1、（2011届）毕业设计题目基于PIC的直流数字电压表设计姓名专业电子信息工程班级学号指导教师导师职称2011年05月15日I基于PIC的直流数字电压表的设计摘要本文介绍了数字电压表的发展趋势和利用PIC单片机以及单片机内部的A/D转换器相结合的方法设计一个直流数字电压表的原理和方法。此设计的主要功能设置三种量程，分别是05V,050V,0500V。由于单片机的模拟输入电压量程为05V，所以在050V和0500V量程时，需要进行电压变化，将电压转换到05V。其最小精度是20MV。而且具有量程自动切换功能和过压保护功能。本设计采用的单片机是PIC16F877单片机。此单片机内置有多路10位A/D转
2、换器，可以利用这些A/D转换器实现模拟电压的数字化，然后将采集的结果经LED驱动器处理后在LED数码管上显示出来，实现数字电压表的功能。关键词数字电压表，PIC系列单片机，A/D转换器IITHEDESIGNOFDCDIGITALVOLTMETERBASEDONPICABSTRACTTHEPAPERMAINLYINTRODUCETHEDEVELOPMENTTRENDOFDIGITALVOLTMETERANDTHEPRINCIPLEANDMETHODOFDCDIGITALVOLTMETERDESIGN,WHICHISBASEDONTHEUSEOFPICSCMANDITSINTERNALA/DCON
3、VERTERTHEMAINFUNCTIONSOFTHEDESIGNSETTHREEMEASURINGRANGESINCLUDE05V,050V,0500VBECAUSETHEMEASURINGRANGEOFTHESCMIS05V,WHENWEAREFACEDOFTHEMEASURINGRANGE050VOR0500V,WESHOULDTRANSFORMTHEVOLTAGETO05V,ANDSET20MVASTHEMINIMUMACCURACYINADDITION,WEGIVETHEMEASURINGRANGEAUTOSWITCHANDOVERVOLTAGEPROTECTIONFUNCTIONS
4、PIC16F877SCMISTHESCMTHATISUSEDINTHEDESIGNTHESCMHAS10BITA/DCONVERTERINSIDE,WHICHCANBEUSEDTOACHIEVETHEDIGITIZATIONOFTHEANALOGVOLTAGETHENDEALTHERESULTSWEGATHERWITHLEDDRIVEANDDISPLAYTHEVOLTAGEONTHELEDDIGITALTUBETOREALIZETHEDIGITALVOLTMETERDESIGNKEYWORDSDIGITALVOLTMETER，PICSCM,A/DCONVERTERIII目录摘要IIIABSTR
5、ACTIV1绪论111课题的意义112课题研究的主要内容12课题设计背景的介绍121数字电压表简介122数字电压表设计几种方案简介3221双积分式电压表3222由ASIC芯片和外围硬件设备组成的数字电压表3223采用FPGA设计的电压表3224基于PIC单片机设计的数字电压表323各种器件的介绍4231PIC单片机简介42328位LED数码管简介5233LED驱动器简介73硬件电路系统各模块的设计831单片机系统832输入电路933LED驱动器与单片机的连接11348位LED数码管与LED驱动器的连接124总体设计1241设计的技术要求1242设计方案1343设计的总电路原理1344设计的总电
6、路图145系统的软件设计1451参考程序流程图1452软件设计的程序15结论20参考文献21致谢22基于PIC的直流数字电压表设计11绪论11课题的意义在电量的测量中，频率、电压和电流是三个最基本的被测量，其中电压量是最为经常的被测量。电学参量的测量技术所涉及的范围及广，运用于学校、科研、国防等各种领域，为实验室和工业现场提供测试。而且随着电子技术的不断发展，在数字化、智能化、科技化为主的今天。数字电压表已成为电压表设计的主要趋势，在当前电压测量系统中起着非常重要的作用。更是在需要测量高精度的电压时，数字电压表就是一种必不可少的测量仪器。电气测量中，电压是一个非常重要的参数。如何精确地测量模拟
