课程设计报告
题目：数字电压表设计与仿真
学生姓名：吴鹏
学生学号： 1114010250 系别：电气院
专业：自动化
届别： 2011
指导教师：张水锋
电气信息工程学院
2013年
摘要：在现代检测技术中，常用高精度数字电压表进行检测，将检测到的数据送入微型计算机系统，完成计算、存储、控制等功能。本文中数字电压表的控制系统采用AT89C51单片机，A/D转换器采用ADC0809为主要硬件，实现数字电压表的硬件电路与软件设计。该系统的数字电压表电路简单，所用的元件较少，成本低，调节工作可实现自动化，还可以方便地进行8路A/D转换的测量，远程测量结果传送等功能。数字电压表可以测量0~5V的电压值，并在四位LED数码管上轮流显示,并且应用Proteus的ISIS软件进行单片机系统设计与仿真.关键词：单片机；数字电压表；A/D转换ADC0809；Proteus
1 绪论
随着电子科学技术的发展，电子测量成为广大电子工作者必须掌握的手段，对测量的精度和功能的要求也越来越高，而电压的测量甚为突出，因为电压的测量最为普遍。同时随着微电子技术的迅速发展和超大规模集成电路的出现，特别是单片机的出现，正在引起测量控制仪表领域的新的技术革命[1]。
由于使用的是高效单片机作为核心的测量系统，以及灵敏度和精度较高的A/D转换器，使本直流电压表具有精度高、灵敏度强、性能可靠、电路简单、成本低的特点，加上经过优化的程序，使其有很高的智能化水平[2]。
数字电压表相对于指针表而言读数直观准确，电压表的数字化是将连续的模拟量转换成不连续的离散的数字形式并加以显示。这有别于传统的以指针与刻度盘进行读数的方法，避免了读数的视差和视觉疲劳[3]。
2 系统方案设计
利用MCS-51系列单片机设计简易数字电压表测量0～5v的8路输入电压值，并在四位LED 数码管上轮流显示或单路选择显示。测量误差约为±0.02V。系统设计方框图如图1所示。
单片机
AT89C51时钟电路复位电路数据采集
显示电路
模拟信号
图1系统设计方框图
3 硬件电路设计
3.1时钟电路
XTAL1是片内振荡器的反相放大器输入端，XTAL2则是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到XTAL1，而XTAL2悬空。内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为12MHz ，时钟频率就为6MHz 。晶振的频率可以在1MHz-24MHz 内选择。电容取30PF 左右。系统的时钟电路设计是采用的内部方式，即利用芯片内部的振荡电路如图2所示[2]。
图2时钟电路图
3.2复位电路
复位电路如下图3所示，按键没有按下时，RST 端接电容下极板是低电平，按键按下时，RST 端接在电阻上端变为高电平，达到复位的目的[2]。
图3复位电路图
3.3数据采集模块
通过ADC0809采集数据，输入到单片机内，如图4所示：
图4数据采集模块电路图3.4显示电路
通过4位数码管来显示，如图5所示：
图5显示电路图
4 软件设计
4.1主程序流程图
主程序流程图如图6所示：
开始
初始化
调用A/D转化程序
调用数据处理程序
调用显示程序
图6主程序流程图4.2显示子程序流程图
显示子程序流程图如图7所示：
开始
初始化，P0置
高，P2置低
P0到A输出显示
P2=P2+1
P0到A输出显示
P2=P2+1
P0到A输出显示
置位P0.7点亮小数点
P2=P2+1
P0到A输出显示
结束
图7显示子程序流程图4.3 A/D转换子程序流程图
A/D转换子程序流程图,如图8所示：
开始
初始化
启动A/D 转化
P3.1=1？
P3.0置位，允许输出。
将转化的数据保存
结束Y
N
图8 A/D 转换子程序流程图
4.4数据处理子程序流程图
数据处理子程序流程图，如图98所示： 开始
从34H 中取数据，乘以
19.5mv ，得到的数据BCD 麻
化，将数据存入A
转化双字节十
六进制整数
BCD 码带进位自身相
加，十进制调整
