干電池的電壓檢測(cè)

1、課 程 設(shè) 計(jì) 課 程 科研實(shí)踐 題 目 干電池的電壓檢測(cè) 二級(jí)學(xué)院 班 級(jí) 姓 名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 設(shè)計(jì)時(shí)間 I常州工學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)原理及應(yīng)用科研實(shí)踐任務(wù)書學(xué)生姓名指導(dǎo)老師 職 稱課題名稱干電池的電壓檢測(cè) 課題工作內(nèi)容“電壓檢測(cè)”的硬件電路主要由單片機(jī)控制電路、數(shù)碼管顯示電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路組成，主要實(shí)現(xiàn)：1、電壓檢測(cè) ：通過AD檢測(cè)電路，檢測(cè)干電池電壓信號(hào)，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸入單片機(jī)；2、顯示輸出：通過譯碼顯示電路，將測(cè)得的電壓值經(jīng)譯碼后通過數(shù)碼管顯示。3、復(fù)位設(shè)置：能夠手動(dòng)和上電復(fù)位。 指標(biāo)要求1、電壓測(cè)量：測(cè)量電壓精度為V，測(cè)量范圍為02.5V。2、顯示位數(shù)：能夠顯示3位數(shù)值，1位整數(shù)

2、和2位小數(shù)。 進(jìn)程安排第一天：下達(dá)任務(wù)、理解課題要求、收集和消化相關(guān)資料； 第二天：方案論證和制定，元器件采購(gòu)； 第三四天：硬件制作、調(diào)試 第五八天：軟件設(shè)計(jì)、調(diào)試 第九天：根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容，撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告 第十天：作品演示、答辯考核主要參考文獻(xiàn)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù) 張齊著 電子工業(yè)出版社 單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù) 范力旻 電子工業(yè)出版社 例說8051 謝亮、陳敵北、 張義和 人民郵電出版社 單片機(jī)C語言應(yīng)用100例 王東鋒 王會(huì)良 電子工業(yè)出版社 51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例 樓然苗 李光飛 北航出版社 地點(diǎn)秋白樓起止日期2012.12.31-1.11 23摘 要在日常維修、教學(xué)和科研中，電壓表是不可缺少

3、的。本課題目的就是以單片機(jī)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、靈活性好的數(shù)字電壓表。本文首先介紹了數(shù)字電壓表的發(fā)展現(xiàn)狀及課題的目的和意義。然后，對(duì)基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表的硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理及具體實(shí)現(xiàn)方案作以詳細(xì)介紹，其中，在硬件部分，較為詳細(xì)的討論了硬件的選擇、設(shè)計(jì)原理、使用方法和功能，同時(shí)，對(duì)各部分接口電路作以介紹；在軟件部分，介紹了軟件所使用的編程語言和編程思路。最后，對(duì)電路調(diào)試和實(shí)物制作做了進(jìn)一步分析和總結(jié)。本文設(shè)計(jì)的數(shù)字電壓表，其硬件電路所用元件較少、成本低、調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單；軟件采用C語言編程，其靈活性高，可讀性強(qiáng)。經(jīng)過理論研究、原理設(shè)計(jì)和整機(jī)調(diào)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方案可行。關(guān)鍵詞

4、：?jiǎn)纹瑱C(jī)，電壓表，A/D轉(zhuǎn)換器 AbstractIn routine maintenance, teaching and research, voltage meter is indispensable. A direct current digital voltage meter has been designed, which is based on MCU, and has a simple structure, reliable, flexible.Firstly，this paper introduced the development of the base on MCU digi

5、tal voltage meter and the purpose and significance of topic. Then in details this paper described the design principle of hardware and software systems. And in details the hardware part present a discussion in hardware selection, design principles, instructions and the function, further more, some o

6、f the interface circuit have been introduced. The software part introduced the programming language and programming ideas used in codes. Finally, the circuit debugging and the anti-jamming system were designed to further analysis and synthesis. The digital voltage meter designed here, have less comp

7、onents in the hardware part, lower cost and easier testing; software used C programming language which is high flexibility and strong readability. After theoretical research, principle design and debugging, the experimental results suppose it is feasible of choosing this program.Keywords: Micro Cont