7、信号的电压值，一直是电测仪器研究的内容之一。而数字电压表是通用仪器中被广泛使用的一种测试仪器，很多电量或非电量经变化后都需要数字电压表完成测试。因此，数字电压表被普遍地使用于科研和生产测试中1。12课题研究的主要内容本文所述的基于PIC的直流数字电压表的设计是根据数据采集的工作原理来实现直流数字电压的测量。本设计采用的单片机是PIC16F877单片机。此单片机内置有多路10位A/D转换器，可以利用这些A/D转换器实现模拟电压的数字化，然后将采集的结果经LED驱动器处理后在LED数码管上显示出来，实现数字电压表功能。功能框图如图11所示图11直流数字电压表的功能框图在设计中，首先要进行量程设计。
8、由于PIC16F877的A/D转换器的A/D通道输入范围是05V，因此，如果输入的信号大于5V时，就要转换为05的量程范围内。其次将结果在LED数码管上显示出来。2课题设计背景的介绍21数字电压表简介数字电压表（DIGITALVOLTMETER）简称DVM。是一种利用模数转换原理测量程切换和量程判断PIC单片机最小系统LED数码管驱动器8位LED数码管毕业设计2量电压值，并以数字形式显示测量结果的仪表。它是诸多数字化仪表的基础与核心,电压表的数字化是将连续的模拟量如直流电压转换成不连续的离散的数字形式并加以显示,这就明显地区别于传统的以指针加刻度盘进行读数的方法。避免了读数因视差和视觉疲劳而产
9、生的误差。目前，A/D转换器是数字电压表的内部核心部件,转换器的精度很大程度上影响着数字电压表的准确度,数字式电压表是由高阻抗电压表头与分压电路组成的2。数字电压表开始出现在20世纪50年代。那时候数字电压表的特点是运用各种原理来实现数模转换。由于精密点测量的需求，数字电压表开始向高精度、高位数方向发展，于是出现了所谓复合型原理的仪表。如1971年日本研制的TR6567；1973年英国研制的SM215。从此电压表进入了高精度阶段。在后来，由于电子技术、大规模集成电路及计算机技术的发展，人们很快就研制出了微处理器数字电压表。实现了数字电压表可变程序和数据自动化处理。此后，数字电压表就进入了智能化
10、阶段3。数字电压表的特点主要有以下几点1）直观、准确。电压表的数字化，是连续的模拟量（如直流电压）转换为不连续的离散的数字形式并加以显示。这有别于传统的指与刻盘进行读书的方法，避免了读数时因视差和视觉疲劳而产生的误差。2）显示范围广，分辨力高。传统的刻度指针表的分辨力，是由刻度盘的细度来体现的，可是在一定条件下刻度盘无法分得很细，太细了视觉分辨也很困难。而数字电压表目前可以做到从25到105。3）转入阻抗。数字电压表的转入阻抗可高达（1104）欧姆。转入阻抗越高，所吸收被测信号的电流就越小，所带来的附加误差极小，可以忽略。4）集成度高、功耗小、抗干扰能力强。由于COMS技术的发展和完善，集成电
11、路的功耗变得很小，即发热量很小。这样就可以使更多的元件集成在同一块芯片上，形成大规模或超大规模集成电路。不仅仪表小巧而且功能齐全，则其他如手机、袖珍电脑等也得以诞生。5）可扩展能力强。直流数字电压表本身可以扩展成交流电压表、交直电流表、峰值表、功率表等还可以附加智能化。例如计算、保持、比较数字、设定时间，设定上、下量限及自动控制等多种功能。在今后，数字电压表将采用新的技术，不断开发新产品。向着模块化方向发展，而且实现多重仪表显示，安全性、可靠性逐步增强。基于PIC的直流数字电压表设计322数字电压表设计的几种方案简介221双积分式电压表那种采用双积分式模/数转换器为核心器件的电压表称为双积分式
12、电压表。在一个测量周期内，将被测电压UI加到积分器的输入端，在确定时间内进行积分。然后切断输入电压。接着在积分器的输入端加电压U，此电压与UI极性相反，进行定值积分，由于积分方向相反，直到积分输出达到起始电平为止。从而将UI转换成时间间隔量进行测量。这时用计数器累计起来的时间间隔内的脉冲数就是UI之值。这种设计的电路简单，便于维护。但电压表的测量精度完全受到模/数转换的精度的控制，而且系统无升级空间4。222由ASIC芯片和外围硬件设备组成的数字电压表由ASIC芯片和外围硬件设备组成的数字电压表系统通常具有灵活性不强等缺陷。AD转换器在控制ASIC所提供的时序信号作用下，将输入的模拟信号进行转
13、换，转换结果再经过控制核心进行运算和处理，最后数字电压信号由驱动输出装置显示出来。由于系统功能由ASIC硬件结构决定，所以其功能难以更新和扩展5。223采用FPGA设计的数字电压表采用现场可编程门阵列（FPGA）作为系统的控制核心，是当今电子产品的发展的热门方向。系统尽可能地将所有器件集成在FPGA芯片上，这样使体积大大减小了而且集成度高、可靠性强。要做一个关于FPGA的设计，设计者必须具备软件兼硬件工程师的素质，而且要对时序电路和所使用的FPGA芯片的内部结构以及FPGA周边硬件和所在系统非常了解。但在目前电子行业真正懂得FPGA设计的工程师非常紧缺。这就使设计的要求非常苛刻，而且FPGA的
