数字电压表设计优质报告.doc

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南 湖 学 院

《数字电路课程设计》设计汇报

项目名称： 数字电压表课程设计
专业年级： 10级电信1班
所在院系： 湖南理工学院南湖学院
学生姓名： 戴 思
学 号： 2410223
完成时间： 11月12日

目 录
一、 设计任务
二、 硬件设计
三、 软件设计
四、 系统调试
五、试验数据处理
六、设计安装及调试中体会
七、参考文件
附录：源程序代码

一、 设计任务
基于51单片机，以ADC0804芯片实现模数转换，由1602液晶屏显示，含有量程变换功效。

量程转换模块
ADC0804模数转换模块
单片机控制模块
1602LED显示模块

上电复位
串口通信
ADC0804
1602LED显示
电源电路
AT89C51
P0
P2
P1
P3

二、硬件设计
2.1主控芯片
本电压表采取STC89C52为主控芯片，电路以下图所接：

晶振电路和复位电路略去，端口和上面各图接口是一致。

2.2模拟转换部分
该电压表采取ADC0804，此芯片优点是并行输出，速率快，缺点是只有8位，精度不高。下来ADC0804芯片图：

为了方便，将数字地和模拟地全部直接接到了一起，DB0~DB7为并行输出口，CS，RD，WR为控制芯片模数转换及读取芯片数据和写数据引脚，ADC0804能够自己产生时钟，只要在CLKR和CLKIN端接入电阻（10K）和电容（理论为150pf本人接220pf），可产生脉冲信号。VREF为参考电压端，VIN+和VIN－为电压输入端。当电压加在VIN+和VIN－端时，在DB0~DB7可输出八位到单片机，本处参考电压为5V，则当输入电压U时，输出数据为temp，则U/temp=5/255.在自然状态下，最多也只能测5V电压，为了扩大量程，本人加了衰减网络，见下图：

接到ADC芯片上面一直是VIN和地之前电压，为了调精度，在上面加了滑动变阻器。此处R22选择是470K欧，首先选10K，因为内阻过小，造成在5V以下电压测量不正确，choice和GND两端为外加电压，这么，有部分电压会在R20或R21上分压，只在确保在R22两端不超出5V，就可实现多量程电压测量。

2.3显示模块
本处用1602液晶显示，1602优点是价格廉价，可显示基础字符，对于做电压表这么东西已足够。电路以下：

三、软件设计
3.1主程序
主程序包含初始化部分 调用A/D转换子程序和调用显示程序，以下图所表示：

3.2 A/D转换子模块：
0804地址加1
A/D转换子程序用于对ADC0804八路输入模拟电压进行A/D转换，并将转换数值存入八个对应存放单元中，以下图： 开始
开启一次转换
取数据（OE=1）
A/D转换结束？

地址小于8

返回

四、系统调试
基于单片机数字电压表在组装好以后，便可进入系统在线调试，起关键任务是排除样机硬件故障并完善其硬件结构，试运行所设计程序，排除程序错误，优化程序结构，使系统达成预期功效，进而固化软件。
4.1硬件调试
单片机应用系统硬件和软件调试时交叉进行，但通常是先排除样机中显著硬件故障，尤其是电源故障，才能安全和仿真器相连，进行综合调试。
4.1.1 硬件电路故障
（1）错线 开路 短路；
（2）元器件损坏
（3）电源故障
4.1.2 硬件调试方法
本设计调试中所用调试方法是静态测试：
在样机加电之前，首先用万用表等工具，依据硬件电器原理图和装配图仔细检验样机线路正确性，并查对元器件型号 规格和安装是否符合要求。第二步是加电后检验各插件上引脚点位，仔细测量各电位是否正常。第三步是在不加电情况下，除单片机以外，插上全部元器件，最终用仿真适配器将样机单片机插座盒仿真器仿真接口相连，为联机调试做准备。
4.2软件调试
4.2.1软件电路故障
（1）当以断点或连续方法运行时，目标系统没有按要求功效进行操作或什么结果也没有，这是因为程序转移到意外之外或在某处死循环所造成。
（2）结果不正确
4.2.2软件调试方法
软件调试所使用方法有：计算程序调试方法，I/O处理程序调试法，综合调试法。

