数字电压表设计优质报告.doc

s南 湖 学 院数字电路课程设计设计汇报项目名称： 数字电压表课程设计 专业年级： 10级电信1班 所在院系： 湖南理工学院南湖学院 学生姓名： 戴 思 学 号： 2410223 完成时间： 11月12日 目 录一、 设计任务二、 硬件设计三、 软件设计四、 系统调试五、试验数据处理六、设计安装及调试中体会七、参考文件附录：源程序代码一、 设计任务基于51单片机，以ADC0804芯片实现模数转换，由1602液晶屏显示，含有量程变换功效。量程转换模块ADC0804模数转换模块单片机控制模块1602LED显示模块上电复位串口通信ADC08041602LED显示电源电路AT89C51 P0 P2 P1 P3二、硬件设计 2.1主控芯片本电压表采取STC89C52为主控芯片，电路以下图所接：晶振电路和复位电路略去，端口和上面各图接口是一致。 2.2模拟转换部分该电压表采取ADC0804，此芯片优点是并行输出，速率快，缺点是只有8位，精度不高。下来ADC0804芯片图： 为了方便，将数字地和模拟地全部直接接到了一起，DB0DB7为并行输出口，CS，RD，WR为控制芯片模数转换及读取芯片数据和写数据引脚，ADC0804能够自己产生时钟，只要在CLKR和CLKIN端接入电阻（10K）和电容（理论为150pf本人接220pf），可产生脉冲信号。VREF为参考电压端，VIN+和VIN为电压输入端。当电压加在VIN+和VIN端时，在DB0DB7可输出八位到单片机，本处参考电压为5V，则当输入电压U时，输出数据为temp，则U/temp=5/255.在自然状态下，最多也只能测5V电压，为了扩大量程，本人加了衰减网络，见下图：接到ADC芯片上面一直是VIN和地之前电压，为了调精度，在上面加了滑动变阻器。此处R22选择是470K欧，首先选10K，因为内阻过小，造成在5V以下电压测量不正确，choice和GND两端为外加电压，这么，有部分电压会在R20或R21上分压，只在确保在R22两端不超出5V，就可实现多量程电压测量。2.3显示模块 本处用1602液晶显示，1602优点是价格廉价，可显示基础字符，对于做电压表这么东西已足够。电路以下：三、软件设计 3.1主程序 主程序包含初始化部分 调用A/D转换子程序和调用显示程序，以下图所表示：3.2 A/D转换子模块：0804地址加1 A/D转换子程序用于对ADC0804八路输入模拟电压进行A/D转换，并将转换数值存入八个对应存放单元中，以下图： 开始开启一次转换取数据（OE=1）A/D转换结束？ 地址小于8返回四、系统调试 基于单片机数字电压表在组装好以后，便可进入系统在线调试，起关键任务是排除样机硬件故障并完善其硬件结构，试运行所设计程序，排除程序错误，优化程序结构，使系统达成预期功效，进而固化软件。 4.1硬件调试单片机应用系统硬件和软件调试时交叉进行，但通常是先排除样机中显著硬件故障，尤其是电源故障，才能安全和仿真器相连，进行综合调试。 4.1.1 硬件电路故障（1）错线 开路 短路；（2）元器件损坏（3）电源故障 4.1.2 硬件调试方法 本设计调试中所用调试方法是静态测试： 在样机加电之前，首先用万用表等工具，依据硬件电器原理图和装配图仔细检验样机线路正确性，并查对元器件型号 规格和安装是否符合要求。第二步是加电后检验各插件上引脚点位，仔细测量各电位是否正常。第三步是在不加电情况下，除单片机以外，插上全部元器件，最终用仿真适配器将样机单片机插座盒仿真器仿真接口相连，为联机调试做准备。 4.2软件调试 4.2.1软件电路故障（1）当以断点或连续方法运行时，目标系统没有按要求功效进行操作或什么结果也没有，这是因为程序转移到意外之外或在某处死循环所造成。（2）结果不正确 4.2.2软件调试方法软件调试所使用方法有：计算程序调试方法，I/O处理程序调试法，综合调试法。五、试验数据处理 5.1试验数据0-5V量程为 0-50V量程次数标准值电压示值满度误差次数标准值电压示值满度误差10.760.7250.70%11.341.50.52%21.111.0780.64%22.352.50.30%31.661.6270.66%34.424.70.56%41.991.9600.60%47.177.10.14%52.172.1560.28%510.610.11.00%62.462.4500.20%613.012.90.20%72.702.6860.28%714.614.40.40%82.852.8430.14%816.716.11.00%93.033.0190.22%918.217.61.20%103.153.156-0.12%1019.518.91.20%113.093.098-0.16%1121.721.21.00% 5.2试验数据分析 0-5V量程精度为0.001V, 满度误差均1.00%，为一级电压表 0-50V量程精度为0.1V，满度误差均2.50%，为2.5级电压表 六、设计安装及调试中体会数字电压表作为一个实用电子系统，已经得到广泛应用。掌握数字电压表基础原理，研究并不停改善系统功效。这些是我们初涉者们努力方向。本系统采取石英晶体振荡器、分频器、计数器、显示器和校时电路组成。由LED数码管来显示译码器所输出信号。实现了数字钟时、分、秒显示，手动较时、校分功效。有很强现实应用性能。而数字钟设计开拓了我们视野，锻炼了我们动手能力。我想就整个制作数字电压表过程做部分总结。