14、价格很贵，稳定性和相同条件下的布线成功率差6。224采用PIC单片机设计的数字电压表利用PIC单片机系统、模数转换芯片、显示模块等部件结合构建而成的数字电压表在现阶段得到了广泛应用。由于单片机的发展已经成熟，利用单片机系统的软硬件结合，可以组装出许多不同功能的应用电路来。它具有体积小，驱动电流小，动作快，操作快，结构简单等优点。此方案的原理是模数（A/D）转换芯片的基准电压端和被测量电压的输入端分别输入基准电压和被测电压。模数（A/D）转换芯片将被测量电压输入端所采集到的模拟电压信号转换成相应的数字信号，然后通过对单片机系列进行软件编程，使单片机系统能按规定的时序来采集这些数字信号，通过一定的
15、算法计算出被测量电压值。最后单片机毕业设计4系统将计算好了的被测电压值按时序送入显示电路模块并加以显示7。基于PIC单片机设计的直流数字电压表继承了前面各种设计方案的基本优点，而且改进了其他方案可能会出现的不灵活、难以在原基础上进行功能扩展等缺陷。因此我觉得采用基于PIC单片机来设计直流数字电压表是最合适和可取的方案。23各种器件的介绍231PIC单片机简介PIC（PERIPHERALINTERFACECONTROLLER）是美国微芯公司（MICROCHIPTECHNOLOGYINC）生产的单片机。是用来开发去控制外围设备的一种集成电路（IC）。一种具有分散功能的CPU。相对于人类来说，大脑就
16、是CPU。PIC的共享部分就相当于人的神经系统。它们的最高操作频率都在20MHZ左右，用来写程序的存储器容量大约1K4K字节8。PIC内部是由程序存储器（ROM）、数据存储器（RAM）、计算单元和外围接口电路所组成。本设计所用的单片机是PIC16F87X系列单片机。引脚功能图如下所示123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE20MAY2011SHEETOFFILED课程文档MYDESIGNDDBDRAWNBYRA02MCLR1RA13RA24RA35RA46RA57RE08RE19RE210VDD11VSS12OSC113OSC214RCO
17、15RC116RC217RC318RD019RD120RB740RB639RB538RB437RB336RB235RB134RB033VDD32VSS31RD730RD629RD528RD427RC726RC625RC524RC423RD322RD221PIC16F877PIC16F877图21PIC16F877单片机引脚图在PIC16F87X系列单片机中，28脚封装的型号具有3个并行端口，分别是RA、RB和RC；40脚封装的型号具有5个并行端口，分别是RA、RB、RC、RD、RE。RA包含6个引脚，RE包含3个引脚，RB、RC、RD都包含8个引脚。由于PIC16F87X属于8位单片机，因此每
18、个端口都有数量不超过8个的引脚构成。每个端口中的每根引脚都可以用软件的方式单独编程，设定为输出引基于PIC的直流数字电压表设计5脚或者输入引脚。其中有些I/O引脚和单片机内部的某些功能部件或其他外围的外接信号线进行了复用，也就是说，既可以作为普通I/O引脚，又可以作为某些功能部件或外围电路的外接引脚。一下对于各个端口的特色简要概括一下RA口兼备5条模/数转换器的模拟量输入通道；RB口具有电平变化中断和弱上拉功能；RC口复合的功能多，3中串行通信接口的外接引脚都有此引出；RD口兼做并行从动端口的8位数据吞吐引脚；RE口兼做并行从动端口的3条控制信号引脚，以及3条模/数转换器的模拟量输入通道。PI
19、C系列单片机的主要特点由1总线结构PIC的总线结构是哈佛结构，指令空间和数据空间是完全分开的。一个用于指令，一个用于数据，正因为可以对程序和数据进行同时访问，这样就大大提高了数据的吞吐率。2流水线结构PIC的取指和执行采用双指令流水线结构，当一条指令被执行时，下一条指令就被同时取出,单周期指令就这样被实现了。3寄存器组PIC所有的寄存器，如I/O端口,定时器和程序计数器等采用的都是RAM结构形式，而且都只需要一个指令周期就能完成访问和操作9。PIC系列单片机的最大特点是不搞纯粹的功能堆积，而是从实际出发，注重产品的性能与价格比。为了满足不同层次的应用要求，PIC系列单片机发展了多种型号。因此P
