具有自动选档功能的数字电压表设计.DOC

1、具有自动选档功能的数字电压表设计 丽水学院 2009 届学生毕业设计具有自动选档功能的数字电压表设计专业：电子信息工程 班级：电信 052(本) 姓名：蒋丽霞 指导老师：吴晓飞摘要 本文设计了基于单片机的数字式电压表，具有可自动选档，测量范围大，精度高等特点。通过对现有的各种方案分析，采用以 AT89S52 单片机为中央处理器，利用 ICL7135 芯片为完成 A/D 转换功能并且由 LCD 显示结果。给出了具体的硬件设计电路和软件结构，详细叙述了系统硬件线路的设计要点和结构以及软件的设计要点，同时给出了各部分硬件电路原理图和子程序的流程图。经过实验测试，实现了 功能，达到了 等技术指标，基本

2、上达到了任务书的要求。可测量 02000V，精度高可显示 4 位半位数值关键词 AT89S52 ICL7135 LCD 显示 数字电压表 自动选档1.参考文献要按引用次序排列，不可大号在前，小号在后。2.注意图表（包括流程图）中字体、字号，3.注意页眉页脚设置具有自动选档功能的数字电压表设计 丽水学院 2009 届学生毕业设计Digital Voltage Meter Design with Function of Automatic selection stallsProfession: Electronic information engineering Class: 052 Name:J

3、iang lixia Instructor: Wu XiaofeAbstract This paper was designed digital voltage meter,which based on the single-chip. It has much function such as automatic selection stalls，large measuring range( it can measure 0-2000V) , high precision (it can show four and a half number). This subject mainly inc

4、ludes the following content: According to the projects requirements The article describe a solution project in which the single-chip is CPU and the A/D conversion technology combines with the LCD display technology.The specific hardware structure and software design of system is explained.The articl

5、e introduces the pith of design and structure of hardware and the key points of software structures design in detail. Each part of the hardware circuit principle diagram and the flow charts of the software are given. The design of converting the analog input of voltage to digital output uses the hig

6、h precision A/D conversion chip ICL7135, and its method and Circuit are introduced.The design of the circuit and control method is applicable to the general SCM system, and the hardware and software are practical and universal certainly.（作相应改动）Keyword Microcontroller AT89S52 A/Dconversion ICL7135 LC

7、D-1601（作相应改动）具有自动选档功能的数字电压表设计 丽水学院 2009 届学生毕业设计目 录引 言 .1第一章 概述 .2第二章 方案论证及整体设计 .32.1 设计目标 .32.2 方案论证 .32.2.1 核心控制系统论证 .32.2.2 A/D 采样电路论证 .32.2.3 显示电路论证 .52.3 总体设计 .5第三章 系统硬件结构设计 .73.1 硬件系统设计原则 .73.2 单片机及外围电路设计 .73.2.1 单片机系统 .73.2.2 复位电路 .93.2.3 晶振电路 .103.3 A/D 转换电路 .113.3.1 双积分 A/D 转换器的工作原理 .113.3.2

8、 ICL7135 芯片介绍 .123.4 分频电路 .183.5 电压反向电路 .203.6 液晶显示电路 .223.6.1 1601 使用说明 .223.6.2 液晶显示部分与 89S52 的连接 .253.7 输入电路 .253.8 小结 .26第四章 系统的软件设计 .274.1 应用软件设计原则 .274.2 系统主程序设计 .274.3 A/D 中断程序设计 .294.3 小结 .30第五章 制作与调试 .315.1 电路制作 .315.2 调试 .315.2.1 软件调试 .315.2.2 硬件调试 .31具有自动选档功能的数字电压表设计 丽水学院 2009 届学生毕业设计结 论

9、.32参考文献 .33致 谢 .34附录一 源程序 .35附录二 原理图 .42附录三 PCB 图 .43附录四 实物照片 .44附录五 元器件清单 .45具有自动选档功能的数字电压表设计 丽水学院 2009 届学生毕业设计引 言在人类的科学探索与生产活动中，仪器仪表发挥着不可估量的作用，它支撑着社会的技术进步，为众多领域的科学探索活动提供实验和观测手段，为人类有序的生产活动与正常的社会生活提供必需的技术保障。目前人们在生产和生活中普遍使用的电压表有以下几种形式。一种是模拟式的传统电压表，它且有结构简单，成本低的优点，同时也有测量精度低，功能单一，测量速度受到限制等缺点。一种是数字式的电压表，