8、roller Unit,voltage meter,A/D Converters目 錄摘要IAbstractII第一章 緒論11.1課題簡(jiǎn)介11.2課題研究的目的和意義11.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1第二章 硬件設(shè)計(jì)32.1硬件結(jié)構(gòu)圖32.2最小系統(tǒng)32.2.1單片機(jī)32.2.2電源電路42.2.3晶振電路52.2.4復(fù)位電路：52.3 檢測(cè)電路72.4 LED顯示電路8第三章 軟件設(shè)計(jì)11第四章 調(diào)試與仿真12第五章 結(jié)論與心得14參考文獻(xiàn)15附錄161電路原理圖162軟件程序173元器件清單224實(shí)物圖23第一章 緒論1.1課題簡(jiǎn)介數(shù)字電壓表簡(jiǎn)稱DVM，它是采用了數(shù)字化測(cè)量技術(shù)，把連續(xù)模擬量（直流

9、輸入電壓）轉(zhuǎn)換成不連續(xù)，離散的數(shù)字形式加以實(shí)現(xiàn)的儀表。傳統(tǒng)的指針式電壓表功能單一，精度低，不能滿足數(shù)字化時(shí)代的需求，采用單片機(jī)的數(shù)字電壓表，具有精度高，抗干擾能力強(qiáng)，可擴(kuò)展性強(qiáng)，集成方便，還可與PC進(jìn)行實(shí)時(shí)通信等特點(diǎn)。目前由各種單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)字電壓表，已被廣泛的應(yīng)用為電子及其電工的測(cè)量，工業(yè)自動(dòng)化儀表，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)等智能化測(cè)量領(lǐng)域，顯示出強(qiáng)大的生命力。數(shù)字電壓表的核心部件是A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器的精度很大程度上影響著數(shù)字電壓表的準(zhǔn)確度。本設(shè)計(jì)主要分為兩部分：硬件電路及軟件程序。而硬件電路又大體可分為單片機(jī)小系統(tǒng)電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、LED顯示電路，各部分電路的設(shè)計(jì)及原理將會(huì)在硬件電路

10、設(shè)計(jì)部分詳細(xì)介紹；程序的設(shè)計(jì)使用C語言編程，利用Keil軟件對(duì)其編譯，詳細(xì)的設(shè)計(jì)算法將會(huì)在程序設(shè)計(jì)部分詳細(xì)介紹。1.2課題研究的目的和意義數(shù)字電壓表是諸多數(shù)字化儀表的核心與基礎(chǔ)。以數(shù)字電壓表為核心，可以擴(kuò)展成各種通用數(shù)字儀表、專用數(shù)字儀表及各種非電量的數(shù)字化儀表（如：溫度計(jì)，濕度計(jì)，酸度計(jì)，重量，厚度儀等），幾乎覆蓋了電子電工測(cè)量，工業(yè)測(cè)量，自動(dòng)化儀表等各個(gè)領(lǐng)域。除此之外，數(shù)字電壓還有著傳統(tǒng)指針電壓表無可比擬的優(yōu)點(diǎn)：讀數(shù)直觀、準(zhǔn)確，顯示范圍寬、分辨力高，轉(zhuǎn)入阻抗高，功耗小、抗干擾強(qiáng)等1。因此，對(duì)數(shù)字電壓表作全面深入的了解是很有必要的。但是傳統(tǒng)的數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)通常以大規(guī)模ASIC(專用集成電路)

11、為核心器件，并輔以少量中規(guī)模集成電路及顯示器件構(gòu)成，可是這種設(shè)計(jì)方法靈活性差，系統(tǒng)功能固定，難以更新擴(kuò)展，不能滿足日益發(fā)展的電子工業(yè)要求2。而應(yīng)用微處理器（單片機(jī)）為核心單元的數(shù)字電壓表，其靈活性高、系統(tǒng)功能擴(kuò)展簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定可靠。在這些背景下，設(shè)計(jì)一種以單片機(jī)為基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、靈活性好的數(shù)字電壓表是很有意義的。1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀數(shù)字電壓表的發(fā)展從一九五二年美國(guó)NLS公司由四位電子管數(shù)字電壓表精度千分之一到現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)8位數(shù)字電壓表。參數(shù)可測(cè)量直流電壓、交流電壓、電流、阻抗等。測(cè)量自動(dòng)化程度不斷提高，可以和計(jì)算機(jī)配合顯示、計(jì)算結(jié)果、然后打印出來。目前世界上美國(guó)FLUKE公司，在直流