R2=0？
数据输入显示器
结束N Y
图9数据处理子程序流程图
5 源代码
LED1 EQU 30H ;初始化定义
LED2 EQU 31H
LED3 EQU 32H ;存放三个数码管的段码
ADC EQU 35H ;存放转换后的数据
ST BIT P3.2
OE BIT P3.0
EOC BIT P3.1 ;定义ADC0809的功能控制引脚
ORG 0000H
LJMP MAIN ;跳转到主程序执行
ORG 0030H
MAIN: MOV LED1,#00H
MOV LED2,#00H
MOV LED3,#00H ;寄存器初始化
CLR P3.4
SETB P3.5
CLR P3.6 ;选择ADC0809的通道2
WAIT: CLR ST
SETB ST
CLR ST ;在脉冲下降沿启动转换
JNB EOC,$ ;等待转换结束
SETB OE ;允许输出信号
MOV ADC,P1 ;暂存A/D转换结果
CLR OE ;关闭输出
MOV A,ADC ;将转换结果放入A中，准备个位数据转换
MOV B,#50 ;变换个位调整值50送B
DIV AB
MOV LED1,A ;将变换后的个位值送显示缓冲区LED1
MOV A,B ;将变换结果的余数放入A中，准备十分位变换MOV B,#5 ;变换十分位调整值5送B
DIV AB
MOV LED2,A ;将变换后的十分位值送LED2
MOV LED3,B ;最后的余数作百分位值送LED3
LCALL DISP ;调用显示程序
AJMP W AIT
DISP:MOV R1,#LED1 ; 显示子程序
CJNE @R1,#5,GO ;@R1=5V?是往下执行，否，则到GO
MOV LED2,#0H ;是5V，即最高值，将小数的十分位清零
MOV LED3,#0H ;将小数的百分位清零
GO:MOV R2,#3 ;显示位数赋初值，用到3位数码管MOV R3,#0FDH ;扫描初值送R3
DISP1:MOV P2,#0FFH ;关闭显示,目的防止乱码
MOV A,@R1 ;显示值送A
MOV DPTR,#TAB ;送表首地址给DPTR
MOVC A,@A+DPTR ;查表取段码
CJNE R2,#3,GO1 ;判断是否个位数码管？否则跳到GO1
ORL A,#80H ;将整数的数码管显示小数点
GO1:MOV P0,A ;送段码给P0口
MOV A,R3
MOV P2,A ;送位码给P2口
LCALL DELAY ;调用延时
MOV R3,A
RL A ;改变位码
MOV R3,A
INC R1 ;改变段码
DJNZ R2,DISP1 ;三位是否显示完？否则调到DISP1 RET
DELAY:MOV R6,#10 ;延时5S程序：
D1:MOV R7,#250
DJNZ R7,$
DJNZ R6,D1
RET
TAB: DB 3FH, 06H,5BH,4FH,66H;共阴极数码管显示0-4 ;显示数据表：DB 6DH,7DH,07H,7FH,6FH;显示5-9
END
6电路原理图
电路原理图如图10所示：
图10电路原理图
7 仿真图
调节滑动变阻器的位置，可以测出相应的电压值，如图11所示。
该电路可测得电压范围是0-5V,最大电压值如图12所示。
该电路测量的误差在约为±0.02V，如图13所示。
图13最小测量误差图
8 结束语
利用仿真功能强大、仿真元件模型丰富的Proteus软件对数字电压表各个单元电路和整体电路进行了设计和详尽的仿真分析,缩短了设计周期,提高了设计效率,降低了设计成本. 同时, Proteus软件对于电子技术的教学演示和实际设计都具有很大的辅助作用.
参考文献
[1] 陈朝元,鲁五一.Proteus软件在自动控制系统仿真中的应用[J].系统仿真学报, 2008(1):318-320.
[2] 毛谦敏.单片机原理及应用设计系统[M]．北京：国防工业出版社，2008:22-26.
[3] 康华光.电子技术基础(数字部分) [M]. 5版. 北京:高等教育出版, 2005: 290-293.
