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1、杭州电子科技大学信息工程学院毕业设计（论文）开题报告题 目数字电压表的设计与研究系电子工程专 业电子信息工程姓 名何欣班 级学 号指导教师杜铁钧一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义数字电压表（Digital Voltmeter）简称DVM，它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量（直流输入电压）转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。众所周知，模拟电压表精度较高，曾经有很广阔的市场，现在依然有不少工程师依然在使用模拟电压表。的确模拟电压表在显示测量值方面精度校准，然而却也存在问题。模拟电压表采用用指针式，里面是磁电或电磁式结构，所以其响应速度较慢。 然而在高速发展的当今社会，
2、高速信号处理的需求越来越多，由于模拟电压表响应速度较慢已经不适用与高速信号领域，取而代之的将是数字电压表。但数字电压表由于存在采样误差，精度不是很高。不过目前可以通过技术手段来缩小误差。使其精度达到与模拟电压表一样精确甚至更高。可见将来数字电压表必将取代模拟电压表。现在有越来越多的数字测量仪器的出现但原理皆与数字电压表殊途同归，因此研究数字电压表有着很大现实意义。目前，由各种单片A/D 转换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器仪表，也把电量及非电量测量技术提高到崭新水
3、平。本论文重点介绍单片A/D 转换器以及由它们构成的基于单片机的数字电压表的工作原理。二、 研究的基本内容，拟解决的主要问题： 按系统功能要求，决定控制系统采用AT89S51单片机，A/D转换采用ADC0809.系统除能确保实现要求的功能外，还可以方便地进行其功能的扩展。本文采用AT89S51作为核心元件，AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP（In-system programmable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及89C51引脚结构，芯片
4、内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。采用NS公司的分辨率为8位逐次比较型的高精度的模数转换器ADC0809,ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。把采取的电压进行处理然后通过单片机的P口送到单片机然后经过程序处理，由LED电路把电压数值显示出来。单片机加上外围的串口显示电路由74LS245和数码管三极管组成。器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及
5、引脚。它集Flash程序存储器，既可在线编程（ISP）也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片芯片中，ATMEL公司的功能强大，低价AT89S51单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。 AT89S51与T89C51相比,外型管脚完全相同，AT89C51的HEX程序无须任何转换可直接在AT89S51运行,结果一样。AT89S51比AT89C51新增了一些功能，支持在线编程和看们狗是其中主要特点。它们之间主要区别在于以下几点：1.引脚功能:管脚几乎相同,变化的有,在AT89S51中P1.5,P1.6,P1.7具有第二功能,即这3个引脚的第二功能组成了串行ISP编程的接
6、口。2.编程功能：AT89C51仅支持并行编程，而AT89S51不但支持并行编程还支持ISP再线编程。在编程电压方面,AT89C51的编程电压除正常工作的5V外,另Vpp需要12V,而AT89S51仅仅需要4-5V即可。3.烧写次数更高:AT89S51标称烧写次数是1000次,实为1000-10000次,这样更有利初学者反复烧写,降低学习成本。4.工作频率更高:AT89C51极限工作频率是24MHZ,而AT89S51最高工作频率是33MHZ,(AT89S51芯片有两中型号,支持最高工作频率分别为24MHZ和33MHZ)从而具有更快的计算速度。5.电源范围更宽:AT89S51工作电压范围,达4-
7、5.5V,而AT89C51在底于4.8V和高于5.3V的时侯则无法正常工作。6.抗干扰性更强:AT89S51内部集成看门狗计时器(Watchdog Timer),而AT89C51需外接看门狗计时器电路,或者用单片机内部定时器构成软件看门狗来实现软件抗干扰。7:加密功能更强:AT89S51系列提供了三层的加密算法(LB1,LB2,LB3三个可编程的加密位),这使得AT89S51的解密变为几乎不可能,程序的保密性大大加强。8：AT89S51内新增SFR，双数据指针，AT89S51向下完全兼容51系列的所有产品，性价比更高，初学者尽可能选择这类单片机来学习。三、研究步骤、方法及措施：本系统采用AT8
8、9S51单片机芯片配合ADC0809模/数转换芯片构成一个简易的数字电压表。该电路通过ADC0809芯片采样输入口IN0输入的05V的模拟量电压，经过模/数转换后，产生相应的数字量经过其输出通道D0D7传送给AT89S51芯片的P0口。AT89S51负责把接收到的数字量经过数据处理，产生正确的7段数码管的显示段码，并通过其P1口经驱动芯片74HC245驱动，再传送给数码管。同时它还通过其三位I/O口P3.0、P3.1、P3.2产生为选信号，控制数码管的亮灭。从而读出测量值，以达到测量目的。设计中采用的是4段LED数码管来显示电压值。LED具有耗电低、亮度高、视角大、线路简单、耐震及寿命长等优点
9、，它由4个发光二极管组成，其中3个按8字型排列，另一个发光二极管为圆点形状，位于右下角，常用于显示小数点。把4个发光二极管连在一起，公共端接高电平，叫共阳极接法，相反，公共端接低电平的叫共阴极接法，我们采用共阴极接法。当发光二极管导通时，相应的一段笔画或点就发亮，从而形成不同的发光字符。其8段分别命名为dp g f e d c b a。例如，要显示“0”，则dp g f e d c b a分别为：B；若要显示多个数字，只要让若干个数码管的位码循环为高电平就可以了。根据设计要求，显示电路需要至少4位LED数码管来显示电压值，我们再多加一位用来显示电压单位“V”，则有7位LED循环显示。利用单片机
10、的I/O口驱动LED数码管的亮灭，设计中由P0口驱动LED的段码显示，即显示字符，由P2口选择LED位码，即选择点亮哪位LED来显示。一般I/O接口芯片的驱动能力是很有限的，在LED显示器接口电路中，输出口所能提供的驱动电流一般是不够的尤其是设计中需要用到多位LED，此时就需要增加LED驱动电路。驱动电路有多种，常用的是TTL或MOS集成电路驱动器，在本设计中采用了ADC0809芯片驱动电路。四、研究工作进度：序号时间内容12011.9.27-2011.10.18撰写任务书与开题报告22011.10.19-2011.10.25老师的意见与引导32011.10.26开题报告会42011.10.2
11、7-2011.11.9单片机以及其他所需芯片资料查询52011.11.10-2011.11.23理解电路原理，进行程序设计62011.11.24-2011.12.7相关电路的设计、调试，并实现基本功能72011.12.8-2011.12.21完成设计82011.12.22-2012.2.15撰写毕业论文92012.2.16-2012.2.22论文评审及修改102012.2.29毕业答辩五、主要参考文献： 1 高惠芳.单片机原理与应用技术M.北京：科学出版社，2010. 2康华光.电子技术基础M.北京：高等教育出版社，2006. 3龚之春.数字电路M.成都：电子科技大学出版社，2010. 3顾海洲,马双武.PCB电磁兼容技术M.北京：清华大学出版社，2004. 5李广第.单片机基础M.北京：北京航空航天大学出版社，2007. 六、指导教师审核意见： 指导教师签字： 2011年10月 26 日七、教研室评议意见： 教研室主任签字： 2011年10月 26日八、开题小组评审意见：开题小组负责人签字： 2011 年10月 26 日九、系领导审核意见：1通过； 2完善后通过；未通过 系领导签字： 2011年10月 28 日