课程设计题目任务要求及方案 题目基于单片机的电压采集与显示系统的设计 课程设计主要任务 复习有关课程，例如数字电路单片机等 以为核心，根据设计指标设计电路的框图 根据要求设计出硬件电路图和软件装配图 查阅资料，确定所需各元器件型号和相关技术参数 拟定调整测试方法，并调试电路使其达到设计指标要求 实现对电压的数据采集与显示，完成课程设计工作。 课程设计的要求 以单片机为核心芯片，采用设计个单通道模拟电压采集电路， 要求对所接通道变化的模拟电压值进行采集，采集来的数字量路送至数码管指示，通 过相关转换在数码管上精确显示出来 能够对直流电压进行相应的采集和转换 利用对电压值进行显示，精确到小数点后两位 设计系统的硬件与软件电路，并写出相关程序进行调试 用相关软件如制图软件画出各个分电路 完成对设计方案的论证，并做好分析和总结工作。 课程设计的方案 依据综合课程设计的要求，以单片机为核心，采用设计个单通道模拟 电压采集电路，要求对所接通道变化的模拟电压值进行采集，采集来的数字量路送至数码 管指示，通过相关转换在数码管上精确显示出来，每行显示个数据，采集完个数据后 停止采集过程，显示的电压值可以保留到小数点后两位。电压表的作用即是测直流电压的大 小，通过对电压值的采集与处理，而由所学微控制器的知识可知，可以利用单片机的模数转 换来实现这设计，进步把相应的电压值精确显示出来。 模数转换就是利用单片机控制模数转换芯片,让它对外部的个模拟信号进行采 样量化编码然后转化为个离散的数字量，提供给控制器作进步处理。对于常用的 转换芯片有等。它们都是位的模数转换芯片，就是把模拟量转换 为个位的二进制数。利用单片机与设计个数字电压表，将模拟信号 之间的直流电压值转换成数字量信号，以数码管显示。软件启动仿真，当 前输入电压为，转换成数字值为，用鼠标指针调节电位器尺,可改变输入模数 转换器的电压，并通过虚拟电压表观察模拟量输入信号的电压值，数 码管实时显示相应的数值量。 此次电压表总体的方案就是用单片机的口输出信号来控制启动转换，将送入的 模拟量转换为个位数字量，然后再通过口送回单片机内部进行处理，单片机进行 系列的运算和校准后，通过数码管将电压值显示出来。而在方案的实现上由两部分组成硬 件部分和软件部分。硬件即电子元器件的选择且将它们连接成个可行的硬件系统，软件是 硬件系统功能化的重要组成部分。硬件的设计可以在，上进行，软件可以用 自带的汇编工具或是等工具编写语言，然后在将硬软件相结合， 进行仿真，再根据结果不断对硬件进行改进，对软件进行调试，实现电压的采集与显示功能。 电路原理说明 模数转换芯片 是采样分辨率为位的以逐次逼近原理进行模数转换的器件。其内 部有个通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通路模拟输 入信号中的个进行转换。是的简化版本，功能基本相同。 般在硬件仿真时采用进行转换，实际使用时采用进行转换。 封装的引脚如图所示。 其内部结构如图所示。芯片有条引脚，各引脚定义 引脚，路模拟量输入端。 引脚，位数字量输出端。 引脚地址锁存允许信号，输入，高电平有效。 脚转换启动脉冲输入端，输入个正脉冲至少宽 使其启动脉冲上升沿使复位，下降沿启动转换。 脚转换结束信号，输出，当转换结束时，此端输出个 高电平转换期间直为低电平。 脚 超出量程警告程序，若判断超出量程，数码管显示零并闪烁 通道转换程序 通道 通道地址 地址所存 启动转换 ,判断转换是否完成 完成则输出数字量 通道转换程序，同通道 , 设计总体框图 硬件总体框图 该系统硬件总体框图由四个模块组成，如下图所示。在芯片的选择中，般的 芯片具有多路转换通道，我们可利用多路通道设计成多通道的直流电压表，对测量电压值进 行采集与处理，进而比较准确的显示其大小。我们还可以通过改变芯片的参考电压来改 变其量程，达到对电压值的多样化显示。芯片将输入的模拟电压值转换为个位的二 进制数字，再输送到单片机控制单元，经过处理显示出相应电压值。 模 拟 待 测 信 号 微 控 制 器 模 块 数 码 管 显 示 模 数 转 换 模 块 模 拟 量 数 字 量 程 序 处 理 控制模块 图 程序总体框图 设计程序部分时，主要应包括主函数和和几个功能子函数。根据电压表的特性，设计了 准换的子函数，包括通道和通道，还有数码管显示子函数，包括和量程两个。 