数字式电压表的机电工程系-本科毕业论文.doc

xx轻院轻工职业学院专科毕业设计（论文） 题 目 数字式电压表的设计学 生 姓 名 专 业 班 级 高职电子（2）班 学 号 院 （系） xx轻院轻工职业学院 机电工程系 毕业设计（论文）课题申请表 系别： 机电工程系 时间： 2013 年1月11日课题情况课题名称数字式电压表的设计教师姓名职称讲师学位学士教研室电子信息课题来源A.科研 B.生产 C.教学 D.其它课题类别A.设计 B.论文实施地点单片机实验室起止时间2013.1-2013.4上机时数25拟指导学生数3对学生的特殊要求无主要研究内容1、LED显示电路的设计2、模数转换电路的设计目标和要求1、以MCS-51系列单片机为核心部件，组成一个数字式电压表。2、测量电压范围分为两档：DC05V和DC051.2V,最小测量电压误差50mV.3、采用3位LED数码管进行电压显示，2位整数，1位小数。4、超过上限电压时，进行声音报警。特色数字显示及量程选择成果形式论文成果价值对电路中电压的测量教研室（组）审题意见负责人签字: 年 月 日系审批意见系主任签字: 年 月 日毕业设计（论文）任务书 学生姓名 学号 教师姓名职称讲师题 目数字式电压表的设计主要研究内容1、LED显示电路的设计2、模数转换电路的设计研究与设计方法利用PC机及YL-DPS实验仿真系统进行编辑、调试、仿真主要技术指标(或研究目标)1、以单片机为主芯片2、能实现数字显示3、具有量程选择功能主要参考文献毕业设计（论文）开题报告 题目名称 数字式电压表的设计学生姓名张 宝专业电子信息工程班级二班一、选题的目的意义在电气测量中，如何准确地测量模拟信号的电压值，一直是电测仪器研究的内容之一。数字电压表是通用仪器中使用较广泛的一种测试仪器，很多电量或非电量经变化后都用可数字电压表完成测试。因此，数字电压表被广泛地应用于科研和生产测试中。随着大规模集成电路及计算机技术的迅速发展，以及在人工智能向测量技术的移植或应用的过程中，数字式电压表这种智能仪表将会有更大的发展。本单片机应用系统设计的数字式电压表具有输入阻抗高，集成度高，功耗低，读数清晰等特点。 二、国内外研究综述智能仪器是仪器仪表的一种，近年来计算机技术及微电子器件在工程技术中应用十分广泛，在此基础上发展起来的智能仪表无论是在测量的准确性、灵敏度、可靠性、自动化程度、运用功能方面还是在解决测量技术与控制技术问题的深度及广度方面都有了很大的发展，以一种崭新的面貌展示在人们的面前。测量仪表的智能化为先导，带动了各类仪表的智能化，是现代仪器仪表技术发展的主要趋势. 数字电压表是在此基础上发展起来，并被广泛的应用。三、毕业设计（论文）所用的方法1、 翻阅课本和笔记。2、 查阅图书馆的相关书籍。3、 上网查阅资料。四、主要参考文献与资料获得情况1、李全利，单片机原理及应用技术.北京高等教育出版社.2、韩志军，王振波，沈晋源，单片机应用系统设计.机械工业出版社.3、李光飞，楼然苗，胡佳文，谢象佐，单片机课程设计实例指导，北京航空航天大学出版社五、指导教师审批意见该生通过查阅大量的文献资料，已经基本了解课题相关的知识。其所提出的解决问题的方法基本正确。同意结合所学知识，进一步进行课题的研究。 指导教师签名： 2013 年 2 月28 日毕业设计（论文）计划进程表（ 由学生填写 ）学生姓名 学号 教师姓名职称讲师题 目数字式电压表的设计时 间工 作 内 容完 成 情 况2月28日3月5日3月18日3月22日3月28日4月5日4月10日4月14日查询论文题目涉及的内容极其难易程度查询论文的相关内容查询论文内容查询相关的电路图形编写程序整理论文论文完成并交老师审批完成交老师审批最终确定论文题目积累了基础经验完成论文的大概框目电路图形查出程序完成论文大致完成需增加一定内容通过毕业设计（论文）中期检查表题目名称 数字式电压表的设计学生姓名 专 业电子信息工程班 级二班一、 阶段性成果 3月18日，论文所需的材料已基本找齐，论文大概框架完成。