【正文】 業(yè)設(shè)計（論文） II ABSTRACT Digital Voltmeter abbreviation DVM, it is using Digital measurement technique, the continuous analogue converted into Digital form of discontinuous, discrete and to show appearance. The traditional pointer type voltmeter and low accuracy of single function, and can39。與傳統(tǒng)的模擬式電壓表相比，具有顯示清晰直觀，讀數(shù)準(zhǔn)確，測量范圍廣，擴展能力強等優(yōu)點。如今，它又成為向智能化儀表發(fā)展的必要橋梁。 本文的研究內(nèi)容 本次畢業(yè)設(shè)計的主要研究內(nèi)容是： （ 1）設(shè)計單片機的最小系統(tǒng)； （ 2）設(shè)計 A/D 采集電路； （ 3）設(shè)計液晶顯示和鍵盤輸入電路； （ 4）設(shè)計系統(tǒng)的程序流程，通過軟件實現(xiàn)具有圖形界面的數(shù)字電壓表功能，計算出有效值、峰 峰值等，并顯示出電壓的波形； （ 5）對設(shè)計的電路和程序進行調(diào)試與仿真。這種方法測量范圍窄、精度低、轉(zhuǎn)換芯片價格高、功能單一。 方案選擇 單片機選擇 方案一： 選用 51 系列單片機。 AD 轉(zhuǎn)換模塊 方案一：外接一 AD 轉(zhuǎn)換芯片，利用單片機對其進行控制。 65~260us 的轉(zhuǎn)換時間，在最大精度下可達(dá)每秒 15KSPS 的采樣速率。 LCD1602 液晶顯示屏，它內(nèi)帶一定字符的字庫，我們只要把對應(yīng)數(shù)字的 ASCII值，送到它的 8 位數(shù)據(jù)端，即可顯示對應(yīng)的字符，并用點陣型液晶 12864 顯示輸入的電壓信號的波形變化曲線。 在此次設(shè)計中，我們選用的是方案一，方案一所需元件較少，主要是通過單片機程序進行控制，操作簡單。 單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計 單片機控制模塊 的作用是為控制各個單元電路的運行并完成數(shù)據(jù)的換算或處理。 單片機工作的時間基準(zhǔn)是由時鐘電路提供的，在單片機的 XTAL1 和 XTAL2兩個管腳接一只晶振及兩只電容就構(gòu)成了單片機的時鐘電路，電路中電容器 C2 和C3 對振蕩頻率有微調(diào)作用，通常?。?30177。復(fù)位信號是高電平有效，高電平有效的持續(xù)時間為 2 個機器周期以上，單片機復(fù)位方式可由手動復(fù)位方式完成。后面輸入運放正相端的電壓通過繼電器的切換使之輸入到后向通道的電壓保證在 ADC 模擬通道允許采樣的范圍之內(nèi)。例如：當(dāng)輸入的信號為 1V 到 +1V 時，經(jīng)過此電壓的電壓抬升之后，輸出端電壓值為就變成了 到 。與傳統(tǒng)的 LED 數(shù)碼管顯示器件相比，液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等優(yōu)點，而且不需要外加驅(qū)動電路，現(xiàn)在液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機應(yīng)用設(shè)計中最常用的顯示器件了。 圖 6 LCD1602 模塊 LCD1602 顯示模塊電路設(shè)計 液晶顯示電路用來顯示數(shù)字電壓表測量的直流電壓值，采用 1602 字符型 LCD實現(xiàn)。每個顯示點都對應(yīng)著有一位二進制數(shù)， 0表示滅， 1表示亮。左右半屏驅(qū)動電路及存儲器分別由片選信號 CS1和CS2選擇。 LCD12864 顯示模塊電路設(shè)計 LCD12864的數(shù)據(jù)輸入端與單片機 ATMEGA128的 PE 口相連，將單片機處理完成的信號送入到 LCD12864進行顯示。 如圖 8 所示為 LCD12864 液晶顯示模塊的電路接線圖 圖 8 LCD12864接線圖 按鍵電路設(shè)計 圖 9 按鍵電路圖 本次設(shè)計采用按鍵電路，主要作用是控制讀取 I/O 口后處理的值，底層的接口武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 不同，此時的值就要改變。 65~260us 的轉(zhuǎn)換時間，在最大精度下可達(dá)每秒 15KSPS 的采樣速率。模擬信號量經(jīng)離散化后。 //作累加 AdRms /= 。其指令名稱是指要實現(xiàn)的功能；控制代號是采用的十六進制的數(shù)值表示的。 表 3 Set DDRAM address 命令 RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 1 AC6 AC5 AC4 AC3 AC2 AC1 AC0 第 1 行 DDRAM 地址與第 2 行 DDRAM 地址并不連續(xù)，如表 4 所示。不影響顯示 RAM(DD 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 RAM)中的內(nèi)容。 BF=H：內(nèi)部正在執(zhí)行操作； BF=L：空閑狀態(tài)。 