基于單片機的簡易數字電壓表的設計—畢業設計論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 總體電路設計 經過以上的設計過程，可設計出基于單片機的簡易數字直流電壓表硬件電 路原理圖如圖 11 所示。 圖 11 數字電壓表電路圖 此電路的工作原理是： +5V 模擬電壓信號通過變阻器 VR1 分壓后由 ADC08008 的 14 IN0 通道進入（由于使用的 IN0 通道，所以 ADDA,ADDB,ADDC 均接低電平），經過模 /數轉換后，產生相應的數字量經過其輸出通道 D0D7 傳送給 AT89C51 芯片的 P1 口，AT89C51 負責把接收到的數字量經過數據處理，產生正確的 7 段數碼管的顯示段碼傳送給四位 LED，同時它還通過其四位 I/O 口 、 、 、 產生位選信號控制數碼管的亮滅。此外， AT89C51 還控制 ADC0808 的工作。其中，單片機 AT89C51通過定時器中斷從 輸出方波，接到 ADC0808 的 CLOCK, 發正脈沖啟動 A/D轉換， 檢測 A/D 轉換是否完成，轉換完成后， 置高從 P1 口讀取轉換結果送給 LED 顯示出來 [3]。 數字直流電壓表的硬件電路已經設計完成，就可以選取相應的芯片和元器件，利用 Proteus 軟件繪制出硬件的原理，并仔細地檢查修改，直至形成完善的硬件原理圖。但要真正實現電路對電壓的測量和顯示的功能，還需要有相應的軟件配合，才能達到設計要求。 15 4 程序設計 程序設計總方案 根據模塊的劃分原則，將該程序劃分初始化模塊， A/D 轉換子程序和顯示子程序，這三個程序模塊構成了整個系統軟件的主程序，如圖 12 所示。 圖 12 數字式直流電壓表主程序框圖 系統子程序設計 初始化程序 所謂初始化，是對將要用到的 MCS_51 系列單片機內部部件或擴展芯片進行初始工作狀態設定，初始化子程序的主要工作是設置定時器的工作模式，初值預置，開中斷和打開定時器等 [9]。 A/D 轉換子程序 A/D 轉換子程序用來控制對輸入的模塊電壓信號的采集測量，并將對應的數值存入相應的內存單元，其轉換流程圖如圖 13 所示。 開始 初始化 調用 A/D 轉換子程序 調用顯示子程序 結束 16 圖 13 A/D 轉換流程圖 顯示子程序 顯示子程序采用動態掃描實現四位數碼管的數值顯示，在采用動態掃描顯示方式時，要使得 LED 顯示的比較均勻，又有足夠的亮度，需要設置適當的掃描頻率，當掃描頻率在 70HZ 左右時，能夠產生比較好的顯示效果，一般可以采用間隔10ms 對 LED 進行動態掃描一次，每一位 LED 的顯示時間 為 1ms[10]。 在本設計中，為了簡化硬件設計，主要采用軟件定時的方式，即用定時器 0溢出中斷功能實現 11μ s 定時，通過軟件延時程序來實現 5ms 的延時。 啟動轉換 A/D 轉換結束？ 輸出轉換結果 數值轉換 顯示 結束 開始 17 5 仿真 軟件調試 軟件調試的主要任務是排查錯誤，錯誤主要包括邏輯和功能錯誤，這些錯誤有些是顯性的，而有些是隱形的，可以通過仿真開發系統發現逐步改正。 Proteus軟件可以對基于微控制器的設計連同所有的周圍電子器件一起仿真，用戶甚至可以實時采用諸如 LED/LCD、鍵盤、 RS232 終端等動態外設模型來對設計進行交互仿真。 Proteus 支持 的微處理芯片包括 8051 系列、 AVR 系列、 PIC 系列、 HC11 系列及 Z80 等等。 Proteus 可以完成單片機系統原理圖電路繪制、 PCB 設計，更為顯著點的特點是可以與 u Visions3 IDE 工具軟件結合進行編程仿真調試 [8]。 本系統的調試主要以軟件為主，其中，系統電路圖的繪制和仿真我采用的是Proteus 軟件，而程序方面，采用的是匯編語言，用 Keil 軟件將程序寫入單片機。 