3月22日，另外所需电路图完成。3月28日，论文所需程序完成。 二、存在问题1、论文所需的电路图由Protel 99 SE 完成，但绘图时常出错。2、程序的编写时出现了语法错误。三、拟采取的研究方法和可行性分析1、论文所需的电路图由Protel 99 SE 完成。在使用 Protel 软件时，在老师的指导和同学的帮助下完成电路图的绘画，或自己按书本上的提示完成。2、程序的编写在老师的指导下完成。四、指导教师对学生劳动纪律、设计（论文）进展等方面的评语该生在做毕业设计中，论据较为充分，论证较为合理，条理也非常清晰，同意其结合所学知识，进一步进行课题研究。指导教师签名： 2013年3月28号五、学生所在系意见 系主任签名： 年 月 日xx轻院轻工职业学院机电工程系专科生毕业设计（论文）答辨记录及评价意见表学生姓名 学号 专业/班级二班入学时间 毕业论文（设计）题目 数字式电压表的设计指导教师职称讲师所在单位电子信息工程教研室指导教师评语：分数： 签名： 年 月 日评阅人评语：分数： 签名： 年 月 日答辩小组评语：分数： 答辩小组成员签名： 年 月 日答辩委员会意见（同意给优、良、中、及格、不及格等次）答辩委员会主任签名： 年 月 日 课 程 设 计 说 明 书红外线报警器的设计摘 要：本文介绍了红外发射和红外接收的工作原理及其特点，提出了一种红外线接收发的简单应用电路，并基于AT89C51单片机设计了一个简单的红外遥控报警电路。用红外线做信号载波具有成本低、传播范围和方向可以控制、不产生电磁辐射干扰和被干扰等诸多优点，因此被广泛地应用在各个技术领域中。关键词：红外线报警器，AT89C51单片机，红外发射电路，显示电路，报警电路Infrared alarm designAbstract: This paper introduces the infrared emission and infrared receiving work principle and features, and put forward a kind of infrared receiver hair of simple application circuit, and based on AT89C51 design a simple infrared remote alarm circuit. With infrared signal carrier with lower cost and scope and direction can control the spread, do not produce the electromagnetic radiated interference and interfered with, and many other advantages, so is widely used in the various technology areas.Key words: Infrared alarm, AT89C51 microcontroller, infrared transmitter circuit, display circuit, the alarm circuit一、实验目的：1了解红外先报警器的组成及原理2了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法。3进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法。4熟悉红外线报警器的设计与制作.二、实验任务：1设计红外发射电路。2设计显示电路。3. 设计报警电路。4单片机程序设计。5. 硬件电路的布线与焊接。三、设计方案3.1 背景：当今年代，红外线发展火热。红外线(Infrared rays)也是一种光线，由于它的波长比红色光（750nm)还长，超出了人眼可以识别的（可见光）范围，所以我们看不见它。