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1、西安航空职业技术学院 毕业设计论文西安航空职业技术学院毕 业 设 计（论 文）论文题目： 基于单片机的电压表设计 所属学院： 电子工程学院指导老师： 余平生 职 称： 副教授学生姓名： 李潇 班级、学号: 11201310专 业： 应用电子技术西安航空职业技术学院制2014年 1 月 12 日西安航空职业技术学院 毕业设计（论文）任务书题目： 基于单片机的电压表设计任务与要求：任务：设计一款便携式数字电压表要求：测量范围0-400V直流电压，有量程切换和超量程报警功能，能够显示电池电量。时间： 2013 年 11月18 日至 2014 年 1 月12 日 共 8 周所属学院： 电子工程学院学生
2、姓名： 李潇 学 号：11201310专业： 应用电子技术指导单位或教研室： 电子工程学院指导教师：余平生 职 称： 副教授西安航空职业技术学院制2014年 1 月 12 日毕业设计(论文)进度计划表日 期工 作 内 容执 行 情 况指导教师签 字2013.11.02查找资料，了解相关知识完成2013.11.03方案选择完成2013.11.04基础LCD驱动程序编写完成2013.11.06硬件电路焊接调试完成2013.11.08整体程序编写完成2013.11.10软硬件连调完成2013.11.13整机性能测试完成教师对进度计划实施情况总评 签名 年 月 日 本表作评定学生平时成绩的依据之一。基
3、于单片机的电压表设计【摘要】论文主要阐述了基于STC12LE5A60S2低压单片机便携式电压表的设计，系统以STC12LE5A60S2低压单片机为主控芯片，以16位AD芯片AD7705为AD转换芯片，以DS18B20为温度传感器对温度进行测量，以1.8寸TFT彩屏为显示模块。该系统能实时测量输入电压和当前温度，并能对供电电池的电压进行测量，并在屏幕上显示出当前电量。系统测量电压范围为0400V直流电压，分为7个档位，当输入电压超量程时通过蜂鸣器报警。系统设计了相关的硬件电路和相关应用程序。硬件电路主要包括STC12LE5A60S2单片机最小系统、AD7705驱动电路、测温电路、1.8寸TFT液
4、晶显示电路以及按键处理模块电路等。系统程序主要包括主程序、读AD7705子程序、读出温度子程序、计算温度子程序、按键处理程序、LCD显示程序等。关键词： STC12LE5A60S2单片机；AD7705；TL431；DS18B20Abstract: This thesis mainly expounds the STC12LE5A60S2 low voltage microcomputer portable voltmeter based design, the system with STC12LE5A60S2 low-pressure single-chip microcomputer as
5、 main control chip, AD chip with a 16 bit AD7705 to AD conversion chip, DS18B20 as temperature sensor for temperature measurement, display module for 1.8 inch TFT color screen. The system can real-time measurement of the input voltage, the current temperature is measured, and the power supply to mea
6、sure the voltage of battery, and on the screen shows the current electricity. System to measure the voltage range of 0-400 v dc voltage, is divided into seven gear, when the input voltage in excess of the range by a buzzer alarm. System design the related hardware circuit and relevant applications.
7、Hardware circuit mainly includes STC12LE5A60S2 SCM smallest system, AD7705 driver circuit, temperature measurement circuit, 1.8 inch TFT LCD display circuit and the key processing module circuit, etc. System program mainly includes the main program, read the AD7705 subroutine, read temperature subro
8、utine, calculation temperature handler subroutine, buttons and LCD display program, etc.Keywords: STC12LE5A60S2;AD7705;TL431;DS18B20目 录1设计方案11.1主控芯片选择11.2 电源部分11.3 AD转换芯片选择21.4温度测量21.5显示模块21.6总体方案32硬件电路设计42.1 STC12LE5A60S2单片机及最小系统42.1.1 STC12LE5A60S2单片机特点42.1.2 STC12LE5A60S2单片机最小系统62.2电源模块62.3 AD770
9、5转换芯片及硬件电路72.3.1 AD7705结构及工作原理72.3.2 AD7705各引脚及功能72.3.3 AD7705的寄存器82.3.4 AD7705的基准源92.3.5 AD7705的电压采集电路102.4 DS18B20的介绍及温度采集模块电路102.4.1 DS18B20的性能介绍102.4.2 温度采集模块电路112.5 1.8寸TFT液晶显示模块122.5.1 TFT液晶模块的结构及性能介绍122.5.2 TFT液晶模块和几种常用液晶模块的对比122.5.3 TFT液晶模块引脚功能与结构132.6 电源电压监控133 系统软件设计153.1 AD7705电压采集子程序153.
