【电气工程训练】设计报告~~智能化数字电压表

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1、 电气工程训练设计报告-智能数字电压表班 级：姓 名：学 号：指导老师： 中南大学2017年1月3号目 录1 引言21.1 数字电压表的发展背景21.2 数字电压表的发展现状31.3 数字电压表的发展意义32 设计要求42.1 设计任务42.2 设计要求52.3 实验任务53 设计方案53.1 系统设计53.2 系统框图64硬件电路64.1 单片机系统64.2 A/D转换电路84.3 量程自动切换电路114.4 LED点阵显示电路124.5 电源电路144.6 超量程报警电路145 软件设计155.1 程序结构155.2 程序分析与设计156 结论207 致谢208 附件（系统仿真图、原理图、

2、PCB图）218.1 系统protues仿真图218.2 Altium Designer设计原理图218.3 Altium Designer设计PCB图219 参考资料221 引言科学技术现代化的今天，是电子技术和信息技术迅速发展的时代。数字电压表在工程测量、计量检定、科学实验、机械电子、电能电力、邮电通信、国防军工以及工矿企业等诸多领域中，有着非常广泛的应用。尤其是智能化数字仪表的普及和应用，在数字化、自动化、软件化测量技术中更发挥着重要的作用。1.1 数字电压表的发展背景数字仪表是把连续的被测模拟量自动地变成断续的、用数字编码方式并以十进制数字自动显示测量结果的一种测量仪表。这是一种新型仪

3、表，它把电子技术、计算机技术、自动化技术与精密电测量技术密切地结合在起，成为仪器仪表领域中一个独立的分支。数字仪表的种类很多，应用场合各不相同，其内部结构也相差很大。根据仪表的用途(即被测量的性质)分为：数字电压表、数字电阻表、数字电流表、数字功率表、数字Q(品质因数)表、数字电桥及电子计数器等 经过适当变换，还可制成测量多种非电量的仪表，如数字温度表、数字转速表、数字位移表、数字钟、数字秤、数字测厚仪及数字高斯计等，还有许多其他数字式测量仪器和测量装置。自1952年，美国NLS公司首创四位数字电压表，到现在的三十多年中经过了不断的改进和提高。DVM的体积和功耗越来越小，重量不断减轻，价格也逐

4、步下降，可靠性越来越高，量程X围也逐渐扩大。回顾以下DVM的发展过程，大致可分为三个阶段:数字化阶段、高准确度阶段、智能化阶段。1972年，美国Intel公司首创微处理器，不久即研制出微处理器式数字电压表，实现了DVM数据处理自动化和可编程序。当前，智能仪器发展十分迅速，而微处理式DVM在智能仪表中占的比重最大。我国的数字电压表是从60年代初期发展起来的，现在我国已经有50多个单位研制生产数字仪表，并出现了许多六位表和七位表，准确度达百万分之几，灵敏度已达到0.01uV。目前，数字电压表已广泛应用在国防、科研、学校、工矿企业、计量部门和各种物理量的非电量测量系统中。1.2 数字电压表的发展现状

5、传统的电压表功能单一、精度比较低，不能满足时代的需求，采用单片机的数字电压表精度高、抗干扰能力强，可扩展性强、集成方便，还可以去PC进行实时通信。目前，由各种单片A/D转化器构成的数字电压表，已被广泛用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域，显示出强大的生命力。与此同时，由DVM扩展而成的各种通用及专用数字仪表仪器，也把电量及非电量测量技术提高到崭新水平。数字电压表的基本工作原理是利用A/D转换电路将待测的模拟信号转换成数字信号，通过相应换算后将测试结果以数字形式显示出来的一种电压表。较之于一般的模拟数字电压表，数字电压表具有精度高、测量准确、读数直观、使用方便等优点。

6、最近十几年来，随着半导体技术、集成电路（IC）和微处理器技术的发展，数字电路和数字化测量技术也有了巨大的进步，从而促使了DVM和A/D变换器的日新月异，并不断出现新的类型。今后，总的趋势随简单电路代替复杂电路；高准确度代替低准确度；低成本代替高成本；同时也向着自动化、程控化和智能化相结合的方向发展。数字电压表的设计和开发，已经有多种类型和款式。传统的数字电压表各有特点，它们适合在现场做手工测量，要完成远程测量并要对测量数据做进一步处理，传统数字电压表是无法完成的。然而基于PC通信的数字电压表，既可以完成数据的传递，又可以借助PC对测量数据的处理。所以数字电压表无论在功能和实际上，都具有传统电压

