葉融 基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表仿真設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表仿真設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告論文題目基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表仿真設(shè)計(jì)年級(jí)自動(dòng)1102專業(yè)自動(dòng)化學(xué)生姓名葉融學(xué)號(hào)111401215（1）設(shè)計(jì)（論文）依據(jù)及研究意義數(shù)字電壓表出現(xiàn)在上世紀(jì)50年代初，60年代末發(fā)張起來(lái)的電壓測(cè)量?jī)x表，簡(jiǎn)稱DVM，它采用的是數(shù)字化測(cè)量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量，也就是連續(xù)的電壓值轉(zhuǎn)變?yōu)椴贿B續(xù)的數(shù)字量，加以數(shù)字處理然后通過(guò)顯示器件顯示。這種電子儀表之所以出現(xiàn)，一方面是由于電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用推廣到系統(tǒng)的自動(dòng)控制信號(hào)的實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域，提出了各種被觀測(cè)量或被控制量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的要求，即為了實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理的要求；另一方面，也是電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展，帶動(dòng)了脈沖數(shù)字電路技術(shù)的發(fā)展，為數(shù)字化儀表的出現(xiàn)提供了條件。所以，數(shù)字化測(cè)量?jī)x表的產(chǎn)生與發(fā)展與電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展是密切相關(guān)的；同時(shí)，為革新電子測(cè)量中的煩瑣與陳舊方式也促進(jìn)了它的飛速發(fā)展。如今，它又成為向智能化儀表發(fā)展的必要橋梁。如今，數(shù)字電壓表已經(jīng)絕大部分取代了傳統(tǒng)的模擬指針式電壓表，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的模擬指針式電壓表功能單一，精度低，讀數(shù)的時(shí)候非常不方便還經(jīng)常出錯(cuò)，而采用單片機(jī)的數(shù)字電壓表由于測(cè)量精度高，速度快，讀數(shù)時(shí)也非常方便，抗干擾能力強(qiáng)，可擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)已被廣泛應(yīng)用與電子和電工測(cè)量，工業(yè)自動(dòng)化儀表，自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)等領(lǐng)域。顯示出強(qiáng)大的生命力。數(shù)字電壓表最初是伺服步進(jìn)電子管比較式，其優(yōu)點(diǎn)是準(zhǔn)確度比較高，但是采樣速度較慢，體積重達(dá)幾十公斤。繼之出現(xiàn)了諧波式電壓表，它的速度方面稍有提高但準(zhǔn)確度低，穩(wěn)定性差，再后來(lái)出現(xiàn)了比較式儀表改進(jìn)逐次漸進(jìn)式結(jié)構(gòu)，它不僅保持了比較是準(zhǔn)確度高的優(yōu)點(diǎn)，而且速度也有了很大的提高，但它有一缺點(diǎn)就是抗干擾能力差，很容易受到外界因素的影響，隨后，在諧波式的基礎(chǔ)上雙引申出階梯波式，它的唯一進(jìn)步就是成本降低了，可是準(zhǔn)確度，速度及抗干擾能力都未提高。而數(shù)字電壓表的發(fā)展已經(jīng)非常成熟，就原理來(lái)講，它從原來(lái)的一兩種已經(jīng)發(fā)展到多種，在功能上講，它從測(cè)單一的參數(shù)發(fā)展到能測(cè)多種參數(shù)；從制作原件看，發(fā)展到集成電路，準(zhǔn)確度已經(jīng)有了很大的提高，精度已經(jīng)達(dá)到1NV，讀數(shù)速度達(dá)到每秒幾萬(wàn)次，而相對(duì)以前價(jià)格已經(jīng)降低了很多。目前實(shí)現(xiàn)電壓數(shù)字化測(cè)量的方法仍然是?！獢?shù)（A/D）轉(zhuǎn)換的方法。數(shù)字電壓表分類繁多，日常生活中一般根據(jù)原理的不同進(jìn)行分類，大致分為：比較式，電壓—時(shí)間變換式，積分式等。在電量的測(cè)量中，電壓，電流和頻率是最基本的三個(gè)被測(cè)量，其中電壓量的測(cè)量最經(jīng)常。而且隨著電子技術(shù)的發(fā)展，更是需要經(jīng)常測(cè)量高精度的電壓，所以數(shù)字電壓就成為必不可少的測(cè)量?jī)x器。另外，數(shù)字測(cè)量?jī)x器具有讀數(shù)準(zhǔn)確方便，精度度高，誤差小，靈敏度高，分辨率高，測(cè)量速度快等特點(diǎn)倍受用戶親睞，數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)就基于這種需求發(fā)展起來(lái)。