单片机的直流电压检验系统标准设计.doc
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1、目录摘 要II1 设计目标12 设计要求23 设计内容33.1 系统需求分析33.1.1 硬件选择33.1.2 软件选择43.2 硬件电路设计43.2.1 输入电路模块设计43.2.2 LM7805稳压电源电路介绍53.2.3 显示模块电路设计63.2.4 A/D转换设计73.2.5 单片机模块介绍103.3系统软件设计133.3.1主程序设计143.3.2 各子程序设计15总结和致谢17参考文件18附录一 系统整体电路图19附录二 A/D转换电旅程序20附录三 1602LCD显示模块程序22摘 要本设计在查阅了大量前人设计数字电压表基础上,利用单片机技术结合A/D转换芯片ADC0832构建了
2、一个直流数字电压表。本文首先简明介绍了单片机系统优势,然后具体介绍了直流数字电压表设计步骤,和硬件系统和软件系统设计。本文介绍了基于89S51单片机电压测量系统设计,介绍1602LCD液晶功效和ADC0832转换原理。该电路设计简单,方便。该设计能够测量05V电压值,并在1602LCD液晶上显示出来。本系统关键包含三大模块:主程序模块、显示模块、A/D转换模块,绘制点哭原理图和工作步骤图,并进行调试,最终设计完成了该系统硬件电路,在软件编程上,采取了c语言进行编程,开发了显示模块程序,A/D转换程序。关键词:电压测量;A/D转换;89S51单片机1 设计目标电压是属于电子测量中一个关键组成部分
3、。了解,测出多种电压值,有利于让我们愈加安全、方便使用电压。因为研究电压测量值含相关键价值。传统指针式电压表功效单一、精度低,已经满足不了现在时代需求,而采取单片机数字电压表,精度高、抗干扰能力强,可扩张性强、集成方便,还可和PC实施实时通信,现在,由多种单片机和A/D转换器组成数字电压表,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。基于单片机电压检测系统设计,控制系统采取89S51单片机,A/D转换器采取ADC0832为关键硬件,实现数字电压表硬件电路和软件设计。数字电压表能够测量05V输入电压值,并在1602LCD液晶模块上显示。2 设计要求1依据已知参数对输
4、入信号特征进行分析、需求分析,选择确定单片机型号、多种外围芯片型号,完成系统硬件设计。2基础教学要求:每人一台计算机,计算机安装Keil、Protel等软件。3. (利用单片机设计并制作简易直流数字电压表,能够测出05V直流电压,电路组成框图图所表示。 (1)测量精度0.02V。 (2)利用数码管或液晶显示器显示电压值。(3)测量范围05V。3 设计内容3.1 系统需求分析 本设计从各个角度分析了由单片机组成数字电压表设计过程及各部分电路组成及其原理。框图以下: 本设计关键分为两部分:硬件电路及软件程序。而硬件电路又大致可分为单片机小系统电路、A/D转换电路、液晶显示电路,各部分电路设计及原理
5、将会在硬件电路设计部分具体介绍;程序设计使用C语言编程。电压是检测中最基础测量值,关键过程是模拟信号经过输入电路调理,在经过放大电路,变换成适宜范围信号幅度,接着该信号,经过A/D转换电路转化成数字信号,数字信号既能够直接经过单片机处理、保留,再由液晶显示器显示出来。总体设计内容:被测电压经过运算放大电路,能够被AD接收电压范围,然后该信号经过ADC0832芯片A/D转换电路转化成数字信号,再经过89S51单片机处理、保留,由1602LCD液晶模块显示出来。该电压表可达成以下程度: (1) 电压表量程范围0V5V; (2) 能用液晶显示电压值; (3) 测量精度可达成0.02mV。3.1.1
6、硬件选择选择89S51作为单片机芯片,选择1602LCD液晶屏来实现电压显示,因为ADC0832基准电压由它内部本身提供,所以为了方便,我就利用ADC0832作为数模转换芯片,利用P0至P4各个串口来进行不一样设备间连接,计算机进行汇编,H51/L仿真器,单片机多功效试验箱。3.1.2 软件选择 本设计是硬件电路和软件编程相结合设计方案,选择适宜编程语言是一个关键步骤。在单片机应用系统程序设计时,常见是汇编语言和C语言。汇编语言特点是占用内存单元少,实施效率高。实施速度快。但它依靠于计算机硬件,程序可读性和可移植性比较差。而C语言即使实施效率没有汇编语言高,但语言简练,使用方便,灵活,运算丰富