五、试验数据处理
5.1试验数据
0-5V量程为
0-50V量程
次数
标准值
电压示值
满度误差

次数
标准值
电压示值
满度误差

1
0.76
0.725
0.70%

1
1.34
1.5
0.52%

2
1.11
1.078
0.64%

2
2.35
2.5
0.30%

3
1.66
1.627
0.66%

3
4.42
4.7
0.56%

4
1.99
1.960
0.60%

4
7.17
7.1
0.14%

5
2.17
2.156
0.28%

5
10.6
10.1
1.00%

6
2.46
2.450
0.20%

6
13.0
12.9
0.20%

7
2.70
2.686
0.28%

7
14.6
14.4
0.40%

8
2.85
2.843
0.14%

8
16.7
16.1
1.00%

9
3.03
3.019
0.22%

9
18.2
17.6
1.20%

10
3.15
3.156
-0.12%

10
19.5
18.9
1.20%

11
3.09
3.098
-0.16%

11
21.7
21.2
1.00%

5.2试验数据分析
0-5V量程精度为0.001V, 满度误差均<1.00%，为一级电压表
0-50V量程精度为0.1V，满度误差均<2.50%，为2.5级电压表

六、设计安装及调试中体会
数字电压表作为一个实用电子系统，已经得到广泛应用。掌握数字电压表基础原理，研究并不停改善系统功效。这些是我们初涉者们努力方向。本系统采取石英晶体振荡器、分频器、计数器、显示器和校时电路组成。由LED数码管来显示译码器所输出信号。实现了数字钟时、分、秒显示，手动较时、校分功效。有很强现实应用性能。而数字钟设计开拓了我们视野，锻炼了我们动手能力。
我想就整个制作数字电压表过程做部分总结。怎样设计原理图，怎样检错，怎样进行PCB单面板布线，怎样制作单面板，怎样调试电路，每一步骤全部不能忽略，而且每一步骤全部应为下一步骤做计划，不应开始没弄好就想下面怎么做这么做就行了，这么给后期工作带来难度更大。
第一步也是最关键一步就是原理图设计，首先要确保原理图是正确，不然后面做全部是无用功，画原理图即使不难，不过绝对不能忽略。接着导入PCB板，而导入PCB板时必需确保无误。而手工布线时，摆放好元件也是很关键，为布线提供方便。而布线时又要考虑到板子做出来效果，将焊盘尽可能调大，线尽可能布粗，电源线和地线要比信号线稍微粗一点，而且尽可能避免线经过焊盘，以免焊接时出现短路。布线很烦很乱很耗时间，很轻易泄气，不过一定要坚持，不然前功尽弃。制作PCB板时要避免出现断线，断线给调试带来很大不便，腐蚀工作也要做好。焊接器件时要使板子进尽可能美观，而且焊好每一个结点。调试是收尾工作，却也是决定成败关键，调试成功了便制作成功了，假如调试不成功，则看不到效果。这也是最让人遗憾。调试最是让人头痛也是最耗时间事情。这也是动手能力最强工作，需要耐心，需要毅力，这个过程也能使我们更深入熟悉电路板，并了解电路设计原理，不然是没法调试，要一级一级地调试，其实只要前期做得好，调试工作就不难。该清楚每一级输出情形，根据这个情形去调试，直到满足要求，而要考虑到原因很多。我认为最先要做是确保测量仪器是好，不然会做很多无用功甚至陷入深渊，接着首要是确保地线跟电源线正确输入。要检验电路，要检验焊盘是否焊好，要测试元件是好是坏，要检验有没有断线等等。
总而言之整个工作很费时，很麻烦，不过当看到自己数字电压表实现时候却是最快乐一件事。而学我们这个专业同学又必需要掌握这么难得机会，还有老师指导，还有同学能够讨论。从这次课程设计中我获益匪浅。同时也总结了几点。首先电路设计是细致活，切不可大意，要有足够耐心和毅力，同时这也是建立在爱好之上。

