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1、武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书目录摘要- 0 -第一章 概述- 1 -第二章 方案论证及整体设计- 2 -2.1 设计目标- 2 -2.2 核心控制系统- 2 -2.3 总体设计- 3 -第三章 系统硬件结构设计- 4 -3.1 硬件系统设计原则- 4 -3.2 A/D转换电路- 4 -3.3 电压反向电路- 8 -3.4 数码显示模块电路- 10 -3.5 输入电路- 10 -第四章 系统的软件设计- 11 -4.1 系统主程序设计- 11 -第五章 制作与调试- 12 -5.1电路的仿真与分析- 12 -5.2 调试- 12 -结 论- 14 -参考文献- 15 -附录一 源程
2、序- 16 -附录二 原理图- 18 -本科生课程设计成绩评定表- 18 -摘 要本文设计了基于单片机的数字式电压表，具有可选档，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LED数码管显示结果。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，实现了电压测试功能，基本上达到了任务书的要求。可测量02V，精度高可显示4位半位数值关键词 AT89S52 ICL7135 LED数码管显示 数字电压表 选档第一章
3、 概述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
4、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
5、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。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。第二章 方案论证及整体设计2.1 设计目标设计一个数字电压表，要求：1. 电压测量范围：0-2V2. 结果可显示四位半数值3. 输出数据用LED数码管显示4. 用ICL7135实现数字量的转换5. 用ICL7660产生-5V
6、电压6. 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 核心控制系统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。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-5
7、1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。2.3 总体设计档位选择A/D转换电路AT89S52555方波产生电路显示电路 图2-
8、1 总体设计框图系统总体设计框图如图2-1所示，工作原理：输入的电压经档位判断选择量程，高电压在进入/转换电路前还需进行适当的衰减，在衰减到一定范围时由ICL7135将模拟电压转换成数字量输出送单片机处理。ICL7135每次往单片机送数时都会产生一个负脉冲，该脉冲向单片机外中断0提出申请，单片机转向执行中断程序，单片机通过软件控制对数据进行处理，数据从P2口输出，送入显示电路显示。A/D转换芯片所需的时钟信号由555多谐振荡器产生。第三章 系统硬件结构设计 3.1 硬件系统设计原则一个单片机应用系统的硬件电路设计包含有两部分内容：一是系统扩展，即单片机内部的功能单元，如ROM、RAM、I /O
9、口、定时/计数器、中断系统等容量不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择合适的芯片，设计相应的电路。二是系统配置，即按照系统功能要求配置外围设备，如键盘、显示器、打印机、A/D、D/A转换器等，要设计合适的接口电路。在本系统中，AT89S52单片机内部的功能单元已经能够满足系统设计需要，不需要系统扩展。按系统功能需求，需要配置固定档位、LED显示等。3.2 A/D转换电路A/D 转换器的转换精度对测量电路极其重要，它的参数关系到测量电路性能。本设计采用双积A/D 转换器，它的性能比较稳定，转换精度高，具有很高的抗干扰能力，电路结构简单，其缺点是工作速度较低。在对转换精度要求较高，而对
10、转换速度要求不高的场合如电压测量有广泛的应用。3.2.1 双积分A/D转换器的工作原理双积分式AD转换器又称双斜率A/D转换器，其原理如图3-3（a）、（b）所示。它主要由运放A构成的反相积分器、过零电压比较器CO、控制逻辑电路、时钟、和二进制计数器等部分组成。其工作过程分为采样和比较两个阶段。 转换指令输入，转换开始，先进入采样阶段，S2断开，S1接Ui，输入信号Ui加到反相积分器输入端，其输出端电压Uo从零开始增加（极性与Ui相反）。同时启功n位二进制计数器对时钟脉冲从零开始计数。当计数到预定时间T1，计数器计数值位N1时，则产生溢出脉冲使计数器复零，并在控制逻辑控制下S1接到-VREF，
11、使Ui反极性的基准电压-VREF加到反相积分器输入端，积分器对-VREF积分，其输出端电压从U0开始下降，从新启动计数器，进入比较阶段。在经过时间T2后，U0下降到零，过零比较器输出端产生跳变信号，经控制逻辑关上计数门，停止计数，此时计数器值为N2。比较阶段结束1。 根据上述原理计数器中所计的二进制数值：N2=（N1/VREF）Ui (3-1) 图3-3（a） 双积分式A/D转换器 图3-3（b） 双积分式A/D转换器3.2.2 ICL7135芯片介绍ICL7135C 是德州仪器公司高效率 CMOS 工艺制造。这种41/2数位、双斜率积分（dual-slope-integrating）模拟-数
12、字转换器是为提供与微处理器和可视显示二者的接口而设计的。数字驱动输出端D1至D4以及多路复用的二十进制码BCD输出端B1、B2、B4和B8，提供适用于LED或LCD译码器/驱动器和微处理器的接口。一、ICL7135的引脚排列如图3-4所示 VCC-：负极性电源REF：基准电压输入ANLGCOMMON：模拟接地 INTOUT：接输入电容AUTOZERO：接自动调零电容BUFFOUT：共模抑制输出CREF-：基准电容负极CREF+：基准电容正极IN-：信号输入图3-4 ICL7135引脚排列 IN+：信号输出VCC+：正极性电源 B1、B2、B4、B8：多路复用BCD码输出端 D1D5：数字位驱动
13、输出端 BUSY：信号积分忙输出 CLK：时钟信号输入 POLARITY：信号正负极性输出 DGTLGND：数字接地端 RUN/HOLD：A/D转换使能端STROBE：负脉冲输出OVERRANGE：过电压输出UNDERRANGE：欠电压输出二、ICL7135的推荐工作条件见表3-1所示表3-1 ICL7135推荐工作条件注释：1. 时钟频率范围扩展低至0Hz。3.2.3 ICL7135与单片机连接在ICL7135与单片机系统进行连接时，使用并行采集方式，要连接BCD码数据输出线，可以将ICL7135的/STB信号接至AT89C52的P3.2（INT0）。ICL7135的外围接线图和与单片机的连
14、接如图3-8所示。电压表在测量前先调节VREF，确保ICL7135的2管输入电压为1V。由图可知：/STB（26脚）脚接单片机外中断0，B1、B2、B4、B8接P0口的0-3脚。当位选信号Dn有正脉冲输出时，在正脉冲的中间时刻/STB便产生负脉冲，单片机响应中断，P0口接收转换结果BCD码。采用动态扫描方式接收，D5、D4、D3、D2、D1分别对应万位、千位、百位、十位、个位。当位选信号D5=“1”时，BCD码为万位数的内容，D4=“1”时为千位数内容，其余依次类推。A/D转换使能端R/H接P0.0，当P0.0为高电平时，A/D转换开始。OR、POL分别接单片机的P3.4、P3.3，因此单片机可以通过读取P3口的状态就能判断电压的过载、欠载和极性。ICL7135内部不能产生时钟信号，需外部时钟接入；负极性电压V-（1脚）采用电源极性反向电路，这两部分电路将会在下面的小节中做介绍。图3-8 ICL7135与单片机连接图3.3 电压反向电路 ICL7660 是一DC/DC 电荷泵电压反转器专用集成电路芯片。采用成熟的AL栅CMOS工艺及优化的设计芯片，能将输入范围为+1.5V 至+10V的电压转换成相应的-1.5V至-10V 的输出并且只需外接两只低损耗电容无需电感，降低
