基于Proteus的數(shù)字電壓表設(shè)計(jì).doc

東 北 石 油 大 學(xué)課 程 設(shè) 計(jì)課 程 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 題 目 基于proteus的數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)與仿真 院 系 電氣信息工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 2013 年 7月 8日東北石油大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程 電 子 技 術(shù) 課 程 設(shè) 計(jì) 題目 基于proteus的數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)與仿真 專業(yè) 自動(dòng)化 姓名 學(xué)號(hào) 主要內(nèi)容：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，運(yùn)用所學(xué)的模擬電子技術(shù)及電路基礎(chǔ)等知識(shí)，自行設(shè)計(jì)一種數(shù)字電壓表可以準(zhǔn)確、直觀讀數(shù)的電子裝置，電壓表的數(shù)字化是將連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換成不連續(xù)的離散的數(shù)字形式并加以顯示。這有別于傳統(tǒng)的以指針與刻度盤進(jìn)行讀數(shù)的方法，避免了讀數(shù)的視差和視覺疲勞?；疽螅?. 利用高效單片機(jī)作為核心的測(cè)量系統(tǒng)以及靈敏度和精度較高的A/D轉(zhuǎn)換器2. 精度高、靈敏度強(qiáng)、性能可靠、電路簡(jiǎn)單、成本低3. 將連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換成不連續(xù)的離散的數(shù)字形式并加以顯示主要參考資料：1 羅亞非.凌陽16位單片機(jī)M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2005.2 薛峰.微機(jī)通訊技術(shù)大全M.北京:電子工業(yè)出版社,2002.3 張念維.USB總線接口開發(fā)指南M.北京:電子出版社,2002.4 周立功.單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2004.5 周航慈.單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)技術(shù)M.北京:航空航天大學(xué)出版社,2002.6 陳朝元,魯五一.Proteus軟件在自動(dòng)控制系統(tǒng)仿真中的應(yīng)用J.系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào), 2008(1):318-320.7 毛謙敏.單片機(jī)原理及應(yīng)用設(shè)計(jì)系統(tǒng)M北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2008:22-26.8 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)(數(shù)字部分) M. 5版. 北京:高等教育出版, 2005: 290-293.9王偉,劉曉平.高精度數(shù)字電壓表方案設(shè)計(jì)J.儀表技術(shù),2007,(4):36-39.完成期限 2013.7.1-2013.7.5 指導(dǎo)教師 專業(yè)負(fù)責(zé)人 2013年 7月3 日目 錄1任務(wù)和要求11.1 研究背景12 單元電路設(shè)計(jì)22.1 LCD的顯示原理22.2 時(shí)鐘電路22.3 復(fù)位電路32.4 數(shù)據(jù)采集模塊32.5 顯示電路43 電路總原理框圖設(shè)計(jì)4 4 總體方案設(shè)計(jì)與流程 54.1 主程序流程圖54.2 顯示主程序流程圖54.3 A/D轉(zhuǎn)換子程序流圖64.4 數(shù)據(jù)處理主程序流程圖64.5 源代碼75 調(diào)試結(jié)果與分析95.1 調(diào)試結(jié)果圖96 設(shè)計(jì)總結(jié)11參考文獻(xiàn)12附錄13 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)（報(bào)告）1 任務(wù)和要求（1）任務(wù)：設(shè)計(jì)并仿真數(shù)字電壓表（2）數(shù)字電壓表基本要求： 利用高效單片機(jī)作為核心的測(cè)量系統(tǒng)以及靈敏度和精度較高的A/D轉(zhuǎn)換器 精度高、靈敏度強(qiáng)、性能可靠、電路簡(jiǎn)單、成本低 將連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換成不連續(xù)的離散的數(shù)字形式并加以顯示2 單元電路設(shè)計(jì)2.1 LCD的顯示原理TFT-LCD液晶顯示器的結(jié)構(gòu)與TN-LCD液晶顯示器基本相同，只不過將TN-LCD上夾層的電極改為FET晶體管，而下夾層改為共通電極。TFT-LCD液晶顯示器的工作原理與TN-LCD卻有許多不同之處。