红外线由德国科学家霍胥尔于1800年发现，又称为红外热辐射(Infrared Radiation)。通常把波长为0.751000m的光都称为红外线，并可以按照波长继续细分为三部分，即近红外线，波长为0.751.50m之间；中红外线，波长为1.506.0m之间；远红外线，波长为6.0l000m 之间。红外对射的特点是不影响周边环境、不干扰其它设备，红外线是一种光线，但又不同于普通可见光，它不会被察觉有了它不仅大大提高了劳动生产率，降低了成本，而且减轻了人们的劳动强度，改善了劳动条件。可以使用一对红外线发射与接收的装置，构成红外线的对射系统，称为主动式红外线应用系统。当红外线收、发装置之间的隐形光路被阻挡时，接收装置可以立即察觉到，发出警示信号。利用这种对射系统，可以很方便地构建各种隐蔽的防盗警戒布控，还可以用于各种设备的安全防护或者自动控制方面，过探测特定空间中，一定波长范围内红外光线的位置移动，识别空间范围内是否有移动人体存在，达到安全警戒或者自动控制的目的。使用红外线做信号载波的优点很多：成本低、传播范围和方向可以控制（不会穿过墙壁，对隔壁家的电视造成影响）、不产生电磁辐射干扰，也不受干扰等等。因此被广泛地应用在各个技术领域中。红外防盗报警器有以下的优势：1、无形的防卫方式：打破传统的防盗方式，使入侵者在不知不觉中触警。 2、良好的抗干扰特性：当昆虫或小动物等通过防盗网时，由于不能完全遮断防卫射束，所以不会产生误报警。 AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机3。AT89C单片机的发展为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。3.2设计方案思路：本次设计的思路是安装4个红外接收头，4位共阳数码管，一个蜂鸣器。任意一个红外线切断，数码管显示相应的位数，蜂鸣器接着报警，然后按下复位键，回到初始状态。3.3 总体设计红外线报警器采用AT89C51作为主要的芯片来制作，AT89C51芯片的功能比较全。红外对射由发射管和接收管两部分组成，当发射管和接收管在某一角度的范围之内，接收头接收到发射管发出的红外信号时，相应的指示灯点亮。当有障碍物阻挡了红外对射管之间的信号传输，那么相应的指示灯熄灭，同时报警器鸣叫，提示报警。图1本方案的红外基本原理四、硬件设计：4.1硬件介绍红外对射管：红外对射管由红外发射管和红外接收管两部分组成。红外发射管在外加电压的情况下可以产生出红外线。红外线是一种光线，具有普通光的性质，但又不同于普通可见光，它不会被察觉。红外线具有可以光速直线传播、强度可调、可以通过光学透镜聚焦、可以被不透明物体遮挡等等诸多优点。红外接收管是与发射管配对的特制二极管，它可以接收到红外发射管发射出的红外线，并产生微小的光电流，可以使用一对红外线发射与接收的装置，构成红外线的对射系统，称为主动式红外线应用系统。使用中，经常配对出现，当红外线收、发装置之间的隐形光路被阻挡时，接收装置可以立即察觉到，发出警示信号。利用这种对射系统，可以很方便地构建各种隐蔽的防盗警戒布控，还可以用于各种设备的安全防护或者自动控制方面。红外线发射与接收的方式有两种，其一是直射式，其二是反射式。直射式指的是发光管和接收管彼此相对安放在发射与受控物的两端，中间相距一定距离；反射式指发光管与接受管并列一起，平时接收管始终无光照，只有在发光管发出的红外光线遇到反射物时，接收管收到反射回来的红外光线才工作。本次设计的是运用直射方式的红外对射管。AT89C51: AT89C51是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），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MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C51单片机可以提供许多较复杂系统控制应用场合。