12、和低頻交流電量的校準(zhǔn)領(lǐng)域居國(guó)際先進(jìn)水平。例如該公司生產(chǎn)的“4700A”多功能校準(zhǔn)器和“8505”危機(jī)數(shù)字多用電壓表，可用8位顯示，直流精度可達(dá)到±5/10-6，讀書分辨力為0.1V。帶有A/D變換模式、數(shù)據(jù)輸出接口形式IEEE-488。具有比率測(cè)量軟件校準(zhǔn)和有交流電阻、電流選件。還具有高精度電壓校準(zhǔn)器“5400A”、“5200A”、“5450A”等數(shù)字儀表，都是作為一級(jí)計(jì)量站和國(guó)家級(jí)計(jì)量站使用的標(biāo)準(zhǔn)儀表。還有英國(guó)的“7055”數(shù)字電壓表采用脈沖調(diào)制技術(shù)。日本橫河公司的“2501”型采用三次采樣等等在不斷的蓬勃發(fā)展3。從發(fā)展過程來看：數(shù)字電壓表自1952年問世以來，已有50年多年的發(fā)展

13、史，大致經(jīng)歷了五代產(chǎn)品。第一代產(chǎn)品是20世紀(jì)50年代問世的電子管數(shù)字電壓表，第二代產(chǎn)品屬于20世紀(jì)60年代出現(xiàn)的晶體管數(shù)字電壓表，第三帶產(chǎn)品為20世紀(jì)70年代研制的中、小規(guī)模集成電路的數(shù)字電壓表。今年來，國(guó)內(nèi)外相繼推出有大規(guī)模集成電路（LSI）或超大規(guī)模集成電路（VLSI）構(gòu)成的數(shù)字電壓表、智能數(shù)字電壓表，分別屬于第四代、第五代產(chǎn)品。它們不僅開創(chuàng)了電子測(cè)量的先河，更以高準(zhǔn)確度、高可靠性、高分辨力、高性價(jià)比等優(yōu)良特性而受到人民的青睞2。傳統(tǒng)電壓表的設(shè)計(jì)思路主要分為：用電流計(jì)和電阻構(gòu)成的電壓表；用中小規(guī)模集成電路構(gòu)成的電壓表；用大規(guī)模ASIC(專用集成電路)構(gòu)成的電壓表。這幾中電壓表設(shè)計(jì)方式各有優(yōu)

14、勢(shì)和缺點(diǎn)，分別適用于幾種特定的應(yīng)用環(huán)境，同時(shí)，也為很多新穎的電壓表的設(shè)計(jì)所借鑒和依據(jù)4。近入21世紀(jì)，隨著信息技術(shù)一日千里的發(fā)展，電壓表也必經(jīng)歷從單一測(cè)量向數(shù)據(jù)處理、自動(dòng)控制等多功能過度的這一歷程，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展必將出現(xiàn)智能化技術(shù)。因此，把電壓表和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的智能化電壓表就將成為21世紀(jì)的新課題。目前，數(shù)字化儀器與微處理器取得令人矚目的進(jìn)展，就其技術(shù)背景而言，一個(gè)內(nèi)藏微處理器的儀表意味著計(jì)算機(jī)技術(shù)向儀器儀表的移植，它所具有的軟件功能使儀器 呈現(xiàn)出有某種延伸，強(qiáng)化的作用。這相對(duì)于過去傳統(tǒng)的、純硬件的儀器來說是一種新的突破，其發(fā)展?jié)摿κ志薮?，這已為70年代以來儀表發(fā)展的歷史所證實(shí)。

