數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)報(bào)告

1、s 作品名：數(shù)字電壓表學(xué)院：電氣工程學(xué)院 專業(yè)： 姓名： 學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)老師：目錄第一章：設(shè)計(jì)方案.3第二章：硬件電路設(shè)計(jì).42.1主控芯片.42.2模數(shù)轉(zhuǎn)換部分.42.3顯示模塊.6第三章：軟件設(shè)計(jì).73.1主程序設(shè)計(jì).73.2 a/d轉(zhuǎn)換子模塊.8第四章：系統(tǒng)調(diào)試.94.1硬件調(diào)試.9 4.1.1 硬件故障.9 4.1.2硬件調(diào)試方法.94.2軟件調(diào)試9 4.2.1 軟件故障.9 4.2.2軟件調(diào)試方法9第五章：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理.105.1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).105.2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析.10第六章：結(jié)論.11附錄一：作品圖11附錄二：程序.12第一章： 設(shè)計(jì)方案基于51單片機(jī)，以adc0804芯片實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換

2、，由1602液晶屏顯示，具有量程變換功能。量程轉(zhuǎn)換模塊adc0804模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊單片機(jī)控制模塊1602led顯示模塊上電復(fù)位串口通信adc08041602led顯示電源電路at89c51 p0 p2 p1 p3第二章：硬件設(shè)計(jì)2.1主控芯片本電壓表采用stc89c52為主控芯片，電路如下圖所接：晶振電路和復(fù)位電路略去，端口和上面各圖的接口是一致的。2.2模擬轉(zhuǎn)換部分該電壓表采用的adc0804，此芯片優(yōu)點(diǎn)是并行輸出，速率快，缺點(diǎn)是只有8位，精度不高。下來adc0804芯片圖：為了方便，將數(shù)字地和模擬地都直接接到了一起，db0db7為并行輸出口，cs，rd，wr為控制芯片模數(shù)轉(zhuǎn)換及讀取芯片數(shù)據(jù)和

3、寫數(shù)據(jù)的引腳，adc0804可以自己產(chǎn)生時(shí)鐘，只要在clkr和clkin端接入電阻（10k）和電容（理論為150pf本人接的220pf），可產(chǎn)生脈沖信號(hào)。vref為參考電壓端，vin+和vin為電壓輸入端。當(dāng)電壓加在vin+和vin端時(shí)，在db0db7可輸出八位到單片機(jī)，本處參考電壓為5v，則當(dāng)輸入電壓u時(shí)，輸出數(shù)據(jù)為temp，則u/temp=5/255.在自然狀態(tài)下，最多也只能測5v電壓，為了擴(kuò)大量程，本人加了衰減網(wǎng)絡(luò)，見下圖：接到adc芯片上面的始終是vin和地之前的電壓，為了調(diào)精度，在上面加了滑動(dòng)變阻器。此處r22選用的是470k歐的，首先選的10k，因?yàn)閮?nèi)阻過小，導(dǎo)致在5v以下的電壓測

4、量不準(zhǔn)確，choice和gnd兩端為外加的電壓，這樣，有部分電壓會(huì)在r20或者r21上分壓，只在保證在r22兩端不超過5v，就可實(shí)現(xiàn)多量程電壓測量。2.3顯示模塊本處用1602液晶顯示，1602優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜，可顯示基本字符，對于做電壓表這樣的東西已足夠。電路如下：第三章：軟件設(shè)計(jì)3.1主程序 主程序包括初始化部分 調(diào)用a/d轉(zhuǎn)換子程序和調(diào)用顯示程序，如下圖所示：3.2 a/d轉(zhuǎn)換子模塊：返回0804地址加1 a/d轉(zhuǎn)換子程序用于對adc0804八路輸入模擬電壓進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換的數(shù)值存入八個(gè)相應(yīng)的存儲(chǔ)單元中，如下圖： 開始啟動(dòng)一次轉(zhuǎn)換取數(shù)據(jù)（oe=1）a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束？地址小于8第四章：

5、系統(tǒng)調(diào)試 基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表在組裝好以后，便可進(jìn)入系統(tǒng)的在線調(diào)試，起主要任務(wù)是排除樣機(jī)硬件故障并完善其硬件結(jié)構(gòu)，試運(yùn)行所設(shè)計(jì)的程序，排除程序錯(cuò)誤，優(yōu)化程序結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)達(dá)到預(yù)期的功能，進(jìn)而固化軟件。4.1硬件調(diào)試單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件和軟件調(diào)試時(shí)交叉進(jìn)行的，但通常是先排除樣機(jī)中明顯的硬件故障，尤其是電源故障，才能安全和仿真器相連，進(jìn)行綜合調(diào)試。4.1.1 硬件電路故障（1）錯(cuò)線 開路 短路；（2）元器件損壞（3）電源故障4.1.2 硬件調(diào)試方法 本設(shè)計(jì)調(diào)試中所用的調(diào)試方法是靜態(tài)測試： 在樣機(jī)加電之前，首先用萬用表等工具，根據(jù)硬件電器原理圖和裝配圖仔細(xì)檢查樣機(jī)線路的正確性，并核對元器件的型號(hào) 規(guī)

