数字电压表报告书.docx
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数字电压表报告书
广西交通职业技术学院
毕业设计
题目：
数字电压表
专业：
电子信息工程技术
班级：
电子信息工程技术2010班
姓名：
陈
学号：
09
指导教师
姓名及职称：
宋春胜
起止日期：
2011年12月31日至2012年1月13日
AD574数字电压表设计
摘要
本设计主如果基于AD574芯片为核心的数字电压表，主要由A/D转换电路、单片机最小系统电路和LED数码显示电路组成。
AD574将收集到的模拟电压信号转换成相应的数字信号，通过AT89S52进行软件处置，单片机按规定的时序收集这些数字信号，通过软件程序算出被测电压值，驱动数码管显示电压。
本设计具有四个档位的电压量程，测量精度能够达到之内，并具有超量程报警功能，本系统在电路构建及功能实现上都比较完善。
电路中采用到的AD574芯片是美国模拟数字公司推出的单片机高速12位逐次比较型A/D转换器，内置双极性组成的混合集成转换显片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特点，而且具有自动校零和自动极性转换功能，只需外接少量的阻容即可组成一个完整的A/D转换器。
本系统本钱合理，功能实用。
关键词：
AD574、A/D转换、AT89S5二、LED数码显示
1．任务需求
①利用12位并行A/D转换芯片AD574设计并制作一个数字电压表。
②电压表的测量档位要求具有：
0—5V和-10V—+10V两种档位。
③测量精度要求至少达到，测量结果要求用四个数码管显示。
④设计时要求充分考虑节约硬件本钱，和整个电路作品的美观和利用方便性
⑤设计并制作出电路相应的PCB模块板，并用PCB板将电路调试成功。
任务概述
AD574数字电压表由A/D转换电路，主控电路和显示电路组成。
0—20V和-10V—+10V两种档位的切换，可利用自锁开关来控制来实现；而电压值的显示及测量精度为的要求，可通过AD转换芯片AD574将电压进行模数转换来实现，经AT89S52软件处置驱动数码管显示。
设计意义和前景
随着电子科学技术的进展，电子测量为广大电子工作者必需掌握的手腕，对测量的精度和功能的要求也愈来愈高，而电压的测量甚为突出，因为电压的测量为普遍。
本设计在参阅了大量前人设计的数字电压表的基础上，利用单片机电压技术结合A/D转换芯片A/D574构建了一个直流数字电压表。
本文第一简要介绍了设计电压表的主要方式和单片机系统的优势然后详细介绍了直流数字电压表的设计流程，和硬件系统的设计，并给出了硬件电路的设计细节，包换各部份电路的走向、芯片的选择和方案可行性分析等。
2.项目方案论证与比较
A/D转换电路比较设计
方案一：
AD574是高速12位逐次比较型A/D转换器，内置双极性组成的混合集成转换显片，转换时刻最大约为35US，具有外接元件少，功耗低，精准度较高等特点，而且具有自动校零和自动极性转换功能，只需外接少量的阻容即可组成一个完整的A/D转换器。
程序编写简单。
方案二：
ADC0809是CMOS的8位转换器，片内有8路模拟开关，可控制8个模拟量中的一个进入转换器中。
ADC0809的分辨率为8位，转换时刻约100US。
转换的进程和控制、显示部份能够控制。
缺点是不能直接输入模拟的负电压。
通过比较发觉，AD574芯片精准度比AD0809芯片的精准度高，而且转换时刻较快，所以用AD574芯片来做A/D转换电路是比较靠得住的。
主控电路方案比较
方案一：
以AT89S52为核心的单片机控制方案，通过相应的程序，并通过I/O来进行电平识别，再由单片机输出相应的程序，并将相应数值通过数码来显示，运用那个方案来实现题目的要求，其硬件电路的设计简单，程序结合电路进行调试，如此就可以够实现作品的功能。
方案二：
采用数字电路实现输出电压的控制方案，通过锁存器的锁存显示等。
用这种方式来实现，其长处是不用编程，但其不足的的地方是电路复杂，焊接工程量大，一旦焊接错误，就会给检查硬件带来专门大的麻烦，而且调试也相对麻烦。
通过比较发觉，用单片机来制作数字电压表，硬件电路比较简单，容易明白，且本钱相对较低；而用数字电路来制作数字电压表，电路相对比较复杂，本钱相对较高。
综合考虑，最终选择方案一。
显示电路比较设计
方案一：
采用LED七段数码管，采用三极管9012做为位码驱动，电路结构简单，而且能够实现单片机I/O口的并用，显示效果直观，敞亮，调试容易，本钱较低。
方案二：