15、概括起來，具有微處理器的儀表具有以下特點(diǎn)：測(cè)量過程的軟件控制對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)及運(yùn)算的數(shù)據(jù)處理功能是儀表最突出的特點(diǎn)；在儀器的測(cè)量過程中綜合了軟件控制及數(shù)據(jù)處理功能，使一機(jī)多用或儀器的多功能化易于實(shí)現(xiàn)，成為這類儀器的又一特點(diǎn)；以其軟件為主體的智能儀器不僅在使用方便、功能多樣化等方面呈現(xiàn)很大的靈活性5。第二章 硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)其實(shí)就是對(duì)電子電路的設(shè)計(jì)。電子電路通?？梢苑譃閮纱箢悾阂活愂悄M電子電路，還有一類是數(shù)字電子電路。本系統(tǒng)中的電源設(shè)計(jì)為模擬電路設(shè)計(jì)，其他與單片機(jī)連接的集成電路均為數(shù)字電路設(shè)計(jì)。2.1硬件結(jié)構(gòu)圖本系統(tǒng)主要由穩(wěn)壓電源、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、譯碼顯示等一系列電路組成，主要完成電壓

16、顯示（02.55V）。其硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2-1。圖2-1 硬件結(jié)構(gòu)圖工作原理：9V轉(zhuǎn)5V的電源轉(zhuǎn)換電路給各個(gè)元器件提供工作電壓，檢測(cè)電路檢測(cè)到電壓模擬量后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后變成數(shù)字量送入單片機(jī)，然后由單片機(jī)送顯。2.2最小系統(tǒng)2.2.1單片機(jī)本次設(shè)計(jì)使用的單片機(jī)芯片型號(hào)為：STC89C52，管腳圖見圖2-2。STC89C52的工作特性如下：1. 增強(qiáng)型 8051 單片機(jī)，6 時(shí)鐘/機(jī)器周期和 12 時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任 意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051. 2. 工作電壓：5.5V3.3V（5V 單片機(jī)）/3.8V2.0V（3V 單片機(jī)） 3. 工作頻率范圍：040MHz，相當(dāng)于普通 8051

17、的 080MHz，實(shí)際工 作頻率可達(dá) 48MHz 4. 用戶應(yīng)用程序空間為 8K 字節(jié) 5. 片上集成 512 字節(jié) RAM 6. 通用 I/O 口 （32 個(gè)） 復(fù)位后為： ， P1/P2/P3/P4 是準(zhǔn)雙向口/弱上拉， P0 口是漏極開路輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時(shí)，需加上拉電阻。 7. ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程） ，無需專用編程器，無 需專用仿真器，可通過串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片8. 具有 EEPROM 功能 9. 具有看門狗功能 10. 共 3 個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。即定時(shí)器

18、 T0、T1、T211. 外部中斷 4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，Power Down 模式可 由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒 12. 通用異步串行口（UART） ，還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè) UART 13. 工作溫度范圍：-40+85（工業(yè)級(jí)）/075（商業(yè)級(jí)）圖2-2 STC89C52管腳圖2.2.2電源電路1.直流5V電源電壓產(chǎn)生的過程：本系統(tǒng)中將直流9V經(jīng)過穩(wěn)壓器使輸出電壓為直流5V。具體電路如圖2-3所示。圖2-3電源電路IC采用集成穩(wěn)壓器7805，C3和C4為輸入端的濾波電容，C5和C6為輸出端的濾波電容。在電源整流電路中，濾波電容用來濾除交流成分，使得直流更平滑。2.集成

19、穩(wěn)壓器7805的簡(jiǎn)介：7805集成穩(wěn)壓器是常用的固定輸出為5V電壓的集成穩(wěn)壓器。它的內(nèi)部含有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，采用了噪聲低，溫度漂移小的基準(zhǔn)電壓源，工作穩(wěn)定可靠，而且價(jià)格便宜。7805集成穩(wěn)壓器為三端器件，其管腳如圖2-4所示：1腳為輸入端，2腳為接地端，3腳為輸出端，使用十分方便。78系列的穩(wěn)壓集成塊的極限輸入電壓是36V，最低輸入電壓比輸出電壓高3-4V。還要考慮輸出與輸入間壓差帶來的功率損耗，所以一般輸入為9-15V之間。當(dāng)輸出電壓較大時(shí)，7805應(yīng)配上散熱板。圖2-4 7805管腳圖2.2.3晶振電路本次設(shè)計(jì)采用的是12MHZ的晶振，電路圖如下圖2-5所示： 圖2-5晶振電

