1、山东科技大学泰山科技学院本科毕业设计（论文）开题报告题 目 基于 51 单片机控制的直流电压检测系统系 部 名 称 机电工程系 专 业 班 级 电气工程及其自动化 13-1 学 生 姓 名 王富强 学 号 201342010124 指 导 教 师 王益红 填表时间： 2017 年 3 月 30 日设计（论文）题目基于 51 单片机控制的直流电压检测系统工程设计 应用研究 开发研究 基础研究 其它设计（论文）类型（划“”） 一、 本课题的研究目的和意义电子测量是泛指以电子技术为基础手段的一种测量技术。电子测量具体应用电子科学的原理、方法和设备对各种电量、电信号及电路元器件的特性和参数进行测量，还
2、通过各种敏感元件和传感装置对非电量进行测量，这种测量方法更加方便、准确、快捷。目前电子测量设备在性能、测试功能、工艺结构等各方面取得重大发展，其研究和生产方向正向着系统化、数字化、多功能、高性能等多方面发展。电压是属于电子测量中的一个重要组成部分。了解并测出各种电压的值，有助于让我们更加安全、方便的使用电压。因此研究电压的测量值具有重要价值。数字电压表采用数字化测量技术，把连续的模拟量，即连续的电压值转变为不连续的数字量，加以数字处理然后通过显示器件显示。这种电子仪表的出现，一方面是由于电子计算机的应用推广到自动控制领域，提出了各种被观测量或被控制量转换成数字量的要求，即为了实时控制和数据处理
3、的要求；另一方面，也是电子计算机的发展，带动了脉冲数字电路技术的发展，为数字化仪表的出现提供了条件。数字化测量仪表的产生与发展与电子计算机的发展是密切相关的；同时，为革新电子测量中的烦琐与陈旧方式也促进了它的飞速发展。如今，它又成为向智能化仪表发展的必要桥梁。数字电压表已经绝大部分取代了传统的模拟指针式电压表，传统的指针式电压表功能单一、精度低，已经满足不了现在时代的需求，而采用单片机的数字电压表，测量精度高、读数非常方便、速度快、抗干扰能力强，可扩张性强、集成方便，还可与 PC 实行实时通信，目前，由各种单片机和 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
4、动测试系统等智能化测量领域。本设计主要研究的是以 51 系列单片机为核心的电压测量系统，能够在单片机的控制下完成对电压信号采集，能够根据采样值进行毫伏值与伏值量程自动转换，并且测量结果可通过数码管显示出来，显示准确可靠，误差小。如果本设计能够实现，可改进或者维修实验室的数字电压表。因此，本次设计具有非常实际的意义。 二、 本课题的主要研究内容（提纲）1. 单片机电压测量系统的总体设计 ：被测电压经过运算放大电路，可以被 AD 接收的电压范围，然后该信号经过 ADC0809 芯片 A/D 转换电路转化成数字信号，再经过 AT89C52 单片机的处理、保存，由LED 数码管显示出来。2. 选择符合
5、设计的硬件与软件，选择 C 语言来编写软件程序。 3. 硬件电路的设计：信号输入电路、运算放大电路、A/D 转换电路、LED 显示电路4. 选择合适的电源5. 单片机最小系统电路部分6. 系统软件设计：主程序设计，子程序设计7. 利用仿真器进行调试，观察是否达到要求三、 文献综述（国内外研究情况及其发展）数字电压表（Digital Voltmeter）简称 DVM，它出现在上世纪 50年代初，60 年代末发展起来的电压测量仪表，它采用的是数字化测量技术，把连续的模拟量，也就是连续的电压值转换变为不连续的数字量，加以数字处理，然后通过显示器件显示。数字电压表最初是伺服步进电子管比较式，其优点是准
6、确度比较高，但是采取速度较慢，体积重达几十公斤。继之出现了谐波式电压表，它的速度方面稍有提高但准确度低，稳定性差，再后来出现了比较式仪表改进逐次渐进式结构，它不仅保持了比较式的准确度高的优点，而且速度也有了很大的提高，但它有一个缺点就是抗干扰能力差，很容易受到外界因素的影响，随后，在谐波式的基础上引申出阶梯波式，它的唯一进步就是成本降低了，可是精确度，速度及抗干扰能力都未提高。而数字电压表的发展已经非常成熟，就原理来讲，它从原来的一两种已经发展到多种；在功能上讲，它从测单一的参数发展到能测多种参数；从制作原件看，发展到集成电路，准确度已经有了很大的提高，精度已经到1NV，读数速度达到每秒几万次
7、，而相对以前价格已经降低了很多。数字电压表是当前电子、电工、仪器、仪表和测量领域大量使用的一种基本工具。数字电压表的设计和开发，已经有多种类型和款式。传统的数字电压表各有特点，它们适合在现场做手工测量，要完成远程测量并要对测量数据做进一步处理，传统数字电压表是无法完成的。然而基于 PC 通信的数字电压表，既可以完成测量数据的传递，又可以借助 PC 做测量数据的处理。现在，大多数数字电压表已经取代了传统的模拟指针式电压表。传统的指针式电压表功能单一、精度低，已经满足不了现在时代的需求，而采用单片机的数字电压表，测量精度高、读数非常方便、速度快、抗干扰能力强，可扩张性强，已被广泛用于电子及电工测量