AT89C51具有以下标准功能： 4k字节Flash，128字节RAM，32 位I/O 口线， 2 个数据指针，2个16 位定时器/计数器，1个全双工串行口，片内晶振及时钟电路。4.2 硬件电路：4.2.1红外对射电路：图2红外对射电路原理图红外对射电路一共有四幅同样的红外对射电路构成。图2为其中的一幅红外对射电路。当红外发射管D5加上电压导通之后，红外接收管D6将产生一个微小的光电流，NPN三极管Q15的基极将产生一个微小的电流，基极微小的电流存在使得Q15的b-e之间导通，NPN三极管Q15工作在饱和状态，c-e之间的电阻很小，近似短路，集电极相当于直接接地，电压为0V。Q15的导通使得 Q10的集电极电位近似于0V,则PNP三极管Q10饱和导通，那么Q10的发射极和集电极近似为短路，相当于5V的电压加载到发光二极管D7和电阻R43上，发光二极管点亮，表示红外对射管已经形成通路。当红外对射管的通路被阻挡，D6产生不了光电流，三极管Q15、Q10截止，Q10的集电极上的电压相当于3.7V，发光二极管接地，不点亮，表示红外对射管不导通。4.2.2 显示电路：图3显示电路原理图显示电路由四位共阳数码管、PNP三极管、单片机组成。Q6、Q7、Q8、Q9分别控制四位数码管显示。当红外对射管1号被阻挡，则红外对射电路中的发光二极管的正端，与单片机相连的引脚上测得3.7V的高电平，单片机控制数码管显示“1”，提示用户1号门有人闯入。同样，当其他的红外对射管被阻挡后，同样会显示2、3、4，提示用户有人闯入。单片机的P1口与数码管的八个显示段相连，三极管的集电极串联一个电阻后与数码管的片选端相连。当单片机的P3口输出为高电平的时候，三极管截止，若此时P1口输出为高电平，则数码管将显示数字“8”。通过改变P1口输出高电、低电平的不同，数码管将会显示09之间的数字。改变P3口的高低电平则可以选择数码管的位显示。4.2.3报警电路：图4报警电路原理图报警电路由蜂鸣器驱动电路和按键电路两部分组成。当P2.42.8口检测到高电平，即表示有人闯入，则单片机的P2.2口将输出低电平，使得PNP三极管Q3饱和导通，蜂鸣器发出报警声。按键电路是让用户手动解除报警11。当按键按下后，单片机P2.0口检测到低电平，使得P2.2输出为高电平，解除报警。五、单片机程序设计：5.1总体方案：软件设计是通过不断检测单片机上与红外对射电路相连的管脚的高、低电平，若测得单片机引脚上为高电平时，表示有人闯入，提示报警，数码管显示闯入的具体位置。5.2程序流程图：图5 程序流程图5.3 模块说明：程序初始化模块：#include unsigned char code table4=0x06,0x5b,0x4f,0x66;sbit P2_7=P27;sbit P2_6=P26;sbit P2_5=P25;sbit P2_4=P24;sbit P2_2=P22;sbit P3_0=P30;sbit P3_1=P31;sbit P3_2=P32;sbit P3_3=P33;unsigned int i;延时模块：void delay30ms(int j)while(j-)for(i=0;i50000;i+); 检测端口电平及显示模块：void main (void) P2_2=1; 定义P2-1为高电平； P1=0x00; 定义P0口为低电平； P3_0=1; 定义P3-0为高电平； P3_1=1; 定义P3-1为高电平； P3_2=1; 定义P3-2为高电平； P3_3=1; 定义P3-3为高电平 while(1) 端口电平检测； if(P2_7=1) 如果P2-7为高电平； delay30ms(); d调用延时子程序，延时30ms； if(P2_7=0) 如果P2-7为低电平； P3_0=0; P3-0为低电平； P2_2=0; P2-2为低电平； P1=table0; 调用数码管显示程序；六、制作与调试6.1硬件电路的布线与焊接：对于电子产品来说，电路板设计是从电路原理图变成一个具体产品的必经之路，电路板设计的合理性与产品的生产及产品的质量密切相关，要设计出一个实用的产品，还必须遵守以下设计原则和抗干扰设计。