北京XXXXXX技术有限公司
水处理工程技术方案
甲方：业主方
乙方：总包方
除盐水设备
成品水产水量出水指标：二氧化硅<0.02 mg /L，氯根
/L，电导率<
水处理设备技术要求：
此规划是按照一、二期工程所做的总平面布置，本次采购安装第一期水处理设备（含水箱），预留相同数量的第二期水处理设备位置（原水箱、中间水箱、除盐水箱在一期工程中一次建成）。
乙方需根据甲方的设计单位所做总体规划完成制水车间（一期及二期工程）总体工艺流程设计、设备平面详细布置设计、管道及电气、自控设计及界区内的所有工艺、平面布置图纸，负责完成设备管道、填料、阀门、仪表、自控系统、配电系统、备品备件等的成套供货以及整套系统的安装施工、调试、开车、培训。
所有土建、电气、外接管道、上下水、采暖通风等设计院所需详细设计条件的提供均属于乙方设计服务范围。
1.2设计分界
1.2.1乙方负责的设计工作
（1）负责供货范围内的全部工艺系统、设备布置、管道敷设、装置
内电缆敷设、监测仪表、就地控制装置、管道支吊架设计。
（2）负责设计、提供供货范围内的工艺系统P&ID图、系统I/O清单、仪表设备清单。并配合水处理控制系统的技术、接口工作。
（3）负责向甲方提供供货范围内的土建结构、建筑、现场予埋件、现场予埋管、给排水、照明、总动力电源及控制系统总电源及接地要求。
（4）负责各单元成套设备内的电气动力/控制箱、以及由该电气动力/控制箱至设备本体的电缆、电缆敷设的设计并指导水处理系统动力电缆敷设。
（5）负责供货范围内现场安装的仪表、控制箱、仪表柜、气动阀等的导管、桥架规划的设计及现场予埋件、桥架的设计并指导水处理控制系统的电缆敷设。
1.2.2甲方负责的设计工作
负责水处理系统总体规划和布置及土建结构、建筑、基础、现场予埋件、现场予埋管、给排水、照明、采暖、通风、动力和控制总供电、避雷、接地等详细设计；
1.3供货界区
（1）设备: 机房内、控制室内的所有制水系统以及辅助加药、清洗、反洗、再生处理等系统和自控系统设备。
（2）管道：进水和排水管道、压缩空气管道以厂房外1米为界（不含排水管沟）；成品水出水管道以水箱出水口第一法兰为界。
（3）电气：甲方负责提供1路 380V 动力供电电缆到配电室制水设备配电柜进线端。配电室制水设备总配电柜进线端以后（含配电柜）均由乙方负责，包括接至控制室以及至现场各用电设备的电缆、桥架、穿线管均由乙方提供。仪表、控制系统用 220V 电源由乙方负责从配电室内制水设备配电柜统一送至控制室电控柜，220V 以下等级的仪用电源、220V-仪表控制用 UPS 电源均由乙方自行解决。
照明、通风、现场预留墙壁插座、维修电源、分析室内分析仪器用电等用电，由甲方在配电室另配置配电柜并负责进线端前、出线端后的全部设计、供货及安装施工。
（4）仪表自控：机房内、控制室内的所有水系统配套的控制系统设备、控制连接线及监测仪表等。控制室内所有设备、控制室至现场就地控制柜及就地电磁阀箱的电缆（包括 220V 及以下等级仪用电源）、就地控制柜及就地电磁阀箱至设备、仪表、阀门等的电缆均由乙方供货及连接，即所有仪表用电缆、控制系统以及自控用电缆以及 220V 自控用电源分配均属于乙方负责。
自控系统及仪表：整套水处理设备所有仪表、全套控制系统（包括硬件软件）、程控阀门、仪表电缆、控制电缆、电脑软件硬件、打印机等都属于乙方供货范围，主要参数指标要求送控制室显示。（5）机房内外和控制室内外全部土建、照明、采暖、通风、防雷、设备接地由乙方向甲方提出详细要求，由甲方负责细化设计及供货。
1.4工程安装施工
（1）乙方负责供货的所有货物由乙方负责卸车、搬运、现场制做、安装、调试。
（2）甲方负责厂房及附属设施的建设施工，包括设备地基、排水和排污沟、现场预埋管、现场预埋件、照明、采暖、通风、动力电源和
防雷、接地等。
2.环境条件
2.1设备安装地点：室内
2.2 原水条件：地下深井水，供水压力：≧0.3MPaG
水质指标：
项目单位
毒理学指标
砷mg/L
镉mg/L
汞mg/L 六价铬mg/L