TFT-LCD液晶顯示器的顯像原理是采用“背透式”照射方式。當(dāng)光源照射時(shí)，先通過下偏光板向上透出，借助液晶分子來傳導(dǎo)光線。由于上下夾層的電極改成FET電極和共通電極，在FET電極導(dǎo)通時(shí)，液晶分子的排列狀態(tài)同樣會(huì)發(fā)生改變，也通過遮光和透光來達(dá)到顯示的目的。但不同的是，由于FET晶體管具有電容效應(yīng)，能夠保持電位狀態(tài)，先前透光的液晶分子會(huì)一直保持這種狀態(tài)，直到FET電極下一次再加電改變其排列方式為止。2.2時(shí)鐘電路XTAL1是片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端，XTAL2則是輸出端，使用外部振蕩器時(shí)，外部振蕩信號(hào)應(yīng)直接加到XTAL1，而XTAL2懸空。內(nèi)部方式時(shí)，時(shí)鐘發(fā)生器對(duì)振蕩脈沖二分頻，如晶振為12MHz，時(shí)鐘頻率就為6MHz。晶振的頻率可以在1MHz-24MHz內(nèi)選擇。電容取30PF左右。系統(tǒng)的時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)是采用的內(nèi)部方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩電路如圖2-1所示。圖2-1時(shí)鐘電路圖2.3復(fù)位電路復(fù)位電路如下圖2-2所示，按鍵沒有按下時(shí)，RST端接電容下極板是低電平，按鍵按下時(shí)，RST端接在電阻上端變?yōu)楦唠娖?，達(dá)到復(fù)位的目的。圖2-2復(fù)位電路圖2.4數(shù)據(jù)采集模塊 通過ADC0809采集數(shù)據(jù)，輸入到單片機(jī)內(nèi)，如圖2-3所示：圖2-3數(shù)據(jù)采集模塊電路圖2.5顯示電路 通過2-4位數(shù)碼管來顯示，如圖5所示：圖2-4顯示電路圖2 電路總原理框圖設(shè)計(jì)4 總體方案設(shè)計(jì)與流程4.1主程序流程圖主程序流程圖如圖3-1所示： 圖4-1主程序流程圖4.2顯示子程序流程圖 顯示子程序流程圖如圖3-2所示：圖4-2顯示子程序流程圖4.3 A/D轉(zhuǎn)換子程序流程圖 A/D轉(zhuǎn)換子程序流程圖,如圖3-3所示：圖4-3A/D轉(zhuǎn)換子程序流程圖4.4數(shù)據(jù)處理子程序流程圖數(shù)據(jù)處理子程序流程圖，如圖4-4所示：圖4-4數(shù)據(jù)處理子程序流程圖4.5 源代碼LED1 EQU 30H ;初始化定義LED2 EQU 31HLED3 EQU 32H ;存放三個(gè)數(shù)碼管的段碼ADC EQU 35H ;存放轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)ST BIT P3.2OE BIT P3.0EOC BIT P3.1 ;定義ADC0809的功能控制引腳ORG 0000HLJMP MAIN ;跳轉(zhuǎn)到主程序執(zhí)行ORG 0030HMAIN: MOV LED1,#00H MOV LED2,#00H MOV LED3,#00H ;寄存器初始化 CLR P3.4 SETB P3.5 CLR P3.6 ;選擇ADC0809的通道2WAIT: CLR ST SETB ST CLR ST ;在脈沖下降沿啟動(dòng)轉(zhuǎn)換 JNB EOC,$ ;等待轉(zhuǎn)換結(jié)束 SETB OE ;允許輸出信號(hào) MOV ADC,P1 ;暫存A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果 CLR OE ;關(guān)閉輸出 MOV A,ADC ;將轉(zhuǎn)換結(jié)果放入A中，準(zhǔn)備個(gè)位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 MOV B,#50 ;變換個(gè)位調(diào)整值50送B DIV AB MOV LED1,A ;將變換后的個(gè)位值送顯示緩沖區(qū)LED1 MOV A,B ;將變換結(jié)果的余數(shù)放入A中，準(zhǔn)備十分位變換 MOV B,#5 ;變換十分位調(diào)整值5送B DIV AB MOV LED2,A ;將變換后的十分位值送LED2 MOV LED3,B ;最后的余數(shù)作百分位值送LED3 LCALL DISP ;調(diào)用顯示程序 AJMP WAITDISP:MOV R1,#LED1 ; 顯示子程序 CJNE R1,#5,GO ;R1=5V?是往下執(zhí)行，否，則到GO MOV LED2,#0H ;是5V，即最高值，將小數(shù)的十分位清零 MOV LED3,#0H ;將小數(shù)的百分位清零 GO:MOV R2,#3 ;顯示位數(shù)賦初值，用到3位數(shù)碼管 MOV R3,#0FDH ;掃描初值送R3DISP1:MOV P2,#0FFH ;關(guān)閉顯示,目的防止亂碼 MOV A,R1 ;顯示值送A MOV DPTR,#TAB ;送表首地址給DPTR MOVC A,A+DPTR ;查表取段碼 CJNE R2,#3,GO1 ;判斷是否個(gè)位數(shù)碼管？否則跳到GO1 ORL A,#80H ;將整數(shù)的數(shù)碼管顯示小數(shù)點(diǎn) GO1:MOV P0,A ;送段碼給P0口 MOV A,R3 MOV P2,A ;送位碼給P2口 LCALL DELAY ;調(diào)用延時(shí) MOV R3,A RL A ;改變位碼 MOV R3,A INC R1 ;改變段碼 DJNZ R2,DISP1 ;三位是否顯示完？