6.1.1 电路板的选用选用环氧树脂板, 环氧树脂与铜箔有极好的粘合力,同箔的附着强度与工作温度高,可以在260度的焊锡熔中不起泡。也可使用覆铜聚四氟乙烯玻璃布层压板。不同的材料有不同的特点，由于调试中可能多次更换元件，所以要考虑到铜箔的粘合力。6.1.2 走线应注意的问题线路板的好坏直接影响着放大器的性能，不好的线路板，会使信号产生歧变，产生本底噪音生尖峰脉冲干扰等，为了尽避免上述影响，线路板在线出尽量做到：接照信号的传输路径由小到大的顺序在电路板上各路的布置各元器的位置，尽量缩短各元器件之间的距离，以减少外部干扰的引入和不必要的干扰。在供电线路中，大电流通过的路径应尽量设计得实一些，以降低电源内阻，使电流能顺利通过。在供电线路中，应尽量避免大电流的印刷电路式导线交布置在小电流通路的中间式附近，以免造成对小电流的干扰。走线时，应尽量走大于90度直角的线以防止产生尖峰脉冲造成干扰。在焊接的时候都是通过手工完成，在打孔时也是通过手工操作电钻完成，而我们并不是这方面的技工，这将在打孔的时候无法避免一些技术失误。如果焊盘的直径过小，在打孔时，孔稍微大了一点，焊盘便没有了。所以在设计旱盘大小是都设置为大于2毫米。线的宽度问题很重要，由于在学校的条件是手工腐蚀铜板，考虑到热转印中，炭粉的吸附与脱落问题，防止出现断线的情况，布线宽为1.5-2.5毫米。地线则尽可能的加宽，设置为环绕在板的边缘。大功率元件与小功率元件尽量分开布线。在焊接的过程中要先将体形小的元器件比如电阻、瓷片电容先焊接好，然后再焊接芯片的插脚和其他体积较大的元器件。焊接好后用数字万用表检测电路是否有短路和断路以及虚焊现象。6.2调试在调试的过程中，我先调试红外对射部分的电路，接通电源后，发现发光二极管不亮，我对照原理图和PCB板用数字万用表检测每个元器件引脚的电压值，发现原来在画图的时候三极管的三个引脚接反了，我将三极管重新焊接后，发光二极管点亮。然后我将写好的程序烧录进单片机调试整个电路的工作情况。由于我事先在仿真器上已经将程序的调试成功，所以当单片机放入电路后用手阻挡了其中一个红外对射的通路，蜂鸣器发出警报并且数码管显示“1”。当我按下解除警报的按钮后，蜂鸣器不发出声响。整个电路完成。七、心得体会：通过本次设计，不但增强了我的动手能力，将以前在书本上学到的理论的知识用于实践中。大学三年的学习使我积累了较多电子方面的理论知识，为本次设计奠定一定的基础。在设计阶段，查阅了大量相关的资料，并对这些资料进行筛选、归纳、分析、总结，最后确定了自己的设计方案。在设计过程中，老师给了我大量的帮助，不断的指点我，纠正我的错误，使我在完成设计途中避免了很多的弯路，设计最终获得成功。在此期间真地学到了很多东西。这次设计我们完成了对于设计的基本要求与一些附加功能，但由于对一些元器件的了解甚少，一些地方的连接方式是参照典型连接方式的，或许不是本设计最为理想的连接方式！为此，我认识到基础知识十分重要，往后的应进一步努力巩固和理解基础知识和基本原理。八参考文献：1 徐玮，徐富军，沈建良 C51单片机高效入门 M 北京：机械工业出版社，2007，177-1872 裴彦纯，陈志超基于单片机系统的红外遥控器应用J 现代仪器，2004(3)，46-483 朱纯益，路建华单片机用作通用红外遥控接收器的设计M北京：华录信息技术研究所，19974 楼然苗，李光飞51系列单片机设计实例(第二版)M北京：北京航空航天大学出版社，,20015 杨恢先，王子菡，杨穗，陶霞一种基于单片机的红外遥控软件解码方法J自动化与仪器仪表，2004 (2)，16-326 姚福安电子电路设计与实践M济南：山东科学技术出版社，2001第 25 页 共 25 页