毕业设计（论文）-数字式光电检流计的设计

1、北京林业大学本科毕业论文(设计)数字式光电检流计的设计全套设计加扣3012250582 摘要随着社会的发展和时代的进步，高校学生做的实验越来越多，对于实验器材的要求也越来越高。并且随着单片应用技术的不断进步和发展，对于测量仪器，智能化和数字化是一种必然的发展趋势。因此，本文提出了使用单片机技术实现数字化的方案，主要设计了以STC89C52系列单片机为核心，由PCF8591模数转换器和LCD1602数字显示器共同组成的数字式光电检流计的设计。最后，成功实现了数据的电子化，通过LCD1602数字显示器，数据在其可以正确的显示。通过已知定值电阻与被测量电路串联组成的电路将电流转化为电压，产生的电压由单片机控制PCF8591的输入0通道，输出ADC数字量转换为模拟量做的恒压输出，在PCF8591器件上输入输出的数据信号都是通过双线双向I2C总线以串行的方式进行传输。通过转换把模拟量转换为数字量给单片机进行数据处理，然后显示出结果。关键词：单片机， 电阻， 模数转换 ，数字化The design of the digital photoelectric galvanometerABSTRACTW

2、ith the development of the society and the progress of The Times, more and more college students to do experiments, also more and more high to the requirement of experimental equipment. And with the progress and development of monolithic application technology, for measuring instrument, intellectualization and digitization is an inevitable development trend. Therefore, this paper puts forward a project using single chip microcomputer technology to realize digitized, mainly design the STC89C52 se

3、ries single chip microcomputer as the core, by PCF8591 AD converter and LCD1602 digital display of the design of the digital photoelectric galvanometer. Finally, the data is implemented electronically, through LCD1602 digital display, data on its display correctly. By known constant value resistor and measurement circuit in series circuit voltage, electric current can be converted to the resulting voltage is controlled by single chip PCF8591 0 channel, ADC digital output can be converted into an

4、alog do constant voltage output, input and output of data on the PCF8591 device signal by double in serial way into bidirectional I2C bus.Keywords: SCM ,resistance , analog-digital conversion , digitizationI目录1 绪论11.1 课题的研究背景和意义11.2 国内外电测量仪器的现状和发展11.2.1 国内外测量仪器的成果11.3本设计的内容和具体实现说明12系统方案设计22.1 设计要求22.2 模块论证22.2.1 单片机芯片的选择及论证22.2.2 显示系统的选择及论证22.2.3 AD转换芯片的选择22.3 系统总体设计33系统主要原理介43.1单片机介绍43.2 LCD显示器53.3 PCF8591模数转换器64系统的硬件设计84.1 STC89C52的引脚及功能84.1.1 复位电路设计94.1.2 外部晶振时钟电路设计104.2 1602液晶显示设计104.4 AD模数转

5、换电路125 系统软件设计135.1 软件设计135.1.1 程序代码选定135.1.2 如何进行编程135.1.3 软件设计的模块135.2 算法设计145.3 LCD显示模块146系统的仿真166.1 系统仿真与程序的联合调用166.2 系统具体仿真177电路图设计与测试197.1 电路板设计197.2 硬件调试197.2.1 测试方法197.2.2 焊接实物197.2.3 测试中遇到的问题207.2.4 详细测试20总结21致谢22参考文献23附录A 原理图24附录B 仿真图25附录C 程序26中国地质大学（北京）2011届本科毕业论文（设计）1 绪论1.1 课题的研究背景和意义随着科技的不断进步和发展，测量技术不断广泛的应用到各个领域，对于测量的要求也越来越高。例如电压表电流表，它们的应用也开始越来越广泛，不断应用到学校，工厂，以及科研的领域。由于此类产品的成本比较低，并且采用数字化测量，并通过数码管数字显示，数据较准确，精度高。因此，我相信其一定有着非常好的发展空间。1.2 国内外电测量仪器的现状和发展1.2.1 国内外测量仪器的成果 电测量仪器主要利用的是比例技术进行测量。

6、对于直流电，它是利用同一个电流在两个电阻上产生的电压，然后将两个值进行比较，最后形成电压比例,或者是利用在相同电压下，两个电阻的电流比,然后再利用标准器以实现测量未知量。提供比例的装置就像是天平，标准器则是砝码。根据这一类比所制成的仪器有直流电位差计、直流电桥等。 而对于交流电，测量的原理与直流电基本相同，不同的只是电阻由阻抗替代。从20世纪末开始，测量仪器与微计算机开始结合，现在已经向智能化和数字化的方向发展。1.3本设计的内容和具体实现说明 本设计主要是使用单片机技术实现数字化，主要设计了以STC89C52系列单片机为核心，由PCF8591模数转换器和LCD1602数字显示器共同组成的数字式光电检流计的设计。最后，成功实现了数据的电子化，通过LCD1602数字显示器，数据在其可以正确的显示。通过已知定值电阻与被测量电路串联组成的电路将电流转化为电压，产生的电压由单片机控制PCF8591的输入0通道，输出ADC数字量转换为模拟量做的恒压输出，在PCF8591器件上输入输出的数据信号都是通过双线双向I2C总线以串行的方式进行传输。通过转换把模拟量转换为数字量给单片机进行数据处理，然后显