否則調(diào)到DISP1 RETDELAY:MOV R6,#10 ;延時(shí)5S程序： D1:MOV R7,#250 DJNZ R7,$ DJNZ R6,D1 RET TAB: DB 3FH, 06H,5BH,4FH,66H;共陰極數(shù)碼管顯示0-4 ;顯示數(shù)據(jù)表： DB 6DH,7DH,07H,7FH,6FH;顯示5-9 END5 調(diào)試結(jié)果與分析5.1調(diào)試結(jié)果圖 調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的位置，可以測(cè)出相應(yīng)的電壓值，如圖4-1所示：圖5-1測(cè)量電壓仿真圖該電路可測(cè)得電壓范圍是0-3V,最大電壓值如圖5-1所示。該電路測(cè)量的誤差在約為0.02V，如圖4-2所示。 圖5-2最小測(cè)量誤差圖6 設(shè)計(jì)總結(jié)本文給出了利用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)的一個(gè)實(shí)例，利用仿真功能強(qiáng)大、仿真元件模型豐富的Proteus軟件對(duì)數(shù)字電壓表各個(gè)單元電路和整體電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)和詳盡的仿真分析，縮短了設(shè)計(jì)周期,提高了設(shè)計(jì)效率,降低了設(shè)計(jì)成本。采用KEIL和proteus軟件結(jié)合使用進(jìn)行仿真，取得了較好的仿真效果。在這次設(shè)計(jì)過程中，我對(duì)電路設(shè)計(jì)、單片機(jī)的使用等都有了新的認(rèn)識(shí)。通過這次設(shè)計(jì)學(xué)會(huì)了Proteus和KEIL軟件的使用方法，掌握了從系統(tǒng)的需要、方案的設(shè)計(jì)、功能模塊的劃分、原理圖的設(shè)計(jì)和電路圖的仿真的設(shè)計(jì)流程，積累了不少經(jīng)驗(yàn)。基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表使用性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、外接元件少。在實(shí)際應(yīng)用工作性能好，測(cè)量電壓準(zhǔn)確，精度高。系統(tǒng)功能、指標(biāo)達(dá)到了課題的預(yù)期要求、系統(tǒng)在硬件設(shè)計(jì)上充分考慮了可擴(kuò)展性，經(jīng)過一定的改造，可以增加功能。本文設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表測(cè)量一路電壓的功能，詳細(xì)說明了從原理圖的設(shè)計(jì)、電路圖的仿真再到軟件的調(diào)試。通過本次設(shè)計(jì)，我對(duì)單片機(jī)這門課有了進(jìn)一步的了解。無論是在硬件連接方面還是在軟件編程方面。本次設(shè)計(jì)采用了AT89C51單片機(jī)芯片，與以往的單片機(jī)相比增加了許多新的功能，使其功能更為完善，應(yīng)用領(lǐng)域也更為廣泛。設(shè)計(jì)中還用到了模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0808，以前在學(xué)單片機(jī)課程時(shí)只是對(duì)其理論知識(shí)有了初步的理解。通過這次設(shè)計(jì)，對(duì)它的工作原理有了更深的理解。在調(diào)試過程中遇到很多問題，硬件上的理論知識(shí)學(xué)得不夠扎實(shí)，對(duì)電路的仿真方面也不夠熟練。總之這次電路的設(shè)計(jì)和仿真，基本上達(dá)到了設(shè)計(jì)的功能要求。在以后的實(shí)踐中，我將繼續(xù)努力學(xué)習(xí)電路設(shè)計(jì)方面的理論知識(shí)，并理論聯(lián)系實(shí)際，爭(zhēng)取在電路設(shè)計(jì)方面能有所提升。利用仿真功能強(qiáng)大、仿真元件模型豐富的Proteus軟件對(duì)數(shù)字電壓表各個(gè)單元電路和整體電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)和詳盡的仿真分析,縮短了設(shè)計(jì)周期,提高了設(shè)計(jì)效率,降低了設(shè)計(jì)成本。 同時(shí), Proteus軟件對(duì)于電子技術(shù)的教學(xué)演示和實(shí)際設(shè)計(jì)都具有很大的輔助作用。通過這次課程設(shè)計(jì)讓我對(duì)單片機(jī)理論有了更加深入的了解。我深刻體會(huì)到了自己知識(shí)的匱乏。我深深的感覺到自己知識(shí)的不足，自己原來所學(xué)的東西只是一個(gè)表面性的，理論性的，而且是理想化的。根本不知道在現(xiàn)實(shí)中還存在有很多問題。真正的能將自己的所學(xué)知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際所用才是最大的收獲，也就是說真正的能夠做到學(xué)為所用才是更主要的。設(shè)計(jì)一個(gè)很簡(jiǎn)單的電路，所要考慮的問題，要比考試的時(shí)候考慮的多的多。