采用LCD1602显示，用单片机可实现数据显示，显示内容较为丰硕，较为美观，但显示亮度和字体大小在演示时不尽人意，价钱也比较昂贵，且题目要求的显示内容也较少，所以没有采用此方案。
通过比较，综合设计要求和本钱考虑，采用LED数码管显示比较合理。
3．硬件系统与比较
项目设计整体方案
图1-1系统框图
如图1-1所示，本设计主要分为两部份：
硬件部份及软件程序。
硬件电路包括A/D转换电路、单片机系统电路和LED显示电路。
各部份电路的设计及原理将会项目功能模块划分详细介绍；软件部份则利用C语言编程，利用KeiluVision2软件对其编译。
具体设计及算法将在软件系统总方案部份介绍。
项目功能模块划分及说明
硬件电路中的A/D转换电路，将被测电压输入端所收集到的模拟电压信号转换成相应的数字信号，通过AT89S52进行软件处置，单片机按规定的时序收集这些数字信号，通过软件程序算出被测电压值，驱动数码管显示电压。
AD转换电路模块
AD574主要功能引脚介绍如下：
[1].pin1（+V）：
+5V电源输入端。
[2].Pin2（12/8）：
数据格式选择，通过此引脚可选择数据纵线是12位或8位输出。
[3].Pin3（CS）：
片选信号，低电平有效。
[4].Pin4（A0）：
字节地址短周期控制端，与12/8端用来控制启动转换启动的方式和数据输出格式。
在12/8接地的情形下，高电平时高8位数据有效，低电平时低4位有效，中间4位为零，高4位为高阻态；在R/C为低的情形下，高电平启动12位转换，低电平启动8位转换。
[5].Pin5（R/C）：
读/启动信号，高电平读数据，低转换。
[6].Pin6（CE）：
片使能，高电平有效
[7].Pin7（V+）：
正电源输入端，输入+15V电源
[8].Pin8（REFOUT）:
10V基准电源电压输出端
[9].Pin9（AGND）：
模拟接地
[10].pin10（REFIN）:
基准电压输入端
[11].pin11（V-）：
负电源输入，输入-15V电源
[12].pin12（V+）：
正电源输入端，输入+15V
[13].Pin13（10VIN）:
10V量程模拟电压输入端
[14].Pin14（20VIN）:
20V量程模拟电压输入端
[15].Pin15（DGND）：
数字接地
[16].pin16-pin27（DB0-DB11）----12条数据总线。
通过这12数据总线向外输出A/D转换数据。
[28].Pin28（STS）:
工作状态指示信号端，当STS=1时，表示转换器正处于转换状态，当STS=0时，声明转换结束，通过信号能够判断A/D转换器的工作状态。
其引脚图如图1-2。
图1-2AD574芯片引脚图
AD574控制端标志意义如表。
表控制逻辑真值表
CE
CS
RC
12/8
A0
工作状态
0
x
x
x
x
禁止
x
1
x
x
x
禁止
1
0
0
x
0
启动12位转换
1
0
0
x
1
启动8位转换
1
0
1
接+5V
x
12位并行输出有效
1
0
1
接0V
0
高8位输出有效
1
0
1
接0V
1
低4位输出有效
AD574是12位逐次逼近型的A/D，芯片内有三态输出缓冲器，输出能够直接连到到单片机I/O口，输入控制信号有CE，CS,RC,10,12/8。
在CE=1，CS=0同时知足时，AD574才会正常工作，在AD574处于工作状态时，当R/C=0时，A/D转换，当R/C=1时读取数据。
12/8和A0端用来控制启动转换方式和数据输出格式。
启动AD574时，若是A0为“0”，表示设定AD574为12位A/D，若是A0为“1”，表示AD574设定为8位A/D。
当R/C=1，也即A/D转换结束后读取数据时，若是A0为“0”，表示允许转换结果为12位中的高8位，若是A0为“1”,表示允许输出低4位，这四位占一个字节的高半字节，低半字节补零。
引脚12/8如接数字地，数据以2个8位字的方式分两次输出，如接+5V，数据以一个12位字的方式并行输出。
AD574完成一次A/D转换的时刻约为15~35微妙，它提供的STS信号能够用来被单片机查询A/D是不是完成。
转换开始时，STS从“0”到“1”，转换进程中，它维持“1”，转换结束时，它从“1”到“0”，“1”到“0”的下降沿通知单片机A/D已结束，能够读取A/D转换的结果。
AD574由三组电源供电，即正负15V和+5V，由于它对从电源线引入的噪声十分敏感，几毫伏的电源噪声就会引发A/D转换几位的误差，所以在应用进程中应特别注意电源的滤波和稳压，电路采用了抗干扰办法：