7、表无法比拟的特点，这使得它的开发和应用具有良好的前景。1.3 数字电压表的发展意义DVM的高速发展，使它已成为实现测量自动化、提高工作效率不可缺少的仪表，数字化是当前计量仪器发展的主要方向之一，而高准度的DC-DVC的出现，又使DVM进入了精密标准测量领域。这个课题的目的和意义在于使自己掌握对数字电压表的理解，自己动手设计数字电压表与仿真，它可以广泛的应用于电压测量外，通过各种变换器还可以测量其他电量和非电量，测量是一种认识过程，就是用实验的方法将被测量和被选用的相同参量进行比较，从而确定它的大小。DVM广泛应用于测量领域每期测量的准确度和可信度取决于它的主要性能和技术指标。所示我们要学习和掌

8、握如何设计DVM就显得十分重要。数字电压表对繁多的电量测试具有精度高,测量速度快,自动化程度高等优点,在科研生产的电量测试中得到了广泛的应用。各种数字仪表中,数字电压表的用途居于较为突出的地位,它不但用来测量各种电量,而且还广泛用来进行各种非电量的电测量,同时在实现工业自动化,生产过程的自动控制以及测量本身的自动化等方面,都起着很重要的作用。2 设计要求2.1 设计任务运用所学微控制器、智能仪器和现代测控系统等方面的知识，设计出一台以单片机为核心的智能仪器，完成信息的采集、处理、输出及人机接口电路等部分的软、硬件设计。1分组完成下列设计任务中的一项：1)热电偶多路温度检测仪 设计多路转换开关、

9、程控增益放大电路等对4种不同热电偶的输出信号巡回检测、显示、键盘参数设置、打印温度等功能。2)等精度频率计 设计单片机控制部分、通道部分、同步门部分、计数器部分、键盘与显示部分。可在线键盘参数设置、定时检测、显示。3)智能流量监测仪 设计流量检测、处理与显示电路，可在线键盘参数设置、定时检测、显示、定时打印流量的瞬时值和累计值。4)单片机电子计价秤 设计重量检测、处理与显示电路，对5种以上不同单价的商品进行称量、计价和打印及键盘参数设置。5)步进电机控制仪 由单片机输出脉冲对步进电机进行启动、制动、相位、方向、速度、位置等控制。例如：设计程序，使步进电动机实现间断性步进（30步，间隔0.5s）

10、连续正传（60步，0.1s）停顿（2s）反向间断性步进（30步，间隔0.5s）连续反转（60步，间隔0.1s）。6)智能数字电压表 设计输入衰减器、输入放大器、有源滤波器、输入电流补偿电路、自举电源、键盘与显示部分。可在线键盘参数设置、定时检测、显示。7)智能型数字PID调节器 设计信号采集、处理、输出及人机接口电路（如数显、键盘、指示报警）等部分的软、硬件设计, 主要实现数字PID控制 。2应用微机和单片机实验开发装置完成规定的实验任务；3系统硬件部分包括传感器、前置信号处理单元（放大器，滤波器等）、 A/D转换、微处理器（MCU）、键盘、显示、打印、报警、多路转换开关、程控增益放大电路、通

11、信接口电路等；4系统软件部分包括键盘扫描、A/D转换、数字滤波、标度变换、显示、打印、报警、通信、控制输出、非线性校正、冷端温度补偿、通信等；5画出仪表的硬件电路原理图、PCB图、面板结构图和软件程序框图；6编写设计说明书一份，阐述仪器的工作原理和软、硬件设计方法。（ 硬件设计重点为：打印、通信接口电路、多路转换开关、程控增益放大电路 软件设计重点为：打印、通信、控制输出、非线性校正、冷端温度补偿 ）2.2 设计要求1传感器的选择和前置信号处理单元设计；2A/D器件选择（5G14433或ADC0809）及其与微控制器接口电路设计；3参数给定电路的软、硬件设计：通过按键及接口电路实现；4参数显示