20、IC在电子产品的设计和研究领域得到了广泛使用。2328位LED数码管的简介LED数码管是由多个发光二极管封在一起组成“8”字型的器件。各连线的连接已在内部连接完成。8位数码管是由7段和一个小数点组成。颜色有单红，黄，蓝，绿，白，七彩效果。可放在PCB电路板上按红绿兰顺序呈直线排列，以专用驱动芯片控制，构成变化无穷的色彩和图形。外壳采用阻燃PC塑料制作，强度高，抗冲击，抗老化，防紫外线，防尘，防潮。LED护栏管具有功耗小，无热量，耐冲击，长寿命等优点，配合控制器，即可实现流水，渐变，跳变，追逐等效果。如果应用于大面积工程中，连接电脑同步控制器，还可显示图案，动画视频等效LED数码全彩灯管可以组成
21、一个模拟LED显示屏，模拟显示屏可以提供各种全彩效果及动态显示图像字符，可以采用脱机控制或计算机连接实行同步控制；可以显示各式各样的全彩动态效果。控制系统采用三泰VISS专用灯光编程软件编辑，数码管控制花样更改方便，只需将编辑生成的花样格式文件复制进CF卡即可，数码管控制器可以单独控制，也可多台联机控制，数码管安装编排方式任意，适合各种复杂工程需求。数码管、控制器以及毕业设计6电源等以标准公母插头连接，方便快捷，并具有独特的外形设计，全新的户外防水结构。在应用领域方面主要用于楼体墙面，广告招牌，高档的DISCO、酒吧、夜总会、会所的门头广告牌等。特别适合应用于广告牌背景、立交桥、河、湖护栏、建
22、筑物轮廓等大型动感光带之中，可产生五光十色彩虹般亮丽的效果，事实证明，它已经照明产品中的一支奇葩，绽放动感都市。LED数码管根据接法不同可分为共阴极和共阳极两类。下图就是共阴和共阳数码管的区别123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE20MAY2011SHEETOFFILED课程文档MYDESIGNDDBDRAWNBYD1D2D3D4D5D6D7D8D1D2D3D4D5D6D7D8R11KR21KR31KR41KR51KR61KR71KR81KR11KR21KR31KR41KR51KR61KR71KR81K5ABFCGDEDPY123456
23、7ABCDEFG8DPDPDPY_7SEG_DPABCDEFGDPABCDEFGDPABCDEFGDP共阴极共阳极GND图22共阴极和共阳极数码管结构区别图上图中罗列了8段数码管共阴接法和共阳接法。通过对比可知这里所指的共阴极还是共阳极主要是看数码管管脚是高电平有效还是低电平有效。LED数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个断码。根据数码管的驱动方式不同可分为静态式和动态式两种驱动。一、静态显示驱动静态驱动也称直流驱动。静态驱动指的是每个数码管的每一段由一个单片机的I/O口进行驱动，或者用BCD码二十进位解码器解码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点占用I/O口多。
24、二、数码管动态显示界面是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔画“A,B,C,D,E,F,G,DP”同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位元选通电路，位元选通由各个独自的基于PIC的直流数字电压表设计7I/O线控制，当单片机输出字型码时，所有数码管都接收到相同的字形，取决于单片机对位元选通COM端电路的控制，所以只要将需要的数码管的选通控制打开，该位元就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮10。233LED显示驱动器的介绍本设计所用到的LED显示驱动器是MAX7219型号的。它是一种集成化的串行输入/输出共阴极显示驱动器。可同时驱动8位共阴极L
25、ED或64个独立的LED。其内部结构主要包括移位寄存器、控制寄存器、译码器、数位与段驱动器以及亮度调节和多路扫描电路。MAX7219采用串行接口方式，它的数据传送由LOAD、DIN、CLK三个管脚就能实现。DIN管脚上的16位串行数据包不受LOAD状态的影响，在每个CLK的上升沿被移入到内部16位移位寄存器中。然后，在LOAD的上升沿数据被锁存到数字或控制寄存器中。LOAD必须在第16个时钟上降沿或之后，但在下一个时钟上升沿之前变高,否则数据将会丢失。DIN端的数据通过移位寄存器传送,并在165个时钟周期后出现在DOUT端,随CLK的下降沿输出。其管脚图如下123456ABCD654321DC