①在芯片的7脚和9脚、9脚和11脚和1脚和15脚之间接入由一个10UF的电解电容和一个F瓷片电容并联而成的去耦网络。
②在印制PCB板设计时让模拟量输入电路与数字电路尽可能分开。
③芯片的数字地（15脚）和模拟地（9脚）就近接在一路。
AD574的数据输出线与单片机数据总线的连接方式：
应该将高8位DB4~DB11接到单片机的I/O的，低4位DB0~DB3接到单片机I/O口的。
若是接错的话就不能读取正确的转换结果，而且还很容易烧坏芯片。
其电路接法如图1-3。
图1-3A/D转换电路
单片机主控电路
如图I-4所示，单片机最小系统主要由AT89S51单片机、外部振荡电路、复位电路和+5V、接地组成。
在外部振荡电路中，单片机的XTAL1和XTAL2管脚别离接至由12MHZ晶振和两个30PF电容组成的振荡电路双侧，为电路提供正常的时钟脉冲。
在复位电路中，单片机RESET管脚一方面经1uF的电容接至电源正极，实现上电自动复位，另一方面经开关S8接电源。
其主要功能是把PC初始化为0000H，是单片机从0000H单元开始执行程序，除进入系统的初始化之外，当由于程序犯错或操作错误使系统处于死锁状态时，为了摆脱窘境，也需要按复位键从头启动，因此，复位电路是单片机系统中不可缺少的一部份。
另外EA管脚接到正电源端。
至此，一个单片机就接好，通上电，单片机就开始工作了。
如图1-4所示。
图1-4主控电路
LED显示电路
按照设计要求并综合各方面因素，能够采用AT89S52单片机作为主控制器，用动态扫描法实现LED数字显示，显示电路如下图I-2-7所示。
设计中采用的是4段LED数码管来显示电压值。
LED具有耗电低、亮度高、视角大、线路简单、耐震及寿命长等长处，它由4个发光二极管组成，其中3个按‘8’字型排列，另一个发光二极管为圆点形状，位于右下角，常常利用于显示小数点。
把4个发光二极管连在一路，公共端接高电平，叫共阳极接法，相反，公共端接低电平的叫共阴极接法，咱们采用共阳极接法。
当发光二极管导通时，相应的一段笔画或点就发亮，从而形成不同的发光字符。
其8段别离命名为abcdefgdp。
例如，要显示“0”，则abcdefgdp别离为：
00000011B,若要显示多个数字，只要让若干个数码管的位码循环为高电平就可以够了。
其电路如图1-5。
图1-5显示电路
4．软件系统整体方案
软件流程图
图1-7软件流程图
软件子程序划分及说明
主程序
voidmain（）
{
while
（1）
{
AD574_init（）;
AD574_read（）;
if（ABC==1）display（）;
得体会
这次的毕业设计是大学三年来最后一次作品，也是我花费精力最多的一次作品。
选题的时候不够慎重，没和同窗商量好要如何选题，一意孤行，结果自己一个人做一道题目，这回做作品的时候连找个同窗讨论都没有。
接下来在做作品进程中，碰到的问题比较多，但通过老师耐心指导和同窗的帮忙，作品的问题一个个的取得解决。
在整个系统的设计与制作的进程中，我深刻体会到只有坚持不懈，不惧困难，认真对待每一件事才能取得最后的成功。
成功的喜悦是无法用言语来表达的。
通过这次的毕业设计，我不但增强了专业知识，还懂了一个道理，碰到问题的时候，要多试探，多提问，如此才能解决问题。
7.致谢词
两年多的光阴匆匆而过，即将结束人生的学习生涯，在这里结识了老师同窗，一切犹如昨天。
在这最后的毕业设计中，感激学校领导和老师的关心教育，及在这次毕业设计对我悉心教诲的老师，虽然您们很忙，但仍是在百忙中抽出时刻，对我的作品进行分析和指导。
同时，也要感激这次毕业设计帮忙过我的同窗。
再次感激老师同窗，没有你们帮忙，我的毕业设计不可能那么顺利地完成。
最后，祝愿咱们的老师桃李满天下，同窗的前程似锦！
8.参考资料
[1]手把手教你学单片机C程序设计.周兴华编.北京航空航天大学出版社.
[2]单片机原理与应用.王效华/张咏梅编.北京交通大学出版社.
[3]数字电子技术实践.杨翠峰/王永成编.大连理工大学出版社.
[4]Protel99SE实用教程.顾滨/赵伟军编.人民邮电出版社社.
9.元器件清单
名称
数量
阻值
电压
AD574
1个
ADS89S52
1个
电阻
8个
240
电阻
3个
电阻
5个
1K
电阻
1个
100
电阻
1个
变位器
3个
100K
晶振
1个
12M
继电器
3个
5v
开关
1个
1个
瓷片电容
3个
104
瓷片电容
2个
30p
电解电容
4个
10uf
25v
三极管
3个
9013
三极管
4个
9014
排阻
下载线接口
1个
数码管
1个
4个数码管
插针
升级会员 