7、,表示化类型多样化,数据结构类型丰富,含有结构化控制语句,程序设计自由度大,有很好可重用性,可移植性等特点。因为现在单片机发展已经达成了很高水平,内部多种资源相当丰富,CPU处理速度很快。用C语言来控制单片机无疑是一个理想选择。所以在本设计中采取C语言编写软件程序。3.2 硬件电路设计3.2.1 输入电路模块设计电压测量原理图所表示,电压输入到LM358正相端。最高输入电压可到5V ,使输入电压处于AD量程范围。LM358 组成一个电压跟随器,起到隔离前后通道作用,其较低输出电阻还能够提升带负载能力,输出端 接入ADC。 因为该设计精度要达成0.01mV左右,所以我们加入了LM358放大器,来
8、放大较小被测电压,输入到AD转换器中,再经过单片机处理从液晶上显示出来。图所表示,是由LM358放大器组成,LM358 内部包含有两个独立、高增益、内部频率赔偿双运算放大器,适合于电源电压范围很宽单电源使用,也适适用于双电源工作模式,在推荐工作条件下,电源电流和电源电压无关。它使用范围包含传感放大器、直流增益模块和其它全部可用单电源供电使用运算放大器场所。电容C5是阻容滤波,为了使得信号更稳定。3.2.2 LM7805稳压电源电路介绍用lm78/lm79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需外围元件极少,电路内部有过流、过热和调整管保护电路,使用方便、可靠,而且价格低廉。该系列集成稳压IC型号中l
9、m78或lm79后面数字代表此三端集成稳压电路输出电压。因为三端固定集成稳压电路使用方便,电子制作中常常采取。 这是一个输出正5V直流电压稳压电源电路。IC采集成稳压器lm7805,C4为输出端滤波电容,D1为输入反向保护。3.2.3 显示模块电路设计显示模块选择关系到整个系统设计功效多少,我们只需要显示最终电压数字值和电压单位,依据多种显示器件特点:数码管只能显示数字,不能显示单位字符,不符合本设计要求。而点阵显示器件驱动显示软件程序编写麻烦,占用引脚相对也较多。也不是理想显示器件。所以在本设计中,我们考虑用液晶显示器件,即使12864液晶比1602液晶功效强,不过在价格方面却贵了好多。而1
10、602液晶也足够满足本设计需要。所以,在本设计试验我们选择1602液晶显示器件。1602LCD分为带背光和不带背光两种,带背光比不带背光厚,是否带背光在应用中并无差异,此次设计采取带背光。1602液晶模块内部字符发生存放器有存放了160个不一样点阵字符图形,这些字符有:阿拉伯数字、英文字母大小写、常见符号等,每一个字符全部有一个固定代码,比如大写阿拉伯数字“8”代码是00111000B(38H),显示时模块把地址38H中点阵字符图形显示出来,我们就能看到数字“8”。LCD1602和单片机接口图所表示。第0脚:GCD为地电源。第1脚:VCC接5V正电源。第2脚:V0为液晶显示器对比度调整端,接正
11、电源时对比度最弱,接地时对比度最高,对比度过高时会产生“鬼影”,使用时能够经过一个10K电位器调整对比度。第3脚:RS为寄存器选择,高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第4脚:R/W为读写信号线,高电平时进行读操作,低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时能够写入指令或显示地址,当RS为低电平R/W为高电平时能够读忙信号,当RS为高电平R/W为低电平时能够写入数据。第5脚:E端为使能端,当E端由高电平跳变成低电平时,液晶模块实施命令。第613脚:D0D7为8位双向数据线。第14脚:背光源正极。第15脚:背光源负极。3.2.4 A/D转换设计3.2.4.1 A/D电路介绍和选
12、择在该设计中,模数(A/D)转换模块是一个很关键模块,它关系到最终数字电压表电压值正确度。所以,A/D芯片选择是设计过程中一个很关键步骤。模数转换器即A/D转换器,或简称ADC,通常是指一个将模拟信号转变为数字信号电子元件。通常模数转换器是将一个输入模拟电压信号转换为一个输出数字信号。模数转换器最关键参数是转换精度,通常见输出数字信号位数多少表示。转换器能够正确输出数字信号位数越多,表示转换器能够分辨输入信号能力越强,转换器性能也就越好。A/D转换通常要经过采样,保持,量化及编码4个过程。在实际电路中,有些过程是合并进行,如采样和保持,量化和编码在转换过程中是同时实现。ADC0832是8脚双列