我突然發(fā)現(xiàn)，如果總是止步于書本上學(xué)習(xí)單片機(jī)，會(huì)覺得很抽象，無法理解也不會(huì)有興趣，但是當(dāng)理論知識(shí)和實(shí)踐結(jié)合到一起之后，就會(huì)非常有趣，而且還會(huì)印象深刻富有成就感。所以我很珍惜這次的設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)，我以后會(huì)多加練習(xí)。參考文獻(xiàn)1 羅亞非.凌陽16位單片機(jī)M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2005.2 薛峰.微機(jī)通訊技術(shù)大全M.北京:電子工業(yè)出版社,2002.3 張念維.USB總線接口開發(fā)指南M.北京:電子出版社,2002.4 周立功.單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2004.5 周航慈.單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)技術(shù)M.北京:航空航天大學(xué)出版社,2002.6 陳朝元,魯五一.Proteus軟件在自動(dòng)控制系統(tǒng)仿真中的應(yīng)用J.系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào), 2008(1):318-320.7 毛謙敏.單片機(jī)原理及應(yīng)用設(shè)計(jì)系統(tǒng)M北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2008:22-26.8 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)(數(shù)字部分) M. 5版. 北京:高等教育出版, 2005: 290-293.9王偉,劉曉平.高精度數(shù)字電壓表方案設(shè)計(jì)J.儀表技術(shù),2007,(4):36-39.附錄 隨著電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子測(cè)量成為廣大電子工作者必須掌握的手段，對(duì)測(cè)量的精度和功能的要求也越來越高，而電壓的測(cè)量甚為突出，因?yàn)殡妷旱臏y(cè)量最為普遍。同時(shí)隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展和超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，特別是單片機(jī)的出現(xiàn)，正在引起測(cè)量控制儀表領(lǐng)域的新的技術(shù)革命 。由于使用的是高效單片機(jī)作為核心的測(cè)量系統(tǒng)，以及靈敏度和精度較高的A/D轉(zhuǎn)換器，使本直流電壓表具有精度高、靈敏度強(qiáng)、性能可靠、電路簡(jiǎn)單、成本低的特點(diǎn)，加上經(jīng)過優(yōu)化的程序，使其有很高的智能化水平。數(shù)字電壓表相對(duì)于指針表而言讀數(shù)直觀準(zhǔn)確，電壓表的數(shù)字化是將連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換成不連續(xù)的離散的數(shù)字形式并加以顯示。在現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)中，常用高精度數(shù)字電壓表進(jìn)行檢測(cè)，將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)送入微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，完成計(jì)算、存儲(chǔ)、控制等功能。本文中數(shù)字電壓表的控制系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)，A/D轉(zhuǎn)換器采用ADC0809為主要硬件，實(shí)現(xiàn)數(shù)字電壓表的硬件電路與軟件設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)的數(shù)字電壓表電路簡(jiǎn)單，所用的元件較少，成本低，調(diào)節(jié)工作可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，還可以方便地進(jìn)行8路A/D轉(zhuǎn)換的測(cè)量，遠(yuǎn)程測(cè)量結(jié)果傳送等功能。數(shù)字電壓表可以測(cè)量05V的電壓值，并在四位LED數(shù)碼管上輪流顯示, 并且應(yīng)用Proteus的ISIS軟件進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真。隨著電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子測(cè)量成為廣大電子工作者必須掌握的手段，對(duì)測(cè)量的精度和功能的要求也越來越高，而電壓的測(cè)量甚為突出，因?yàn)殡妷旱臏y(cè)量最為普遍。同時(shí)隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展和超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，特別是