【正文】 著電子技術(shù)的發(fā)展，在數(shù)字化、智能化、科技化為主的今天 ,數(shù)字電壓、電流表以成為電壓、電流表設(shè)計的主要方向，并且有非常重要的地位。微機(jī)的出現(xiàn)為解決上述問題提供了條件。這有別于傳統(tǒng)的以指針與刻度盤進(jìn)行讀數(shù)的方法，避免了讀數(shù)的視差和視覺疲勞。 、功耗小、抗干擾能力強(qiáng) 由于 CMOS技術(shù)的發(fā)展，集成電路的功耗變得很小，即發(fā)熱量很小，這樣就可以在同一塊芯片上集成更多的元件，形成大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路。例如 :計算、保持、比較數(shù)字、設(shè)定時間，設(shè)定上、下量限及自動控制等多種功能。因工藝限制，單片機(jī)采用雙片的形勢而且功能比較簡單。以 Intel 公司制造的 MCS48 單片機(jī)為代表，這種單片機(jī)片內(nèi)集成有 8 位 CPU、并行 I/O口、 8 位定 時器 /計數(shù)器、 RAM 和 ROM 等，但是不足之處是無串行口，中斷處理比較簡單，片內(nèi) RAM和 ROM容量 較小且尋址范圍不大于 4KB。由于這類單片機(jī)的性能價格比高，所以仍被廣泛應(yīng)用，是目前應(yīng)用數(shù)量較多的單片機(jī)。 4 位電壓、電流顯示 8 個檔位自動調(diào)節(jié) 電壓范圍 0—— 1000V 電流范圍 0—— 5A 能串口發(fā)送給計算機(jī)，并以適時波形顯示 系統(tǒng)的總體方案規(guī)劃 本設(shè)計主要由五大模塊組成：量程自動轉(zhuǎn)換模塊、 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、單片機(jī)控制模塊、顯示模塊和通信模塊。如圖 ： 圖 系統(tǒng)總體框圖 各模塊方案選擇與論證 控制模塊 中央控制器為整個系統(tǒng)的核心，通過接受外部信息，按照控制算法驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 AT89S52 高性能 8 位單片機(jī)是一個低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8位中央處理器和 ISP Flash 存儲單元，功能強(qiáng)大的微型計算機(jī)的 AT89S52 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。同時該芯片還具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。利用一些廉價的元器件組成量程自動轉(zhuǎn)換電路，特點(diǎn)：所用硬件多，但成本低，且不需要復(fù)雜的軟件編程及調(diào)試。 但高精度的雙積分 A/D 芯片，價格較貴， 增加了單片機(jī)系統(tǒng)的成本。特點(diǎn)是：價格便宜，容易購買，但精度較低。 7 顯示模塊 方案一、采用 LCD 顯示。對每一位顯示器而言，每隔一段時間點(diǎn)亮一次。 LED 數(shù)碼管顯示器由 7個發(fā)光二極管組成，因此也稱之為 7段 LED 顯示器，因為 LED數(shù)碼管顯示成本較低，外加一個驅(qū)動芯片，所需單片機(jī)接口較少，且程 序容易實(shí)現(xiàn)。一個并行數(shù)據(jù)占多少位二進(jìn)制數(shù)，就要多少根傳輸線，這種方式的特點(diǎn)：通信速度快，但傳輸線多，價格較貴，適合近距離傳輸。但它僅需要一到兩根傳輸線，故傳輸數(shù)據(jù)時比較經(jīng)濟(jì)，且所占 I/O 口少 。 經(jīng)過仔細(xì)分析和論證，決定了系統(tǒng)各模塊的最終方案如下： （ 1）控制器模塊：采用單片機(jī) AT89S52 控制。 （ 5）通信模塊：采用串口通信。是 CPU 送數(shù)據(jù)到 LED 顯示的接口； 、 、 分別接 一個發(fā)光二極管，三個二極管亮滅的不同組合對應(yīng)不同的量程。 ， 口連接串口通信模塊。 因此在設(shè)計電路時需要考慮以下幾方面的要求： 1)輸入值量程判斷器的阻抗 。 