12、电路的软、硬件设计：通过LED、LCD或点阵式显示器及接口电路实现；5参数报警电路的软、硬件设计：通过语音接口电路板、喇叭或发光二极管实现；6参数打印电路的软、硬件设计：通过微型打印机及其接口电路实现。7通信接口电路的软、硬件设计：通过单片机通信接口电路实现；8控制输出电路的设计：输出模拟信号或开关量信号。2.3 实验任务1显示部分：包括LED显示、LCD显示和点阵式显示；2键盘扫描部分：自定义按键功能，编写并调试键盘扫描程序；3A/D转换部分：利用双积分式A/D转换器5G14433或逐次逼近式A/D转换器ADC0809进行A/D转换；4故障报警部分：针对不同故障进行语音报警、喇叭报警或灯光报

13、警；5打印部分：利用微型打印机打印出不同格式的数据或曲线(含日期、时间)；6通信部分：完成单片机与单片机或单片机与上位机通信的软件调试。3 设计方案3.1 系统设计本设计主要分为两部分：硬件电路及软件程序。而硬件电路除了单片机系统电路之外，还包括了量程自动切换电路、A/D转换接口及按键/显示电路，各部分电路的设计及原理将会在硬件电路设计部分详细介绍。程序的设计使用C语言编程，利用Proteus软件对其编译和仿真，详细的程序会在程序设计部分详细介绍。应用最广泛的八位单片机首推Intel的51系列。51系列优点之一是它从内部的硬件到软件有一整套的按位操作系统，称作为处理器，它的处理对象不是字或字节

14、而是位。虽然其他种类的单片机也具有处理功能，但能进行位逻辑运算的实属少见。Intel公司应用最广泛的单片机包括AT89C51、AT89C52等，其中AT89C51是最典型的产品，可以做乘法和除法指令，给编程带来了便利，并且有一条二进制十进制调整指令DA，这对于十进制的计量十分方便。鉴于以上有利因素，在本设计中，我选用了AT89C51单片机芯片。随着大规模集成电路的发展，目前不同厂家已经生产出了多种型号的A/D转换器，以满足不同应用场合的需要。如果按照转换原理划分，主要有3种类型，即双积分式A/D转换器、逐次逼近式A/D转换器和并行式A/D转换器。目前最常用的是双积分和逐次逼近式。双积分式A/D

15、转换器具有抗干扰能力强、转换精度高、价格便宜等优点，它们通常带有自动较零、七段码输出等功能。与双积分相比，逐次逼近式A/D转换的转换速度更快，而且精度更高，比如ADC0808、ADC0809等，它们通常具有8路模拟选通开关及地址译码、锁存电路等，它们可以与单片机系统连接，将数字量送单片机进行分析和显示。由于ADC0809比较常用，容易理解，并且功能完全可以满足本设计的需要，所以我选用了ADC0809模数转换器芯片。由于本设计的任务，是完成一个智能数字电压表的设计，不仅为了达到量程切换的结果，我选用数据选择器CC4051来完成智能型电压表自动切换量程的功能。3.2 系统框图图3.1 系统框图如系

16、统框图所示，该设计主要由量程切换电路、A/D转换电路、单片机控制电路和LED显示电路。在量程切换电路部分，可以根据所采集到的电压选择合适的量程，以使测量精度比较高。单片机给ADC提供一个启动转换信号之后，ADC转换开始；当A/D转换结束时，ADC输出一个转换结束标志信号，通知单片机读取转换结果。对于LED显示电路，AT89C51单片机为控制器。4硬件电路4.1 单片机系统4.1.1 AT89C51性能AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含有4KB的可反复擦写的只读程序存储器和128字节的随机存储器。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与

17、工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容，由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，它为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。AT89C51功能性能:与MCS-51成品指令系统完全兼容；4KB可编程闪速存储器；寿命：1000次写/擦循环；数据保留时间：10年；全静态工作：0-24MHz；三级程序存储器锁定；128*8B内部RAM；32个可编程I/O口线；2个16位定时/计数器；5个中断源；可编程串行UART通道；片内震荡器和掉电模式。 4.1.2 AT89C51各引脚功能AT89C51提供以下标准功能：4KB的Flash闪

18、速存储器，128B内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内震荡器及时钟电路，同时，AT89C51可降至0Hz静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作，掉电方式保存RAM中的内容，但震荡器停止工作并禁止其他所有工作直到下一个硬件复位。AT89C51采用PDIP封装形式，引脚配置如图4.2所示。图4.1 AT89C51的引脚图AT89C51芯片的各引脚功能为：P0口：这组引脚共有8条，P0.0为最低位。这8个引脚有两种不同的功能，分别适用于不同的