設(shè)置列地址 表 9 列地址設(shè)置 R/W D/I DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 L L L H 列地址（ 063） 功能： DD RAM 的列地址存儲在 Y 地址計數(shù)器中，讀寫數(shù)據(jù)對列地址有影響，在對 DD RAM 進行讀寫操作后， Y 地址自動加一。 指令描述 顯示開 /關(guān)設(shè)置 表 6 顯示開 /關(guān)設(shè)置 R/W D/I DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 L L L L H H H H H H/L 功能：設(shè)置屏幕顯示開 /關(guān)。 Set DDRAM address 命令如表 3 所示。讀狀態(tài)字流程如圖 12 所示。 } AdMidRms=AdMidRms*AdMidRms。//作累加 采樣累加完成后： AdAverage /= ADHITS。如果要測量一個小信號，除了要求 AD 的精度要達(dá)到外，還要模擬電路的前端處理部分要求低噪聲，穩(wěn)定性好。 R/W 管腳和 E 管腳相結(jié)合使用，當(dāng)R/W 為高電平， E 也為高電平時，數(shù)據(jù)被讀到 DB7~DB0，當(dāng) R/W 為低電平， E 由高電平降到低電平時，則數(shù)據(jù)被寫入指令寄存器或者數(shù)據(jù)寄存器中。即 64*64液晶屏的點陣信息存儲在 8個存儲頁中，每頁 64個字節(jié)，每個字節(jié)存儲一列 (8行 )點陣信息。每個存儲單元存儲 8個液晶點的顯示信息。下面主要介紹 LCD12864 的顯示原理和在本次設(shè)計中的接線圖。 DB0～ DB7：數(shù)據(jù)線，可以用 8 位連接，也可以只用高 4 位連接，節(jié)約單片機資源。本設(shè)計采用的是字符型顯示。該恒定的電壓由 TL431 基準(zhǔn)源如圖 5 所示經(jīng)精密電阻分壓后提供。因此外部的輸入電壓信號在大于 時須經(jīng)過衰減后輸送到單片機的引腳中去。當(dāng)單片機已經(jīng)在運行當(dāng)中時，按下復(fù)位鍵后松開，也能使 RST 為一段時間的高電平，從而實現(xiàn)上電或開關(guān)復(fù)位的操作。由于單片機內(nèi)部有一個高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自積振蕩，并 產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。 本次設(shè)計主要分為幾個模塊，如單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計、模擬信號調(diào)理電路、AD 轉(zhuǎn)換電路、按鍵輸入電路、 LCD 顯示系統(tǒng)等。 方案三：利用手動開關(guān)實現(xiàn)量程轉(zhuǎn)換。 本設(shè)計主要應(yīng)用 ATMEGA128 將 A/D 轉(zhuǎn)換來的信號進行 處理，根據(jù) A/D 轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)及溢出位等信號，來控制模擬開關(guān)進行自動換擋。 方案二：直接用 AVR 單片機中自帶的 AD 轉(zhuǎn)換器。 AVR 單片機是高速單片機，硬件采用哈佛(Harward)結(jié)構(gòu)，達(dá)到一個時 鐘周期可以執(zhí)行一條指令，絕大部分指令都為單周期指令，而 MSC51 要 12 個時鐘周期執(zhí)行一條指令；它支持程序的在系統(tǒng)編程 ISP，開發(fā)門檻較低，性價比高；有豐富的外設(shè)，如 RTC、 WATCHDOG、 AD 轉(zhuǎn)換器、PWM、 UART 接口等，部分型號還可以使用片內(nèi)振蕩器提供系統(tǒng) 1～ 8 MHz 的系統(tǒng)時鐘 ,使該類單片機無外加晶振器件即可工作； I/O 口功能強、驅(qū)動能力大， I/O口有輸入 /輸出、三態(tài)高阻輸入 ,也可設(shè)定內(nèi)部拉高電阻作輸入端的功能 , 工業(yè)級產(chǎn)品，具有大電流 (灌電流 )10～ 40 mA,可直接驅(qū)動可控硅 SSR 或繼電 器 , 節(jié)省了外圍驅(qū)動器件；具有較大容量 EEPROM，可擦寫 10 萬次的 EEPROM,為掉電后數(shù)據(jù)的保存帶來方便 ,來電后能記住掉電時的工作狀態(tài) .加之 AVR 單片機高速，中斷服務(wù)時間短，故可實現(xiàn)高波特率通訊。然后編程控制單片機，對轉(zhuǎn)換得到信號進行計算處理，得到我們需要的各個測量的參數(shù)。主要來說，系統(tǒng)由模擬信號調(diào)理電路、 A/D 轉(zhuǎn)換電路、按鍵輸入電路、單片機控制系統(tǒng)、 LCD 顯示系統(tǒng)等幾個模塊組成。而且隨著電子技術(shù)的發(fā)展，更是需要經(jīng)常測量高精度的電壓，所以數(shù)字電壓就成為必不可少的測量儀 器。這種電子儀表之所以出現(xiàn)，一方面是由于電子計算 機的應(yīng)用推廣到系統(tǒng)的自動控制信號的實驗領(lǐng)域，提出了各種被觀測量或被控制量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的要求，即為了實時控制和數(shù)據(jù)處理的要求；另一方面，也是電子計算機的發(fā)展，帶動了脈沖數(shù)字電路技術(shù)的發(fā)展，武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 為數(shù)字化儀表的出現(xiàn)提供了條件。 