简易数字电压表说明书

机电一体化强化训练单片机系统设计说明书简易数字电压表院（系）机电工程系专业机械自动化班级机械（10）班学生姓名张念德范永滔李跃聪指导老师姚超友2012年06月06日华南理工大学广州学院单片机系统设计任务书兹发给09级机械（10）班学生张念德范永滔李跃聪课程设计任务书，内容如下：1.设计题目：简易数字电压表2.应完成的项目：（1）原理图设计（2）PCB图设计（3）电路板制作（4）程序编写（5）说明书一份3.参考资料以及说明：（1）姚超友.光电一体化强化训练实训教材——单片机篇，[M]广东：华南理工大学广州学院，2011,9.（2）韩志军，沈晋源，王振波.单片机应用系统设计——入门向导与设计实例[M]北京：机械工业出版社，2005，1.（3）王幸之，钟爱琴，王雷，王闪.AT89系列单片机原理与接口技术[M].北京航空航天大学出版社，2004,5.（4）朱定华.单片机原理及接口技术[M]北京：电子工业出版社，2001，4.（5）赵茂泰.智能仪器原理及应用[M].北京：电子工业出版社,2004，2.4.本设计任务书于2012年2月28日发出，应于2012年6月15日前完成，然后进行答辩。专业教研室、研究所负责人核实2012年6月6日3指导教师签发2012年6月6日课程设计评语：课程设计总评成绩：设计答辩负责人签字：年月日I目录摘要.............................................................1绪论.............................................................1第一章原理图设计与分析..........................................31．1硬件系统电路设计.......................................................................................................31．2元器件性能分析...........................................................................................................6第二章PCB图设计与分析...........................................82．1PCB封装制作..............................................................................................................82．2PCB图设计..................................................................................................................9第三章电路板制作...............................................123．1焊接前期.....................................................................................................................123．2焊接过程.....................................................................................................................123．3焊接后期.....................................................................................................................13第四章程序编写.................................................144．1软件应用.....................................................................................................................144．2程序设计.....................................................................................................................154．3下载调试.....................................................................................................................164．4仿真调试.....................................................................................................................19结束语.............................................错误!未定义书签。参考文献..........................................................22附录............................................................231摘要本电路以ADC0809和AT89S51为核心，该系统有四个模块：数据采集模块、控制模块、显示模块、A/D转换模块，设计中采用ADC0809进行摸数转换，利用MCS-51单片机进行数据的处理，采用独立式按键选择单路显示或者8路轮流显示。