电子测量课程设计.docx
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电子测量课程设计
课程设计（论文）
题目名称数字电压表设计
课程名称电气测量技术与仪器课程设计
学生姓名张旺
学号1241203014
系、专业电气工程系、12测控技术与仪器
指导教师李辉
2014年12月27日
邵阳学院课程设计（论文）任务书
年级专业
12级测控技术与仪器
学生姓名
张旺
学号
1241203014
题目名称
数字电压表设计
设计时间
2014年12月15日—2014年12月27日
课程名称
电气测量技术
课程编号
121201302
设计地点
智能仪器与开发实验室（314）/创新实验室（214）
一、课程设计（论文）目的
课程设计是在校学生素质教育的重要环节，是理论与实践相结合的桥梁和纽带。
电气测量技术课程设计，要求学生更多的完成软硬结合的动手实践方案，解决目前学生课程设计过程中普遍存在的缺乏动手能力的现象.《电气测量技术课程设计》是继《电子技术》、和《单片机原理与应用》课程之后开出的实践环节课程，其目的和任务是训练学生综合运用已学课程电气测量技术的基本知识，独立进行电气测量的应用技术和开发工作,掌握电气测量技术的应用、调试和电路设计、分析及调试检测。
一、已知技术参数和条件
（1）测量对象：
AC、DC；
（2）直流参数：
0～10V；
（3）交流参数：
①脉冲交流、正弦交流；
②频率50Hz
三．任务和要求
设计并实现交直流数字电压表，要求：
1．选用A/D转换器完成电压测量；
2．交直流测量切换；
3．交流最大值、有效值切换显示
4．使用LED完成显示电路；
5．完成软硬件设计，并能够仿真或实物制作；
注：
1．此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；
2．此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。
四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等）
智能仪器与开发实验室（314）/创新实验室（214）
陈立周编《电气测量》第三版，机械工业出版，2011，2
申忠如等编著《电气测量技术》，科学出版社，2012，1。
五、进度安排
2014年12月15日-16日：
收集和课程设计有关的资料，熟悉课题任务和要求
2014年12月17日-18日：
总体方案设计
2014年12月19日-20日：
硬件电路设计
2014年12月21日-22日：
软件设计
2014年12月23日-25日：
系统调试、改进
2014年12月26日：
整理书写设计说明书
2014年12月27日：
答辩并考核
六、教研室审批意见
教研室主任（签字）：
年月日
七|、主管教学主任意见
主管主任（签字）：
年月日
八、备注
指导教师（签名）：
学生（签名）：
邵阳学院课程设计（论文）评阅表
学生姓名张旺学号1241203014
系电气工程系专业班级测控技术与仪器
题目名称数字电压表设计课程名称电气测量技术课程设计
一、学生自我总结
本次课程设计是针对我们所学过的知识联系理论进行的综合性的编程设计，每个选题都有其特殊性，我们在设计过程中也遇到了不少问题，后来经过刘老师的点拨和悉心指导以及跟同课题成员间的讨论交流，终于将程序在实验台上模拟成功。
通过这次课程设计，极大地提高了自我的手动时间能力。
激动之余，也让我学会了不少编程的经验同时自己的动手实践能力也得到了较大的提高，最后感谢在此次课程设计中给予我支持和帮助的老师和同学。
学生签名：
2014年11月14日
二、指导教师评定
评分项目
平时成绩
论文
答辩
综合成绩
权重
30
40
30
单项成绩
指导教师评语：
指导教师（签名）：
年月日
注：
1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面；
2、表中的“评分项目”及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定。
摘要
本课题实验主要采用AT89C52芯片和ADC0804芯片来完成一个简易的数字电压表，完成对输入0～10V的模拟直流电压的测量，并通过一个4位一体的8段LED数码管进行显示，。
由AT89C52和ADC0804组成的数字电压表具有结构简单，易于操作，灵敏度高的特点。
该电压表的测量电路方案由三个模块组成：
AT89C52芯片、数据处理模块及显示控制模块。
A/D转换主要由芯片ADC0804来完成，它负责把采集到的模拟量转换为相应的数字量再传送到数据处理模块。
数据处理则由芯片AT89C52来完成，其负责把ADC0804传送来的数字量经一定的数据处理，产生相应的显示码送到显示模块进行显示；另外它还控制着ADC0804芯片的工作。
显示模块主要由7段数码管组成，显示测量到的电压值。
以上方法能较准确的对电压的测量。
从而实现电压表的功能。
关键词：
AT89C52芯片；ADC0804芯片；数据处理模块；显示控制模块
目录
概述...........................................................................................................................................1
1设计任务和要求...............................................................................................................2