當(dāng)輸入量低于表內(nèi)的測量精度時，也要求將檔位選擇器關(guān)斷 。 在本設(shè)計中，利用傳輸?shù)难訒r，對檔位進(jìn)行從關(guān)斷測量到最大量程檔位向低量程檔位逐級下降直至到適當(dāng)檔位的轉(zhuǎn)換， 這樣就使得電路在測量完高待測后就能順利地進(jìn)行對最低待測量的測量。 量程判斷電路框圖如圖 。 電壓判斷電路由電壓源 UEF2和運(yùn)放 A3組成的單限電壓比較器實(shí)現(xiàn)。電路構(gòu)成了一個窗口比較器。根據(jù)前級的分壓比可以求得，當(dāng)被測的電壓值大于 小于 V時，輸出端 INH才輸出高電平。 CD4051主要由 8路 CMOS開關(guān)，譯碼電路和電平轉(zhuǎn)換電路 3部分組成，其工作原理是主要由控制端 A、 B、 C的不同的組合狀態(tài)來選通哪一路輸入作為輸出。 輸入信號分壓等變換后送入 CD4051的 X0X7， 8個通道。 路中所用的基準(zhǔn)電壓都是 2 V，可用同一直流電源提供。 ADC0809 的工作過程是：首先輸入 3 位地址 ，并使 ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。直到 A/D轉(zhuǎn)換完成， EOC 變?yōu)楦唠娖?，指?A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。 3）轉(zhuǎn)換時間為 100μs 。 7）低功耗，約 15mW。 ALE：地址鎖存允許信號 。 EOC： A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號 輸出端口， 轉(zhuǎn)換期間一直為低電平 。 CLK：時鐘脈沖輸入端。 GND：地。從系統(tǒng)整體考慮，選用的是 LDS5101BH 型七段 LED 數(shù)碼管。時鐘 CLK 端上每一個上升沿都會使該芯片的 8 位數(shù)據(jù)輸 出右移一位。在正式工作之前，雙方應(yīng)先互發(fā)聯(lián)絡(luò)信號，以確保通信收發(fā)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。 RS232在空閑時處于邏輯“ 1”狀態(tài)，在開始傳送時，首先產(chǎn)生一個起始位，起始位為一個寬度的邏輯“ 0”，緊隨其后的為所需要傳送的數(shù)據(jù)，所要傳 送的數(shù)據(jù)由最低位開始依次送出，并以一個結(jié)束位標(biāo)志該字節(jié)傳送結(jié)束，結(jié)束位為一個寬度的邏輯“ 1”狀態(tài)。再調(diào)用 LED 顯示子程序，顯示所測量的電壓或電流 值，最后調(diào)用通信子程序?qū)崿F(xiàn)串口通信。流程圖如圖 所示： 圖 A/D 轉(zhuǎn)換程序流程圖 數(shù)字濾波程序設(shè)計 （ 1）數(shù)字濾波概述 數(shù)字濾波 ,即在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)里，由于數(shù)據(jù)采集環(huán)境的電磁干擾，傳感器和放大器自身的影響，往往會含有多種頻率成分的噪聲信號， 嚴(yán)重時，這種噪聲信號會淹沒待提取的輸入信號，使測試系統(tǒng)無法獲取被測信號。 與此對應(yīng)的就是模擬濾波，模擬濾波主要 有 無源 濾波 （直接用電阻、電容、電感等不外接電源 的元件組成的）與有源濾波（如運(yùn)算放大器等需要外接電源組成的），其目的是將信號中的噪音和干擾濾去或者將希望得到的頻率信號濾出為 系統(tǒng) 所用。 （ 2）數(shù)字濾波的方法 數(shù)字濾波的方法有很多種，常用的數(shù)字濾波方法有：算術(shù)平均值濾波、加權(quán)平均值濾波、滑動平均值濾波、中值濾波等，可以根據(jù)不同的測量參數(shù)進(jìn)行選擇。實(shí)際中采樣數(shù)目就具體情況而定，對于非常平穩(wěn)的信號，可以將樣本數(shù)增大，但對于變化頻繁的信號，則應(yīng)將樣本數(shù)減至 3~4。采樣次數(shù)太少，平滑效果差；次數(shù)太多，靈敏度下降，對參數(shù)的變化趨勢不敏感。