6、格和安裝是否符合要求。第二步是加電后檢查各插件上引腳的點(diǎn)位，仔細(xì)測量各電位是否正常。第三步是在不加電的情況下，除單片機(jī)以外，插上所有的元器件，最后用仿真適配器將樣機(jī)的單片機(jī)插座盒仿真器的仿真接口相連，為聯(lián)機(jī)調(diào)試做準(zhǔn)備。4.2軟件調(diào)試4.2.1軟件電路故障（1）當(dāng)以斷點(diǎn)或連續(xù)方式運(yùn)行時(shí)，目標(biāo)系統(tǒng)沒有按規(guī)定的功能進(jìn)行操作或什么結(jié)果也沒有，這是由于程序轉(zhuǎn)移到意外之外或在某處死循環(huán)所造成的。（2）結(jié)果不正確4.2.1軟件調(diào)試方法軟件調(diào)試所使用的方法有：計(jì)算程序的調(diào)試方法，i/o處理程序的調(diào)試法，綜合調(diào)試法第五章：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理5.1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)0-5v量程為 0-50v量程次數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值電壓示值滿度誤差次數(shù)標(biāo)準(zhǔn)

7、值電壓示值滿度誤差10.760.7250.70%11.341.50.52%21.111.0780.64%22.352.50.30%31.661.6270.66%34.424.70.56%41.991.9600.60%47.177.10.14%52.172.1560.28%510.610.11.00%62.462.4500.20%613.012.90.20%72.702.6860.28%714.614.40.40%82.852.8430.14%816.716.11.00%93.033.0190.22%918.217.61.20%103.153.156-0.12%1019.518.91.20%11

8、3.093.098-0.16%1121.721.21.00%123.763.764-0.08%1222.922.01.80%133.793.803-0.26%1323.923.01.80%144.454.470-0.40%1425.324.51.60%154.654.686-0.72%1525.824.91.80%1629.528.81.40%1730.429.51.80%1834.133.31.60%1936.535.61.80%2038.237.41.60%5.2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析 0-5v量程精度為0.001v, 滿度誤差均1.00%，為一級(jí)電壓表 0-50v量程精度為0.1v，滿度誤差均2.

9、50%，為2.5級(jí)電壓表 第六章：結(jié)論 1.輸入電壓易發(fā)生干擾不穩(wěn)定，且驅(qū)動(dòng)能力可能存在不足，需在被測信號(hào)的輸入端加上一部分驅(qū)動(dòng)電路，比如將量程轉(zhuǎn)換電路改成放大能力的自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換電路，將幅值較小的信號(hào)經(jīng)適當(dāng)放大后再測量，可顯著提高精度； 2輸出量可用平均值算法來改善，使測量準(zhǔn)確度更高； 3.若能將測量的電壓值實(shí)時(shí)保存，使用時(shí)將更方便；附錄一：作品圖附錄二：程序主程序：#include /頭文件#include /頭文件#include#include#include#include#include#include#include void main()while(1)write_com(0x0

10、1);lcd_init(); display_voltage(); 1、 宏定義和定義變量：#define uchar unsigned char /宏定義#define uint unsigned intuchar table= measurement: ;uchar range5=range020v: ;uchar range50=range02a: ;uchar range500=range0100k:;uchar warning=please choice! ;/*uchar error=error!; */ uint measure10; sbit key3=p27;sbit key

11、0=p22;sbit key1=p21;sbit key2=p20;sbit lcd_rs=p23; / 定義液晶的rs端口sbit lcd_rw=p24; / 定義液晶的rw端口sbit lcd_en=p25; sbit back=p26;sbit spk=p27; / 定義液晶的en端口sbit cs=p32; / 定義ad的cs端口sbit rd=p31; /定義ad的rd端口sbit wr=p30;/sbit dula=p37;sbit intr=p37; /定義ad的wr端口uint temp,i,a1,a2,a3,a4; /定義變量 uint date;2、 延時(shí)部分：void d

12、elay(uint z) uint x,y; for(x=z;x0;x-) for(y=110;y0;y-);void delay_lcd()/1602指令之間延時(shí)uint x=5;while(x-);3、 ad轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳送： void ad_init() /初始化adc0804cs=0;wr=1;_nop_();wr=0;_nop_();wr=1; uint ad_switch() /ad轉(zhuǎn)換部分uint temp;p1=0xff;rd=1;_nop_();rd=0;_nop_();temp=p1;/將轉(zhuǎn)后的原始值返給單片機(jī)p1口return temp;uint ad_smooth()/軟

13、件濾波uint xx,i,temp;ad_init();for(i=0;i20;i+)measurei=ad_switch();delay(10); /每隔10us adc轉(zhuǎn)換并采集一次數(shù)據(jù)，將得 /到的數(shù)據(jù)放到數(shù)組中，采集十個(gè)數(shù)據(jù)for(xx=0;xx20;xx+) /將十個(gè)數(shù)據(jù)冒泡法排序for(i=xx;imeasurei)temp=measurei;measurei=measurexx;measurexx=temp; for(i=6;i16;i+)/去掉了三個(gè)最小值和兩個(gè)最大值， /取中間五個(gè)數(shù)的平均值xx+=measurei;xx=xx/10;return xx; /將濾過波后的值存入

14、單片機(jī)4、 1602子程序：void write_com(uchar com)/寫指令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)/寫數(shù)據(jù)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); wri

15、te_com(0x38); write_com(0x38); write_com(0x06); write_com(0x0c); write_com(0x01); 5、 鍵盤掃描：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&

16、key1=1&key2=1&key3=1) return(5);else return (6);6、 數(shù)據(jù)整理及顯示：void display5v(uint temp)/量程為5v時(shí)的顯示狀態(tài)uint num0,num1,num2,num3;if(temp7) 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(

17、);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)/量程為50v的顯示狀態(tài)uint num0,num1,num2,num3;/if(tem

18、p7) 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_

19、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;i16;i+)write_com(0x80+i);write_date(tablei);delay_lcd(); if(numx=1|numx=4)for(i=0;i11;i+)wri