10、和传统的模拟电压表相比，数字式电压表具有准确度高、数字显示直观准确、输入阻抗高、测量速度快、功能多样等优点。市场上数字式的电压表的类别也多种多样，有数字电路和芯片构成的、基于单片机控制的、基于 FPGA 控制的、基于 CPLD 控制的。采用单片机的数字电压表，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，实现远程测量。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。以数字电压表为核心扩展成的各种数字化仪表几乎覆盖了电子电工测量、工业测量、自动化系统等各个领域。本文设计的数字电压表由 A/D 转换器以及单片机构成。A/D

11、 转换器采用了 ？ ，每秒钟 A/D 采样转换三次，能将模拟量准确的转换成数字量，转换精度高，相当于 14 位二进制，并且价格低廉，抗干扰能力强。只要用户调准好基准电压，02V 范围内的测量电压精确度达 0.0005V，系统内置电压衰减电路，可进行高压直流测量。本文设计的数字电压表成本低，可靠性强，精度高具有一定的市场优势。具有自动选档功能的数字电压表设计 丽水学院 2009 届学生毕业设计第一章 概述 （这一章的内容应该是引言，在这一章中应重点介绍你设计的东西的组成、功能及特点等。或把引言和第一章合并）21 世纪是一个数字化的时代，各式各样的数字产品如雨后春笋般进入科学研究、工业生产和生活等

12、各领域。当今，数字电压表正进入一个蓬勃发展的新时期，一方面它开拓了电子测量领域的先河，另一方面它本身正朝着高准确度、智能化、低成本的方向发展。此外，数字电压表在安装工艺、外观设计、安全性、可靠性等方面也在不断改进，日臻完善。因此，对数字电压表的研究具有时代的意义。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，数字电压表在这样的背景下孕育而生。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（直流或交流输入电压）转换成不连续、离散的数字量形式并加以显示的仪表。在电量的测量中，电压、电流和频率是最基本的三个被测量。其中，电压量的测

13、量最为经常。而且随着电子技术的发展，更是经常需要测量高精度的电压，所以数字电压表就成为一种必不可少的测量仪器。另外，由于数字式仪器具有读数准确方便、精度高、误差小、灵敏度高和分辨率高、测量速度快等特点而倍受用户青睐，数字式电压表就是基于这种需求而发展起来的。目前数字电压表的设计和开发,已经有多种类型和款式，如由数字电路和芯片构成的、基于单片机控制的、基于 FPGA 控制的、基于 CPLD 控制的等等。基于微处理器(单片机)控制的数字电压表，以单片机和 A/D 转换器为主要元件，实现数字电压表的硬件电路。这样的电压表电路简单，所用的元件较少，成本低，调节工作可实现自动化，还可以方便地进行 8 路

14、 AD 转换量的测量，远程测量结果传送等功能。解决了传统电压表欠缺灵活，其系统功能固定，难以更新扩展的缺点。数字电压表的发展，从一九五二年美国 NLS 公司生产的四位电子管数字电压表到现在已出现 8 位数字电压表，参数可测直流电压、交流电压、电流、阻抗等。因测量自动化程度不断提高，数字电压表可以和 PC 机相结合，实现远程测量和对数据的传输处理等功能。目前世界上美国 FLUKE 公司在直流和低频交流电量的校准领域居国际先进水平。例如该公司生产的“4700A”多功能校准器和“8505”微机数字多用电压表，可用 8 位显示，直流精度可达到十百万分之五，读数分辨力 01pV，带有 AD 转换模式、数

