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1、河南工程学院 课程设计数字电压表的设计学生姓名： 学 院： 专业班级： 专业课程： 指导教师： 2016 年 6 月 27 日课程设计成绩评定标准及成绩课程设计成绩评定标准及成绩序号评审项目指 标满分评分1工作态度遵守纪律，学习认真；作风严谨，踏实肯 干。 5 分2工作量按期圆满完成规定的任务，难易程度和工 作量符合要求。 20 分全勤： 得 10 分有迟到、早退、请假现象： 得 8 分旷课 1 天： 得 5 分旷课 2 天： 得 2 分3出勤情况旷课超过 2 天： 得 0 分10 分4设计、实验 方案能灵活运用相关专业知识，有较强的创新 意识，有独特见解，设计有一定应用价值。30 分5实验技
2、能动手能力强，能独立完成安装、调试等实 际操作，能解决设计及实验过程中出现的 问题。10 分6小组表现注重团队合作，在小组中表现突出，对设 计方案的制定及选取起主要作用，在实验 操作过程中，承担主要执行者。5 分7设计报告质 量报告结构严谨合理；文理通顺，技术用语 准确，符合规范；图表完备、正确，绘图 准确、符合国家标准；。20 分合 计评语：等等 级：级： （优秀、良好、中等、及格、不及格）（优秀、良好、中等、及格、不及格）评阅人：评阅人： 职称：职称： 日日 期：期： 2016 年年 6 月月 27 日日课程设计任务书课程设计任务书一、课程设计的基本要求一、课程设计的基本要求以 MCS-5
3、1 系列单片机为核心器件，组成一个简单的直流数字电压表。基于单片机的数字电压表设计采用 1 路模拟量输入，能够测量 0-5V 之间的直流电压值。电压显示用 4 位一体的 LED 数码管显示，至少能够显示两位小数。尽量使用较少的元器件。二、课程设计的题目及要求二、课程设计的题目及要求题目：数字电压表的设计技术指标要求：（1）三位半 LCD 显示；（2）测量直流电压范围 01V、15V；（3）电压量程自动切换；（4）分辨率 100 微伏;三、时间安排三、时间安排2016.6.202016.6.24上午 9:3012：00;下午 2:004:00四、教材及参考书四、教材及参考书单片机原理及应用电子科
4、技大学出版社，陶春明主编。目目 录录一、目的5二、主要功能5三、系统设计方案5四、参数设计与器件选型设计5五、课程设计体会.15六、参考文献.15课程设计报告课程设计报告一、目的一、目的在电量的测量中，电压、电流和频率是最基本的三个被测量，其中电压量的测量最为经常，现在学生使用的数字万用表能够测量多种电量，并且具有一定的精度，使用方便。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。本课程设计从软硬件设计、proteus 仿真、制作实物、误差分析几个方面着手，阐述数字电压表的工作原理、数据的程序处理方法、数字信号软件滤波原理。数字电压表简称 D
5、VM，它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。由于数字式仪器具有读数准确方便、精度高、误差小、测量速度快等特而得到广泛应用。传统的指针式刻度电压表功能单一，进度低，容易引起视差和视觉疲劳，因而不能满足数字化时代的需要。采用单片机的数字电压表，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，从而精度高、抗干扰能力强，可扩展性强、集成方便，还可与 PC 实时通信。数字电压表是诸多数字化仪表的核心与基础 。以数字电压表为核心，可以扩展成各种通用数字仪表、专用数字仪表及各种非电量的数字化仪表。 目前，由各种单片机和 A/D 转换器构成的数字
