【正文】 ............................................................................. 9 V/F 轉(zhuǎn)換法 .............................................................................. 14 方案選擇 ........................................................................................................ 17 系統(tǒng)框圖 ........................................................................................................ 17 第三章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) .................................................................................... 19 單片機(jī)處理控制電路 ................................................................................... 19 頻率信號(hào)預(yù)處理電路 ................................................................................... 21 小信號(hào)放大電路 ................................................................................. 22 整形電路 ............................................................................................. 22 A/D 轉(zhuǎn)換電路 ................................................................................................ 24 復(fù)位電路部分 ............................................................................................... 27 晶振電路部分 ............................................................................................... 29 LCD 顯示電路 ............................................................................................... 29 LCD 選型 ............................................................................................ 30 接口說明 ............................................................................................ 30 指令描述 ............................................................................................ 31 接口時(shí)序說明 .................................................................................... 33 電源電路的設(shè)計(jì) ........................................................................................... 35 串口通信電路 ............................................................................................... 36 第四章 系統(tǒng)控制軟件設(shè)計(jì) ........................................................................................ 40 系統(tǒng)軟件框圖 ................................................................................................ 40 頻率測(cè)量子流程圖 ....................................................................................... 41 A/D 轉(zhuǎn)換子流程圖 ........................................................................................ 42 顯示子程序 ................................................................................................... 43 延時(shí)子程序 .................................................................................................... 44 第五章 誤差分析 ........................................................................................................ 46 177。 本設(shè)計(jì) 以單片機(jī) AT89C52為核心，結(jié)合外圍信號(hào)放大、整形電路 ,通過對(duì)輸出波形的計(jì)數(shù)和對(duì)模 擬電壓的采樣、量化 得到交流電頻率和電壓的數(shù)字量，將所得數(shù)據(jù)通過串行接口發(fā)送到上位機(jī)進(jìn)行直觀顯示， 很好的實(shí)現(xiàn)了 對(duì)系統(tǒng) 電壓頻率的監(jiān)測(cè)。 尤其在 狹小的空間操作 時(shí) ，經(jīng)常要面對(duì)功能眾多、大小不等、量程各異的儀表盤，這些儀表盤不僅占用空間，而且不夠直觀，在情況緊急時(shí)，容易造成 工作人員的誤操作或反應(yīng)滯后，給操作帶來不必要的麻煩。 電壓和頻率是反映電能質(zhì)量的兩個(gè)主要指標(biāo)，本設(shè)計(jì)中介紹了電壓、頻率的測(cè)量原理以及如何利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電壓、頻率的 測(cè)量和 將所得 測(cè)量數(shù)據(jù)通過串行接口發(fā)送到上位機(jī)進(jìn)行直觀顯示 。 技術(shù)指標(biāo) ① 電壓范圍： 0250V； ② 頻率范圍 ： 09999HZ； ③ 檢測(cè)周期：≥１０次／秒； ④ 測(cè)量精度： 電壓 ≤177。更好的達(dá)到設(shè)計(jì)要求。對(duì)于低頻信號(hào)，如果利用電子計(jì)數(shù)器直接測(cè)頻，由于177。由電路提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)基信號(hào) TS，將被測(cè)信號(hào)的周期作為閘門，將測(cè)量轉(zhuǎn)化為對(duì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)基信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù) TX=nXTS。定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T1與之相類似。 圖 2. 2 測(cè)周法測(cè)量頻率時(shí)序圖 將單片機(jī)的 端口作為脈沖信號(hào)的輸入端，利用中斷方式，當(dāng)外部中斷INT0 檢測(cè)到第一個(gè)脈沖下降沿時(shí)，開啟定時(shí)器 T1，緊接著當(dāng)檢測(cè)到第二個(gè)脈沖下降沿時(shí)，關(guān)閉定時(shí)器 T1，此時(shí)定時(shí)器內(nèi)部累積的時(shí)間即為該脈沖的周期，取其倒數(shù)則可得到其頻率。 