铅mg/L
硒mg/L 氟化物mg/L 氰化物mg/L 硝酸盐（以N计）mg/L 二氯甲烷mg/L 四氯化碳mg/L
感观性状和一般化
学指标
色度
浑浊度NTU 臭和味
肉眼可见物
PH
铁mg/L
铝mg/L
锰mg/L
铜mg/L
锌mg/L
氯化物mg/L
硫酸盐mg/L
溶解性总固体mg/L
总硬度（以CaCo3计）mg/L
耗氧量（CODMn以O2计）mg/L
挥发酚类mg/L
阴离子合成洗涤剂mg/L 放射性指标
总α放射性Bq/L
总β放射性Bq/L
微生物学指标
菌落总数CFU/mL 总大肠菌群CFU/100mL 耐热大肠菌群CFU/100mL
消毒性指标游离余氯mg/L 非常规指标银μg/L
2.3 公用工程条件
2.3.1 电源条件
TN-S系统 380V，50HZ
2.3.2仪表压缩空气(甲方提供)
压力露点温度：<-40℃
温度：常温
压力：0.7-0.8Mpa(G)
无油、无尘。
2.3.3低压饱和蒸汽(甲方提供)
压力：0.40Mpa(G) ;
温度: 152℃
2.4 药品及消耗材料（根据设计确定所需种类，由乙方提供试车及全部设备正常使用2个月所需的消耗材料）
1)氢氧化钠≥98% NaOH 固体(分析纯)
2)盐酸浓度≥ 30% HCl 液体(分析纯)
3) 工业盐固体
4) 阻垢剂液体（进口原装）
3.招标设备要求：
3.1系统工艺要求：
全套系统运行稳定，能够保证系统不间断制水。保证满足用户
水质要求。
3.2设备能力及出水水质要求
成品水产水量：6t/h，1套（一期1套，共2期）
出水指标：二氧化硅<0.02 mg /L，氯根<0.05 mg /L，二价铁离子<0.01 mg /L，电导率<0.4μs/cm产水量：1×6 m3/h
电导率：≤0.4μs/cm
3.3控制要求
3.3.1整个水处理系统采用PLC自动控制，实现制水、清洗、加药的全自动远行。
阻垢剂加药装置：药品配置需人员进行操作。药品注入量系根据进水流量的变化和进水水质的变化由人工调节计量泵行程。随高压泵启停而启停。
混床装置：混床系统采用PLC全自动远程和现场就地控制两种控制方式，同时对浓水流量和极水流量进行控制，有报警功能。
3.3.3整套制水设备系统采用PLC自动控制+上位系统
3.3.4控制系统能够全年自动运行，并在自动控制出现故障时，通过手动调节也能操作设备运行，保证连续供水。
4.技术规范
4.1.1乙方应保证提供符合招标文件要求和相关的国际、国内工业标准的优质产品。
4.1.2乙方对供货范围内全部水处理系统（含辅助系统）的总体性能负有全责，应达到设计要求和满足运行需要。
4.1.3乙方提供的文件，包括图纸、计算、说明、使用手册及所有相关资料等，均应使用国际单位制(SI)。所有文件、工程图纸、相关资料及相互通讯，均需提供成达设计院及买方中文本签字版各 1份以及可编辑、修改的电子文档各 1 份。
4.1.4乙方应具有所供的水处理系统在中国国内类似工艺、相近规模、三年以上成功运行业绩以及工程安装及调试资格和经验。
4.1.5所有供货设备到现场前只允许组装，不允许拆装。
4.1.6乙方供货的控制柜内的主要电气元件选择：断路器，接触器，
热过载继电器，中间继电器等均应选用知名品牌。
5.工艺方案及设备配置要求
仪表及控制系统：整个水处理系统包括:石英砂过滤器、活性碳过滤器、反渗透、混床系统,采用PC上位机＋PLC 全自动控制，实现远程和就地两控。乙方提供水处理系统全套的仪表和所有控制系统设备及所有控制系统所需电缆。整个系统中的流量计、电导仪、pH 计、压力变送器等主要分析仪表均要求采用国内或国际水处理专业知名
品牌产品。
承担安全责任。
1.施工期间，甲方为乙方提供现场用水、用电等便利条件，但费用
由乙方负担。
2．乙方需提供近年来与与招标货物类似的设备销售业绩表（用户、设备规格型号、台数、时间）。
北京XXXXXX技术有限公司
赵李强工程师
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