19、情况，第一种情况是89C51不带外存储器，P0口可以为通用I/O口使用，P0.0-P0.7用于传送CPU的输入/输出数据，这时输出数据可以得到锁存，不需要外接专用锁存器，输入数据可以得到缓冲，增加了数据输入的可靠性；第二种情况是89C51带片外存储器，P0.0-P0.7在CPU访问片外存储器时先传送片外存储器的低8位地址，然后传送CPU对片外存储器的读/写数据。P0口为开漏输出，在作为通用I/O使用时，需要在外部用电阻上拉。P1口：这8个引脚和P0口的8个引脚类似，P1.7为最高位，P1.0为最低位，当P1口作为通用I/O口使用时，P1.0-P1.7的功能和P0口的第一功能相同，也用于传送用户

20、的输入和输出数据。P2口：这组引脚的第一功能与上述两组引脚的第一功能相同即它可以作为通用I/O口使用，它的第一功能和P0口引脚的第二功能相配合，用于输出片外存储器的高8位地址，共同选中片外存储器单元，但并不是像P0口那样传送存储器的读/写数据。P3口：这组引脚的第一功能和其余三个端口的第一功能相同，第二功能为控制功能，每个引脚并不完全相同，Vcc为+5V电源线，Vss接地。ALE：地址锁存允许线，配合P0口的第二功能使用，在访问外部存储器时，89C51的CPU在P0.0-P0.7引脚线去传送随后而来的片外存储器读/写数据。在不访问片外存储器时，89C51自动在ALE线上输出频率为1/6震荡器频

21、率的脉冲序列。该脉冲序列可以作为外部时钟源或定时脉冲使用。/EA:片外存储器访问选择线，可以控制89C51使用片内ROM或使用片外ROM,若/EA=1，则允许使用片内ROM, 若/EA=0，则只使用片外ROM。/PSEN：片外ROM的选通线，在访问片外ROM时，89C51自动在/PSEN线上产生一个负脉冲，作为片外ROM芯片的读选通信号。RST：复位线，可以使89C51处于复位(即初始化)工作状态。通常89C51复位有自动上电复位和人工按键复位两种。XTAL1和XTAL2：片内震荡电路输入线，这两个端子用来外接石英晶体和微调电容，即用来连接89C51片内OSC(震荡器)的定时反馈回路。4.1.

22、3 复位电路设计单片机在启动运行时都需要复位，使CPU和系统中的其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。MCS-51单片机有一个复位引脚RST,采用施密特触发输入。当震荡器起振后，只要该引脚上出现2个机器周期以上的高电平即可确保时器件复位1。复位完成后，如果RST端继续保持高电平，MCS-51就一直处于复位状态，只要RST恢复低电平后，单片机才能进入其他工作状态。单片机的复位方式有上电自动复位和手动复位两种，图4.2是51系列单片机统常用的上电复位和手动复位组合电路，只要Vcc上升时间不超过1ms，它们都能很好的工作。图4.2 复位电路4.1.4 时钟电路设计单片机中CPU每执

23、行一条指令，都必须在统一的时钟脉冲的控制下严格按时间节拍进行，而这个时钟脉冲是单片机控制中的时序电路发出的。CPU执行一条指令的各个微操作所对应时间顺序称为单片机的时序。MCS-51单片机芯片内部有一个高增益反相放大器，用于构成震荡器，XTAL1为该放大器的输入端，XTAL2为该放大器输出端，但形成时钟电路还需附加其他电路。 本设计系统采用内部时钟方式，利用单片机内部的高增益反相放大器，外部电路简，只需要一个晶振和 2个电容即可，如图4.2所示。图4.2 时钟电路电路中的器件选择可以通过计算和实验确定，也可以参考一些典型电路的参数，电路中，电容器C1和C2对震荡频率有微调作用，通常的取值X围是