20、路兩只電容在20pF100pF之間取值，其取值在60pF70pF時(shí)振蕩器頻率穩(wěn)定性較高，按照一般經(jīng)驗(yàn)，外接晶體時(shí)兩個(gè)電容的取值為30pF；外接陶瓷振蕩器是兩電容的典型值是47pF。2.2.4復(fù)位電路：在時(shí)鐘電路工作后，只要在單片機(jī)的RST引腳上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘振蕩脈沖（2個(gè)機(jī)器周期）以上的高電平，單片機(jī)便可實(shí)現(xiàn)初始化狀態(tài)服務(wù)。為保證應(yīng)用系統(tǒng)可靠的復(fù)位在設(shè)計(jì)復(fù)位電路時(shí)，通常使RST引腳保持4ms以上的高電平，只要RST保持高電平，STC89C52單片機(jī)就會(huì)循環(huán)復(fù)位；當(dāng)RST從高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，單片機(jī)就從0000H地址開始執(zhí)行程序，在單片機(jī)復(fù)位的有效期間，ALE、PSEN引腳輸出高電平。本次設(shè)計(jì)能

21、夠?qū)崿F(xiàn)上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位，其電路圖如下圖2-6：圖2-6復(fù)位電路1手動(dòng)復(fù)位：按下復(fù)位鍵，系統(tǒng)能夠復(fù)位。2上電復(fù)位：系統(tǒng)上電時(shí)，隨著Vcc電壓由0V增加到5V，電容C的上極板電位隨之增加。按電壓隨著電流方向逐漸降低的原則，電流的出現(xiàn)會(huì)在R2端形成一個(gè)大于0的電位。由于電容充電逐漸飽和，所以電流會(huì)逐漸減小。該電位的大小和持續(xù)時(shí)間將影響系統(tǒng)能否上電復(fù)位。當(dāng)單片機(jī)RST管腳上有兩個(gè)機(jī)器周期是高電平時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)被復(fù)位。因?yàn)椋?。所以，?duì)于用12MHZ晶振的系統(tǒng)來說，使其復(fù)位的時(shí)間t應(yīng)滿足條件：不考慮流入RST引腳的電流計(jì)算RST處的電位，該電路就是一階RC電路。電容兩端暫態(tài)電流和電壓的關(guān)系如下：因?yàn)?，；?/p>

22、以。設(shè)RST處電壓為，那么，所以。當(dāng)時(shí)，t=0.357RC。當(dāng)且僅當(dāng)時(shí)，系統(tǒng)才會(huì)復(fù)位，即滿足條件。所以采用，。復(fù)位時(shí)間，符合要求。2.3 檢測(cè)電路1. 檢測(cè)電路A/D轉(zhuǎn)換器是模擬量輸入通道中的一個(gè)環(huán)節(jié)，單片機(jī)通過A/D轉(zhuǎn)換器把輸入模擬量變成數(shù)字量再處理。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，目前不同廠家已經(jīng)生產(chǎn)出了多種型號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換器，以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)合的需要。如果按照轉(zhuǎn)換原理劃分，主要有3種類型，即雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器和并行式A/D轉(zhuǎn)換器。目前最常用的是雙積分和逐次逼近式。雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器具有抗干擾能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)換精度高、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，它們通常帶有自動(dòng)較零、七段碼輸出等功能。

23、與雙積分相比，逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換速度更快，而且精度更高，它們可以與單片機(jī)系統(tǒng)連接，將數(shù)字量送單片機(jī)進(jìn)行分析和顯示6。本設(shè)計(jì)中，要求精度小，則選用分辨率為12位的芯片，如MCP3202,MCP3204,MCP3208就能滿足設(shè)計(jì)要求。本電路采用MCP3202，具體檢測(cè)電路見圖2-7。圖2-7 檢測(cè)電路此部分選用MCP3202進(jìn)行電壓模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。具有12位分辨率，轉(zhuǎn)換精度高，本設(shè)計(jì)使用MCP3202的單通道輸入，使檢測(cè)電壓Ui經(jīng)CH1輸入轉(zhuǎn)換器將A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字編碼送入單片機(jī)。2. MCP3202簡(jiǎn)介MCP3202是一款具有片上采樣和保持電路的12位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器。它可

