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如何利用STC15F2K60S2单片机的A/D转换功能设计一个直流数字电压表？

问答对人有帮助，内容完整，我也想知道答案 0 如何利用STC15F2K60S2单片机的A/D转换功能设计一个直流数字电压表？ 1
2021-10-18 06:43:54　　评论淘帖0 邀请回答您可以邀请以下用户，快速回答问题 × elecfans 该类别下有 7 个回答。邀请回答 heks 该类别下有 7 个回答。邀请回答 szj0213 该类别下有 6 个回答。邀请回答 60user103 该类别下有 6 个回答。邀请回答 dsgfa 该类别下有 6 个回答。邀请回答细水爱长流该类别下有 6 个回答。邀请回答深海零下一度1 该类别下有 6 个回答。邀请回答 mingodong 该类别下有 6 个回答。邀请回答 h1654155199.5148 该类别下有 6 个回答。邀请回答 ZQW发烧友该类别下有 6 个回答。邀请回答安立路该类别下有 6 个回答。邀请回答国名英雄XXX 该类别下有 6 个回答。邀请回答飞雪9366 该类别下有 6 个回答。邀请回答冰箱洗衣机该类别下有 6 个回答。邀请回答 lifei639156 该类别下有 6 个回答。邀请回答 chm5 该类别下有 6 个回答。邀请回答 golabs 该类别下有 5 个回答。邀请回答双11 该类别下有 5 个回答。邀请回答 dfgsdf 该类别下有 5 个回答。邀请回答 a732538 该类别下有 5 个回答。邀请回答举报王燕相关推荐 • STC15F2K60S2单片机的特点有哪些呢 3741 • STC15F2K60S2具有哪些引脚功能？ 5215 • 如何去制作一个基于stc15f2k60s2的核心板呢 886 • stc15F2K60S2单片机支持float类型吗？ 4339 • stc15f2k60s2单片机（自带8路AD）内部是否有采样保持威廉希尔官方网站 7948 • 51单片机--数字时钟数字电压表 2334 • 如何利用STC15F2K60S2关闭外设及熄灭LED？ 1661 • 怎样去开发一种stc15f2k60s2单片机开发环境呢 1345 • STC15F2K60S2单片机跟传统的单片机相比有和不同？ 3913 • 请教stc15f2k60s2驱动tft彩屏的问题。 4039 1个回答

答案对人有帮助，有参考价值 0 摘要本设计利用STC15F2K60S2单片机的A/D转换功能设计一个直流数字电压表，由A/D转换、数据处理及显示控制等组成，测量0-5V范围内的输入电压值，并由4位共阴8段数码管扫描显示，最大分辨率0.01V，误差在0.05V范围内。关键词：数字电压表；STC15F2K60S2；共阴数码管目录一、数字电压表简介 5 二、数字电压表设计方案论证及选择 5 1．主控芯片 5 2．显示部分 5 三、威廉希尔官方网站设计原理 6 四、主要元器件的介绍 6 1．STC15F2K60S2单片机介绍 6 2．TL431芯片介绍 7 3．四位共阴数码管简介 8 4．74HC595芯片介绍 8 5．数模转换功能的介绍 8 五、部分威廉希尔官方网站介绍 10 1．电源模块 10 2．TL431基准电压模块 10 3．数码管显示模块 11 六、系统软件设计 11 七、设计总原理图 13 一、数字电压表简介数字电压表出现在50年代初，60年代末发起来的电压测量仪表，简称DVM。它采用的是数字化测量技术，把连续的模拟量，也就是连续的电压值转变为不连续的数字量，加以数字处理然后再通过显示器件显示。采用单片机的数字电压表由于测量精度高、速度快，读数时也非常方便，抗干扰能力强，可扩展性强等优点已被广泛的应用于电子及电工的测量、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。数字电压表最初是伺服步进电子管比较式，其优点是准确度比较高，但是采样速度慢，重量达几十公斤，体积大。继之出现了斜波式电压表，它的速度方面稍有提高，但是准确度低，稳定性差，再后来出现了比较式仪表改进逐次渐近式结构，它不仅保持了比较式准确度高的优点，而且速度也有了很大的提高，但它有一缺点是抗干扰能力差，很容易受到外界各种因素的影响。随后，在斜波式的基础上双引伸出阶梯波式，它的唯一的进步是成本降低了，可是准确宽，速以及抗干扰能力都未能提高。目前实现电压数字化测量的方法仍然模-数（A/D）转换的方法。二、数字电压表设计方案论证及选择主要设计方框图如下：图1 设计方框图 1．