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1、鲁东大学电子设计大赛L d u E D C大学生电子设计竞赛课题名称:简易电压表（F题）设计时间：2015年5月院 部：信息与电气工程学院班 级： 电气本1302姓 名：目录1一、方案论证21.1任务21.2背景21.3要求21.4设计思路21.5设计方案2二、理论分析与计算32.1 STC89C52 简介32.2 A/D转换模块简介52.3 DS12C887 简介82.4 LCD1602 简介10三、电路设计（含电路图）123.1单片机最小系统123.2 USB 供电133.3 LCD显示模块133.4 A/D转换模块143.5 -5V至到+5V测量电压输入电路 143.6 0V到+20V测
2、量电压输入电路 153.7 TL431稳压电路153.8实时时钟电路163.9蜂鸣器电路173.10 DS18B20 温度电路173.11电源模块173.12总电路18四、测试方案与测试结果19附录201、PCB 图202、软件程序设计 20总结 36一、方案论证1.1任务设计并制作一个简易电压表，可以测量数字系统电平。1.2背景数字电压表（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。 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，采用单片机 的数字电压表，由精度高、抗干扰
3、能力强，可扩展性强、集成方便，可与PC进行 实时通信。目前，由各种单用/D转换器构成的数字电压表，已被广泛用于电子及 电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域，示出强大的生命力。 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。本章重点介绍单片A/D转换器以及由它们构成的基于单片 机的数字电压表的工作原理。1.3要求1.3.1基本要求（1）仪器可测量0V5V电压，精确度不低于0.1V。（2）将所测电压值实时显示在显示器上（云。数码管）。1.3.2发挥部分（1）在显示器上同时显示年月日等信息。（2）仪器可测量负电压。（3）其它。1.
4、4设计思路基本部分：（1）本作品以STC89C52单片机作为主控芯片，使用12MHZ晶振（2）A/D转换采用TLC1543实现，与单片机的接口为P1 口的第五位引脚。（3）实时时钟采用DS12C887+实现。（4）LCD1602显示输出信息。（5）运用OP07提供运放电路。拓展部分：（6）蜂鸣器进行通断信息确认。（7）按键换档位测0到20V电压。（8）DS1602采集温度显示。（9）采样输出精确到小数点后三位。1.5设计方案硬件电路设计由10个部分组成；STC89C52单片机系统，A/D转换电路，实 时时钟电路，LCD1602显示系统，晶振电路，复位电路，-5V至到+5V测量 电压输入电路，0
5、V到+20V测量电压输入电路，蜂鸣器电路，DS18B20温 度电路，TL431稳压电路。系统框图如下：:、理论分析与计算2.1 STC89C52 简介外观STC89C52是8位的单片机，功能很强大。此外，它还具有品种全、 兼容性强、软硬件资料丰富等特点。因此，STC89C52应用非常广泛，直到现 在STC89C52仍是单片机中的主流机型。1、中央处理器中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器， 能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调 的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。2、数据存储器STC89C52内部有128个8位用户数据存储单
6、元和128个专用寄存器单元， 它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能 用于存放用户数据，所以，用户能使用的RAM只有128个，可存放读写的数据， 运算的中间结果或用户定义的字型表。3、程序存储器STC89C52共有4K的ROM，最大可扩展64K字节，用于存放用户程序，原 始数据或表格。4、定时/计数器STC89C52有两个16位的可编程定时计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制 程序转向。5、中断系统STC89C52具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中 断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。6、STC89C5单
7、片机的引脚STC89C52单片机内部总线是单总线结构，即数据总线和地址总线是公 用的.STC89C52有40条引脚，与其他51系列单片机引脚是兼容的.这40条引 脚可分为I/O接口线、电源线、控制线、外接晶体线4部分.STC89C52单片机 为双列直插式封装结构，如图所示PI.0 PA i= PI.2 匚 PI.3 t PI .4 = Pl 5匚 Pl.fi U P.7 c R5T c (RXDJPm 匚 (XDJP1I c (TNT0)P3.2 c(TQ)P3.4 c (T1)P3.5 匚 (WK1P3.6 匚 (EP)P3.7 e KTAL2 c XTALE c GND亡o 1 2 r4