24、被編程為單通道偽差分輸入對(duì)或雙通道單端輸入。MCP3202使用SPI協(xié)議的簡(jiǎn)單串行接口與器件通行。器件在5V和2.7V工作電壓下的轉(zhuǎn)換率最高分別為100ksps和50ksps。它的工作電壓為2.75.5V。其管腳圖如圖2-7所示。各管腳功能見表2-8。圖2-8 MCP3202管腳圖表2-1引腳功能表名稱功能+2.7V至5.5V電源和參考電壓輸入通道0模擬輸入通道1模擬輸入串行時(shí)鐘串行數(shù)據(jù)輸入串行數(shù)據(jù)輸出片選/關(guān)斷輸入2.4 LED顯示電路該電路是由一個(gè)數(shù)碼顯示管、譯碼器和一個(gè)反相器組成的。能夠?qū)崿F(xiàn)顯示三位電壓的功能。1 顯示電路本設(shè)計(jì)的顯示電路如圖2-9所示。LED顯示器是由發(fā)光二極管排列組成

25、的一顯示器件。它采用低電壓掃描驅(qū)動(dòng)，具有：耗電少、使用壽命長(zhǎng)、成本低、亮度高、故障少、視角大、可視距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。雖然LCD具有零輻射、低功耗、散熱小、體積小、圖像還原精確、字符顯示銳利等優(yōu)點(diǎn)，但成本相對(duì)較高，戶外亮度不及LED的。所以本設(shè)計(jì)選用LED顯示器。又因?yàn)樵O(shè)計(jì)要求顯示三位數(shù)值，選擇靜態(tài)顯示器既費(fèi)資金，又復(fù)雜工藝，所以選用三位動(dòng)態(tài)顯示器。這里選用共陰顯示器，是為了與譯碼器配合使用，是電路更簡(jiǎn)單，可行。由于數(shù)碼管顯示時(shí)需要的電流為5-20mA，所以限流電阻應(yīng)該為：，因此這里選用的排阻。選用反相器是由于灌電流太大，如果不用反相器的話單片機(jī)承受不了這么大的灌電流，將無法正常工作。圖2-9 LE

26、D顯示電路2 LED數(shù)碼顯示管三位共陰LED數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)如圖2-10所示。8個(gè)顯示筆劃“a，b，c，d，e，f，g，dp”的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的共陰極COM增加位元選通控制電路，位元選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位元選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位元就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。圖2-10 LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖3CD4511譯碼器CD4511是一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)共陰極LED數(shù)碼管顯示器的BCD碼七段碼譯碼器。具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制

27、、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的CMOS電路能提供較大的拉電流?？芍苯域?qū)動(dòng)LED顯示器。引腳排列如圖2-11所示。其中a，b，c，d為BCD碼輸入，a為最低位。LT為燈測(cè)試端，加高電平時(shí)，顯示器正常顯示，加低電平時(shí)，顯示器一直顯示數(shù)碼“8”，各筆段都被點(diǎn)亮，以檢查顯示器是否有故障。BI為消隱功能端，低電平時(shí)使所有筆段均消隱，正常顯示時(shí)，B1端應(yīng)加高電平。LE是鎖存控制端，高電平時(shí)鎖存，低電平時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。ag是7段輸出，可驅(qū)動(dòng)共陰LED數(shù)碼管。另外，CD4511顯示數(shù)“6”時(shí)，a段消隱；顯示數(shù)“9”時(shí)，d段消隱。所謂共陰LED數(shù)碼管是指7段LED的陰極是連在一起的，在應(yīng)用中應(yīng)接地。限流電阻要根據(jù)電源電壓來

28、選取。圖2-11 CD4511引腳圖474HC04反相器74HC04是六反相器，既一個(gè)集成塊上有六個(gè)反相器。輸入為高電平，輸出就為低電平，輸入低電平，輸出就為高電平。其管腳分布見圖2-12。1A-6A為輸入端，1Y-6Y為輸出端。圖2-12 74HC04引腳圖第三章 軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件流程如下：開始時(shí)首先初始化單片機(jī)，使數(shù)碼管顯示為“0.00”，然后等待定時(shí)器時(shí)間到，定時(shí)器中斷時(shí)調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換子程序啟動(dòng)MCP3202。單片機(jī)讀取檢測(cè)電壓。再將所測(cè)電壓的數(shù)字量經(jīng)譯碼后送至數(shù)碼管顯示，此時(shí)LED數(shù)碼管顯示的就是干電池的電壓值。具體流程圖見圖3-1。圖3-1程序流程圖本設(shè)計(jì)的軟件程序見附錄2。第四章