15、据输出接口型 IEEE-488，具有比率测量软件校准和有交流电阻、电流选件。还有高精度电压标准器“5400A” 、“5200A”、 “5450A ”等数字仪表，都是作为一级计量站和国家级计量站使用的标准仪表。还有英国的 7055 数字电压表采用脉冲调宽技术。日本横河公司生产的 2501 型采用三次采样等等。 。 。 。在不断的蓬勃发展。具有自动选档功能的数字电压表设计 丽水学院 2009 届学生毕业设计在现代电子科技的高速发展过程中，微型化、集成化、高密度化以及设备的高精度化已经成为一种长期的趋势，这就要求我们力求使用更精确的设备。数字电压表正向这样的趋势发展中，未来的数字电压表更加面向智能化

16、。具有自动选档功能的数字电压表设计 丽水学院 2009 届学生毕业设计第二章 方案论证及整体设计（就叫整体设计，文中有关方案论证的，标题进行修改，内容可用）2.1 设计目标设计一个具有 。 。 。 功能的数字电压表，要求：1. 电压测量范围：0-2000V2. 最小误差 0.5V3. 结果可显示四位半数值4. 输出数据用 LCD 液晶显示5. 用 ICL7135 实现数字量的转换6. 用 ICL7660 产生-5V 电压7. 核心控制部件采用单片机控制，不需要看门狗电路，直接利用单片机资源。2.2 方案论证2.2.1 核心控制系统论证目前数字电压表很多采用单片微处理器来作为应用系统的中央处理器

17、。单片微理器具有集成度高，系统结构简单，应用灵活，处理功能强，运算速度快等一系列优点，这就使单片机为基础的应用系统容易做到体积小，性能好，价格便宜，易于产品化。 目前单片机种类繁多，有 8 位机的 Intel MCS-51 系列， PIC 系列等，16 位单片机有Intel MCS-96 系列等。在本设计中，8 位单片机就能满足系统的设计需要。目前的 8 位单片机中，以 Intel MCS-51 系列单片机的品种最多，接口芯片以及应用软件也非常丰富。在选择 MCS-51 系列单片机芯片时，在成本允许的情况下，尽可能地选用集成度高的微处理器。ATEML 公司推出的 89S52 低功耗单片机，高性

18、能的 8 位 COMS 单片机。它内部集成了 8k的 flash 程序存储器，这种 flash 存储器可以反复擦除 10000 次之多，将使程序调试非常方便。同时 AT89S52 具有 128 字节内部 RAM, 32 位输出/ 输入口线，3 个 16 位定时器/计8数器，6 个中断源 2 级中断处理能力，具有休眠和掉电两种节电模式。从系统的各个方面考虑，选用 AT89S52 单片机作为遥控接受系统的中央处理器，它应该完全能够满足系统的需要 4。具有自动选档功能的数字电压表设计 丽水学院 2009 届学生毕业设计2.2.2 A/D 采样电路论证（不需要每种介绍，重点介绍你所使用的 A/D 转换

19、器，可适当比较相近的两三种即可）目前市场上的 A/D 转换芯片种类繁多。按转换位数分有 8 位，10 位，12 位，16 位，凌特公司甚至推出了 24 位的高精度芯片 LTC2400。按基本原理及特点分有积分型，逐次逼近型，并行比较型/串并行型，- 调制型，电容阵列逐次比较型及压频变换型。积分型 AD 工作原理是将输入电压转换成时间(脉冲宽度信号)或频率(脉冲频率)，然后由定时器/计数器获得数字值。其优点是用简单电路就能获得高分辨率，但缺点是由于转换精度依赖于积分时间，因此转换速率极低。逐次比较型 AD 由一个比较器和 DA 转换器通过逐次比较逻辑构成，从 MSB 开始，顺序地对每一位将输入电

20、压与内置 DA 转换器输出进行比较，经 n 次比较而输出数字值。其电路规模属于中等。其优点是速度较高、功耗低，在低分辨率（12 位）时价格很高。并行比较型 AD 采用多个比较器，仅作一次比较而实行转换，又称 flash(快速)型。由于转换速率极高，n 位的转换需要 2n-1 个比较器，因此电路规模也极大，价格也高，只适用于视频 AD 转换器等速度特别高的领域。串并行比较型 AD 结构上介于并行型和逐次比较型之间，最典型的是由 2 个 n/2 位的并行型 AD 转换器配合 DA 转换器组成，用两次比较实行转换，所以称为 Half flash(半快速)型。还有分成三步或多步实现 AD 转换的叫做分