主控芯片方案1：选用专用转化芯片INC7107实现电压的测量和实现，用四位数码管显示出最后的转换电压结果。缺点是转换的精度低，内部电压转换和控制部分不可控制。优点是价格低廉。方案2：选用单片机STC15F2K60S2及内部集成的A/D转换功能实现电压的转换和控制，用四位数码管显示出最后的转换电压结果。缺点是价格稍贵。优点是转换精度高，且转换的过程和控制、显示部分可以控制。基于课程设计的要求和实验室能提供的芯片，本设计选用方案2。 2．显示部分方案1：选用四个单体的共阴数码管。优点是价格比较便宜。缺点是焊接时比较麻烦，容易出错。方案2：选用一个四联的共阴极数码管。优点是便于控制，价格低廉，焊接简单。因而本设计选用方案2显示数据。三、威廉希尔官方网站设计原理本设计使用STC15F2K60S2的P1.3做ADC采集外部电压通道，使用外部TL431基准计算外部电压。模拟电压经过档位切换到不同的分压威廉希尔官方网站筛减后，经隔离干扰送到A/D转换器进行A/D转换。然后送到单片机中进行数据处理。处理后的数据送到四位共联数码管中显示。本设计包括电源模块，按键模块，1.27V 掉电检测模块，TL431基准电压模块，和数码管显示模块实现外部电压采集。原理框图如下：图2 威廉希尔官方网站原理框图四、主要元器件的介绍 1．STC15F2K60S2单片机介绍图3 单片机模型图 STC15F2K60S2单片机由STC宏晶科技公司生产的，采用STC第八代技术，不需要外部晶振和外部复位的单片机，可省掉外部EEPROM，利用IAP技术—ISP/IAP，在线编程，无需编程器/仿真器，2K字节SRAM，双串口，两个独立串口，高速10位A/D转换器，8个输入通道，1个时钟/机器周期8051，高速，高可靠，超低功耗，超低价。STC15F2K60S2有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。其主要特性如下： 1.增强型8051CPU，1T型，即每个机器周期只有1个系统时钟。 2.ISP/IAP功能，即在系统可编程/在应用可编程。 3.低功耗设计:低速模式、空闲模式、掉电模式。 4.8-62KB Flash 程序存储器。 5.6个定时器：两个16位可重装载初始值的定时器T0/T1，T2定时器，3路CCP可再实现3个定时器。 6.2个全双工异步串行口。 7.8通道高速10位ADC，速度可达30万次/秒。 8.高速SPI串行口通信接口。 9.多路可编程时钟输出。 10.最多42个I/O口。 2．TL431芯片介绍图四 TL431芯片 TL431是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准电压源。它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从Vref（2.5V）到36V范围内的任何值。该器件的典型动态阻抗为0.2Ω，在很多应用中可以用它代替齐纳二极管，例如，数字电压表，运放威廉希尔官方网站、可调压电源，开关电源等等。其主要特性如下： 1．可编程输出电压为36V 2．电压参考误差：±0.4％，典型值@25℃（TL431B） 3．低动态输出阻抗，典型0.22Ω 4．负载电流能力1.0mA to 100mA 5．等效全范围温度系数50 ppm/℃典型 6．温度补偿操作全额定工作温度范围 7．低输出噪声电压 3．四位共阴数码管简介图五数码管封装图数码管有两种：一种共阴极、另一种为共阳极，本次课程设计用的是共阴极。共阴数码管的公共端高电平，数码管0-9的C51编程为： uchar code table[]={0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef} 4．74HC595芯片介绍图六 74HC595引脚图 74HC595具有8位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能。移位寄存器和存储器有相互独立的时钟。数据在SH_cp（移位寄存器时钟输入）的上升沿输入到移位寄存器中，在ST_cp（存储器时钟输入）的上升沿输入到存储寄存器中去。如果两个时钟连在一起，则移位寄存器总是比存储寄存器早一个脉冲。移位寄存器有一个串行移位输入（Ds），和一个串行输出（Q7’）,和一个异步的低电平复位，存储寄存器有一个并行8位的，具备三态的总线输出，当使能OE时（为低电平），存储寄存器的数据输出到总线。将串行输入的8位数字，转变为并行输出的8位数字 5．数模转换功能的介绍在本设计中，模数（A/D）转换模块是一个重要的模块，它关系到最后数电压表电压值的精确度，STC15F2K60S2芯片内模数转换器具有以下特点。 • 10 位精度 • 8 路复用的单端输入通道 • 7 路差分输入通道 • 可选的左对齐ADC读数 • 0 - VCC 的 ADC输入电压范围 • 可选的2.5V ADC参考电压 • 连续转换或单次转换模式 • 通过自动触发中断源启动ADC转换 • ADC 转换结束中断 STC15F2K60S2有一个10位的逐次逼近型ADC。ADC与一个8通道的模拟多路复用器连接，能对来自端口 A 的 8 路单端输入电压进行采样。单端电压输入以 0V (GND) 为基准。器件还支持 16 路差分电压输入组合。两路差分输入 (ADC1、 ADC0 与 ADC3、 ADC2)有可编程增益级，在 A/D 转换前给差分输入电压提供 0dB(1x)、20dB(10x) 或 46dB(200x)的放大级。七路差分模拟输入通道共享一个通用负端(ADC1),而其他任何 ADC 输入可做为正输入端。如果使用 1x 或 10x 增益，可得到 8 位分辨率。如果使用 200x 增益，可得到 7 位分辨率。该设计采用的是外部参考电压AREF,ADC0转换通道，连续自由转换功能。ADC 通过逐次逼近的方法将输入的模拟电压转换成一个 10 位的数字量。最小值代表GND，最大值代表AREF引脚上的电压再减去1 LSB，ADC转换结果为10位，存放于ADC数据寄存器ADCH及ADCL中。默认情况下转换结果为右对齐，但可通过设置 ADMUX 寄存器的 ADLAR 变为左对齐，该设计采用左对齐。转换结束后 (ADIF 为高 )，转换结果被存入 ADC 结果寄存器 (ADCL, ADCH)。单次转换的结果如下：式中，VIN 为被选中引脚的输入电压，VREF 为参考电压。五、部分威廉希尔官方网站介绍 1．电源模块图6 威廉希尔官方网站模块原理图电源模块为主控制芯片提供5V电压。 2．TL431基准电压模块图7 基准电压模块原理图使用外部TL431基准计算外部电压，该模块提供是稳定的2.5V的基准电压。 3．数码管显示模块图8 数码管模块原理图数码管显示模块对测得的电压进行显示。通过74HC595控制四位共阴极数码管段选，通过另一个74HC595控制位选。六、系统软件设计本设计是硬件威廉希尔官方网站和软件编程相结合的设计方案，选择合适的编程语言是一个重要的环节。在单片机的应用系统程序设计时，常用的是汇编语言和C语言。汇编语言的特点是占用内存单元少，执行效率高。执行速度快。但它依赖于计算机硬件，程序可读性和可移植性比较差。而C语言虽然执行效率没有汇编语言高，但语言简洁，使用方便，灵活，运算丰富，表达化类型多样化，数据结构类型丰富，具有结构化的控制语句，程序设计自由度大，有很好的可重用性，可移植性等特点。由于现在单片机的发展已经达到了很高的水平，内部的各种资源相当的丰富，CPU的处理速度非常的快。用C语言来控制单片机无疑是一个理想的选择。所以在本设计中采用C语言编写软件程序。程序的总体流程如下图：七、设计总原理图图 5 九、源程序 #define DIS_DOT 0x20 #define DIS_BLACK 0x10 #define DIS_ 0x11 #define P1n_pure_input(bitn)P1M1 \|= (bitn), P1M0 &= ~(bitn) #define Cal_MODE 1 //每次测量连续读16次ADC 再平均计算. 分辨率0.01V #define Timer0_Reload (65536UL -(MAIN_Fosc / 1000)) u8 code t_display[]={ 0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0x77,0x7C,0x39,0x5E,0x79,0x71, 0x00,0x40,0x76,0x1E,0x70,0x38,0x37,0x5C,0x73,0x3E,0x78,0x3d,0x67,0x50,0x37,0x6e, 0xBF,0x86,0xDB,0xCF,0xE6,0xED,0xFD,0x87,0xFF,0xEF,0x46}; u8 code T_COM[]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80}; //位码 *it P_HC595_SER = P4^0; //pin 14 SER data input it P_HC595_RCLK = P5^4; //pin 12 RCLk store (latch) clock *it P_HC595_SRCLK = P4^3; //pin 11 SRCLK