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基于单片机的数字电压表课程设计.rar

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    编号:20180825165138546    类型:共享资源    大小:534.13KB    格式:RAR    上传时间:2018-08-25
      
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    基于 单片机 数字 电压表 课程设计
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    目 录1 引言 ..............................................................12软件介绍 ..........................................................22.1 PROTUES介绍 .................................................22.1.1 PROTUES简介 ...........................................22.1.2 Proteus ISIS的工作界面 ................................23 数字电压表电路设计 ................................................53.1 处理器电路 ..................................................53.2 A/D转换电路 .................................................53.3控制电路 .....................................................73.4 显示电路 ....................................................74 数字电压表软件设计 ................................................94.1 程序总体设计 ................................................94.2 程序各个模块设计 ...........................................105 数字电压表的 PROTEUS仿真 .........................................126 总结 .............................................................14参考文献 ...........................................................15附录 A 源程序代码 ..................................................16附录 B 仿真电路图 ..................................................19唐山学院课程设计11 引言数字电压表(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,也把电量及非电量测量技术提高到崭新水平。新型数字电压表以其高准确度、高可靠性、高分辨率、高性价比等优良特性倍受人们的青睐。目前,数字电压表作为数字化仪表的基础与核心,已被广泛用于电子和电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等领域,显示出强大的生命力。与此同时,由电压表扩展而成的各种通用及专用仪表(含数字万用表),也将电量及非电量测量技术提高到崭新水平。本次课设设计了 AT89C51 单片机为核心,以 A/D 转换器 ADC0808、七段数码管为主体的简易数字电压表,能够实现自动和手动测量 3 路 0.00~5.00V的直流电压,最小分辨率为 0.02V。唐山学院课程设计22软件介绍2.1 PROTUES介绍2.1.1 PROTUES简介Proteus 软件是来自英国 Labcenter electronics 公司的 EDA 工具软件。该软件有十几年的历史,在全球广泛使用,除了其具有和其它 EDA 工具一样的原理布图、PCB 自动或人工布线及电路仿真的功能外,其革命性的功能是,他的电路仿真是互动的,针对微处理器的应用,还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程,并实现软件源码级的实时调试,如有显示及输出,还能看到运行 后输入输出的效果,配合系统配置的虚拟仪器如示波器、逻辑分析仪等,为用户建立了完备的电子设计开发环境!Proteus 还提供了诸多资源,如下所述:(1)Proteus 可提供的仿真元器件资源:仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件,有 30 多个元件库。(2)Proteus 可提供的仿真仪表资源 :示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SPI 调试器、I2C 调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。理论上同一种仪器可以在一个电路中随意的调用。(3)除了现实存在的仪器外,Proteus 还提供了一个图形显示功能,可以将线路上变化的信号,以图形的方式实时地显示出来,其作用与示波器相似,但功能更多。这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标,例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗。这些都尽可能减少了仪器对测量结果的影响。(4)Proteus 可提供的调试手段 Proteus 提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试。