21、级（Multistep/Subrangling）型 AD，而从转换时序角度又可称为流水线（Pipelined）型AD，现代的分级型 AD 中还加入了对多次转换结果作数字运算而修正特性等功能。这类 AD速度比逐次比较型高，电路规模比并行型小。- 型 AD 由积分器、比较器、1 位 DA 转换器和数字滤波器等组成。原理上近似于积分型，将输入电压转换成时间(脉冲宽度)信号，用数字滤波器处理后得到数字值。电路的数字部分基本上容易单片化，因此容易做到高分辨率。主要用于音频和测量。电容阵列逐次比较型 AD 在内置 DA 转换器中采用电容矩阵方式，也可称为电荷再分配型。一般的电阻阵列 DA 转换器中多数电阻

22、的值必须一致，在单芯片上生成高精度的电阻并不容易。如果用电容阵列取代电阻阵列，可以用低廉成本制成高精度单片 AD 转换器。最近的逐次比较型 AD 转换器大多为电容阵列式的。压频变换型（Voltage-Frequency Converter）是通过间接转换方式实现模数转换的。其原理是首先将输入的模拟信号转换成频率，然后用计数器将频率转换成数字量。从理论上讲这种 AD 的分辨率几乎可以无限增加，只要采样的时间能够满足输出频率分辨率要求的累积脉冲个数的宽度。其优点是分辩率高、功耗低、价格低，但是需要外部计数电路共同完成 AD 转换。通过上述几种 AD 转换器的论证我们从经济实用的角度出发采用积分型的

23、转换器，虽然转换速度相对较低，但是电压表对精度要求比较高而对转换速率的要求不是很高。因此，具有自动选档功能的数字电压表设计 丽水学院 2009 届学生毕业设计我们选用德州仪器制造的 ICL7135（或 TLC7135）芯片。它是一种双积分 A/D 转换器，具有精度高（精度相当于 14 位二进制数） 、价格低廉、抗干扰能力强等优点。ICL7135 是采用 CMOS 工艺制作的单片 4 位半 A/D 转换器，其所转换的数字值以多工扫描的方式输出，直接以 BCD 码的形式输出，只要附加译码器，数码显示器，驱动器及电阻电容等元件，就可组成一个满量程为 2V 的数字电压表，这就简化了单片机对数据的处理，

24、使软件设计变得简单。2.2.3 显示电路论证目前字符型液晶显示模块广泛应用于智能仪表、通讯、办公自动化及军工等领域。在国际上已经规范化，无论显示屏规格如何变化，其电特性和接口形式都是统一的。因此只要设计出一种型号的接口电路，在指令设置上稍加改动即可使用各种规格的字符型液晶显示模块。和数码管相比，字符型液晶显示模块的使用更加灵活，显示程序比较通用，可移植性强，读数视觉效果好，显示字符类型也多种多样，例如，在电压超过量程时，字符型液晶显示模块可以轻松的显示“Over”,而数码管实现起来却比较麻烦。因此，在本设计中显示电路采用 LCD-1601 液晶显示屏。LCD-1601 液晶显示屏是以若干个 5

25、 7/8 或 5 10/11 点阵块组成的显示字符群，每个点阵块为一个字符位，字符间距和行距都为一个点的宽度。主控制驱动 IC 为 HD44780 及其他公司全兼容 IC 如：NT3881 NOVATEK KS0066 SAMSUNG SPLC78A01 SUNPLUS。具有字符发生器 ROM，可显示 192 种字符，160 个 5 7 点阵字符和 32 个 5 10 点阵字符。具有 64 个字节的自定义字符 RAM ，可自定义 8 个 5 8 点阵字符或 4 个 5 11 点阵字符。具有 80 个字节的 RAM。标准的接口特性，适配 M6800 系列 MPU 的操作时序。模块结构紧凑轻巧装配容易。单+5V 电源供电，低功耗、长寿命、高可靠性。综上所述考虑，选用 LCD-1601 显示模块可以满足数字电压表的数显要求。