24、3010pF，在这个系统中选择了33pF；石英晶振选择X围最高可选24MHz，它决定了单片机电路产生的时钟信号震荡频率，在本系统中选择的是12MHz，因而时钟信号的震荡频率为12MHz。4.2 A/D转换电路A/D转换器是模拟量输入通道中的一个环节，单片机通过A/D转换器把输入模拟量变成数字量再处理。随着大规模集成电路的发展，目前不同厂家已经生产出了多种型号的A/D转换器，以满足不同应用场合的需要。如果按照转换原理划分，主要有3种类型，即双积分式A/D转换器、逐次逼近式A/D转换器和并行式A/D转换器。目前最常用的是双积分和逐次逼近式。双积分式A/D转换器具有抗干扰能力强、转换精度高、价格便宜

25、等优点，比如ICL71XX系列等，它们通常带有自动较零、七段码输出等功能。与双积分相比，逐次逼近式A/D转换的转换速度更快，而且精度更高，比如ADC0808、ADC0809等，它们通常具有8路模拟选通开关及地址译码、锁存电路等，它们可以与单片机系统连接，将数字量送单片机进行分析和显示10。ADC0809是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模/数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。ADC0808是ADC0809的简化版本，功能基本相同。一般在硬件仿真时采用ADC0808进行A/D转换，实际使用时采用ADC08

26、09进行A/D转换。图4.3 ADC0809引脚图4.2.1 ADC0809的内部结构ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，它有8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器。 4.2.2 ADC0809的主要技术指标和特性a) 分辨率：8位二进制数；b) 总的不可调误差：2LSB；c) 转换时间：取决于芯片时钟频率；d) 单一电源：+5V；e) 模拟输入电压X围：单极性05V；双极性5V，10V（需外加一定电路）；f) 具有可控三态输出缓存器；g) 启动转换控制为脉冲式（正脉冲），上升沿使所有内部寄存器清零，下降沿使A/D转换开始；h) 使用时不需进行零点和

27、满刻度调节。4.2.3 ADC0809的管脚ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如右图所示。各引脚功能如下。a) ADC0809采用28引脚的封装，双列直插式；b) IN0IN78路0V+5V模拟电压输入端；c) DB7DB08路数字输出线，输出8位A/D转换值；d) START启动A/D转换输入端。若单片机在此引脚上加一个正脉冲时，脉冲的上升沿将内部寄存器清0；其下降沿启动A/D进行一次新的转换；e) EOCA/D转换结束输出信号，高电平有效。当A/D转换的START有效时，EOC处于低电平，表示正在转换；当EOC处于高电平时，表示A/D转换结束；f) OE允许数字量输出信号

28、，高电平有效。当OE=1时。三态门打开，将A/D转换后的值放到数据总线上供CPU用指令取走；g) CLOCK输入时钟脉冲端。频率为500kHz；h) ADDR0、ADDR1、ADDR2模拟量输入通道的地址选择线；i) ALE地址锁存允许输入信号。锁存ADDR0、ADDR1、ADDR2；j) VCC+5V工作电压源；k) GND接地端；l) REF(+)和REF(-)基准参考电压，这两个电压决定输入模拟量的程X围。4.2.4 ADC0809的接口方法ADC0809的输出引脚（D0-D7）可直接与单片机的数据总线相连；A、B、C、三条引脚与地址线中的低三位相连，使8路输入端所对应的地址X围是:FF

29、F0H-FFF7H。ADC0809工作时必须外接时钟，如果单片机的主振频率为6MHz，则可直接借用单片机的ALE信号作为ADC0809的时钟信号。当单片机不访问片外RAM时（即不使用MOVX系列指令时），ALE信号是时钟频率的六分频，在6MHz的晶振频率下，ALE的频率是1MHz。如果单片机采用了更高频率（如12MHz）的晶振，直接用ALE作为ADC0809的时钟就不恰当了，此时可以把ALE二分频之后再提供给ADC0809。ADC0809的输入或输出都是高电平有效，而MCS-51系列单片机上，一些引脚的输或输出却为低电平有效，所以当ADC0809与单片机相连接时，必须采用一些门电路进行电平转换

30、。A/D转换结束信号EOC端通过“非门”与MCS-51单片机的INT1引脚相连，使每次A/D转换完毕就产生中断请求，MCS-51单片机收到中断请求后，可读取ADC0809的输出数据。ADC0809的通道选择如表4.1所示。表4.1 ADC0809的8路通道选择A的输入B的输入C的输入当有工作的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7该系统使用ADC0809并行A/D转换芯片，使用单片机的2.0、2.1和2.2作为该芯片的控制口，其中P2.3给0809芯片提供时钟脉冲，P2.2接转换开始，P2.1接输入允许，0809转换是用等待法等转换