这些测试信号包括模拟信号和数字信号。2.1.2 Proteus ISIS 的工作界面ISIS 是 Protues 中的一大功能模块,是一个易用而又功能强大的原理布图工具,本次课设大量用到了这一工具。其工作窗口如图 2-1 所示。Proteus ISIS 的工作界面是一种标准的 Windows 界面。主要包括:标题栏、主菜单、标准工具栏、绘图工具栏、状态栏、对象选择按钮、预览对象方位控制按钮、仿真进程控制按钮、预览窗口、对象选择器窗口、图形编辑窗口。主要功能是在图形编辑窗口做出所需的电路图。唐山学院课程设计32.2 KEIL介绍1.系统概述 Keil C51 是美国 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容单片机 C 语言软件开发系统,与汇编相比,C 语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势,因而易学易用。用过汇编语言后再使用 C 来开发,体会更加深刻。 Keil C51 软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具,全Windows 界面。另外重要的一点,只要看一下编译后生成的汇编代码,就能体会到 Keil C51 生成的目标代码效率非常之高,多数语句生成的汇编代码很紧凑,容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。下面详细介绍 Keil C51 开发系统各部分功能和使用。 2. Keil C51 单片机软件开发系统的整体结构 C51 工具包的整体结构中 uVision 与 Ishell 分别是 C51 for Windows 和 for Dos 的集成开发环境(IDE) ,可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用 IDE 本身或其它编辑器编辑 C 或汇编源文件。然后分别由 C51 及 A51 编译器编译生成目标文件(.OBJ)。目标文件可由 LIB51 创建生成库文件,也可以与库文件一起经 L51 连接定位生成绝对目标文件 (.ABS)。ABS图 2-1 ISIS工作界面唐山学院课程设计4文件由 OH51 转换成标准的 Hex 文件,以供调试器 dScope51 或 tScope51 使用进行源代码级调试,也可由仿真器使用直接对目标板进行调试,也可以直接写入程序存贮器如 EPROM 中。 使用独立的 Keil 仿真器时,注意事项 (1)仿真器标配 11.0592MHz 的晶振,但用户可以在仿真器上的晶振插孔中换插其他频率的晶振。 (2)仿真器上的复位按钮只复位仿真芯片,不复位目标系统。 (3)仿真芯片的 31 脚(/EA )已接至高电平,所以仿真时只能使用片内ROM,不能使用片外 ROM;但仿真器外引插针中的 31 脚并不与仿真芯片的 31脚相连,故该仿真器仍可插入到扩展有外部 ROM(其 CPU 的/EA 引脚接至低电平)的目标系统中使用。唐山学院课程设计53 数字电压表电路设计3.1 处理器电路主处理器采用 AT89C51 单片机,外接 A/D 转换电路,控制电路和显示电路。其工作原理是从 ADC0808 中采集电压的数字量并把它转换为十进制量,将其在 4 位 LED 上显示出来。单片机还接受控制电路的控制,以改变显示模式和切换测试通道。原理图如 3-1 所示。3.2 A/D转换电路本电路采用芯片 ADC0808 来进行模数转换。其引脚图如图 3-2 所示。引脚个功能为:IN0~IN7:8 路模拟量输入。 A、B、C :3 位地址输入,2 个地址输入端的不同组合选择八路模拟量输入。ALE:地址锁存启动信号,在 ALE 的上升沿,将 A、B 、C 上的通道地址锁存到内部的地址锁存器。D0~D7:八位数据输出线,A/D 转换结果由这 8 根线传送给单片机。OE:允许输出信号。当 OE=1 时,即为高电平,允许输出锁存器输出数据。START:启动信号输入端,START 为正脉冲,其上升沿清除 ADC0808 的内图 3-1 处理器电路唐山学院课程设计6部的各寄存器,其下降沿启动 A/D 开始转换。EOC:转换完成信号,当 EOC 上升为高电平时,表明内部 A/D 转换已完成。本次设计共采集三路模拟电压值,占用 IN0、IN1、IN2 单个通道。时钟为500kHz 的矩形波。正负基准电压分别为+5V 和 0V。EOC 通过一非门与 P3.2 相连,以中断的方式通知单片机转换完成。以 P3.6 控制 START 和 ALE,控制其开始转换和地址锁存。以 P3.7 控制模数转换器的输出。其电路图如图 3-3 所示。2 -1MSB 21AD B 24AD A 25AD C 23VREF(+)12 VREF(-)16IN31 IN42IN53 IN64IN75START6 2 -5 8EOC7OUTPUT ENABLE9 CLOCK10VC12 -2 20GND 132 -7 142 -6 152 -8LSB 172 -4 182 -3 19IN228 IN127IN026ALE 2图 3-2 ADC0809引脚图唐山学院课程设计73.3控制电路控制电路主要的作用是控制显示模式和切换测试通道。按键式开关接单片机外部中断 1,主要功能是切换通道;开关 SW1 接 P2.0 口,通过查询的方式来间接控制 LED 是按通道循环显示电压还是只显示某一通道的值。其电路图如图 3-4 所示。 3.4 显示电路本显示电路采用共阴极 4 位 8 段数码管。段码由单片机的 P0 口控制,位码由 P3.0、P3.1、 P3.4 、 P3.5 四个端口控制。很明显采用的是动态显示方式。电路图如图 3-5 所示。其中第一位显示通道数,后三位显示电压值,有两位小数。图 3-3 A/D转换电路图图 3-4控制电路唐山学院课程设计8整体的电路图如图 3-6 所示。图中左上角为所测的三路电压信号。图中从上到下的电压值依次是 3.64V,2.50V 和 4.25V。通过调节电阻值可以设置为不同的电压值。图 3-5 显示电路图图 3-6 完整电路图唐山学院课程设计9
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