26、BATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE20MAY2011SHEETOFFILED课程文档MYDESIGNDDBDRAWNBYDIN1DIG02DIG43GND3DIG65DIG26DIG37DIG78GND9DIG510DIG111LOAD12DOUT24SEGD23SEGDP22SEGE21SEGC20V19ISET18SEGB16SEGG17SEGF15SEGA14CLK13MAX7219图23LED数码管驱动器MAX7219引脚图它的管脚功能分别是管脚1DIN串行数据输入端口。在时钟上升如沿时数据被载入内部的16位寄存器。管脚2，3，58，10，11DIG0DIG7
27、八个数据驱动线路置显示器共阴极为低电平。关闭时7219此管脚输出高电平。管脚4，9GND底线（4脚和9脚必须同时接地）。管脚12LOAD数据载入。连续数据的后16位在LOAD端的上升沿时被锁定。毕业设计8管脚13CLK时钟序列输入端。最大速率为10MHZ。在时钟的上升沿，数据移入内部移位寄存器。下降沿时，数据从DOUT端输出。管脚1417，2023SEG，ASEGG，DP7段和小数点驱动，为显示器提供电流。当一个段驱动关闭时，7219的此端呈低电平。管脚18SET通过电阻连接到VDD来提供段电流。管脚19V正极电压输入，5V。管脚24DOUT串行数据输出端口，从DIN输入的数据在165个时钟周
28、期后在此端有效。当使用多个MAX7219时用此端方便扩展。3硬件各系统模块的设计31单片机系统单片机的最小系统是指能够维持单片机正常运行所需的最小电路，主要包括电源电路、复位电路、时钟电路等。123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE20MAY2011SHEETOFFILED课程文档MYDESIGNDDBDRAWNBYY12MHZS0SWPBRA02MCLR1RA13RA24RA35RA46RA57RE08RE19RE210VDD11VSS12OSC113OSC214RCO15RC116RC217RC318RD019RD120RB740RB
29、639RB538RB437RB336RB235RB134RB033VDD32VSS31RD730RD629RD528RD427RC726RC625RC524RC423RD322RD221PIC16F877C210UFC315PFC415PF55图31单片机最小系统图1电源电路对于PIC16F87X系列单片机，他们的工作电源为20到55V，具有很宽的范围。单片机所需的电流与工作电压和工作频率有关在电源为5V，频率为40MHZ的情况下，所需工作电流小于2MA；在电源为3V，频率为32KHZ的情况下，所需工作电流小于20UA；在4MHZ频率的情况下，所需工作电流小于基于PIC的直流数字电压表设计90
30、6MA。典型的稳态电流值小于1UA。2时钟电路在PIC单片机的下方电路是时钟电路。单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反相放大器的输入端为芯片引脚OSC1，输出端为引脚OSC2。该两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就构成一个稳定的自激振荡器。在电路中电容C1和C2典型值通常选择为30UF左右。晶振的振荡频率范围通常在12MHZ12MHZ之间。3复位电路在PIC单片机的上方电路是最简单的上电自动复位电路。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。当电源接通时只要VCC的上升时间不超过1MS，就可以实现自动上电复位11。32输入电路由于输入电路的电压比基准电压高很
