数字电压表设计报告

s南湖学院《数字电路课程设计》设计报告项目名称：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：24102200123完成时间：2012年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、实验数据处理六、设计安装及调试中的体会七、参考文献附录：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，具有量程变换功能。二、硬件设计上电复位串口通信ADC08041602LED显示电源电路AT89C51P0P2P1P3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2.1主控芯片本电压表采用STC89C52为主控芯片，电路如下图所接：晶振电路和复位电路略去，端口和上面各图的接口是一致的。2.2模拟转换部分该电压表采用的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，将数字地和模拟地都直接接到了一起，DB0~DB7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的引脚，ADC0804可以自己产生时钟，只要在CLKR和CLKIN端接入电阻（10K）和电容（理论为150pf本人接的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DB0~DB7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芯片上面的始终是VIN和地之前的电压，为了调精度，在上面加了滑动变阻器。此处R22选用的是470K欧的，首先选的10K，因为内阻过小，导致在5V以下的电压测量不准确，choice和GND两端为外加的电压，这样，有部分电压会在R20或者R21上分压，只在保证在R22两端不超过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优点是价格便宜，可显示基本字符，对于做电压表这样的东西已足够。电路如下：三、软件设计3.1主程序主程序包括初始化部分调用A/D转换子程序和调用显示程序，如下图所示：3.2A/D转换子模块：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，并将转换的数值存入八个相应的存储单元中，如下图：四、系统调试开始启动一次转换取数据（OE=1）A/D转换结束？返回0804地址加1地址小于8基于单片机的数字电压表在组装好以后，便可进入系统的在线调试，起主要任务是排除样机硬件故障并完善其硬件结构，试运行所设计的程序，排除程序错误，优化程序结构，使系统达到预期的功能，进而固化软件。4.1硬件调试单片机应用系统的硬件和软件调试时交叉进行的，但通常是先排除样机中明显的硬件故障，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的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，根据硬件电器原理图和装配图仔细检查样机线路的正确性，并核对元器件的型号规格和安装是否符合要求。第二步是加电后检查各插件上引脚的点位，仔细测量各电位是否正常。第三步是在不加电的情况下，除单片机以外，插上所有的元器件，最后用仿真适配器将样机的单片机插座盒仿真器的仿真接口相连，为联机调试做准备。4.2软件调试4.2.1软件电路故障（1）当以断点或连续方式运行时，目标系统没有按规定的功能进行操作或什么结果也没有，这是由于程序转移到意外之外或在某处死循环所造成的。（2）结果不正确4.2.2软件调试方法软件调试所使用的方法有：计算程序的调试方法，I/O处理程序的调试法，综合调试法。五、实验数据处理5.1实验数据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实验数据分析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、设计安装及调试中的体会数字电压表作为一个实用电子系统，已经得到广泛的应用。掌握数字电压表的基本原理，研究并不断改进系统的功能。这些是我们初涉者们努力的方向。本系统采用石英晶体振荡器、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的信号。实现了数字钟时、分、秒显示，手动较时、校分的功能。有很强的现实应用性能。而数字钟的设计开拓了我们的视野，锻炼了我们的动手能力。我想就整个制作数字电压表的过程做一些总结。如何设计原理图，如何检错，如何进行PCB单面板的布线，如何制作单面板，如何调试电路，每一环节都不能忽视，而且每一环节都应为下一环节做打算，不应开始没弄好就想下面怎么做这么做就行了，这样给后期工作带来的难度更大。第一步也是最关键的一步就是原理图的设计，首先要保证原理图是正确的，否则后面做的都是无用功，画原理图虽然不难，但是绝对不能忽视。接着导入PCB板，而导入PCB板时必须确保无误。而手工布线时，摆放好元件也是很重要的，为布线提供方便。而布线时又要考虑到板子做出来的效果，将焊盘尽量调大，线尽量布粗，电源线和地线要比信号线稍微粗一点，而且尽量避免线经过焊盘，以免焊接时出现短路。布线很烦很乱很耗时间，很容易泄气，但是一定要坚持，否则前功尽弃。