6、电压表作全面深入的了解是很有必要的。二、主要功能二、主要功能本次实验是以数字直流电压表的设计为研究内容，本系统主要包括三大模块：转换模块、数据处理模块及显示模块。其中 A/D 转换采用 ADC0808 对输入的模拟信号进行转换，控制核心 AT89C51 再对转换的结果进行运算处理，最后驱动输出装置 LED 显示数字电压信号。三、系统设计方案三、系统设计方案以 MCS-51 系列单片机为核心器件，组成一个简单的直流数字电压表。基于单片机的数字电压表设计采用 1 路模拟量输入，能够测量 0-5V 之间的直流电压值。电压显示用 4 位一体的 LED 数码管显示，至少能够显示两位小数。四、参数设计与器
7、件选型设计四、参数设计与器件选型设计 1 1. .设计要求设计要求选择 AT89C51 单片机为核心控制器件。转换采用 ADC0808 实现，与单片机的接口为 P1 口和 P2 口的高四位引脚。电压显示采用 4 位一体的 LED 数码管。LED 数码的段码输入,由并行端口 P0 产生位码输入，用并行端口 P2 低四位产生。2.2.硬件电路设计硬件电路设计硬件电路设计由 6 个部分组成：转换电路，AT89C51 单片机系统，LED 显示系统、时钟电路、复位电路以及测量电压输入电路。硬件电路设计图如图 1 所示。 图 1、硬件电路设计图3.3.转换模块转换模块（1）模拟量转化数字量现实世界的物理量
8、都是模拟量，能把模拟量转化成数字量的器件称为模/数转换器 转换器），A/D 转换器是单片机数据采集系统的关键接口电路，按照各种 A/D 芯片 的转化原理可分为逐次逼近型，双重积分型等等。双积分式 A/D 转换器具有抗干扰能力强、转换精度高、价格便宜等优点。与双积分相比，逐次逼近式 A/D 转换的转换速度更快，而且精度更高，比如 ADC0809、ADC0808等，它们可以与单片机系统连接，将数字量送到单片机进行分析和显示。一个n 位的逐次逼近型 A/D 转换器只需要比较 n 次，转换时间只取决于位数和时钟周期，逐次逼近型 A/D 转换器转换速度快，因而在实际中广泛使用。（2）ADC0809 的外
9、部引脚特征ADC0809 芯片有 28 条引脚，采用双列直插式封装，其引脚图如图 2 所示。图 2：ADC0809 的引脚图下面说明各个引脚功能:IN0-IN7（8）路模拟量输入线，用于输入和控制被转换的模拟电压。ALE:地址锁存允许输入线，高电平有效，当 ALE 为高电平时，为地址输入线，用于 选择 IN0-IN7 上那一条模拟电压送给比较器进行 A/D 转换。 A,B,C:3 位地址输入线，用于选择 8 路模拟输入中的一路，其对应关系如表 1： 表表 1 1：ADC0808ADC0808 通道选择表通道选择表地址码CBA对应的输入通道000IN0001IN1010IN2011IN3100I
10、N4101IN5110IN6111IN7START：START 为“启动脉冲”输入法，该线上正脉冲由 CPU 送来，宽度应大于 100ns， 上升沿清零 SAR,下降沿启动 ADC 工作。 EOC: EOC 为转换结束输出线，该线上高电平表示 A/D 转换已结束，数字量已锁入三 态输出锁存器。 D1-D8：数字量输出端，D1 为高位。 OE：OE 为输出允许端，高电平能使 D1-D8 引脚上输出转换后的数字量。 REF+、REF-:参考电压输入量，给电阻阶梯网络供给标准电压。 Vcc、GND: Vcc 为主电源输入端，GND 为接地端，一般 REF+与 Vcc 连接在一起，REF-与 GND