31、多，因此在输入电路必须加电压衰减器。衰减电路有开关来选择衰减率，从而达到换挡的功能。完整的输入电路和单片机的连接图如下123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE20MAY2011SHEETOFFILED课程文档MYDESIGNDDBDRAWNBYRA02MCLR1RA13RA24RA35RA46RA57RE08RE19RE210VDD11VSS12OSC113OSC214RCO15RC116RC217RC318RD019RD120RB740RB639RB538RB437RB336RB235RB134RB033VDD32VSS31RD730R
32、D629RD528RD427RC726RC625RC524RC423RD322RD221PIC16F877D1S2S1R145KR2495KR35KR41KR55KR610KSWPBC210UFUIN55C315PFC415PFY12MHZ5图32输入电路毕业设计10设计中设置三个量程05V，050V，0500V。由于单片机的模拟输入电压量程为05V，因此在050V和0500V时，要进行电压变化，将电压变到05V。图中三项选择开关S1和S2是同步的。当S2开关连最左端时，由于左端端口直接接地，则此时输入RA0端口的电压是0V。此时开关S1也接最左端，此时所测的显示电压为实际电压5K/5K1倍，
33、所以此时RA1口的量程为05V。当S2开关连中间端时，由于中间端口接5V及一个5K电阻，则此时输入RA0端口的电压是5K/（5K5K）25V。此时开关S1也接中间端，此时所测的显示电压为实际电压5K/（45K5K）1/10倍，则实际电压要所测电压乘以10，所以此时RA1口的量程为050V。当S2开关连右端时，由于右端口接5V，则此时输入RA0端口的电压是5V。此时开关S1也接右端，此时所测的显示电压为实际电压5K/（495K5K）1/100倍，则实际电压要所测电压乘以100，所以此时RA1口的量程为0500V。这样就进行了量程的转换功能了。确保了输入单片机的模拟电压在05V范围内。要将PIC1
34、6F877的端口RA0、RA1设置为模拟输入端口，在软件设计时。首先必须设置引脚为输入，其次将ADCON1寄存器的PCFG3PCGG0设置为模拟输入，同是设置A/D变换的参考电压VREF和VREF分别为VDD和VSS，见表61和62。表31模拟输入引脚设置表PCFG3PCFG0RA5RA3RA2RA1RA000XXAAAAA0100DADAA0101DADAA10XXAAAAA1100AAAAA1101DAAAA1110DDDDA1111DAADA其它DDDDD注A模拟量输入，D数字量I/O表32A/D参考电压选择表PCFG3PCFG0VREFVREF0XX0VDDVSS00X1RA3VSS0
35、101RA3VSS0111VDDVSS1000RA3RA21001VDDVSS1010RA3VSS基于PIC的直流数字电压表设计111X11RA3RA2110XRA3RA21110VDDVSS同时，为了能使单片机软件自动识别量程，在设计中增加了一个A/D输入通道B，量程设为05V。实验中采用通道B和通道A联动开关的方法,当通道B输入不同的电压时代表不同的输入量程，见表33表33量程分配表通道B输入电压对应通道A量程50V0500V25V050V00V05V当采集到B的输入为50V，对应通道A为0500V量程；当采集到通道B的输入为25V时，对应通道A为050V量程；当采集到通道B的输入为00V
36、时，对应通道A为05V量程12。33LED驱动器与单片机连接LED数码管驱动芯片MAX7219接收和采集来自经单片机内部的A/D转换器转换出的数据量。用端口DIN输入数据，端口LOAD载入数据。这些数据经驱动器驱动后再输给LED数码管显示。与单片机的连接如下图所示123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE20MAY2011SHEETOFFILED课程文档MYDESIGNDDBDRAWNBYDIN1DIG02DIG43GND3DIG65DIG26DIG37DIG78GND9DIG510DIG111LOAD12DOUT24SEGD23SEGDP
37、22SEGE21SEGC20V19ISET18SEGB16SEGG17SEGF15SEGA14CLK13MAX7219接PIC的RC5端口接PIC的RC4端口接PIC的RC3端口图33LED驱动器与单片机的连接图毕业设计12348位LED数码管与LED驱动器的连接LED驱动器MAX7219的管脚DIG0DIG7接数码管使数码管的八个数据驱动线路置显示器阴极为低电平有效。管脚SEGASEGG和DP，7段和小数点驱动为显示器提供电流。其连接图如下所示123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE20MAY2011SHEETOFFILED课程文档MY