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的美观，并且焊好每一个结点。调试是收尾工作，却也是决定成败的关键，调试成功了便制作成功了，如果调试不成功，则看不到效果。这也是最让人遗憾的。调试最是让人头痛也是最耗时间的事情。这也是动手能力最强的工作，需要耐心，需要毅力，这个过程也能使我们更进一步熟悉电路板，并理解电路设计原理，否则是没法调试的，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，按照这个情形去调试，直到满足要求，而要考虑到的因素很多。我觉得最先要做的是保证测量仪器是好的，否则会做很多无用功甚至陷入深渊，接着首要的是确保地线跟电源线正确输入。要检查电路，要检查焊盘是否焊好，要测试元件是好是坏，要检查有没有断线等等。总之整个工作很费时，很麻烦，不过当看到自己的数字电压表实现的时候却是最高兴的一件事。而学我们这个专业的同学又必须要掌握这样难得的机会，还有老师指导，还有同学可以讨论。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，要有足够的耐心和毅力，同时这也是建立在兴趣之上的。七、参考文献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，2006年2、谢自美主编.电子线路设计实验第三版.华中科技大学出版社，2006年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：#includereg52.h//头文件#includeintrins.h//头文件#includedefinedvm.h#includedelay.h#includewarning.h#include1602.h#includekeyscan.h#includeAD.h#includedisplay.hvoidmain(){while(1){write_com(0x01);lcd_init();display_voltage();}}1、宏定义和定义变量：#defineucharunsignedchar//宏定义#defineuintunsignedintuchartable[]=measurement:;ucharrange5[]=RANGE0~20V:;ucharrange50[]=RANGE0~2A:;ucharrange500[]=RANGE0~100K:;ucharwarning[]=PleaseChoice!;/*ucharerror[]=error!;*/uintmeasure[10];sbitkey3=P2^7;sbitkey0=P2^2;sbitkey1=P2^1;sbitkey2=P2^0;sbitlcd_rs=P2^3;//定义液晶的rs端口sbitlcd_rw=P2^4;//定义液晶的rw端口sbitlcd_en=P2^5;sbitback=P2^6;sbitspk=P2^7;//定义液晶的en端口sbitcs=P3^2;//定义AD的cs端口sbitrd=P3^1;//定义AD的rd端口sbitwr=P3^0;//sbitdula=P3^7;sbitINTR=P3^7;//定义AD的wr端口uinttemp,i,A1,A2,A3,A4;//定义变量uintdate;2、延时部分：voiddelay(uintz){uintx,y;for(x=z;x0;x--)for(y=110;y0;y--);}voiddelay_lcd()//1602指令之间延时{uintx=5;while(x--);}3、AD转换和数据传送：voidAD_init()//初始化ADC0804{cs=0;wr=1;_nop_();wr=0;_nop_();wr=1;}uintAD_switch()//AD转换部分{uinttemp;P1=0xff;rd=1;_nop_();rd=0;_nop_();temp=P1;//将转后的原始值返给单片机P1口returntemp;}uintAD_smooth()//软件滤波{uintxx,i,temp;AD_init();for(i=0;i20;i++){measure[i]=AD_switch();delay(10);//每隔10usADC转换并采集一次数据，将得}//到的数据放到数组中，采集十个数据for(xx=0;xx20;xx++)//将十个数据冒泡法排序for(i=xx;i20;i++){if(measure[xx]measure[i]){temp=measure[i];measure[i]=measure[xx];measure[xx]=temp;}}for(i=6;i16;i++)//去掉了三个最小值和两个最大值，{//取中间五个数的平均值xx+=measure[i];}xx=xx/10;returnxx;//将滤过波后的值存入单片机}4、1602子程序：voidwrite_com(ucharcom)//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;}voidwrite_date(uchardate)//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;}voidlcd_init()//初始化{back=0;delay(15);lcd_en=0;write_com(0x38);write_c