1.1数字电压表课题设计实验任务.........................................................................2
1.2数字电压表功能要求...........................................................................................2
2系统硬件设计....................................................................................................................3
2.1工作模块介绍............................................................................................................3
2.1.1A/D转换模块.............................................................................................................3
2.1.2单片机系统................................................................................................................5
2.1.3LED显示模块.............................................................................................................6
3系统程序设计...............................................................................................................9
3.1初始化程序....................................................................................................................9
3.2主程序流程设计............................................................................................................9
3.3C语言程序设计..............................................................................................................9
4程序调试及性能分析....................................................................................................10
总结.........................................................................................................................................11
参考文献................................................................................................................................12
附件1.....................................................................................................................................13
附件2.....................................................................................................................................18
概述
随着电子科学技术的发展，电子测量成为广大电子工作者必须掌握的手段，对测量的精度和功能的要求也越来越高，而电压的测量甚为突出，因为电压的测量最为普遍。
另外，准确可靠的电压测量在教学实验中也具有重要意义。
数字电压表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。
而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，由于精度高、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，由各种单片机及A/D转换器构成的数字电压表成本较低，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，表现出强大的生命力。
1设计任务和要求
1.1数字电压表课程设计实验任务
利用单片机AT89C52和ADC0804设计一个数字电压表，能够测量0-10V之间的交直流电压值，四位数码管显示，要求使用的元器件数目尽量少。
1.2数字电压表功能要求
电路通电或按复位键时，通过改变电位器的阻值改变模拟输入电压，不断的将模拟电压转换成数字量，通过LED显示出所测得的模拟电压。
在改变电压时，能够准确及时的测量出电压的变化值。
2系统硬件设计
2.1工作模块介绍
采用常用的51单片机作为控制芯片，ADC0804芯片的CLK时钟信号脚接单片机的ALE脚；ADC0804的参考电压接VCC，IN0接输入电压，ADC0804通过采样进来的数据信号送给单片机，再通过计算可以得到电压值，再通过显示电路，将所求得的电压值显示出来。
通过调节连接IN0引脚的电位器及可以调节电压是电压在0~10V左右变化。
图2.1为工作模块的设计图.
图2.1工作模块设计图
2.1.1A/D转换模块
现实世界的物理量都是模拟量，能把模拟量转化成数字量的器件称为模/数转换器（A/D转换器），A/D转换器是单片机数据采集系统的关键接口电路，按照各种A/D芯片的转化原理可分为逐次逼近型，双重积分型等等。
双积分式A/D转换器具有抗干扰能力强、转换精度高、价格便宜等优点。
与双积分相比，逐次逼近式A/D转换的转换速度更快，而且精度更高，比如ADC0809、ADC0804等，它们通常具有8路模拟选通开关及地址译码、锁存电路等，它们可以与单片机系统连接，将数字量送到单片机进行分析和显示。
一个n位的逐次逼近型A/D转换器只需要比较n次，转换时间只取决于位数和时钟周期，逐次逼近型A/D转换器转换速度快，因而在实际中广泛使用
ADC0804芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，其引脚图如图2.2所示。
图2.2ADC0804引脚图
下面说明各个引脚功能:
（1）CS：
ChipSelect，与RD、WR接脚的输入电压高低一起判断读取或写入与否，当其为低位准（low）时会active。
（2）RD：
Read。
当CS、RD皆为低位准（low）时，ADC0804会将转换后的数字讯号经由DB7~DB0输出至其它处理单元。
（3）WR：
启动转换的控制讯号。
当CS、WR皆为低位准（low）时，ADC0804做清除的动作，系统重置。
当WR由0→1且CS＝0时，ADC0804会开始转换信号，此时INTR设定为高位准（high）。
（4）CLKIN、CLKR：
频率输入/输出。
频率输入可连接处理单元的讯号频率范围为100kHz至800kHz。
而频率输出频率最大值无法大于640KHz，一般可选用外部或内部来提供频率。
若在CLKR及CLKIN加上电阻及电容，则可产生ADC工作所需的时序。
（5）INTR:
中断请求。
转换期间为高位准（high），等到转换完毕时INTR会变为低位准（low）告知其它的处理单元已转换完成,可读取数字数据。
（6）VIN（+）、VIN（-））：
差动模拟讯号的输入端。
输入电压VIN＝VIN（+）－VIN（-），通常使用单端输入，而将VIN（-）接地。
（7）AGND：
模拟电压的接地端。
（8）DB0~DB7：
数据输出端。
2.1.2单片机系统
单片机系统采用的是AT89C52芯片，单片机的引脚图如图2.2所示
图2.2单片机89C52引脚图
AT89C52芯片的各引脚功能为：
P0口：
这组引脚共有8条，P0.0为最低位。
这8个引脚有两种不同的功能，分别适用于不同的情况，第一种情况是89C52不带外存储器，P0口可以为通用I/O口使用，P0.0-P0.7用于传送CPU的输入/输出数据，这时输出数据可以得到锁存，不需要外接专用锁存器，输入数据可以得到缓冲，增加了数据输入的可靠性；第二种情况是89C52带片外存储器，P0.0-P0.7在CPU访问片外存储器时先传送片外存储器的低8位地址，然后传送CPU对片外存储器的读/写数据。
P0口为开漏输出，在作为通用I/O使用时，需要在外部用电阻上拉。
P1口：
这8个引脚和P0口的8个引脚类似，P1.7为最高位，P1.0为最低位，当P1口作为通用I/O口使用时，P1.0-P1.7的功能和P0口的第一功能相同，也用于传送用户的输入和输出数据。
P2口：
这组引脚的第一功能与上述两组引脚的第一功能相同即它可以作为通用I/O口使用，它的第一功能和P0口引脚的第二功能相配合，用于输出片外存储器的高8位地址，共同选中片外存储器单元，但并不是像P0口那样传送存储器的读/写数据。
P3口：
这组引脚的第一功能和其余三个端口的第一功能相同，第二功能为控制功能，每个引脚并不完全相同，如下表2所示：
表2.2P3口各位的第二功能
P3口各位
第二功能
P3.0
RXT（串行口输入）
P3.1
TXD（串行口输出）
P3.2
/INT0（外部中断0输入）
P3.3
/INT1（外部中断1输入）
P3.4
T0（定时器/计数器0的外部输入）
P3.5
T1（定时器/计数器1的外部输入）
P3.6
/WR（片外数据存储器写允许）
Vcc为+5V电源线，Vss接地。
ALE：
地址锁存允许线，配合P0口的第二功能使用，在访问外部存储器时，89C52的CPU在P0.0-P0.7引脚线去传送随后而来的片外存储器读/写数据。
在不访问片外存储器时，89C52自动在ALE线上输出频率为1/6震荡器频率的脉冲序列。
该脉冲序列可以作为外部时钟源或定时脉冲使用。
/EA:
片外存储器访问选择线，可以控制89C52使用片内ROM或使用片外ROM,若/EA=1，则允许使用片内ROM,若/EA=0，则只使用片外ROM。
/PSEN：