29、 調(diào)試與仿真1軟件仿真仿真步驟：a. 正確安裝Keil和Proteus軟件。（最好在同一盤中）b. 在Keil工程菜單中選擇Target1屬性，在調(diào)試中U使用Proteus，具體設(shè)置見圖4-1。圖4-1 調(diào)試設(shè)置c. 根據(jù)硬件電路原理圖在Proteus中畫出仿真電路，如圖4-2。 圖4-2仿真電路圖d. 在Keil中將程序編譯后，將對(duì)應(yīng)的*.hex文件載入仿真電路的單片機(jī)中，如圖4-3所示。圖4-3仿真程序設(shè)置e. 設(shè)置或改變輸入電壓的值如圖4-4，觀察仿真結(jié)果。圖4-4 輸入電壓設(shè)置2 硬件調(diào)試調(diào)試步驟：a. 根據(jù)硬件原理圖將元器件放在單片機(jī)開發(fā)板合適位置。b. 根據(jù)原理圖正確連接器件。c.

30、 用萬用表檢測(cè)器件間是否虛焊。d. 將程序載入單片機(jī)，運(yùn)行檢測(cè)。e. 若顯示結(jié)果不對(duì)，再次檢查電路是否正確連接或者虛焊。第五章 結(jié)論與心得我覺得本次設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面是不斷地搜索資料，通過多種途徑查閱資料，我從圖書館借了有關(guān)單片機(jī)應(yīng)用和仿真的書籍。從這些書籍中我了解到單片機(jī)的多種類型，如：51單片機(jī)、61單片機(jī)、AVR單片機(jī)等等。雖然說它們的類型不同，但其編程的思想方法是基本一致的。我采取時(shí)間最長(zhǎng)的搜索途徑是利用網(wǎng)絡(luò)。是的，我感覺網(wǎng)絡(luò)對(duì)我的學(xué)習(xí)太重要了，在工控網(wǎng)中有大量的單片機(jī)編程實(shí)例，在那里我了解到了單片機(jī)的應(yīng)用。本論文通過參閱大量相關(guān)文獻(xiàn)，了解現(xiàn)有數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)原理和發(fā)展方向，在總結(jié)了前

31、人經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用單片機(jī)為核心控制單元，實(shí)現(xiàn)了通過軟件來對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。在設(shè)計(jì)中為了節(jié)省單片機(jī)的端口資源，采用了LED動(dòng)態(tài)顯示器。在電路制作中，嚴(yán)格按照布線規(guī)則進(jìn)行布線，這一措施使系統(tǒng)的可靠性得以提高。在程序設(shè)計(jì)中最大限度的減少程序缺陷，使程序合理合序運(yùn)行。最后，通過反復(fù)調(diào)試，各硬件電路的參數(shù)已經(jīng)確定，系統(tǒng)軟件程序也調(diào)試完成，系統(tǒng)各項(xiàng)工作指標(biāo)已滿足。通過本課題的研究，從原理圖的設(shè)計(jì)到仿真圖的繪制、從實(shí)際硬件電路的搭建、調(diào)試到軟件系統(tǒng)程序的編寫、調(diào)試，所有工作形成了一個(gè)完整的系統(tǒng)。整個(gè)工作過程培養(yǎng)了我獨(dú)立研制的能力，也培養(yǎng)了我工程學(xué)的思維能力，讓我受益匪淺，為我以后的工作奠定了基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)1

32、沙占友.新型數(shù)字電壓表原理與應(yīng)用M.機(jī)械工業(yè)出版社.20062Grinev.V.G，Grineva.L.V . Amplitude digital voltmeter. Instruments and Experimental Techniques，19753劉振忠.數(shù)字電壓表發(fā)展概況和原理R.電訊工程.19984柳金龍.淺談數(shù)字電壓表的特點(diǎn)R.中國(guó)計(jì)量.20045黃亮.基于AT89C51單片機(jī)的數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)R.實(shí)用電子制作.2006 6宋鳳娟,李國(guó)忠等.基于89C51單片機(jī)的數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)M.20077王守華,李智.基于PC的數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)R.今日電子.20068何循來.高性能八位單片機(jī)

