基于单片机实现的数字电压表

电子测量实训报告课题交流毫伏表设计系别专业年级姓名学号指导教师完成日期2010年10月15号1目录第一章引言……………………………………………………………21.1摘要…………………………………………………………………………..21.2设计目的…………………………………………………………………….21.3设计任务及要求…………………………………………………………….21.4课程设计过程………………………………………………………………2第二章系统方案选择和论证………………………………………….32.1基本方案论证………………………………………………………………..32.2输出部分中各模块的方案选择……………………………………………..32.3总体方案设计………………………………………………………………..4第三章AT89C51的结构………………………………………..…...53.1AT89C51的概述……………………………………………………………..53.2AT89C51内部结构…………………………………………………………53.3存储器和特殊功能寄存器的介绍………………………………………….53.4时钟电路和复位电路……………………………………………………….7第4章元器件的选择………………………………………………….74..1显示………………………………………………………………………….74.2模数（A/D）芯片…………………………………………………………..114.3数模AC/DC736芯片………………………………………………………134.4OP07………………………………………………………………………….13第五章电路的设计……………………………………………………..145.1时钟电路…………………………………………………………………….155.2A/D转换程序……………………………………………………………….17第6章系统的调试……………………………………………………..186.1硬件的调试…………………………………………………………………….186.2软件调试………………………………………………………………………..19参考文献………………………………………………………………….20附录……………………………………………………………………….20程序清单…………………………………………………………………………….20元件清单…………………………………………………………………………….252内容摘要本次设计主要解决AC/DC转换、A/D转换、数据处理及显示控制等几个模块。控制系统采用AT89C51单片机，A/D转换采用ADC0809。要求交流毫伏表检测信号的电压范围：1mv—2v，输入信号的频率范围：10Hz-2000KHz，并在LCD1602液晶上显示测量电压信号。关键词AT89C51单片机；电压测量；A/D转换；LCD1602液晶显示；AC/DC转换；放大；衰减。1.2设计目的本课程的任务是通过“交流毫伏表的设计”的设计过程，综合所学课程，掌握目前自动化仪表的一般设计要求，工程设计方法，开发及设计工具的使用方法，通过这一设计实践过程，锻炼学生的动手能力和分析，解决问题的能力；积累经验，培养按部就班，一丝不苟的工作个对所学知识的综合应用能力。1.3设计任务及要求1、设计一个交流毫伏表，检测信号的电压范围：1mv—2v。2、输入信号的频率范围：10Hz-2000KHz3、查阅相关资料，了解交流毫伏表的各种现实发法极其特点，并着重掌握交流毫伏表的设计及显示等。4、熟悉并掌握个芯片的功能极其管脚分。5、检测设计电路中所需要的各种电子元器件。6、对设计的交流毫伏表进行装接与调试，要时设计的电路达标。7、完成设计交实物图极其设计报告。1.4课程设计过程1、各组组成员讨论并进行软硬件系统设计，经指导老师同意进行具体方3案实施。2、将可行方案硬件电路焊接在万能板上，并检查。3、软硬件仿真。4、独立完成软硬件系统调试。5、经老师检查并移交成品。第2章系统方案选择和论证2.1基本方案论证本设计硬件电路分为测量部分、输出部分四大部分，测量部分又分为控制模块、放大模、交直流变换模块、AD变换模块、显示模块。测量部分方案选择方案一主要采用AT89C51单片机为核心处理，配合放大电路、A/D电路采集数据，通过液晶显示。采用AT89C51单片机作CPU，AT89C51单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，实现模数转换功能，外接A/D转换器和D/A转换器外围电路。语音功能还要通过外接语音芯片电路，实现起来比较烦琐。AT89C51单片机为8位微处理器，在数据处理方面显然逊色于16位机。方案二主要采用凌阳16位单片机为核心处理，同时经过放大处理，A/D数据转换，由凌阳配套液晶显示。采用凌阳16位单片机SPCE061A作为控制核心，SPCE061A单片机在2.4V-3.6V工作电压范围内的CPU时钟频率范围为0.32-49.152MHz，同时增加了内积运算功能，提高了数据处理能力，还配有独特的音频处理功能，丰富的音频函数使语音更加多样化。通过AD620运算放大器放大信号，再由TLC2543芯片进行A/D转换，达到题目所需效果。综上所述，本模块采用AT89C51单片机为核心处理，充分利用单片机的优点，使测量数据更加准确，放大电路及A/D数据采集电路为了减小误差使用了DA736、AD0809两种芯片，让电路更加稳定具有更好的保护措2.2输出部分中各模块的方案选择采用AT89C51单片机为控制器，控制LCD芯片，使得操作更加方便、高效。1.1.2最终方案设计思想及框架示意图42.3总体设计方案系统总体设计框图a、控制模块选用AT89C51单片机。b、放大模块选择OP07芯片实现。c、A/D转换模块选择ADC0809芯片，从分利用其在仪表中的应用特性。d、显示模块选择与控制模块相配套的LCD液晶显示。