這樣，加權(quán)運(yùn)算之后的累加和即為有效采樣值。因此可以采用滑動平均值濾波，其主要用于實(shí)時性比較強(qiáng)的系統(tǒng)。每次新采集一個數(shù)據(jù)便存入暫存區(qū)，同時去掉一個最老的數(shù)據(jù)，保持這 N個數(shù)據(jù)始終是最近的數(shù)據(jù)，而后求包括新數(shù)據(jù)在內(nèi)的 N個數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值或加權(quán)平均值。其流程圖如圖 ： 圖 量程自動轉(zhuǎn)換的程序設(shè)計 程序開始后先初始化，首先設(shè)置量程最大檔，接著存儲采樣值 i，并將其與最大量程進(jìn)行比較，若超出量程范圍，則有溢出顯示，系統(tǒng)結(jié)束，否則進(jìn)行下一輪的比較，直 21 到選擇出合適的檔位。因此單片機(jī)最大的數(shù)值分辨率為 （ 5/255）。 23 6 結(jié)束語 設(shè)計總結(jié) 本次設(shè)計的課題是《基于單片機(jī)的電壓電流測量系統(tǒng)》，首先從課題中我們可以看出，這次設(shè)計主要涉及到的是關(guān)于單片機(jī)的知識。最終 完成所設(shè)計項目 數(shù)字電壓、電流表 的 設(shè)計，這一過程鍛煉了我們對單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計及 動手能力 。在軟、硬件調(diào)試過程中，真的培養(yǎng)了我的耐心。在收獲的同時，我也受益非淺深感自身理論知識的欠缺與動手能力的不足，在以后的學(xué)習(xí)及設(shè)計中，還要不斷的努力。 24 7 致謝詞 本次課程 設(shè)計結(jié)束了，首先要感謝 此次給與指導(dǎo)的王勝老師 。這樣，我們不但解決了問題，還從中學(xué)到了更多知識。 本次設(shè)計結(jié)束的同時也意味著一次良好的知識學(xué)習(xí)機(jī)會也隨之而逝，并且在接下來的大學(xué)課程中，都不會有此類的機(jī)會留于我們。 sbit A1=P0^0。 /* 功能： ADC0809 接口程序 目標(biāo)芯片： AT89S52 單片機(jī) 占用資源：采集到的數(shù)字量接 P1 口、 MCU ADC0809 變量名稱 START/ALE ADC_ST EOC ADC_EOC OE ADC_OE ALE CLK（經(jīng)二分頻） 無 用戶接口函數(shù)： Byte ADC0809(void) */ define AdcData P1 //ADC 輸出的數(shù)字量接單片機(jī) P1 口 define N 10 //滑動平均濾波隊列長度 Byte ValueBuf[N]。 ALE sbit ADC_EOC=P3^5。 //啟動 ADC0809，鎖存轉(zhuǎn)換通道地址，開始轉(zhuǎn)換 for(i=10。 while(!ADC_EOC) 。 //關(guān) ADC0809 輸出使能 return(i)。 if (FilterCnt == N) { FilterCnt=0。 } return (Byte)(Sum/N)。i++) {DisDat=(bit)(namp。 _nop_()。//af,h,p,u,,i ,不顯示 DisSerial(led_anti[a])。i++) { Show(20)。 while(1) { i=(int)ADC0809()。D1=0。D1=0。D1=0。D1=0。D1=0。D1=0。D1=0。break。 ShowPoint(i/1000)。 for (i=0。i10000。i++){。} for (i=0。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任 何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文 。 、圖表要求： 1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準(zhǔn)請他人代寫 2）工程設(shè)計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。 作者簽名： 日期： 年 月 日