多周期同步法 適用于中頻信號(hào) 。設(shè)對(duì)被測(cè)信號(hào)的計(jì)數(shù)值為 Nx，對(duì)時(shí)基信號(hào)的計(jì)數(shù)值為 N0，時(shí)基信號(hào)的頻率為 f0，則被測(cè)信號(hào)的頻率為 : fx=Nx/N0f0 。最后分別取出計(jì)數(shù)器 T0 中的計(jì)數(shù)值 N和定時(shí)器 T1 的內(nèi)部計(jì)時(shí)時(shí)間 T1 代入公式f=N/T1 進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算，送數(shù)碼管顯示被測(cè)脈沖頻率。充分利用單片機(jī)內(nèi)的兩個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)法測(cè)量頻率時(shí)序如圖 所示。外部輸入在每個(gè)機(jī)器周期被采樣一次，檢測(cè)一次從到的跳變需要個(gè)機(jī)器周期，所以最大計(jì)數(shù)頻率為 。并行比較型和逐次比較型 A/D 轉(zhuǎn)換器屬于這一類。雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器，具有高精度、抗干擾性好的、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，但轉(zhuǎn)換速度低。輸入電壓為 uI，它的大小決定各比較器的輸出狀態(tài)，例如，當(dāng) 0≤ uI＜（ VREF/15）時(shí)， C1~C7 的輸出狀態(tài)都為 0；當(dāng)（ 3VREF/15）＜ uI＜（ 5VREF/15）時(shí)，比較器 C1 和 C2 的輸出 C01=C02=1,其余各比較器輸出狀態(tài)都為 0。優(yōu)先編碼器優(yōu)先級(jí)別最高是Q7，最低是 Q1。并行 A/D 轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)換時(shí)間 短，可小到幾十納秒，但所用的元器件較多，如一個(gè) n位轉(zhuǎn)換器，所用的比較器的個(gè)數(shù)為 2n1 個(gè)。再加上第二個(gè)次重砝碼，由物體的重量是否大于砝碼的重量決定第二個(gè)砝碼是留下還是移去。 對(duì) 的電路，它由啟動(dòng)脈沖啟動(dòng)后，在第一個(gè)時(shí)鐘脈沖作用下，控制電路使時(shí)序產(chǎn) 生器的最高位置 1，其他位置 0，其輸出經(jīng)數(shù)據(jù)寄存器將 1000?? 0，送入 D/A 轉(zhuǎn)換器。如最高位已存 1，則此時(shí) v0=（ 3/4） VREF。圖 給出的是 VT 型雙積分式 AD 轉(zhuǎn)換器的原理圖。整個(gè)轉(zhuǎn)換過程分兩階段進(jìn)行。這一過程稱為轉(zhuǎn)換電路對(duì)輸入模擬電壓的采樣過程。 第二階段稱為定速率積分過程，將 UO1 轉(zhuǎn)換為成比例的時(shí)間間隔。因此得到： I1R EF2 URCTVRCT ? 即 IREF12 UVTT ? 式表明，反向積分時(shí)間 T2 與輸入模擬電壓成正比。2t39。不過在工業(yè)控制系統(tǒng)中的許多場(chǎng)合，毫秒級(jí)的轉(zhuǎn)換時(shí)間已經(jīng)足足有余，雙積分型 A/D轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)正好有了用武之地。從工 作原理上看，壓控振蕩器大致可以分為三種類型：施密特觸發(fā)器型、電容交叉充放電型和定時(shí)型。 (a) 電路結(jié)構(gòu) (b) 電壓波形 圖 2. 14 施密特觸發(fā)器型壓控振蕩器的原理性電路和電壓波形 由圖 的電壓波形可以看出，當(dāng)充、放電電流 I0 增大時(shí)，充電時(shí)間 T1和放電時(shí)間 T2 隨之減小，故振蕩周期縮短、震蕩頻率增加。 圖 2. 15 電容交叉充、放電型壓控振蕩器的原理圖 電路的工作過程如下：設(shè)接通電源后觸發(fā)器處于 Q=0 的狀態(tài)，則 Tp1 和 TN2導(dǎo)通而 TN1 和 Tp2 截止，電流 I0 經(jīng) Tp1 和 TN2 自左向右地向電容 Cex1 充電。隨著充電過程的進(jìn)行 VB逐漸升高。圖 是 LM331的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化圖。 Q 端的高電平使 T2 導(dǎo)通， Vo=0。同時(shí)開關(guān) S 轉(zhuǎn)接到地， CL 開始向 RL 放電。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)論文說明書 17 系統(tǒng) 方案選擇 根據(jù)前面電壓、頻率的測(cè)量原理，以及本設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)，綜合考慮電壓、頻率測(cè)量精度 以及外測(cè)量范圍、反應(yīng)時(shí)間等等， 頻率測(cè)量選 擇 用 直接測(cè)頻率 法來測(cè)量 ， 采用這種方法測(cè)量簡(jiǎn)單而且可以保證測(cè)量的準(zhǔn)確度。 測(cè)量系統(tǒng)的硬件電路主要包含 降壓穩(wěn) 壓 電路 、 信號(hào)預(yù)處理電路 、 A／ D轉(zhuǎn)換 電路 以及 單片機(jī) AT89C52 處理控制電路 、串口輸出 電路幾 部分構(gòu)成，測(cè)量系統(tǒng)框圖如圖 所示。 這樣可以很好的實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)所要求的功能。⑵采用靜態(tài)時(shí)鐘方式，節(jié)省電能，這對(duì)于降低便攜式產(chǎn)品的功耗十分有利。當(dāng)對(duì) 0 端口寫入 1 時(shí)，可以作為高阻抗輸入端使用。程序校驗(yàn)時(shí)需要外接上拉電阻。當(dāng)作為輸入端使用時(shí)， P1 口因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，所以當(dāng)外部被拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)低電流（ IIL）。作為輸入口 ，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出電流（ IIL）。 當(dāng) EPROM 編程或校驗(yàn)時(shí)， P2 口同時(shí)接收高 8 位地址和一些控制信號(hào)。作為輸入口，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出電流（ IIL）。 ALE/PROG :當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許是一輸出脈沖，用以鎖存地址的低 8 位字節(jié)。 PSEN ：程序存儲(chǔ)允許時(shí)外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。需要主要的是，如果加密位 1 被編程，復(fù)位時(shí) EA 端會(huì)自動(dòng)內(nèi)部鎖存。 頻率 信號(hào)預(yù)處理電路 單片機(jī)是數(shù)字信號(hào)處理工具。由單片機(jī)來處理后送到顯示器進(jìn)行直觀顯示。 圖 3. 3 降壓電路 放大電路 此電路采用高速、寬頻帶運(yùn)放 OP37，并采用 負(fù) 反饋電路， 由負(fù)反饋放大電路的 原理 可知放大倍數(shù) n=R4/R5=10。 本設(shè)計(jì)采用 555 構(gòu)成的施密特觸發(fā)器作為整形電路。圖 是 555 構(gòu)成的基本的施密特觸發(fā) 器 電路對(duì)不同信號(hào)的整形、變換波形。在輸出端得到規(guī)則的矩形脈沖，對(duì)波形進(jìn)行了變換和整形。 圖 3. 7 ADC0809 芯片管腳圖 ADC0809 是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 CMOS 工藝 8 通道， 8 位逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器 。 它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)， 只選通 8 路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 6）工作溫度范圍為 40～＋ 85 攝氏度 7）