8、、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域。数字电压表种类繁多，型号新异，常用的分类方法有：1. 按测量电压的类型分：有交流电压表和直流电压表。2. 按 A/D 转换器的类型分：有逐次逼近式、谐波式、双积分式。3. 按显示位数，可分为 3 位、3 位半、4 位、4 位半、5 位、6 位、7位等。4. 按准确度可分为低准确度(0.1%以下)、中准确度( 0.01%以下)及高准确度(0.01% 以上,) 三种。5. 按测量速度可分为低速(每秒几次以下)、中速(每秒几次至几百次) 、高速(每秒几百次至几万次)三种。四、 拟解决的关键问题本次设计以单片机为基础制作数字电压表,A/D 转换器为主要硬
9、件。通过设计熟悉 A/D 转换原理，单片机的使用和 LED 数码管的使用方法、译码、显示过程。功能要求为：1.电压表的量程范围为 05V2.实现三位数码管动态显示3.精确到小数点后两位4.LED 数码管实时显示相应电压值本系统主要通过硬件设计、软件编程来实现功能。根据设计要求用 Proteus 仿真软件绘制出能完成设计功能电路图。根据电路图编写程序控制单片机，使单片机控制 A/D 转换器进行模数转换，并在 LED上面显示出对应的电压值。编写程序可以选用汇编语言或者 C 语言，C 语言与汇编语言相比具有简洁紧凑、灵活方便运算符丰富等优点，很适合用于该系统的设计。程序经过 Proteus 仿真无误
10、后，根据电路图，在电路板上焊接出相应功能的电路。五、 研究思路和方法思路：1. 查阅相关资料，了解数字电压表的原理，确定数字电压表具体应用和实施。2. 学习并巩固制作数字电压表的相关知识，包括理论知识：C 语言原理及应用、单片机原理及接口技术、模拟电子技术、数字电子技术，以及相关软件的学习，如:Keil、Proteus 、Protel ，Visio。3. 收集与毕业设计研究方向相关的外文资料，并将其翻译成中文。 4. 对收集来的相关资料进行整理，融入自己的理解与观点，完成文献综述。 5. 数字电压表模型建立，硬件主体设计、电路图的设计、原理图的设计。6. 根据设计方案编写出相应的 C 程序，利
11、用仿真软件验证并改进方案。方法：1调查研究法：通过调查研究，有目的、有计划、有系统地搜集数字电压表的使用现状。了解数字电压表的不足之处，找到相应的改进方法。2. 文献研究法：根据研究的课题，通过搜集文献来获得数字电压表的相关资料，从而全面地、正确地了解并掌握数字电压表的设计方法。3. 模拟仿真法：通过仿真软件 Proteus，对设计的数字电压表进行模拟仿真，查找问题并解决。六、 本课题的进度安排第 1-3 周 毕业实习，结合专业信息确定设计课题。第 4 周 进行文献调研，确定题目，填写审批表。第 5 周第 6 周 完成开题报告，通过指导老师审阅。第 7 周 阅读单片机相关知识，整体电路方案设计
12、。第 8 周 绘制数字电压表硬件电路图和软件流程图。第 9 周第 10 周 完成硬件电路图和软件的设计。第 11 周第 12 周 调试及仿真。第 13 周第 14 周 硬件制作与调试，实现所有编程，达到设计功能要求。第 15 周第 16 周 提交规范的毕业论文，准备毕业答辩。 七、 参考文献1 马忠梅等，单片机的 C 语言应用程序设计（第四版）北京航空航天大学出版社 2007.1 2 冯文旭 朱庆豪 程丽萍单片机原理及应用 (21 世纪高等院校电子信息类本科规划教材) 第 1 版机械工业出版社 3 王幸之，王雷，翟成等.单片机应用系统抗干扰技术M.北京航空航天大学出版社4 单片机应用开发技术
13、王为青 程国钢 人民邮电出版社 20065 孟庆浩，翟振铎，孙冰 A/ D 转换器 MC 14433 实际应用中若干问题的探讨J.天津理工学院学报，1996.6 谭浩强. C 程序设计. 北京:清华大学出版社,2010.67 李群芳，肖看，张士军编著 单片微型计算机与接口技术M.北京：电子工业出版社，2012.18 齐志才，赵继印.MCS-51 系列单片机原理及接口技术 M.中国建筑工业出版社，20059 C8051F 单片机应用解析 美 Cygnal Integrated Products Inc 著 孙德龙等译 北京航空航天大学出版社 2002.1010 Analog Device Company : A Technical Tutorial On Digital Signal SynthsisiM,200011 Agilent Compangy :Agilent 8360B Series Synthesized Swept Siganl Generators User ManualM,2001 指导教师意见指导教师（签名）：年 月 日所在系（所）意见负责人（签章）：年 月 日