13、直插式双通道A/D转换器,能分别对两路模拟信号实现模数转换,能够用在单端输入方法和差分方法下工作。ADC0832采取串行通信方法,经过DI 数据输入端进行通道选择、数据采集及数据传送。8位分辨率(最高分辨可达256级),能够适应通常模拟量转换要求。其内部电源输入和参考电压复用,使得芯片模拟电压输入在05V之间。含有双数据输出可作为数据校验,以降低数据误差,转换速度快且稳定性能强。独立芯片使能输入,使多器件挂接和处理器控制变愈加方便。ADC0832是8位精度,在本设计中,为了降低数字电压表误差率,在同类比AD转换器中,ADC0832性价比较高,于是我就选择了ADC0832作为这次设计AD转换器。
14、3.2.4.2 ADC0832和单片机接口电路 CH0、CH1。是ADC0832两个通道,在ADC0832工作时,被测电压进行通道选择进入CH0或CH1通道,ADC0832采取串行通信方法,经过DI 数据输入端进行通道选择、数据采集及数据传送。CS,CLK,DI,DO四个是和单片机P3接口相连,只有在使能端CS为低电平时,ADC0832才开始工作,此时处理器向AD传送时钟信号,而依据DI和DO来选择需要通道信号,传入单片机处理和保留。在第一个时钟脉冲下降之前DI端必需是高电平,表示开始信号。在第二、三个脉冲下将之前DI端应输入两个数据用于选择通道功效。 通道地址通道工作方法说明SGL/DIFO
15、DD/SIGN0100+-差分方法01-+10+单端输入方法11+当此两个数据为“1”、“0”时,只对CH0 进行单通道转换。当两个数据为“1”、“1”时,只对CH1进行单通道转换。当两个数据为“0”、“0”时,将CH0作为正输入端IN+,CH1作为负输入端IN-进行输入。当两位数据为“0”、“1”时,将CH0作为负输入端IN-,CH1 作为正输入端IN+进行输入。到第三个脉冲下降以后DI端输入电平就失去输入作用,以后DO/DI端则开始利用数据输出DO进行转换数据读取。从第4个脉冲下降沿开始由DO端输出转换数据最高位Data7,随即每一个脉冲下降沿DO端输出下一个数据。直到第11个脉冲时发出最
16、低位数据Data0,一个字节数据输出就完成了。也正是以后位开始输出下一个相反字节数据,即从第11个字节下降沿输出Data0。随即输出8位数据,到第19 个脉冲时数据输出完成,也标志着一次A/D转换结束。最终将CS置高电平停用芯片,直接将转换后数据进行处理就能够了。作为单通道模拟信号输入时ADC0832输入电压是05V且8位分辨率时电压精度为19.53125mV,即量化间隔为(5/256)V。假如作为由IN+和IN-输入输入时,可是将电压值设定在某一个较大范围之内,从而提升转换宽度。但值得注意是,在进行IN+和IN-输入时,假如IN-电压大于IN+电压则转换后数据结果一直为00H。3.2.5 单
17、片机模块介绍单片机是指一个集成在一块芯片上完整计算机系统,含有一个完整计算机所需要大部分部件:CPU,内存,总线系统等。而现在常见单片机8位有51系列单片机,AVR单片机,PIC单片机。应用最广8位单片机还是intel51系列单片机。51系列单片机特点是:硬件结构合理,指令系统规范,加之生产历史悠久,世界有很多芯片企业全部买了51芯片关键专利技术,并在其基础上扩充其性能,使得芯片运行速度变得愈加快,性价比更高。我们在此次设计中选择了89S51芯片,正因为含有功效强、体积小、成本低、功耗小等特点,所以它可单独地完成现代工业控制所要求智能化控制功效,能在软件控制下正确、快速、高效地完成程序设计者事
18、先要求任务。89S51是一个带4K字节闪烁可编程可擦除只读存放器低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。该器件采取ATMEL高密度非易失存放器制造技术制造,和工业标准MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。因为将多功效8位CPU和闪烁存放器组合在单个芯片中,ATMEL89S51是一个高效微控制器,为很多嵌入式控制系统提供了一个灵活性高且价廉方案。3.2.5.1 单片机小系统单片机最小系统包含晶振电路,电源。在此模块中,单片机晶振是12MHZ。P1端口和AD转换器连接,RS、RW、EN和P0端口和1602LCD连接。被测电压被AD转换后从P1端口输入,由单片机进行数据采集然后保留在RAM中
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