Shift data clock u8 LED8[8]; //显示缓冲 u8 display_index; //显示位索引 bit B_1ms; //1ms标志 u16 msecond; u16 Bandgap; u16 Get_ADC10bitResult(u8 channel); //channel = 0~7 void main(void) { u8 i; u16 j; P0M1 = 0; P0M0 = 0; //设置为准双向口P1M1 = 0; P1M0 = 0; //设置为准双向口P2M1 = 0; P2M0 = 0; //设置为准双向口P3M1 = 0; P3M0 = 0; //设置为准双向口P4M1 = 0; P4M0 = 0; //设置为准双向口P5M1 = 0; P5M0 = 0; //设置为准双向口P6M1 = 0; P6M0 = 0; //设置为准双向口P7M1 = 0; P7M0 = 0; //设置为准双向口display_index = 0;P1ASF = (1<<2) + (1<<3); //P1.2 P1.3做ADCP1M1 \|= (0xc0); P1M0 &= ~(0xc0); //P1.2 P1.3设置成高阻ADC_CONTR = 0xE0; //90T, ADC power onTimer0_1T();Timer0_AsTimer();Timer0_16bitAutoReload();Timer0_Load(Timer0_Reload);Timer0_InterruptEnable();Timer0_Run();EA = 1; //打开总中断for(i=0; i<8; i++) LED8 = 0x10; //上电消隐 while(1) { if(B_1ms) //1ms到 { B_1ms = 0; if(++msecond >= 300) //300ms到 { msecond = 0; #if (Cal_MODE == 1) Get_ADC10bitResult(2); for(j=0, i=0; i<16; i++) { j += Get_ADC10bitResult(2); } Bandgap = j >> 4; //16次平均 Get_ADC10bitResult(4); for(j=0, i=0; i<16; i++) { j += Get_ADC10bitResult(4); //读外部电压ADC } j = j >> 4; //16次平均 j = (u16)((u32)j 250 / Bandgap); //计算外部电压, TL431电压为2.50V, 测电压分辨率0.01V #endif LED8[5] = j / 100 + DIS_DOT; //显示外部电压值 LED8[6] = (j % 100) / 10; LED8[7] = j % 10; } }} } u16 Get_ADC10bitResult(u8 channel) //channel = 0~7 { ADC_RES = 0; ADC_RESL = 0; ADC_CONTR = (ADC_CONTR & 0xe0) \| 0x08 \| channel; //start the ADCNOP(4); while((ADC_CONTR & 0x10) == 0) ; //wait for ADC finish ADC_CONTR &= ~0x10; //清除ADC结束标志 return (((u16)ADC_RES << 2) \| (ADC_RESL & 3)); } void Send_595(u8 dat) { u8 i; for(i=0; i<8; i++) { dat <<= 1; P_HC595_SER = CY; P_HC595_SRCLK = 1; P_HC595_SRCLK = 0; } } void DisplayScan(void) { Send_595(~T_COM[display_index]); //输出位码 Send_595(t_display[LED8[display_index]]); //输出段码 P_HC595_RCLK = 1;P_HC595_RCLK = 0; //锁存输出数据if(++display_index >= 8) display_index = 0; //8位结束回0 } void timer0 (void) interrupt TIMER0_VECTOR { DisplayScan(); //1ms扫描显示一位 B_1ms = 1; //1ms标志 }

2021-10-18 15:08:16 评论举报成贯征