七、参考文件
1、 华中科技大学电子技术课程组编，康华光主编，电子技术基础数字部分（第五版）.高等教育出版社，
2、 谢自美主编.电子线路设计试验第三版.华中科技大学出版社，
3、 张肃文，陆兆熊.高频电子线路（第三版）.北京高等教育出版社，1993年

附录一：源程序代码
主程序：
#include<reg52.h> //头文件
#include<intrins.h> //头文件
#include<definedvm.h>
#include<delay.h>
#include<warning.h>
#include<1602.h>
#include<keyscan.h>
#include<AD.h>
#include<display.h>
void main()
{
while(1)
{
write_com(0x01);
lcd_init();
display_voltage();
}
}
1、 宏定义和定义变量：
#define uchar unsigned char //宏定义
#define uint unsigned int
uchar table[]=" measurement: ";
uchar range5[]="RANGE0~20V: ";
uchar range50[]="RANGE0~2A: ";
uchar range500[]="RANGE0~100K:";
uchar warning[]="Please Choice! ";
/*uchar error[]="error!"; */
uint measure[10];
sbit key3=P2^7;
sbit key0=P2^2;
sbit key1=P2^1;
sbit key2=P2^0;
sbit lcd_rs=P2^3; // 定义液晶rs端口
sbit lcd_rw=P2^4; // 定义液晶rw端口
sbit lcd_en=P2^5;
sbit back=P2^6;
sbit spk=P2^7; // 定义液晶en端口
sbit cs=P3^2; // 定义ADcs端口
sbit rd=P3^1; //定义ADrd端口
sbit wr=P3^0;
//sbit dula=P3^7;
sbit INTR=P3^7; //定义ADwr端口
uint temp,i,A1,A2,A3,A4; //定义变量
uint date;
2、 延时部分：
void delay(uint z)
{
uint x,y;
for(x=z;x>0;x--)
for(y=110;y>0;y--);
}
void delay_lcd()//1602指令之间延时
{
uint x=5;
while(x--);
}
3、 AD转换和数据传送：
void AD_init() //初始化ADC0804
{

cs=0;
wr=1;
_nop_();
wr=0;
_nop_();
wr=1;
}

uint AD_switch() //AD转换部分
{
uint temp;
P1=0xff;
rd=1;
_nop_();
rd=0;
_nop_();
temp=P1;//将转后原始值返给单片机P1口
return temp;
}
uint AD_smooth()//软件滤波
{
uint xx,i,temp;
AD_init();
for(i=0;i<20;i++)
{
measure[i]=AD_switch();
delay(10); //每隔10us ADC转换并采集一次数据，将得
} //到数据放到数组中，采集十个数据
for(xx=0;xx<20;xx++) //将十个数据冒泡法排序
for(i=xx;i<20;i++)
{
if(measure[xx]>measure[i])
{
temp=measure[i];
measure[i]=measure[xx];
measure[xx]=temp;
}
}

for(i=6;i<16;i++)//去掉了三个最小值和两个最大值，
{ //取中间五个数平均值
xx+=measure[i];
}
xx=xx/10;
return xx; //将滤过波后值存入单片机
}
4、 1602子程序：
void write_com(uchar com)//写指令
{
delay(5);
lcd_en=0;
lcd_rs=0;
lcd_rw=0;
_nop_();
lcd_en=1;
P0=com;
lcd_en=0;
lcd_rs=0;
}

void write_date(uchar date)//写数据
{
delay(5);
lcd_en=0;
lcd_rs=1;
lcd_rw=0;
_nop_();
lcd_en=1;
P0=date;
lcd_en=0;
lcd_rs=0;
}

void lcd_init()//初始化
{

back=0;
delay(15);
lcd_en=0;
write_com(0x38);
write_com(0x38);
write_com(0x38);

write_com(0x06);
write_com(0x0c);
write_com(0x01);