33、AT89C51R.半導(dǎo)體技術(shù).19979苗紅霞.單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字電壓表的軟硬件設(shè)計(jì)N.河海大學(xué)常州分校學(xué)報(bào).200210王建校，楊建國(guó)等.51系列電片機(jī)及C51程序設(shè)計(jì)M.科學(xué)出版社.200211張齊著.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)M電子工業(yè)出版社12范力旻.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)M電子工業(yè)出版社13謝亮.例說8051M.人民郵電出版社附錄1電路原理圖2軟件程序#include <reg52.h>#ifndef MCP3202_H#define MCP3202_H#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit MCP3202_

34、CS=P17;sbit MCP3202_DIN=P16;sbit MCP3202_DOUT=P15;sbit MCP3202_CLK=P14;#endifuint MCP3202_ReadAD(uchar ch);uint MCP3202_ReadAdValue(uchar ch);float MCP3202_ReadVol(uchar ch);#define LOW 0#define HIGH 1#include <reg52.h>#include <mcp3202.h>uint MCP3202_ReadAdValue(uchar ch)/*start single

35、channel sample null bit don't care*/uchar data i,ctl=0xE0;/*11 000 0(clk)0(clk)0*/uint data ad=0;EA=0;ctl=ctl|(ch<<2);/*建立控制字*/MCP3202_CS=HIGH;/*建立連接，CS：high->low*/MCP3202_CLK=LOW;/*時(shí)鐘線初始化，clk:low*/MCP3202_CS=LOW;/*建立連接，CS：high->low*/for(i=0;i<6;i+)/*發(fā)送控制字*/MCP3202_DIN=ctl&0x8

36、0;/*發(fā)送一位*/MCP3202_CLK=HIGH;/*(clk=1)開始位cs=0,din=1;(clk=2)單極性din=1*/ctl=ctl<<1;/*(clk=3,4,5)通道編號(hào)*/MCP3202_CLK=LOW;/*(clk=6)采樣，保持;(clk=7)NULL BIT*/for(i=0;i<12;i+)/*讀取AD值*/MCP3202_CLK=HIGH;/*時(shí)鐘線拉高*/ad=ad<<1; /*輸入數(shù)據(jù)左移一位*/MCP3202_CLK=LOW;/*時(shí)鐘線拉低*/ad=ad|MCP3202_DOUT;EA=1;return ad;uint MCP

37、3202_ReadAD(uchar ch)uchar data i,max,min;uint data adv5,ad=0;adv0=MCP3202_ReadAdValue(ch);/*函數(shù)調(diào)用*/adv1=MCP3202_ReadAdValue(ch);/*函數(shù)調(diào)用*/adv2=MCP3202_ReadAdValue(ch);/*函數(shù)調(diào)用*/adv3=MCP3202_ReadAdValue(ch);/*函數(shù)調(diào)用*/adv4=MCP3202_ReadAdValue(ch);/*函數(shù)調(diào)用*/max=min=0;/*記錄下標(biāo)*/for(i=1;i<5;i+)if(advmin>advi

38、)min=i;/*尋找最小值*/if(advmax<advi)max=i;/*尋找最大值*/ad=(adv0+adv1+adv2+adv3+adv4-advmin-advmax)/3.0;return ad;float MCP3202_ReadVol(unsigned char ch)uchar data i,max,min;uint data adv5,ad=0;float data vol=0;adv0=MCP3202_ReadAD(ch);adv1=MCP3202_ReadAD(ch);adv2=MCP3202_ReadAD(ch);adv3=MCP3202_ReadAD(ch);

39、adv4=MCP3202_ReadAD(ch);max=min=0;/*記錄下標(biāo)*/for(i=1;i<5;i+)if(advmin>advi)min=i;/*尋找最小值*/if(advmax<advi)max=i;/*尋找最大值*/ad=(adv0+adv1+adv2+adv3+adv4-advmin-advmax)/3.0;vol=ad*5000.0/4096;return vol;#ifndef _DELAY_H_#define _DELAY_H_void DelayUs2x(unsigned char t);void DelayMs(unsigned char t);#endif#include "delay.h"void DelayUs2x(unsigned char t) while(-t);void DelayMs(unsigned char t)while(t-) /大致延時(shí)1mS DelayUs2x(245); DelayUs2x(245); #ifndef _DISPLAY_H_#define _DISPLAY