怎样设计原理图，怎样检错，怎样进行PCB单面板布线，怎样制作单面板，怎样调试电路，每一步骤全部不能忽略，而且每一步骤全部应为下一步骤做计划，不应开始没弄好就想下面怎么做这么做就行了，这么给后期工作带来难度更大。第一步也是最关键一步就是原理图设计，首先要确保原理图是正确，不然后面做全部是无用功，画原理图即使不难，不过绝对不能忽略。接着导入PCB板，而导入PCB板时必需确保无误。而手工布线时，摆放好元件也是很关键，为布线提供方便。而布线时又要考虑到板子做出来效果，将焊盘尽可能调大，线尽可能布粗，电源线和地线要比信号线稍微粗一点，而且尽可能避免线经过焊盘，以免焊接时出现短路。布线很烦很乱很耗时间，很轻易泄气，不过一定要坚持，不然前功尽弃。制作PCB板时要避免出现断线，断线给调试带来很大不便，腐蚀工作也要做好。焊接器件时要使板子进尽可能美观，而且焊好每一个结点。调试是收尾工作，却也是决定成败关键，调试成功了便制作成功了，假如调试不成功，则看不到效果。这也是最让人遗憾。调试最是让人头痛也是最耗时间事情。这也是动手能力最强工作，需要耐心，需要毅力，这个过程也能使我们更深入熟悉电路板，并了解电路设计原理，不然是没法调试，要一级一级地调试，其实只要前期做得好，调试工作就不难。该清楚每一级输出情形，根据这个情形去调试，直到满足要求，而要考虑到原因很多。我认为最先要做是确保测量仪器是好，不然会做很多无用功甚至陷入深渊，接着首要是确保地线跟电源线正确输入。要检验电路，要检验焊盘是否焊好，要测试元件是好是坏，要检验有没有断线等等。总而言之整个工作很费时，很麻烦，不过当看到自己数字电压表实现时候却是最快乐一件事。而学我们这个专业同学又必需要掌握这么难得机会，还有老师指导，还有同学能够讨论。从这次课程设计中我获益匪浅。同时也总结了几点。首先电路设计是细致活，切不可大意，要有足够耐心和毅力，同时这也是建立在爱好之上。七、参考文件1、 华中科技大学电子技术课程组编，康华光主编，电子技术基础数字部分（第五版）.高等教育出版社，2、 谢自美主编.电子线路设计试验第三版.华中科技大学出版社，3、 张肃文，陆兆熊.高频电子线路（第三版）.北京高等教育出版社，1993年附录一：源程序代码主程序：#include /头文件#include /头文件#include#include#include#include#include#include#include void main()while(1)write_com(0x01);lcd_init(); display_voltage(); 1、 宏定义和定义变量：#define uchar unsigned char /宏定义#define uint unsigned intuchar table= measurement: ;uchar range5=RANGE020V: ;uchar range50=RANGE02A: ;uchar range500=RANGE0100K:;uchar warning=Please Choice! ;/*uchar error=error!; */ uint measure10; sbit key3=P27;sbit key0=P22;sbit key1=P21;sbit key2=P20;sbit lcd_rs=P23; / 定义液晶rs端口sbit lcd_rw=P24; / 定义液晶rw端口sbit lcd_en=P25; sbit back=P26;sbit spk=P27; / 定义液晶en端口sbit cs=P32; / 定义ADcs端口sbit rd=P31; /定义ADrd端口sbit wr=P30;/sbit dula=P37;sbit INTR=P37; /定义ADwr端口uint temp,i,A1,A2,A3,A4; /定义变量 uint date;2、 延时部分：void delay(uint z) uint x,y; for(x=z;x0;x-) for(y=110;y0;y-);void delay_lcd()/1602指令之间延时uint x=5;while(x-);3、 AD转换和数据传送： void AD_init() /初始化ADC0804cs=0;wr=1;_nop_();wr=0;_nop_();wr=1; uint AD_switch() /AD转换部分uint temp;P1=0xff;rd=1;_nop_();rd=0;_nop_();temp=P1;/将转后原始值返给单片机P1口return temp;uint AD_smooth()/软件滤波uint xx,i,temp;AD_init();for(i=0;i20;i+)measurei=AD_switch();delay(10); /每隔10us ADC转换并采集一次数据，将得 /到数据放到数组中，采集十个数据for(xx=0;xx20;xx+) /将十个数据冒泡法排序for(i=xx;imeasurei)temp=measurei;measurei=measurexx;measurexx=temp; for(i=6;i16;i+)/去掉了三个最小值和两个最大值， /取中间五个数平均值xx+=measurei;xx=xx/10;return xx; /将滤过波后值存入单片机4、 1602子程序：void write_com(uchar com)/写指令delay(5);lcd_en=0;lcd_rs=0;lcd_rw=0;_nop_();lcd_en=1;P0=com;lcd_en=0;lcd_rs=0;void