31、结束再继续执行程序。A/D转换具体电路如图4.4所示。图4.4 A/D转换电路4.3 量程自动切换电路在量程切换电路中，我选用模拟电子开关4051来做成一个多路选择器。4051是单8通道数字控制模拟电子开关，有三个二进制输入端A、B、C和INH输入，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流。4051的外形结构如图4.5所示。图4.5 4051的外形结构4.3.1 CC4051的介绍CC4051芯片是八选一模拟开关集成电路。它是一个带有禁止端(INH)和三位译码端(A、B、C)控制的8路模拟开关电路；它的逻辑功能与管脚图资料请见下面的表3.3，从功能表可知开关的特性。表3.3 4051管脚图输入接通通道

32、INHCBALLLL0LLLH1LLHL2LLHH3LHLL4LHLH5LHHL6LHHH7HXXX均不接通4.3.2 量程转换电路本次设计量程为：0.014.99V,0.0149.99V，51单片机和AD0809的基准电压为5V,则其量程为0.014.99V , 所以其他量程分别10档位。电路如图用2个电阻串联进行分压，电阻为R1=90K,R2=10K,使进入AD0809电压均小于5V，具体电路图如图4.6所示。图4.6 量程切换电路4.4 LED点阵显示电路4.4.1 LED点阵原理LED点阵是由发光二极管排列组成的显示器件,在我们日常生活的电器中随处可见，被广泛应用于汽车报站器，广告屏等

33、。特别是它的发光类型属于冷光源，效率及发热量是普通发光器件难以比拟的，它采用低电压扫描驱动，具有：耗电少、使用寿命长、成本低、亮度高、故障少、视角大、可视距离远、规格品、可靠耐用、应用灵活、安全、响应时间短、绿色环保、控制灵活种等特点,其原理如图4.7所示。图4.7 LED原理图从图中可以看出，8X8点阵共需要64个发光二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上，当对应的某一列置1电平，某一行置0电平，则相应的二极管就亮；要实现显示图形或字体，只需考虑其显示方式。通过编程控制各显示点对应LED阳极和阴极端的电平，就可以有效的控制各显示点的亮灭。4.4.2显示屏驱动电路图4.8 显

34、示屏驱动电路 74HC245是典型的CMOS型三态缓冲门电路。由于单片机或CPU的数据/地址/控制总线端口都有一定的负载能力，如果负载超过其负载能力，一般应加驱动器。本设计采用74HC245来驱动LED点阵的列，采用74LS138来进行行扫描，采用了两片8*8点阵，另外加一个独立LED来表示小数点，这也一定意义上局限了本系统最高量程只能到50V，精确到小数点后两位。4.5 电源电路采用变压器将市电220V降压到9V交流，用单相整流桥电路将9V交流整流为直流电路，再用三端稳压器7805将直流9V降压稳压为5V，给单片机系统以及外围的所有电路供电。电源电路设计如图4.9所示。图4.9 电源电路4.

35、6 超量程报警电路电路测量X围最大为49.99V，若超出了此X围，单片机会驱动蜂鸣器报警，提示使用者测量电压已经超出X围，并且显示屏也会显示“”以显示待测电压过高，无法显示。报警电路如图4.10、4.11所示.图4.10 蜂鸣器报警电路图4.11 显示屏报警电路5 软件设计5.1 程序结构智能数字电压表系统软件程序由主程序、A/D转换子程序、量程切换子程序和显示子程序组成。开始初始化调整量程调用AD转换子程序判定量程是否适合 N Y数据计算显示图5.1 主程序流程图5.2 程序分析与设计/*智能电压表C51文件LKJ 2014-9-24*/#include #include main.h/端口

36、变量设置sbit LED = P00;sbit add_A = P25;sbit add_B = P26;sbit add_C = P27;sbit EOC = P21;sbit ST = P22;sbit CLK = P23;sbit CD4051_add = P24;/设置CD4051地址，自动切换量程sbit Buzzer = P20;/超量程报警/*全局变量*/关于点阵显示unsigned int t_scan = 0;unsigned char t_scan_flag = 0;/扫描unsigned char add = 0;/扫描地址unsigned char dnum_F = 0

