EOC 又由低电平变为高电平，此时在 OE 端加一个高电平，即可打开数据线的三态缓冲器从 D0~D7 读得变换后的数据。 图 为其工作时序图。 图 ADC0809 时序图 A/D模块流程图 图 A/D 模块流程图 数据处理及控制模块 芯片选择 AT89S52 为 ATMEL 所生产的一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有8K 在系统可编程 Flsah 存储器。 INT0 A/D 转换器 单片机 模拟开关 D1— D8 电压 输入 基于单片机的数字电压表 设计与实现 9 AT89S52 显示模块 LCD1602 并行数据输入 控制模拟开关 数据输入 控制液晶屏 A / D 实现方法介绍 在这个模块中，主要应用 89S52 将 A/D 转换器送来的 4 位 BCD 码进行处理，根据 A/D 转换器 的数据及溢出位等信号，来控制模拟开关进行自动换档。 同时控制液晶屏显 示电压值。 在这里，我们采用 LCD1602 液晶显示屏，它内带一定字符的字库，我们只要把对应数字的 ASCⅡ 值，送到它的 8 位数据端，即可显示对应字符。 因此，我们将得到的四位 BCD 码进行处理转换，例如：数字 1 的 BCD 码为 0001，而 ASCⅡ 值为 49，即为 31H，我们只要将采集得到的 BCD 码加上 30H，即可得到对应 ASCⅡ 值。 我们利用 A/D 模块的溢出位可以判断，输入电压是否过量程。 我们可以利用刚才采集的数据，进行档位判断，例如： 首先我们选择最 低 档 2V，当测的电压大于 2V时， 换到 5V 档，以此类推。 利用 A/D 的过量程 端 判断，快速选择一个合适的量程，显示数据。 单片机控制液晶屏显示，我们将在下一模块中详细叙述。 数据处理及控制模块流程图 数据处理及控制模块流程图 显示模块 芯片选择 本系统显示部分用的是 LCD 液晶模块，采用一个 162 的字符型液晶显示模块LCD1602。 它具有重量轻，体积小，功耗低，可显示 192 种字符（ 5*7 点字型）， 32西南石油大学本科毕业设计（论文） 10 种字符（ 5*10 点字符），可自编 8 种字符（ 5*7 或 5*10）， 指令功能强，可组合成各种输入，显示，移位方式以满足不同的要求，接口简单方便可靠性高等优点。 实现方法介绍 1602 液晶模块内部的字符发生存储器（ CGROM)已经存储了 160 个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码。 因为 1602 识别的是 ASCII 码，试验可以用 ASCII 码直接赋值，在单片机编程中还可以用字符型常量或变量赋值。 点阵图形式液晶由 M 行 N 列个显示单元组成，对于内带字符发生器的控制器来说，显示字 符可让控制器工作在文。