测量系统框图如图1：图1系统总体设计框图简易数字交流毫伏表交流毫伏表测量正弦波形输出系统主框架图示AT89C51单片机LCD显示OP07放大AD0809A/D转换AC/DC736衰减电路3DJ6DJ65第3章AT89C51的结构3.1AT89C51内部结构概述1一个8位的CPU2128B或256B单元内数据存储器（RAM）34KB或8KB片内程序存储器（ROM或EPROM）44个8位并行I/O接口P0~P3。5两个定时/计数器。65个中断源的中断管理控制系统。7一个全双工串行I/O口UART（通用异步接收、发送器）8一个片内振荡器和时钟产生电路。3.2CPU结构CPU是单片机的核心部件。它由运算器和控制器等部件组成。1.运算器运算器以完成二进制的算术/逻辑运算部件ALU为核心。它可以对半字节（4）、单字节等数据进行操作。例如，能完成加、减、乘、除、加1、减1、BCD码十进制调整、比较等算术运算，完成与、或、异或、求反、循环等逻操作，操作结果的状态信息送至状态寄存器。运算器还包含有一个布尔处理器，用以处理位操作。它以进位标志位C为累加器，可执行置位、复位、取反、位判断转移，可在进位标志位与其他可位寻址的位之间进行位数据传诵等操作，还可以完成进位标志位与其他可位寻址的位之间进行逻辑与、或操作。2.程序计数器PCPC是一个16位的计数器，用于存放一条要执行的指令地址，寻址范围为64kB，PC有自动加1功能，即完成了一条指令的执行后，其内容自动加1。3.指令寄存器指令寄存器用于存放指令代码。CPU执行指令时，由程序存储器中读取的指令代码送如指令寄存器，经指令译码器译码后由定时有控制电路发出相应的控制信号，完成指令功能。3.3存储器和特殊功能寄存器的介绍1.存储器（Memory）是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。计算机中的全部信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。它根据控制器指定的位置存入和取出信息。62.特殊功能寄存器特殊功能寄存器（SFR）的地址范围为80H～FFH。在MCS－51中，除程序计数器PC和四个工作寄存器区外，其余21个特殊功能寄存器都在这SFR块中。其中5个是双字节寄存器，它们共占用了26个字节。各特殊功能寄存器的符号和地址见附表2。其中带＊号的可位寻址。特殊功能寄存器反映了8051的状态，实际上是8051的状态字及控制字寄存器。用于CPUPSW便是典型一例。这些特殊功能寄存器大体上分为两类，一类与芯片的引脚有关，另一类作片内功能的控制用。与芯片引脚有关的特殊功能寄存器是P0～P3，它们实际上是4个八位锁存器（每个I/O口一个），每个锁存器附加有相应的输出驱动器和输入缓冲器就构成了一个并行口。MCS－51共有P0～P3四个这样的并行口，可提供32根I/O线，每根线都是双向的，并且大都有第二功能。其余用于芯片控制的寄存器中，累加器A、标志寄存器PSW、数据指针DPTR等的功能前已提及。P0-P3口功能介绍P0口功能：P0口具有两种功能：第一，P0口可以作为通用I/O接口使用，P0.7—P0.0用于传送CPU的输入/输出数据。输出数据时可以得到锁存，不需外接专用锁存器，输入数据可以得到缓冲。第二，P0.7—P0.0在CPU访问片外存储器时用于传送片外存储器de低8位地址，然后传送CPU对片外存储器的读写P1口功能：P1口的功能和P0口de第一功能相同，仅用于传递I/O输入/输出数据。P2口的功能：P2口的第一功能和上述两组引脚的第一功能相同，即它可以作为通用I/O使用。它的第二功能和P0口引脚的第二功能相配合，作为地址总线用于输出片外存储器的高8位地址。P3口功能：P3口有两个功能：第一功能与其余三个端口的第一功能相同；第二功能作控制用，每个引脚都不同。表2.1P3口第二功能引脚名称功能P3.0RXD串行数据接收口P3.1TXD串行数据发送口P3.2INT0外中断0输入P3.3INT1外中断1输入P3.4T0计数器0计数输入P3.5T1计数器1计数输入P3.6WR外部RAM写选通信号P3.7RD外部RAM读选通信号73..4时钟电路和复位电路单片机的时钟信号用来提供单片机内各种微操作的时间基准；复位操作则使单片机的片内电路初始化，使单片机从一种确定的状态开始运行。1.时钟电路单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：内部振荡和外部振荡方式。图2内部振荡电路2复位电路当MCS-5l系列单片机的复位引脚RST(全称RESET)出现2个机器周期以上的高电平时，根据应用的要求，上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。图3上电复位上电复位要求电源接通后，单片机自动复位，并且在单片机运行期间，用开关操作也能使单片机复位。上电后，由于电容C3的充电和反相门的作用，使RST持续一段时间的高电平。当单片机已在运行当中时，按下复位键K后松开，也能使RST为一段时间的高电平，从而实现上电复位的操作。第4章元器件的选择4.1显示器LCD显示模块LCD显示器分为字段显示和字符显示两种。其中字段显示与LED显示相似，只8要送对应的信号到相应的管脚就能显示。字符显示是根据需要显示基本字符。本设计采用的是字符型显示。系统中采用LCD1602作为显示器件输出信息。与传统的LED数码管显示器件相比，液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富等优点，而且不需要外加驱动电路，现在液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的显示器件了。LCD1602可以显示2行16个汉字。因为数码管是最常用的一种显示器件，它是由几个发光二极管组成的8字段显示器件，其特点是价格非常的便宜，使用也非常的方便，显示效果非常的清楚。小电流下可以驱动每光，发光响应时间极短，体积小，重量轻，抗冲击性能好，寿命长。但数码管只能是显示0——9的数据。不能够显示字符。这也是数码管的不足之处。所以综合上述，也根据本次设计的要求，我们选LCD1602液晶显示器。图4LCD1602液晶显示器1602字符型LCD简介1·字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字