程序总体框图如下图所示。 开始 调用 显示子程序 初始化 调用 显示子程序 调用转换 通道子程序 调用 显示子程序 调用 显示子程序 调用转换 通道子程序 图程序框图 若为 若为 判断 量程 若为 若为 判断 量程 返 回 循 环 执 行 待测信号源单元电路 待测信号源就是直流电压表应用时，所须测电压值的信号源，实际上不属于电压表的内 部结构，但在此开发研究时，设计它以供仿真。其电路图如图所示。 桌面 该部分实际上是两个滑动变阻器均接在电源和地两端，中间的滑线端提供两路待测信 号，这两路分别提供给模数转换的通道和通道。 单片机下图所生 图待测信号源模块 图待测信号源 图单片机芯片 单片机控制单元 单片机控制单元是整个系统的核心中枢，对外围进行控制，对数据进行运算处理，是连 接各部分的纽带。它主要包括单片机芯片和其工作所必须的外围电路，如时钟振荡电路 和复位电路等。 外部时钟电路 主要是通过个的时钟晶振产生时钟信号，以作为单片机工作的外部时钟，其 和分别接入到单片机上相对应的引脚。电路图如图。 图外部时钟电路 外部时钟的晶振频率为,则通过该电路提供给单片机的时钟也为 复位电路 当对单片机的的引脚加超过两个机器周期以上的高电平时，可使单片机复位，即程序 从头开始执行。设计的复位电路如图所示 图复位电路 当按次键后，形成的电路会使端的高电平保持两个机器周期以上，使单片机 复位。 桌面 数码管显示模块 选用了两片集成的共阳极数码管，每片是由两块端数码管组成包括小数点位。这四块 断数码管共用相同的数据输入线，每块有根片选线，只有选中了该数码管，它才会点亮 并显示。而通过动态扫描原理可以使接在同数据线的几块数码管显示不同的数。其中的 芯片是转段数码管的译码器。 在输入码值，通过转换就可以在数码管上显示十进制数字。其中有两块电 压表起校准对比作用。 图数码管显示模块 调试报告 在仿真软件平台上搭建硬件电路，在上编写软件并经编译连接生产可 执行的文件，把该文件添加到在平台上搭建好的电路的单片机里。运行进行仿 真调试。 仿真时，两块数码管均有各自示数，在标准电压表的示数附近，说明各模块均在正常工 作，只是软件上对数据的处理有待改善。 开始时，程序的显示子程序里没有修正的过程，仿真的结果精度不达要求 例如，在量程下，标准电压表的显示值,而数码管显示标准电压表显示 ,数码管示值为。在量程则偏差更大。据此在程序中对值进行修正，依照标 准电压表进行尝试性修正，各显示子程序中的语句或等都是 对偏小的结果进行的修正。 修正后发现，若在量程上测以内的模拟电压或是在量程上测到电压， 则能精确到小数点后两位 如，时标准电压表的显示值,而数码管显示标准电压表的显示值, 而数码管显示。时标准电压表的显示值,而数码管显示标准电压表 的显示值,而数码管显示两路通道显示均如此，是四舍五入保留到小数点后两 位的值。 同时发现，用量程测超出的电压时，数码管显示并闪烁，说明警告程序工作。 此外若用量程测以内的电压，则精确度大大下降，误差达到。故为求精确， 要求使用者用适当的量程测量待测电压，获得较高的精度。此外，数码管在正常工作显示时， 仍有些闪烁跳动，这主要是因为用动态扫描法显示，而在两路通道间转换时，要等待每次 转换完成，这之间的间隔超过毫秒，使得测量值发生了变化，但总体上这不影响数码管显 示和使用者的读数。 课程设计 题目单片机的电压采集与显示系统设计 专业电气工程及其自动化 班级 学号 学生姓名 指导教师 年月日 摘要 随着电子科技的不断发展与进步，电压测量成为广大电子领域中必须掌握的过程，并且 对测量的精度和采集功能的要求也越来越高，而电压的测量与显示系统甚为重要。本文介绍 的重点是电压数据的采集与显示系统，数据采集与通信控制采用了模块化的设计，数据采集 与通信控制采用了单片机来实现，硬件部分是以单片机为核心，还包括模数转换模块， 显示模块，和串行接口部分，还有些简单的外围电路。路被测电压通过通用模 数转换，实现对采集到的数据进行模拟量到数字量的转换，由单片机对数据进行处理，用 数码管显示模块来显示所采集的结果，由相关控制器完成数据接收和显示，程序编写了 更加明了化数据显示界面。本系统主要包括四大模块数据采集模块控制模块显示模块 转换模块。绘制电路原理图与工作流程图，并进行调试，最终设计完成了该系统的硬件 电路。在软件编程上，采用了语言进行编程，开发环境使用相关