能够测量0－5V之间的直流电压值。读数据准确，测量方便。误差范围在-0.02~+0.02之间最小分辨率位0.019。硬件设计应用电子设计自动化工具，软件设计采用模块化编程方法。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进行实时通讯。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丈量、产业自动化仪表、自动测试系统等智能化丈量领域，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，也把电量及非电量丈量技术进步到崭新水平。关键词：简易数字电压表；AT89S52；ADC0809；数据处理。2绪论任务书设计题目：简易数字电压表1）系统功能简易数字电压表可以测量0～5V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择显示，测量最小分辨率为0.019V，测量误差约为±0.02V。2）系统硬件电路设计(1)单片机采用MCS51系列(2)A/D转换器0809（3）键盘为4×4行列式键盘，按键设有10个数字键0……9，和5个功能键依次是：各通道轮流显示键、单通道显示键、显示启动/停止键、回车键。(4)有4位LED管，显示输入的数字。3）系统软件设计(1)键盘管理程序(包括键扫描、键处理程序)。(2)LED动态显示程序。包括：(3)各通道轮流显示，共显示8个通道，每个通道显示1S；（4）单通道显示，仅显示指定通道电压，并保持到其他功能键按下。3第一章原理设计与分析1．1硬件系统电路设计本系统从经济性，电路结构，系统性能等多方面考虑，选用如下主要元器件：单片机AT89S52芯片作控制器、A/D转换器0809、USB接口，六脚电源开关、四脚按钮开关、电阻10KΩ、有极电容10pF、无极电容30pF、晶振12MHZ、LED数码管、LED灯、4×4行列式键盘集成件等。1．电源电路本设计所需电源为直流五伏电压源，采用USB接口提供电源，1个六脚电源开关，一个10KΩ的限流电阻，1个发光二极管，1个30uF的有极电容构成回路实现电压源。电路如图1所示：图12．晶振电路一般的晶振振荡电路都是在一个反相放大器的两端接入晶振，再有两个电容分别接到晶振的两端，每个电容的另一端再接到地，这两个电容串联的容量值就应该等于负载电容，这个并联谐振电路加到一个负反馈电路中就可以构成正弦波振荡电路。电路如图2所示：4图2晶振电路3．数码管显示电路根据任务要求，使用4位共阴LED数码管，与三个8050NPN型号的三极管来驱动数码管的工作，并利用芯片AT89S52其中的三个I/O口进行对数码管的片选信号。电路如图3所示：图2晶振电路b5a4k3f2g1DP6c7k8d9e10LEN1LED数码管1位f21g22a23b2456e218d217c216DP215f17a18b19e114d113g112c111DP110LED2LED数码管2位图3数码管显示电路电路54.键盘电路在本系统中，主机的数据和控制信号通过串口或键盘输入，为节省单片机I/O口，简化硬件线路，采用4*3矩阵式键盘[1]。键盘共设有12个键，其中包括数字键和功能键。如图所示，由AT89S52的P1.0-P1.3四条行线和P1.5-P1.7三条列线构成。按键设置在行、列交点上，行。列线分别连接到按键开关两端，列线通过上拉电阻接到+5V上。平时无按键动作时，列线处于高电平状态，而当有键按下时，必须将行、列线信号配合起来作适当处理，才能确定闭合键的位置。键盘中有无键按下是由行线送入全扫描，用列线读列线状态来判断的。键盘中哪个键按下是逐行扫描低电平后，检查列输入状态来确定的。元件如图4所示：图4键盘电路61．2元器件性能分析1．芯片AT89S52在众多的51系列单片机中，要算ATMEL公司的AT89C51、AT89S51、AT89C52较实用。芯片AT89S52不但和8051指令、管脚完全兼容，而且其片内的4K程序存储器是FLASH工艺，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写，均带有这些功能，写入单片机内的程序还可以进行加密，价格便宜，市场供应也很充足。元件如图5所示：2.数码管显示电路如图所示，为两个从机的显示电路，本系统采用的是一位共阳极数码管作为显示器，当a~g为低电平时，发光二极管点亮。其a、b、c、d、e、f、g、dp八个引脚分别接单片机的P2.0-P2.7，中间加一个330欧姆的限流电阻。1~9共9个数字，共阳极型LED的编码分别为:F9H、A4H、B0H、99H、92H、82H、F8H、80H和90H。元件如图6所示：图5芯片AT89S52R30R29R28R27R26R25R24R23330Ω*8abfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdpDS2DPY_7-SEG_DP图6数码管显示电路73.A/D转换器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。原理图如下：8第二章PCB图设计与分析2．1PCB封装制作本次任务的PCB图设计使用的是AltiumDesignerWinter09版本软件，它是桌面环境下继Protel99之后，以设计管理和协作技术为核心的全方位印刷电路板设计系统，它集强大的设计能力，复杂工艺的可生产性和设计过程管理于一体，可完整实现电子产品从概念设计到生成物理生产数据的全过程，以及中间的所有分析，仿真和验证。整个过程包括以下几个步骤：1.PCB工程文件建立2.原理图文件建立和PCB图文件建立3.元件库的建立、元器件设计和原理图设计4.封装库的建立、封装制作和PCB图设计对原理图生成网络表后，在PCB编辑环境下进行PCB图的设计与编辑了