7、示出结果。 在本设计中，我做到了： 1. 采用STC89C52单片机作为硬件核心： 2. 采用液晶显示器1602：液晶显示可以实现动态更新，只需发送需要显示的数据，就可以不再控制； 3. 采用了PCF8591也是8位分辨率的AD转换器，可以分时测量4路模数装换。而且只需2线制就能和单片机进行通讯。17中国地质大学（北京）2011届本科毕业论文（设计）2系统方案设计2.1 设计要求本设计要求的电阻测量仪具有显示小电流的功能，由于不同的单片机、显示模块和AD芯片类型会使系统具有相应不同的设计方法，因此，本文对选取的模块加以论证，以便得到最优解决方案。根据本设计的要求，所使用的元器件方案应权衡多种因素，如系统成本、稳定性等方面，力图使该电阻测量装置达到最优化架构。此外，还应当结合实际情况，设计出合乎要求的装置，使设计方案尽量简洁易行。2.2 模块论证2.2.1 单片机芯片的选择及论证方案一：若选用AT89C52芯片作为硬件核心：AT89C52是最早的51单片机，其优点在于技术程序和系统相当稳定，但缺点是功能有限，尤其是不能在线编程并烧写程序，若多次拔插将会对引脚造成很大损坏。方案二：采用ST

8、C89C52单片机作为硬件核心：STC89C52单片机由中国深圳STC公司研发和制造，与传统的51系列单片机兼容，同时加入了新的功能，且具有8k Byte的Flash，512 Byte的RAM存储，32位I/O口线，以及看门狗定时器功能，可以通过串口通信下载器直接插到板子上的接口端，就可以下载单片机程序，大大提高了操作效率4。综上，本次设计采用STC89C52单片机作为本系统的主控元件。2.2.2 显示系统的选择及论证方案一：若用数码管作为显示系统：显示出的数值清晰明确，操作过程也很方便，七段数码管组成8字形便构成了LED数码管显示系统，另外还有一个数码管用来显示小数点，在不同段加上电压之后就会发亮。不同数码管的接通组合可以显示数字0到9，由于本设计要求显示的电阻范围比较大，因此需要的数码管较多，显示能力显然不足，具有成本过高的劣势。方案二：采用液晶显示器1602：液晶显示可以实现动态更新，只需发送需要显示的数据，就可以不再控制，而且它显示比较方便，可以显示完整的要求数据，在硬件电路结构中以及其显示程序都要简洁得多，能够根据本设计的要求完成相关设计，对后续的功能升级提供便利。此外，LC

9、D1602显示内容类型广泛，可以显示各种字符，数字，必要时还可显示图形，实现字体或图形的滚动5。因此，本次设计选用液晶1602显示方案。2.2.3 AD转换芯片的选择方案一：采用ADC0832：ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种8 位分辨率、双通道A/D转换芯片。由于它体积小，兼容性，性价比也比较高。方案二：PCF8591也是8位分辨率的AD转换器，可以分时测量4路模数装换。而且只需2线制就能和单片机进行通讯。由于本次系统设计，所以PCF8591比较适合本系统。因此，本设计采用模数转换器PCF8591读取分压的模拟量。2.3 系统总体设计采用单片机STC89C52为核心来控制系统，设计直观的液晶1602显示电路，能够显示阻值信息。采用简便易移植的C程序来实现系统的所有功能。本设计精简明确，可应用于实际。硬件电路主要由STC89C52单片机核心电路、LCD1602液晶显示模块、PCF8591AD检测处理，测量测试电路中模拟电流值。系统框图如图2-1所示。图2-1 系统整体框图Fig. 2-1 Diagram of the system as a whole3系统主要原理介3.1单片机介绍单片机是一种新型的集成芯片，这种集成芯片可以通过编程的方式来控制它的管脚，达到了输入检测，输出控制的作用。从单片机诞生以来，就在各行各业中得到极大的应用。因为通过一块单片机和极少的外围元件，只要程序上的改动，就可以变化出很多控制方式。而且他的价格也是传统的模拟电路控制的几分之一，并且稳定性和可靠性大大提高。现如今，单片机在我国

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