}
5、 键盘扫描：
uint keyscan()
{
if(key0==0&&key1==1&&key2==1&&key3==1)
return 1;
else if(key0==1&&key1==0&&key2==1&&key3==1)
return (2);
else if(key0==1&&key1==1&&key2==0&&key3==1)
return (3);
else if(key0==1&&key1==1&&key2==1&&key3==0)
return (4);
else if(key0==1&&key1==1&&key2==1&&key3==1)
return(5);
else return (6);
}
6、 数据整理及显示：
void display5V(uint temp)//量程为5V时显示状态
{
uint num0,num1,num2,num3;
if(temp<7) temp=0;
else temp=temp-7;
num0=temp/51;
num1=temp%51*10/51;
num2=temp%51*10%51*10/51;
num3=temp%51*10%51*10%51*10/51;

write_com(0x80+0x40+11);
write_date(num0+0x30);
delay_lcd();
write_com(0x80+0x40+12);
write_date('.');
delay_lcd();
write_com(0x80+0x40+13);
write_date(num1+0x30);
delay_lcd();
write_com(0x80+0x40+14);
write_date(num2+0x30);
delay_lcd();
write_com(0x80+0x40+15);
write_date(num3+0x30);
delay_lcd();

}
void display50V(uint temp)//量程为50V显示状态
{
uint num0,num1,num2,num3;

//if(temp<7) temp=0;
//else temp=temp-7;
temp=(temp+temp*4/10)*11;
num0=temp/510;
num1=temp%510*10/510;
num2=temp%510*10%510*10/510;
num3=temp%510*10%510*10%51*10/510;

write_com(0x80+0x40+11);
write_date(num0+0x30);
delay_lcd();
write_com(0x80+0x40+12);
write_date(num1+0x30);
delay_lcd();
write_com(0x80+0x40+13);
write_date('.');
delay_lcd();
write_com(0x80+0x40+14);
write_date(num2+0x30);
delay_lcd();
write_com(0x80+0x40+15);
write_date(num3+0x30);
delay_lcd();
}
void display_voltage()
{
uint numx,temp,temp0,temp1;
//float temp;
numx=keyscan();
temp0=numx;
for(i=0;i<16;i++)
{
write_com(0x80+i);
write_date(table[i]);
delay_lcd();

}

if(numx==1||numx==4)
{
for(i=0;i<11;i++)
{
write_com(0x80+0x40+i);
write_date(range5[i]);
delay_lcd();
}
}
else if(numx==2)
{
for(i=0;i<11;i++)
{
write_com(0x80+0x40+i);
write_date(range50[i]);
delay_lcd();
}
}
else if(numx==3)
{
for(i=0;i<11;i++)
{
write_com(0x80+0x40+i);
write_date(range500[i]);
delay_lcd();
}
}
else if(numx==5)
{
for(i=0;i<16;i++)
{
write_com(0x80+0x40+i);
write_date(warning[i]);
delay_lcd();
}
}
else beep();
while(temp0<=4&&numx!=5&&numx!=6)
{
temp=AD_smooth();
if(temp<5) temp=0;
if(numx==1)
display5V(temp);
numx=keyscan();
//if(numx==5) break;
if(numx==2)
display50V(temp);
numx=keyscan();
while((temp1-temp<7||temp-temp1<7)&&temp1==numx)
{
temp=AD_smooth();
numx=keyscan();
}
}

while(numx==6||numx==5)
{
numx=keyscan();
while(numx==6)
{
numx=keyscan();
beep();
}
}
}