电子信息工程论文--基于单片机的数字电压表的设计

1基于单片机的简易数字电压表的设计目录内容摘要...................................................................2第1章数字电压表简介.....................................................31.1数字电压表的介绍..................................................31.2数字电压表的基本结构及工作原理..................................31.3数字电压表的发展趋势.............................................3第2章单片机的概述........................................................42.1单片机简介.........................................................42.2单片机的特点......................................................52.3单片机的应用......................................................5第3章MCS-51单片机的结构................................................63.1MCS-51单片机的内部结构...........................................63.1.1内部结构概述.................................................63.1.2CPU结构.....................................................63.1.3存储器和特殊功能寄存器...................................73.2P0-P3口结构......................................................73.3时钟电路和复位电路…………….....................................83.3.1时钟电路.....................................................83.3.2单片机的复位状态………………................................8第4章硬件电路的设计及原理图............................................94.1A/D接口技术........................................................94.2LED数码管显示器.................................................114.2.1LED数码显示器结构..........................................114.2.2LED数码管的原理与接口..................................124.3AT89S52芯片的简介..............................................124.4硬件系统的整体框图………........................................144.5总原理图.........................................................15第5章软件编程.........................................................16后记………………………………………………………………………………………………17参考文献...................................................错误!未定义书签。附录…………….............................................................182内容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：ThereportdescribestheAT89S52basedonthemicrocontrollerasthecore,AD0809digital-to-analogconverterchipsampling,to1602LCDdisplaywithvoltagemeasurementfunctionwithacertainprecisionofdigitalvoltagemeter.Inachievingfunctionalrequirementsbasedupontheexpansionofserialcommunications,high-pressurealarm,shortcircuit,electricalresistivitymeasurement,ACvoltageandthepeakofcycletestingandotherfunctions,allowingthesystemtoachievegoodresultsandthedesignrequirements.Keywords:AT89S52SCM，analog-to-digital，conversionfunctionsLCD，expansion3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，综合所学课程，掌握目前自动化仪表的一般设计要求，工程设计方法，开发及设计工具的使用方法，通过这一设计实践过程，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，一丝不苟的工作个对所学知识的综合应用能力。设计任务及要求设计电压表并实现简单测量。具有以下基本功能：⑴可以测量0~5V的8路输入电压值；⑵可在四位LED数码管上轮流显示或单路选择显示；⑶测量最小分辨率为0.019V；⑷.测量误差约为±0.02V；⑸带有一定的扩展功能；第1章数字电压表简介1.1数字电压表的介绍数字电压表（DigitalVoltmeter）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。1.2数字电压表的基本结构及工作原理数字电压表是诸多数字化仪表的核心与基础,电压表的数字化是将连续的模拟量如直流电压转换成不连续的离散的数字形式并加以显示,这有别于传统的以指针加刻度盘进行读数的方法,避免了读数的视差和视觉疲劳。目前数字电压表的内部核心部件是A/D转换器,转换器的精度很大程度上影响着数字电压表的准确度,数字式电压表是由高阻抗电压表头与分压电路组成的。1.各部分的功能213位A/D转换器：将输入的模拟信号转换成数字信号。基准电源：提供精密电压，供A/D转换器作参考电压。译码器：将二-十进制（BCD）码转换成七段信号。驱动器：驱动显示器的a、b、c、d、e、f、g七个发光段，驱动发光数码管（LED）进行显示。4显示器：将译码输出的七段信号进行数字显示，读出A/D转换结果。2．电路工作数字电压表通过位选信号1DS～4DS进行动态扫描显示，由于MC1433电路的A/D转换结果是采用BCD码多路调制方法输出，只要配上一块译码器，就可以将转换结果以数字方式实现四位数字的LED发光数码管动态扫描显示。1DS～4DS输出多路调制选通脉冲信号，DS选通脉冲为高电平，则表示对应的数位被选通，此时该位数据在0Q～3Q端输出。每个DS选通脉冲高电平宽度为18个时钟脉冲周期，两个相邻选通脉冲之间间隔2个时钟脉冲周期。DS和EOC的时序关系是在EOC脉冲结束后，紧接着是1DS输出正脉冲。以下依次为2DS、3DS和4DS。其中1DS对应最高位（MSD），4DS则对应最低位（LSD）。在对应2DS、3DS和4DS选通期间，0Q～3Q输出BCD全位数据，即以8421码方式输出对应的数字0～9。在1DS选通期间，0Q～3Q输出千位的半位数0或1及过量程、欠量程和极性标志信号。1.3数字电压表的发展趋势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。数字电压表是诸多数字化仪表的核心与基础,电压表的数字化是将连续的模拟量如直流电压转换成不连续的离散的数字形式并加以显示,这有别于传统的以指针加刻度盘进行读数的方法,避免了读数的视差和视觉疲劳。目前数字电压表的内部核心部件是A/D转换器,转换器的精度很大程度上影响着数字电压表的准确度,本文A/D转换器采用ADC0809对输人模拟信号进行转换,控制核心AT89C51再对转换的结果进行运算和处理,最后驱动输出装置显示数字电压信号。数字式电压表是由高阻抗电压表头与分压电路组成的。数字式电压表头的等效输入电阻通常在200M欧以上，满量程时所流经的电流通常在1皮安左右。以上述表头制成的数字式电压表，满量程时所流经的电流与量程有关，通常在1皮安至100微安之间。数字电压表(数字面板表)是当前电子、电工、仪器、仪表和测量领域大量使用的一种基本测量工具有关数字电压表的书籍和应用已经非常普及了。数字电压表的设计和开发,已经有多种类型和款式。传统的数字电压表各有特点,它们适合在现场做手工测量,要完成远程测量并要对测量数据做进一步处理,5传统数字电压表是无法完成的。然而基于PC通信的数字电压表,既可以完成测量数据的传递,又可借助PC,做测量数据的处理。所以这种类型的数字电压表无论在功能和实际上,都具有传统数字电压表无法比拟的特点,这使得它的开发和应用具有良好的前景。第2章单片机的概述计算机已被广泛应用于社会生活的各个领域。在自动控制领域，计算机是监测。控制的核心。生产过程以及大型设备的监测、控制一般使用带标准键盘、显示和外部存储设备的计算机系统，但小型仪器仪表、家用电器等设备的自动控制对体积、价值和功能有所要求，均不可能使用常规的计算机系统，于是出现了单片微型计算机，简称单片机。2.1单片机简介单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模集成电路技术将具有数据处理能力的中央处理器，随机存取存储器、输入/输出电路，可能还包括定时/计数器、串行通信口、显示驱动电路、脉冲调制电路、模数转换器等电路集成到一片芯片上，构成一个既小而又完善的计算机系统。有以上分析可以看出，单片机除了具备微处理器的功能外，还可以单独地完成现代工业控制所要求的智能化控制功能，这也是单片机最大的特点。2.2单片机的特点单片机的一块半导体芯片集成了一太微型计算机的基本部件，在硬件结构、指令功能方面均有独特之处，主要特点如下：（1）单片机内集成了存储器。（2）单片机存储结构将ROM和RAM严格分工。（3）为了满足工业控制的需要，单片机有很强的位处理功能，在其他逻辑控制功能方面也都优于一般的8位微处理器。（4）8位处理器的引脚功能一般都是固定的。（5）单片机类型多，并