38、DESIGNDDBDRAWNBYDIN1DIG02DIG43GND3DIG65DIG26DIG37DIG78GND9DIG510DIG111LOAD12DOUT24SEGD23SEGDP22SEGE21SEGC20V19ISET18SEGB16SEGG17SEGF15SEGA14CLK13MAX7219R1953K8位LED数码管LED数码管C1222UF5图34LED数码管与LED驱动器的连接图4总体设计41设计的技术要求（1）测量范围设置有三种量程05V,050V,0500V。由于单片机的模拟输入电压量程为05V，所以在050V和0500V量程时，需要进行电压变换，将电压转换到05V。（2
39、）精度最小20MV（3）具有量程自动切换功能。基于PIC的直流数字电压表设计13（4）具有过压保护功能42设计方案利用PIC单片机系统、模数转换芯片、显示模块等部件结合构建而成的数字电压表在现阶段得到了广泛应用。由于单片机的发展已经成熟，利用单片机系统的软硬件结合，可以组装出许多不同功能的应用电路来。它具有体积小，驱动电流小，动作快，操作快，结构简单等优点。此方案的原理是模数（A/D）转换芯片的基准电压端和被测量电压的输入端分别输入基准电压和被测电压。模数（A/D）转换芯片将被测量电压输入端所采集到的模拟电压信号转换成相应的数字信号，然后通过对单片机系列进行软件编程，使单片机系统能按规定的时序
40、来采集这些数字信号，通过一定的算法计算出被测量电压值。最后单片机系统将计算好了的被测电压值按时序送入显示电路模块并加以显示13。43设计的总电路原理本设计只要利用PIC16F877的两路A/D转换就可实现模拟量的转换功能。RA0作为未知电压输入通道，RA1作为量程判断通道。通道RA1输入有三个值00V，25V和5V，分别对应通道RA1的电压值，确定电压范围，然后采集通道RA0的电压值，乘以量程的比例系数，就是所测的实际电压值了。最后通LED驱动器处理后显示在LED数码管上。要将PIC16F877的端口RA0和RA1设置为模拟输入端口，在软件设计时，必须设置引脚为输入，接着将ADCON1寄存器的
41、PCFG3PCFG0设置为模拟输入，同时设置A/D变换的参考电压VREF和VERF分别为VDD和VSS。毕业设计1444设计的总电路图123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE26MAY2011SHEETOFFILED课程文档MYDESIGNDDBDRAWNBYRA02MCLR1RA13RA24RA35RA46RA57RE08RE19RE210VDD11VSS12OSC113OSC214RCO15RC116RC217RC318RD019RD120RB740RB639RB538RB437RB336RB235RB134RB033VDD32VSS
42、31RD730RD629RD528RD427RC726RC625RC524RC423RD322RD221PIC16F877DIN1DIG02DIG43GND3DIG65DIG26DIG37DIG78GND9DIG510DIG111LOAD12DOUT24SEGD23SEGDP22SEGE21SEGC20V19ISET18SEGB16SEGG17SEGF15SEGA14CLK13MAX7219D1S2S1R145KR2495KR35KR41KR55KR65KR1953KSWPBC210UFUIN55C315PFC415PFY12MHZ8位LED数码管LED数码管5C1222UF5图41设计的总电
43、路图5系统的软件设计51参考程序流程图软件设计流程图51如下所示。首先初始化端口，将RA0和RA1设置为模拟输入，其次判断输入量程再进行档位的选择，最后将A/D值转换为相应的电压值显示出来。基于PIC的直流数字电压表设计15图51软件设计流程图52软件设计的程序INCLUDE_CONFIG0X3F72DEFINEMAX7219_DINRC5DEFINEMAX7219_SCLKRC3DEFINEMAX7219_CSRC4DEFINEBYTEUNSIGNEDCHARDEFINEWORDUNSIGNEDINTVOIDNOPVOIDDELAYMSWORDMSVOIDMAX7219WRITEWORDVA