數(shù)字電壓表是諸多數(shù)字化儀表的核心與基礎(chǔ)，電壓表的數(shù)字化是將連續(xù)的模擬量如直流電壓轉(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)的以指針加刻度盤進(jìn)行讀數(shù)的方法，避免了讀數(shù)的視差和視覺(jué)疲勞。目前數(shù)字萬(wàn)用表的內(nèi)部核心部件是A／D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器的精度很大程度上影響著數(shù)字萬(wàn)用表的準(zhǔn)確度，本次A/D轉(zhuǎn)換器采用ADC0808對(duì)輸入模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，控制核心AT89C51對(duì)轉(zhuǎn)換的結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算和處理，最后驅(qū)動(dòng)輸出裝置顯示數(shù)字電壓信號(hào)。（2）總體方案設(shè)計(jì)、論證；本課題所設(shè)計(jì)的數(shù)字電壓表主要包括兩部分：硬件電路及軟件程序。而硬件電路采用ATMEL公司的AT89C51作為主處理器，系統(tǒng)主要由信號(hào)采集、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理輸出、驅(qū)動(dòng)顯示等幾個(gè)功能模塊組成。各部分電路的設(shè)計(jì)及原理將會(huì)在CKeil軟件對(duì)其編譯和仿真，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。系統(tǒng)框圖如下：數(shù)碼管顯示環(huán)節(jié)A/D轉(zhuǎn)換單元數(shù)據(jù)處理單元數(shù)碼管顯示環(huán)節(jié)A/D轉(zhuǎn)換單元數(shù)據(jù)處理單元AT89C51被測(cè)電壓被測(cè)電壓被測(cè)直流電壓由A/D轉(zhuǎn)換單元采集后被量化，再由單片機(jī)對(duì)A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果進(jìn)行標(biāo)度變換，得到被測(cè)電壓的數(shù)值，通過(guò)單片機(jī)SOI串行數(shù)據(jù)接口把數(shù)值輸出驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示（3）硬件電路設(shè)計(jì)；硬件電路設(shè)計(jì)主要包括：89C51單片機(jī)系統(tǒng)，A/D轉(zhuǎn)換電路，顯示電路。測(cè)量最大電壓為5V，顯示最大值為5．00V。數(shù)字電壓表硬件電路原理圖。A／D轉(zhuǎn)換由集成電路0808完成。0808具有8路模擬信號(hào)輸入端口，地址線(23～25腳)可決定對(duì)哪一路模擬信號(hào)進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換。22腳為地址鎖存控制，當(dāng)輸入為高電平時(shí)，對(duì)地址信號(hào)進(jìn)行鎖存。6腳為測(cè)試控制，當(dāng)輸入一個(gè)2μS寬高電平脈沖時(shí)，就開(kāi)始A／D轉(zhuǎn)換。7腳為A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志，當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，7腳輸出高電平。9腳為A／D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出允許控制，當(dāng)OE腳為高電平時(shí)，A／D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)從該端口輸出。10腳為0809的時(shí)鐘輸入端，利用數(shù)字信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生500kHz時(shí)鐘信號(hào)（4）軟件設(shè)計(jì)；開(kāi)始開(kāi)始開(kāi)始開(kāi)始啟動(dòng)測(cè)試初始化啟動(dòng)測(cè)試初始化讀取高八位A\D轉(zhuǎn)換子程序讀取高八位A\D轉(zhuǎn)換子程序 左移4位左移4位顯示子程序顯示子程序讀取低四位讀取低四位返回返回主程序A\D轉(zhuǎn)換子程序（5）設(shè)計(jì)（論文）研究方法及步驟（進(jìn)度安排）：3月1日－4月1日：查閱相關(guān)資料，對(duì)基于單片機(jī)的電壓計(jì)設(shè)計(jì)有整體認(rèn)識(shí)；4月1日－4月15日：掌握相關(guān)仿真軟件的使用，了解所用芯片功能、主要特性以及工作原理；4月16日－4月25日：完成各模塊設(shè)計(jì)；4月26日－5月5日：完成軟件設(shè)計(jì)；5月5日－5月21日：進(jìn)一步完善頻率計(jì)設(shè)計(jì)的軟件設(shè)計(jì)和功能模塊，并撰寫論文；6月：畢業(yè)答辯。參考資料：(1)胡漢才.單片機(jī)原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì).清華大學(xué)出版社.2002(2)張永楓.單片機(jī)應(yīng)用實(shí)訓(xùn)教程.西安電子科技大學(xué)出版社.2005(3)孫軍,李國(guó)忠.基于89C51單片機(jī)的數(shù)字電壓表設(shè)計(jì).制造業(yè)自動(dòng)化.2005(4)張靖武.單