11、连接在一起。 CLK:时钟输入端。4.4.AT89C51AT89C51 （1）AT89C51 性能 与 MCS-51 成品指令系统完全兼容；4KB 可编程闪速存储器；寿命：1000 次写/擦循环；数据保留时间：10 年；全静态工作：0-24MHz；三级程序存储器锁定；128*8B 内部 RAM；32 个可编程 I/O 个 16 位定时/计数器；5 个中断源；可编程串行 UART 通道；片内震荡器和掉电模式。（2）AT89C51 各引脚功能 AT89C51 采用 PDIP 封装形式，引脚配置如图 3 所示 AT89C51 的引脚图：图 3：AT89C51 的引脚图AT89C51 芯片的各引脚功能
12、为：P0 口：这组引脚共有 8 条，P0.0 为最低位。这 8 个引脚有两种不同的功能，分别适用于不同的情况，第一种情况是 89C51 不带外存储器，P0 口可以为通用I/O 口使用，P0.0-P0.7 用于传送 CPU 的输入/输出数据，这时输出数据可以得到锁存，不需要外接专用锁存器，输入数据可以得到缓冲，增加了数据输入的可靠性；第二种情况是 89C51 片外存储器，P0.0-P0.7 在 CPU 访问片外存储器时先传送片外存储器的低 8 位地址，然后传送 CPU 对片外存储器的读/写数据。P0 口为开漏输出，在作为通用 I/O 使用时，需要在外部用电阻上拉。P1 口：它的 8 个引脚和 P
13、0 的 8 个引脚类似，P1.7 为最高位，P1.0 为最低位，当 P1 口作为通用 I/O 口使用时，P1.0-P1.7 的功能和 P0 口的第一功能相同，也用于传送用户的输入和输出数据。 P2 口：这组引脚的第一功能与上述两组引脚的第一功能相同即它可以作为通用 I/O 口使用，它的第一功能和 P0 口引脚的第二功能相配合，用于输出片外存储器的高地址，共同选中片外存储器单元，但并不是像 P0 口那样传送存储器的读/写数据。 P3 口：这组引脚的第一功能和其余三个端口的第一功能相同，第二功能为控制功能，每个引脚并不完全相同，如下表 2 所示：表表 2 2：P3P3 口的第二功能口的第二功能P3
14、 口第二功能 P3.0RXT（串行口输入） P3.1TXD（串行口输出） P3.2/INT0（外部中断 0 输入） P3.3/INT1(外部中断 1 输入) P3.4T0（定时器/计数器 0 的外部输入） P3.5T1（定时器/计数器 1 的外部输入） P3.6/WR（片外数据存储器写允许） P3.7/RD（片外数据存储器读允许）Vcc 为+5V 电源线，Vss 接地。 ALE：地址锁存允许线，配合 P0 口的第二功能使用，在访问外部存储器时，AT89C51 的 P0.0-P0.7 引脚线去传送随后而来的片外存储器读/写数据。在不访问片外存储器时，AT89C51 自动在 ALE 线上输出频率为
15、 1/6 震荡器频率的脉冲序列。该脉冲序列可以作为外部时钟源或定时脉冲使用。 /EA:片外存储器访问选择线，可以控制 89C51 使用片内 ROM 或使用片外ROM, 若/EA=1，则允许使用片内 ROM, 若/EA=0，则只使用片外 ROM。 /PSEN：片外 ROM 的选通线，在访问片外 ROM 时，89C51 自动在/PSEN 线上产生一个负脉冲，作为片外 ROM 芯片的读选通信号。 RST：复位线，可以使 89C51 处于复位(即初始化)工作状态。通常 89C51 复位有自动上电复位和人工按键复位两种。 XTAL1 和 XTAL2：片内震荡电路输入线，这两个端子用来外接石英晶体和微调电容，即用来连接 89C51 片内 OSC(震荡器)的定时反馈回路。 5.5.复位电路和时钟电路复位电路和时钟电路 （1）复位电路设计 单片机在启动运行时都需要复位，使 CPU 和系统中的其他部件都处于一个确定的初 始状态，并从这个状态开始工作。MCS-51 单片机有一个复位引脚 RST,采用施密特触发输入。当震荡器起振后只要该引脚上出现 2 个机器周期以上的高电平即可确保时器件复位 。复位完成后，如果 RST 端继续保持高电平，MCS-51 就一直处于复位状态，只要 RST 恢