44、LVOIDMAX7219WRITEDATAWORDDATVOIDMAX7219INITVOIDSELECTWORDVOLTAGEBYTECHANNELWORDWTEMPVOIDMAINVOIDCLRWDTMAX7219INITWHILE1SELECTWTEMPVOLTAGE开始MAX7219初始化选择档位电压测量MAX7219显示毕业设计16DELAYMS200MAX7219WRITEDATAWTEMPCLRWDT/功能选档，结果为05V、150V、2500V/VOIDSELECTADCON00X01ADCON10X00ADON1ADCON0DELAYMS1ADCON0|0B00000100W
45、HILEADCON0/5V档IFADRESH0CHANNEL0/50V档IFADRESH0X80CHANNEL1/500V档IFADRESH0XFFCHANNEL2/功能测电压返回值放大100倍的电压/WORDVOLTAGEWORDVOLADRESH0ADRESL0ADCON00X01ADCON10X80ADON1ADCON0ADCON0|0B00001000基于PIC的直流数字电压表设计17DELAYMS1ADCON0|0B00000100WHILEADCON0VOLADRESHVOL15NOPMAX7219_SCLK1NOPVAL1MAX7219_DIN0MAX7219_CS1NOP/功能
46、NS级延时/VOIDNOP/功能毫秒延时参数MS延时的毫秒数/VOIDDELAYMSWORDMS基于PIC的直流数字电压表设计19WORDI,JFORI0IMSIFORJ0J250J毕业设计20结论基于单片机的数字电压表无论在理论上还是实践使用中都已经得到了会计界诸多学者专家的关注与研究。对于电子测量器材是否能够全面、系统、正确地显示电子系统的真实情况，数字产品的使用者更加关注某些精度低、功能单一、速度缓慢等缺点的揭示，从而一个精度高、抗干扰能力强、可扩展性强、集成方便，还可与PC进行实时通信的基于PIC的直流数字电压表已成为当今一种普遍被使用和认可的数字测量器材，在今后的开发和研究中都具有良
47、好的前景。这次的毕业设计让我学到了很多以前不懂得知识，首先我了解了PIC系列单片机的一些基本知识，如它内部具有自带的A/D转换器和复位电路。这是区别于通常用的51单片机的。除此之外，我也基本了解了有关MAX7219LED数码管驱动器的知识。也在设计的过程中对PROTEL和PROTUES76软件的进一步熟知。最主要的还是对数字电压表内部原理的熟知。总之，在整个设计过程中让我学到了很多东西，也提高了我独立思考和动手设计的能力。学会了把以前书本上学到的理论知识应用于实际的设计中。做到了理论和实践相结合，使自己充分体会到了再设计过程中成功的喜悦。虽然，这个设计依然存在很多不足之处，但还是受益匪浅。我会
48、从中吸取经验，让自己在今后的设计和实践中受用。基于PIC的直流数字电压表设计21参考文献1韦晓艳基于单片机数字电压表的硬件设计D学术论文,20102甘本鑫，苏红艳基于单片机交直流数字电压表的设计J科技信息，2010（12）3王有绪，许杰，李拉成PIC系列单片机接口技术及应用系统设计M北京航空航天大学出版社，20014王珂基于AT89C51数字电压表的仿真J滩坊学院学报,2010,10（02）5骆旭坤基于ARV单片机实现积分式直流数字电压表J黎明职业大学学报,2008,016陈世夏，纪明霞，戚甫峰基于CPLD的数字电压表设计J现代电子技术2010，117边晶莹基于FPGA的新型数字电压表设计J技
49、术频道，20108李学海PIC单片机使用教程M航天航空大学出版社北京，2007，29孙秀桂，段丙林,张洪斌基于虚拟仪器的直流电压表设计J电子测试,2010,710严世胜,钟承尧单片机直流数字电压表设计J海南师范大学学报（自然科学版）,2010,23（01）11王会芝PIC单片机编程M科学出版社,2010,0412彭树玉PIC单片机实践与系统设计M电子工业出版社，2007，1113柳金龙浅谈数字电压表的特点J科普长廊,2009,0414胡卓敏，王丽娟基于STC89C51单片机的数字电压表设计J电子元器件应用，2009，11（11）15冯博琴,吴宁微型计算机原理与接口技术M清华大学出版社,2009