37、;/前两个数unsigned char dnum_B = 0;/后两个数float V_float = 0;/检测电压值unsigned int V_show = 0;/显示值unsigned int t_show = 0;/扫描时间unsigned char t_show_flag = 0;unsigned char AD_DATA;/储存原始AD值unsigned char OverFlag = 0;/超量程标志/*延时约150us*/void delay(unsigned char i)unsigned char j;while(i-)for(j=125;j0;j-); /*初始化*/v

38、oid init() /定时器中断初始化TMOD = 0x22;TH0 = 0x9C;TL0 = 0x9C;/100usTR0 = 1;ET0 = 1;TH1=216;TL1=216;/用T1产生CLK信号40usTR1=1;ET1=1;EA = 1; /AD初始化ST=0;/CD4051初始化CD4051_add = 0;Buzzer = 1;/*AD转换*/void AD()ST = 0;/OE = 0;delay(1);ST = 1; /启动ADdelay(1);ST = 0;while(0 = EOC); /AD转换完毕/OE = 1;AD_DATA = P0;/OE = 0void

39、AD_Deal()/*量程切换算法*/if(AD_DATA = 255)/如果超量程了，先看是否能提高量程，否则报警if(CD4051_add = 0) CD4051_add = 1;else Buzzer = 1; OverFlag = 1;else if(AD_DATA = 5)t_scan_flag = 1;t_scan = 0;/1mst_show+;if(t_show = 5000)t_show_flag = 1;t_show = 0;/500msif(t_scan_flag = 1)/显示/LED = LED;/扫描add_A = add & 0x01;add_B = add &

40、0x02;add_C = add & 0x04;/数显P1 = dnumdnum_Fadd;P3 = dnumdnum_Badd;add+;if(add = 8) add = 0;t_scan_flag = 0;/*T1*/void T1_ISR(void) interrupt 3 CLK=CLK;6 结 论单片机应用的意义不仅在于它的广阔X围及所带来的经济效益。更重要的意义在于，单片机的应用从根本上改变了控制系统传统的设计思想和设计方法。以前采用硬件电路实现的大部分控制功能，正在用单片机通过软件方法来实现。以前自动控制中的PID调节，现在可以用单片机实现具有智能化的数字计算控制、模糊控制和自

41、适应控制。由于使用的是高效单片机作为核心的测量系统，以及灵敏度和精度较高的A/D转换器，使本直流电压电流表具有精度高、灵敏度强、性能可靠、电路简单、成本低的特点，加上经过优化的程序，使其有很高的智能化水平。在该设计中，经过硬件和软件设计，基本上达到了工程训练题目要求。在本设计最大的优点是电路简单，测量精度高，但其中也存在着些不足可以改进，比如本设计的精度不是太高，量程数较少，还可以改进。7 致 谢感谢学校给了我们这样一个培养动手能力和自主学习能力的机会，我相信，这对我们将来走入工作岗位后的帮助是莫大的。同时我也要感谢我同组的伙伴，在进行设计单片机程序时我遇到一些困难，他们帮助我分析完成，使我的

42、设计得以完成。在这里我特别要感谢老师对我们设计上的悉心帮助，我最初的设计非常的粗糙和简单，只能实现最基本的功能，在老师的耐心指导与修正下，我对最开始的设计进行了多次改进，将量程转换电路改成单片机智能控制并且对电压显示进行软件补偿，另外添加了电源管理电路，使得系统得以直接从市电获取电能，设计当中我们遇到了什么不明白的问题，老师都会细心的帮助我们进行解答，使我们的设计可以很顺利地进行。最后感谢学校领导、指导老师以及我同组同学们，在你们的帮助和指导下我终于完成了这次毕业设计，帮我学习到很多，今后也会更加在这方面努力学习，争取能做出更多创新的设计。谢谢！8 附 件（系统仿真图、原理图、PCB图）8.1 系统protues仿真图8.2 Altium Designer设计原理图8.3 Altium Designer设计PCB图9 参考资料1杨欣荣智能仪器原理、设计与发展中南大学，20032徐仁贵等单片微型计算机应用技术机械工业，20013李广弟等单片机基础修订本航空航天大学，20014公茂法等单片机人机接口实例航空航天大学，19985王福瑞等单片微机测控系统设计大全航空航天大学，19996徐仁贵等单片微型计算机应用技术机械工业，2001 7先锋工作室编单片机程序设计实例清华大学，200323 / 23