write_date(uchar date)/写数据delay(5);lcd_en=0;lcd_rs=1;lcd_rw=0;_nop_();lcd_en=1;P0=date;lcd_en=0;lcd_rs=0;void lcd_init()/初始化 back=0; delay(15); lcd_en=0; write_com(0x38); write_com(0x38); write_com(0x38); write_com(0x06); write_com(0x0c); write_com(0x01); 5、 键盘扫描：uint keyscan()if(key0=0&key1=1&key2=1&key3=1)return 1;else if(key0=1&key1=0&key2=1&key3=1)return (2);else if(key0=1&key1=1&key2=0&key3=1)return (3);else if(key0=1&key1=1&key2=1&key3=0)return (4);else if(key0=1&key1=1&key2=1&key3=1) return(5);else return (6);6、 数据整理及显示：void display5V(uint temp)/量程为5V时显示状态uint num0,num1,num2,num3;if(temp7) temp=0;else temp=temp-7;num0=temp/51;num1=temp%51*10/51;num2=temp%51*10%51*10/51;num3=temp%51*10%51*10%51*10/51;write_com(0x80+0x40+11); write_date(num0+0x30);delay_lcd();write_com(0x80+0x40+12); write_date(.);delay_lcd();write_com(0x80+0x40+13); write_date(num1+0x30);delay_lcd();write_com(0x80+0x40+14); write_date(num2+0x30);delay_lcd();write_com(0x80+0x40+15); write_date(num3+0x30);delay_lcd();void display50V(uint temp)/量程为50V显示状态uint num0,num1,num2,num3;/if(temp7) temp=0;/else temp=temp-7;temp=(temp+temp*4/10)*11;num0=temp/510;num1=temp%510*10/510;num2=temp%510*10%510*10/510;num3=temp%510*10%510*10%51*10/510;write_com(0x80+0x40+11); write_date(num0+0x30);delay_lcd();write_com(0x80+0x40+12); write_date(num1+0x30);delay_lcd();write_com(0x80+0x40+13); write_date(.);delay_lcd();write_com(0x80+0x40+14); write_date(num2+0x30);delay_lcd();write_com(0x80+0x40+15); write_date(num3+0x30);delay_lcd();void display_voltage()uint numx,temp,temp0,temp1;/float temp;numx=keyscan();temp0=numx;for(i=0;i16;i+)write_com(0x80+i);write_date(tablei);delay_lcd(); if(numx=1|numx=4)for(i=0;i11;i+)write_com(0x80+0x40+i);write_date(range5i);delay_lcd();else if(numx=2)for(i=0;i11;i+)write_com(0x80+0x40+i);write_date(range50i);delay_lcd();else if(numx=3)for(i=0;i11;i+)write_com(0x80+0x40+i);write_date(range500i);delay_lcd();else if(numx=5)for(i=0;i16;i+)write_com(0x80+0x40+i);write_date(warningi);delay_lcd();else beep();while(temp0=4&numx!=5&numx!=6)temp=AD_smooth();if(temp5) temp=0;if(numx=1)display5V(temp);numx=keyscan();/if(numx=5) break;if(numx=2)display50V(temp);numx=keyscan();while(temp1-temp7|temp-temp17)&temp1=numx)temp=AD_smooth();numx=keyscan(); while(numx=6|numx=5)numx=keyscan();while(numx=6)numx=keyscan();beep();