顯示結果及誤差分析 顯示結果 1. 當 IN0 口輸入電壓值為 0V 時，顯示結果如圖 14 所示，測量誤差為 0V。 圖 14 輸入電壓為 0V 時， LED 的顯示結果 18 IN0 輸入電壓值為 時，顯示結果如圖 15 所示。測量誤差為 。 圖 15 輸入電壓為 時， LED 的顯示結果 3. 當 IN0 口輸入電壓值為 時，顯示結果如圖 16。測量誤差為 。 圖 16 輸入電壓為 時， LED 的顯示結果 19 誤差分析 通過以上仿真測量結果可得到簡易數字電壓表與“標準”數字電壓表對比測試表，如下表 4所示： 表 4 簡易數字電壓表與“標準”數字電壓表對比測試表 標準電壓值 /V 簡易電壓 表測量值 /V 絕對誤差/V 由于單片機 AT89C51 為 8 位處理器，當輸入電壓為 時， ADC0808 輸出數據值為 255（ FFH），因此單片機最高的數值分辨率為 (5/255)。這就決定了電壓表的最高分辨率只能到 ，從上表可看到，測試電壓一般以 的幅度變化。 從上表可以看出，簡易數字電壓表測得的值基本上比標準電壓值偏大，這可以通過校正 ADC0808 的基準電壓來解決。因為該電壓表設計時直接用 5V 的供電電源作為電壓，所以電壓可能有偏差。當要測量大于 5V 的電壓時，可在輸入口使用分壓電阻，而程序中只要將計算程序的除數進行調整就可以了。 20 結 論 經過一段時間的努力，畢業論文 基于單片機的簡易數字電壓表基本完成。但設計中的不足之處仍然存在。這 次設計是我第一次設計電路，并用 Proteus 實現了仿真。在這過程中，我對電路設計，單片機的使用等都有了新的認識。通過這次設計學會了 Proteus 和 Keil 軟件的使用方法，掌握了從系統的需要、方案的設計、功能模塊的劃分、原理圖的設計和電路圖的仿真的設計流程，積累了不少經驗。 基于單片機的數字電壓表使用性強、結構簡單、成本低、外接元件少。在實際應用工作應能好，測量電壓準確，精度高。系統功能、指標達到了課題的預期要求、系統在硬件設計上充分考慮了可擴展性，經過一定的改造，可以增加功能。本文設計主要實現了簡易數字電壓 表測量一路電壓的功能，詳細說明了從原理圖的設計、電路圖的仿真再到軟件的調試。 通過本次設計，我對單片機這門課有了進一步的了解。無論是在硬件連接方面還是在軟件編程方面。本次設計采用了 AT89C51 單片機芯片，與以往的單片機相比增加了許多新的功能，使其功能更為完善，應用領域也更為廣泛。設計中還用到了模 /數轉換芯片 ADC0808，以前在學單片機課程時只是對其理論知識有了初步的理解。通過這次設計，對它的工作原理有了更深的理解。在調試過程中遇到很多問題，硬件上的理論知識學得不夠扎實，對電路的仿真方面也不夠熟練。 總之這次電路的設計和仿真，基本上達到了設計的功能要求。在以后的實踐中，我將繼續努力學習電路設計方面的理論知識，并理論聯系實際，爭取在電路設計方面能有所提升。 21 參考文獻 [1]胡健 .單片機原理及接口技術 .北京：機械工業出版社， 2021 年 10 月 [2]王毓銀 .數字電路邏輯設計 .高等教育出版社， 2021 年 12 月 [3]于殿泓、王新年 .單片機原理與程序設計實驗教程 .西安電子科技大學出版社，2021 年 5 月 [4]謝維成、楊加國 .單片機原理與應用及 C51 程序設計實例 .電子工業出版社，2021 年 3 月 [5]李廣弟 .單片機基礎 .北京航空航天大學出版社， 2021 年 5 月 [6]姜志海 ,黃玉清等著 .單片機原理及應用 [M] .北京 :電子工業出版社 .2021 年 7月 [7]魏立峰 .單片機原理及應用技術 .北京大學出版社， 2021 年 [8]周潤景 .Protues 在 MCS51amp。ARM7 系統中的應用百例 .第一版 .