片外ROM的选通线，在访问片外ROM时，89C52自动在/PSEN线上产生一个负脉冲，作为片外ROM芯片的读选通信号。
RST：
复位线，可以使89C52处于复位（即初始化）工作状态。
通常89C52复位有自动上电复位和人工按键复位两种。
XTAL1和XTAL2：
片内震荡电路输入线，这两个端子用来外接石英晶体和微调电容，即用来连接89C52片内OSC（震荡器）的定时反馈回路。
2.1.3LED显示模块
LED是发光二极管显示器的缩写。
LED由于结构简单、价格便宜、与单片机接口方便等优点而得到广泛应用。
LED显示器是由若干个发光二极管组成显示字段的显示器件。
在单片机中使用最多的是七段数码显示器。
LED七段数码显示器由8个发光二极管组成显示字段，其中7个长条形的发光二极管排列成“日”字形，另一个圆点形的发光二极管在显示器的右下角作为显示小数点用，其通过不同的组合可用来显示各种数字。
LED引脚排列如图2.3所示:
图2.3LED引脚排列
LED显示器的选择：
在应用系统中，设计要求不同，使用的LED显示器的位数也不同，因此就生产了位数，尺寸，型号不同的LED显示器供选择，在本设计中，选择4位一体的数码型LED显示器，简称“4-LED”。
本系统中前一位显示电压的整数位，即个位，后两位显示电压的小数位。
4-LED显示器引脚如图2.4所示，是一个共阴极接法的4位LED数码显示管，其中a，b，c，e，f，g为4位LED各段的公共输出端，1、2、3、4分别是每一位的位数选端，dp是小数点引出端，4位一体LED数码显示管的内部结构是由4个单独的LED组成，每个LED的段输出引脚在内部都并联后，引出到器件的外部。
图2.44位LED引脚
对于这种结构的LED显示器，它的体积和结构都符合设计要求，由于4位LED阴极的各段已经在内部连接在一起，所以必须使用动态扫描方式（将所有数码管的段选线并联在一起，用一个I/O接口控制）显示
LED译码方式：
译码方式是指由显示字符转换得到对应的字段码的方式，对于LED数码管显示器，通常的译码方式有硬件译码和软件译码方式两种。
硬件译码是指利用专门的硬件电路来实现显示字符码的转换。
软件译码就是编写软件译码程序，通过译码程序来得到要显示的字符的字段码。
本设计系统中为了简化硬件线路设计，LED译码采用软件编程来实现。
由于本设计采用的是共阴极LED，其对应的字符和字段码如下表2.2所示。
表2.2共阴极字段码表
显示字符
共阴极字段码
显示字符
共阴极字段码
0
0x3f
1
0x06
2
0x5b
3
0x4f
4
0x66
5
0x6d
6
0x7d
7
0x07
8
0x7f
9
0x6f
3系统程序设计
3.1初始化程序
系统上电时，将A/D转换芯片初始化，并将A，B，C三条地址线的地址信号进行锁存。
3.2主程序流程设计
开始
初始化
芯片读入数据
A/D转换结束并输出数据
单片机读入数据
数据转换并输出
数码管显示电压值
结束
图3.1主程序流程图
当进行一次测量后，将显示出每一通道的A/D转换值。
其流程图如图3.1所示。
而输出数据采用动态扫描法实现4位数码管的数值显示。
测量所得的A/D转换数据传送到P0口，测量数据在显示时需经内部转换为十进制电压值由P1口输出中，其中P2口控制段选。
3.3C语言程序设计
程序见附件1
4.程序调试及性能分析
通过多次的反复测试，发现仿真值与理论值基本没有偏差。
查数据可知，ADC0809芯片的精确度为0.019左右，误差大小为2%。
本次设计中重要的是如何将ADC0809芯片所采集的数据送给单片机，同时在将数据送给单片机后如何将ADC0804芯片读得的数据进行计算，然后进行显示。
在按键时如何控制进入电压测试，如何停止电压测试，在电压测试时必须可以不断的调节电压可以测量出电压值的大小。
仿真图见附件实物图见图4.1和图4.2
图4.1实物图
图4.2实物图
总结
本次课程设计最大的遗憾就是因为器材的原因，没有将事物制作出来，但是，通过本次可设计，让我更加的熟悉了单片机汇编的程序编写。
除此之外还进一步加深了对课本知识的理解，更加熟悉了各种专业知识的灵活运用。
说实话，在这次课程设计中遇到的难题还真不少，首先，在器材规格这一块的选取就吃尽了苦头，但是，通过一个一个的数据的调节，最终还是选取了一组比较令人满意的器材。
接下来就是程序的设计，虽然该程序的流程很清楚，但是在延时，字符定义方面却犯了极不应该的错误，还好，最后在团队的帮助下，发现了错误并及时改正了。
另外由于我的粗心大意，将数码管的段码写反了，本应该是共阴极的，却被我写成了共阳极的代码，实属不应该。
总之，本次课程设计我们通过编程更加的了解到了ADC0804以及AT89C52的内核，懂得了如何清楚快捷的使用这一工具。
通过本次课程设计，我发现自己的动手能力以及思维能力还有所欠缺，在一些思路简单清晰的地方复杂化了。
虽然因为器材的原因，本次的课程设计无法将事物做出来，但是，我还是认为，没有实物的设计，是失败的，至少在实际动手能力这一块，我们就没有得到有效的锻炼，所以，希望自己以后能抓住每一次的实践机会，努力提高自己的实际动手能力，将更多的专业知识运用到实践中去。
参考文献附件
[1]何立民.单片机高级教程——应用与设计[M].北京：
北京航空航天大学出版社，2000.
[2]李朝青.单片机原理及借口技术[M].北京：
北京航空航天大学出版社，2005.
[3]赖麒文.8051单片机C语言彻底应用[M]北京.科学出版社，2002.
[4]张克农.数字电子技术基础[M]。
北京。
高等教育出版社，2010.
[5]http/
[6]
附件1
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