8、5 .6 7 S 9 O n 11- J. m3 Xu 7 D_n- 1 I 1- IB I -1 I n II 1- 7fl- Q- 8.7 6543210 0.- 876 5 4321 + ? 3 3 3 3 3 3 3 3 3 2 Z 2 2 2 2 2 Z3 PO.O(ADO)=f().2(AD2)=P03(AD3)=i P0.4(AJJ4)-Pfl.5(AD5)=i PO顶AJJ切3 P0.7(AD7)= EA?F= ALE/FROC3 PSEN3 F2.7(A15)3 P2.G(A143 P2.5(A13):P2.4(AI2)3 P23(AJ1)= r2.2(Al)3 P2,1(A
9、5)F2.0(A8j2.2 A/D转换模块能把模拟量转化成数字量的器件称为模/数转换器（A/D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、TLC1543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。这里选用
10、的是高精度的TLC1543。1、逐次逼近型A/D转换器原理逐次逼近型A/D转换器是由一个比较器、A/D转换器、存储器及控制电路组 成。它利用内部的寄存器从高位到低位一次开始逐位试探比较。转换过程如下：开始时，寄存器各位清零，转换时，先将最高位置把数据送入A/D转换器转 换，转换结果与输入的模拟量比较如果转换的模拟量比输入的模拟量小则1保留， 如果转换的模拟量比输入的模拟量大，则不保留，然后从第二位依次重复上述过程 直至最低位，最后寄存器中的内容就是输入模拟量对应的二进制数字量。其原理框 图如图所示：逐次逼近式第D转换器原理2、TLC1543的主要性能TLC1543美国TI司生产的多通道、低价格
11、的模数转换器。采用串行通信 接口，具有输入通道多、性价比高、易于和单片机接口的特点，可广泛应用 于各种数据采集系统。TLC1543为20脚DIP装的CMOS 10位开关电容逐次 A/D逼近模数转换器，引脚排列如图所示。其中A0A10 （19、11、12脚） 为11个模拟输入端，REF+ （14脚，通常为VCC）和REF- （13脚，通常为地） 为基准电压正负端，CS （15脚）为片选端，在CS端的一个下降沿变化将复 位内部计数器并控制和使能ADDRESS、I/O CLOCK （18脚）和DATA OUT （16 脚）。ADDRESS （17脚）为串行数据输入端，是一个1的串行地址用来选择下 一
12、个即将被转换的模拟输入或测试电压。DATA OUT为A/D换结束3态串行输 出端，它与微处理器或外围的串行口通信，可对数据长度和格式灵活编程。 I/O CLOCK数据输入/输出提供同步时钟，系统时钟由片内产生。芯片内部有 一个14通道多路选择器，可选择11个模拟输入通道或3个内部自测电压中的 任意一个进行测试。片内设有采样-保持电路，在转换结束时，EOC （19脚） 输出端变高表明转换完成。内部转换器具有高速（10吓转换时间），高精度（10分辨率，最大1LSB不可调整误差）和低噪声的特点。1 口刘2K31(41751(61571481；9121011A0GNDt引脚排列IfcCEOCI/O C
13、LOCK ADDRESS IDWAOUTCSRER-REFLA10A93、TLC1543的工作时序、参考电压TLC1543工作时序如下图所示，其工作过程分为两个周期：访问周期和采 样周期。工作状态由CS使能或禁止，工作时CS必须置低电平。CS为高电平 时，I/O CLOCK、ADDRESS被禁止，同时DATA OUT为高阻状态。当CPU使CS 变低时，TLC1543开始数据转换，I/O CLOCK、ADDRESS使能，DATA OUT脱离 高阻状态。随后，CPU向ADDRESS提供4位通道地址，控制14个模拟通道选 择器从11个外部模拟输入和3个内部自测电压中选通1路送到采样保持电 路。同时，
14、I/O CLOCK输入时钟时序，CPU从DATA OUT端接收前一次A/D转 换结果。I/O CLOCK从CPU接收10时钟长度的时钟序列。前4个时钟用4 位地址从ADDRESS端装载地址寄存器，选择所需的模拟通道，后 6个时钟对 模拟输入的采样提供控制时序。模拟输入的采样起始于第4个I/O CLOCK下降沿，而采样一直持续6个I/O CLOCK周期，并一直保持到第10个I/O CLOCK 下降沿。转换过程中，CS的下降沿使DATA OUT引脚脱离高阻状态并起动一 次I/O CLOCK工作过程。CS上升沿终止这个过程并在规定的延迟时间内使 DATA OUT引脚返回到高阻状态，经过两个系统时钟周
15、期后禁止I/O CLOCK和ADDRESS 端。参考电压：ad转换时的参考电压是内部T行网络的标准电压，参考电压可以 认为是你的最高上限电压（不超过电源电压），当信号电压较低时，可以降 低参考电压来提高分辨率。改变参考电压后，同样二进制表示的电压值就会 不一样，最大的二进制（全1）表示的就是你的参考电压，在计算实际电压 时，就需要将参考电压考虑进去。参考电压的稳定性对你的系统性能有很大 的影响。附表模拟输入通道逃押输入寄夺器地址（2进制）A0UUOOA1DUD 1A21)1)10A3UDI 1A.5A6UI10A7DiliA8A9:1)1)1AHi内部测试电压迭押输入地址愉出雄果（16罐制）(VruE + Vn;r_)/210112UU