研究的目的及意義 隨著電子科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，電子測量也變得越來越普遍，并且對測量的功能要求也越來越高，所以數(shù)字電壓表就成為一種必不可少的測量儀器。測量范圍 0 ~ 177。 5）對設(shè)計的部分電路和程序進行調(diào)試 技術(shù)方案： 硬件框圖： 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 圖 1 數(shù)字電壓表整體設(shè)計框圖 數(shù)字電壓表整體結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖 1所示， 系統(tǒng)主要由模擬信號調(diào)理電路、A/D 轉(zhuǎn)換電路、按鍵輸入電路、單片機控制系統(tǒng)、 LCD 顯示系統(tǒng)等幾個模塊組成 。數(shù)字電壓表分類繁多，日常生活中一般根據(jù)原理的不同進行分類，大致分為：比較式，電壓 —時間變換式，積分式等。所以，數(shù)字化測量儀表的產(chǎn)生與發(fā)展與電子計算機的發(fā)展是密切相關(guān)的；同時，為革新電子測量中的煩瑣與陳舊方式也促進了它的飛速發(fā)展。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 本學(xué)位論文屬于 保密囗，在 年解密后適用本授權(quán)書 不保密囗 。顯示出強大的生命力。另外，數(shù)字測量儀器具有讀數(shù)準(zhǔn)確方便，精度度高，誤差小，靈敏度高，分辨率高，測量速度快等特點倍受用戶親睞，數(shù)字電壓表的設(shè)計就基于這種需求發(fā)展起來。 按鍵電路設(shè)計 ............................................................................................................. 13 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 ........................................................................................................................ 15 AD 采樣程序設(shè)計 ....................................................................................................... 15 各個測量參數(shù)計算的程序設(shè)計 .............................................................................. 16 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 峰峰值的計算 .................................................................................................. 16 平均值的計算 .................................................................................................. 16 有效值計算 . ..................................................................................................... 17 LCD1602 液晶顯示程序設(shè)計 ................................................................................... 17 LCD1602 的顯示操作 ..................................................................................... 17 LCD1602 顯示程序設(shè)計 ................................................................................ 20 LCD12864 模塊顯示程序設(shè)計 ................................................................................. 21 LCD12864 的指令系統(tǒng) ................................................................................... 21 指令描述 ...........................................................................................................