北京：電子工業出版社， 2021 年 [9]邊春遠等著 .MCS51 單片機應用開發實用子程序 [M] .北京 :人民郵電出版社 .2021 年 9 月 . [10]苗紅霞 .單片機實現數字電壓表的軟硬件設計 [J] .河海大學常州分校學報 ，2021，（ 03） . [11]宋鳳娟，孫軍，李國忠 .基于 89C51 單片機的數字電壓表設計 [J] .工業控制計算機， 2021， (04). 22 附 錄 程序代碼 LED_0 EQU 30H LED_1 EQU 31H LED_2 EQU 32H ADC EQU 35H CLOCK BIT ST BIT EOC BIT OE BIT ORG 00H SJMP START ORG 0BH LJMP INT_T0 START: MOV LED_0, 00H MOV P2, 0FFH MOV LED_1, 00H MOV LED_2, 00H MOV DPTR, TABLE MOV TMOD, 02H MOV TH0, 245H MOV TL0, 00H MOV IE, 82H SETB TR0 WAIT: CLR ST SETB STH CLR ST JNB EOC, $ SETB OE MOV ADC, P1 CLR OE 23 MOV A, ADC MOV B, 51 DIV AB MOV LED_2, A MOV A, B MOV B, 5 DIV AB MOV LED_1, A MOV LED_0, B LCALL DISP SJMP WAIT INT_T0: CPL, CLOCK RETI DISP: MOV A, LED_0 MOVC A, @A+DPTR CLR MOV P0, A LCALL DELAY SETB MOV A, LED_1 MOVC A,@A+DPTR CLR MOV P0, A LCALL DELAY SETB MOV A, LED_2 MOVC A, @A+DPTRL CLR ORL A, 80H MOV P0, A LCALL DELAY SETB 24 RET DELAY: MOV R6, 10 D1: MOV R7, 250 DJNZ R7, $ DJNZ R6, D1 RET TABLE: DB 3FH, 06H, 5BH, 4FH, 66H DB 6DH, 7DH, 07H, 7FH, 6FH END 25 致 謝 在畢業設計完成時，我不由的想起大學的學習生活。在這里，我首先要感謝的是導師錢宜平老師這幾個月來給予的關心與 指導，尤其是他一絲不茍的科研態度、高度的事業心和責任感時刻感染著我；老師不僅教授給我們知識，更教給我們做人的道理、做學問的態度，這些都將使我終生受益。同時也忠心感謝在做畢業設計的過程中給予我幫助和關心的老師、同學和朋友們。這里向他們表示深深的謝意，感謝你們這些年來為我所付出的艱辛和無私的奉獻。 在此，忠心的向在百忙之中審閱我論文的各位老師表示最誠摯的感謝。 9JWKf f w vGt YM*Jgamp。 6a *C Z7H $dq8 Kqqf H VZFe dsw Sy XTyamp。 QA9 wk xFye Q^! dj s Xuy UP 2kN Xp RWXm Aamp。 UE 9aQ@ Gn8 xp$ Ramp。 849 Gx^ Gj qv ^$U E9 wE wZ Qc@ UE% amp。 qY p@Eh5 p Dx 2zV kum amp。 gT XRm 6 X4N Gp P$vS TTamp。 ks v*3t n GK 8! z89 Am YWp azad Nu K Namp。 MuWFA5 ux Y7Jn D6YW Rr W wc^v R9C pbK! zn% Mz849 Gx^ Gj qv^ $U E9 wE wZ Qc@U E% amp。 qYp@ Eh5p Dx2 zVk um amp。 gTX Rm 6X 4N GpP $vS