10、2 计算温度子程序163.3 按键子程序17结 束 语18参考文献19附录一 系统总体电路图和作品实物图201设计方案在电量的测量中，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。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、灵敏度高和分辨率高、测量速度快等特点而倍受青睐。本设计从各个角度分析了由单片机组成的数字电
11、压表的设计过程及各部分电路的组成及其原理，并且分析了程序如何驱动单片机进而使系统运行起来的原理及方法。本设计主要分为两部分：硬件电路及软件程序。而硬件电路又大体可分为A/D转换电路、液晶显示电路，各部分电路的设计及原理将会在硬件电路设计部分详细介绍；程序的设计使用C语言编程，详细的设计算法将会在程序设计部分详细介绍。1.1主控芯片选择方案一：传统的AT89C51有一个8位的CPU，128个字节的数据存储器和4KB的程序存储器，5个中断源，两个定时器32个通用IO，一个全双工串行I/O口UART（通用异步接收、发送器）。采用单一的+5V电源供电，一个机器周期包括12个时钟周期。方案二：采用STC
12、公司新推出STC12LE5A60S2系列1T单片机，该系列单片机一个时钟周期就是一个机器周期，相比传统8051单片机运行速度是原来的8-12倍，供电电压为3.6V-2.1V，内部有1280字节数据存储器和60KB程序存储器，1KB的EEPROM，36个通用IO，4个定时器，2个全双工串口，8通道10位ADC，2路PWM波输出。因为该设计中采用4.2V的手机电池供电采用1.8寸TFT彩色液晶屏作为显示模块，在液晶显示部分的程序较为复杂，且函数众多所以所需的程序存储空间大，要完成采集电压到显示在液晶屏上对单片机的运行速度要求很高，综合各方面考虑选择STC公司的STC12LE5A60S2单片机为主控
13、芯片。1.2 电源部分由于该系统采用的单片机为低压单片机供电范围为3.6V-2.1V，彩屏的供电电压为3.3V，AD芯片的供电电压为3.3V，且功率都不大，采用4.2V的手机锂离子电池为最佳选择。1.3 AD转换芯片选择方案一：采用单片机内部AD。STC12LE5A60S2单片机内部8通道10位ADC，作为一般设计无需外围电路，8个通道可分时测量，对测量较低的电压精确度足够。方案二：采用AD7705芯片作为AD转换芯片。该器件可以接受直接来自传感器的低电平的输入信号，然后产生串行的数字输出。利用-转换技术实现了16位无丢失代码性能。选定的输入信号被送到一个基于模拟调制器的增益可编程专用前端。片
14、内数字滤波器处理调制器的输出信号。通过片内控制寄存器可调节滤波器的截止点和输出更新速率，从而对数字滤波器的第一个陷波进行编程。AD7705只需3.3V5.25V单电源。当电源电压为5V、基准电压为2.5V时，可将输入信号范围从0+20mV到0+2.5V的信号进行处理。还可处理20mV2.5V的双极性输入信号，对于AD7705是以AIN(-)输入端为参考点AD7705是用于智能系统、微控制器系统和基于DSP系统的理想产品。其串行接口可配置为三线接口。增益值、信号极性以及更新速率的选择可用串行输入口由软件来配置。该器件还包括自校准和系统校准选项，以消除器件本身或系统的增益和偏移误差。CMOS结构确保器件具有极低功耗，掉电模式减少等待时的功耗至20W。由于该系统中只需一个测量端，所需测量范围广，有时对前端电压衰减有时又需要对信号进行放大，单片机内部无法完成信号的放大，而AD7705内部自带8种增益方式，可通过程序控制器增益倍数。而且AD7705比单片机内部精度更高，综合考虑后选择AD7705为AD转换芯片。1.4温度测量采用一线制数字温度传
