【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)硬件電路的設計 .................................................................................... 19 單片機處理控制電路 ................................................................................... 19 頻率信號預處理電路 ................................................................................... 21 小信號放大電路 ................................................................................. 22 整形電路 ............................................................................................. 22 A/D 轉(zhuǎn)換電路 ................................................................................................ 24 復位電路部分 ............................................................................................... 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 接口時序說明 .................................................................................... 33 電源電路的設計 ........................................................................................... 35 串口通信電路 ............................................................................................... 36 第四章 系統(tǒng)控制軟件設計 ........................................................................................ 40 系統(tǒng)軟件框圖 ................................................................................................ 40 頻率測量子流程圖 ....................................................................................... 41 A/D 轉(zhuǎn)換子流程圖 ........................................................................................ 42 顯示子程序 ................................................................................................... 43 延時子程序 .................................................................................................... 44 第五章 誤差分析 ........................................................................................................ 46 177。 本設計 以單片機 AT89C52為核心，結(jié)合外圍信號放大、整形電路 ,通過對輸出波形的計數(shù)和對模 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)送到上位機進行直觀顯示， 很好的實現(xiàn)了 對系統(tǒng) 電壓頻率的監(jiān)測。 尤其在 狹小的空間操作 時 ，經(jīng)常要面對功能眾多、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，容易造成 工作人員的誤操作或反應滯后，給操作帶來不必要的麻煩。 電壓和頻率是反映電能質(zhì)量的兩個主要指標，本設計中介紹了電壓、頻率的測量原理以及如何利用單片機實現(xiàn)電壓、頻率的 測量和 將所得 測量數(shù)據(jù)通過串行接口發(fā)送到上位機進行直觀顯示 。 技術指標 ① 電壓范圍： 0250V； ② 頻率范圍 ： 09999HZ； ③ 檢測周期：≥１０次／秒； ④ 測量精度： 電壓 ≤177。更好的達到設計要求。對于低頻信號，如果利用電子計數(shù)器直接測頻，由于177。由電路提供標準時基信號 TS，將被測信號的周期作為閘門，將測量轉(zhuǎn)化為對標準時基信號進行計數(shù) TX=nXTS。定時 /計數(shù)器 T1與之相類似。 圖 2. 2 測周法測量頻率時序圖 將單片機的 端口作為脈沖信號的輸入端，利用中斷方式，當外部中斷INT0 檢測到第一個脈沖下降沿時，開啟定時器 T1，緊接著當檢測到第二個脈沖下降沿時，關閉定時器 T1，此時定時器內(nèi)部累積的時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 。設對被測信號的計數(shù)值為 Nx，對時基信號的計數(shù)值為 N0，時基信號的頻率為 f0，則被測信號的頻率為 : fx=Nx/N0f0 。最后分別取出計數(shù)器 T0 中的計數(shù)值 N和定時器 T1 的內(nèi)部計時時間 T1 代入公式f=N/T1 進行數(shù)據(jù)運算，送數(shù)碼管顯示被測脈沖頻率。充分利用單片機內(nèi)的兩個定時 /計數(shù)器。計數(shù)法測量頻率時序如圖 所示。外部輸入在每個機器周期被采樣一次，檢測一次從到的跳變需要個機器周期，所以最大計數(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、價格低廉等特點，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 0≤ uI＜（ VREF/15）時， C1~C7 的輸出狀態(tài)都為 0；當（ 3VREF/15）＜ uI＜（ 5VREF/15）時，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)先級別最高是Q7，最低是 Q1。并行 A/D 轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點是轉(zhuǎn)換時間 短，可小到幾十納秒，但所用的元器件較多，如一個 n位轉(zhuǎn)換器，所用的比較器的個數(shù)為 2n1 個。再加上第二個次重砝碼，由物體的重量是否大于砝碼的重量決定第二個砝碼是留下還是移去。 對 的電路，它由啟動脈沖啟動后，在第一個時鐘脈沖作用下，控制電路使時序產(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 v0=（ 3/4） VREF。圖 給出的是 VT 型雙積分式 AD 轉(zhuǎn)換器的原理圖。整個轉(zhuǎn)換過程分兩階段進行。這一過程稱為轉(zhuǎn)換電路對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)換為成比例的時間間隔。因此得到： I1R EF2 URCTVRCT ? 即 IREF12 UVTT ? 式表明，反向積分時間 T2 與輸入模擬電壓成正比。2t39。不過在工業(yè)控制系統(tǒng)中的許多場合，毫秒級的轉(zhuǎn)換時間已經(jīng)足足有余，雙積分型 A/D轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點正好有了用武之地。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，當充、放電電流 I0 增大時，充電時間 T1和放電時間 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：設接通電源后觸發(fā)器處于 Q=0 的狀態(tài)，則 Tp1 和 TN2導通而 TN1 和 Tp2 截止，電流 I0 經(jīng) Tp1 和 TN2 自左向右地向電容 Cex1 充電。隨著充電過程的進行 VB逐漸升高。圖 是 LM331的電路結(jié)構(gòu)簡化圖。 Q 端的高電平使 T2 導通， Vo=0。同時開關 S 轉(zhuǎn)接到地， CL 開始向 RL 放電。 蘭州理工大學畢業(yè)論文說明書 17 系統(tǒng) 方案選擇 根據(jù)前面電壓、頻率的測量原理，以及本設計的技術指標，綜合考慮電壓、頻率測量精度 以及外測量范圍、反應時間等等， 頻率測量選 擇 用 直接測頻率 法來測量 ， 采用這種方法測量簡單而且可以保證測量的準確度。 測量系統(tǒng)的硬件電路主要包含 降壓穩(wěn) 壓 電路 、 信號預處理電路 、 A／ D轉(zhuǎn)換 電路 以及 單片機 AT89C52 處理控制電路 、串口輸出 電路幾 部分構(gòu)成，測量系統(tǒng)框圖如圖 所示。 這樣可以很好的實現(xiàn)本設計所要求的功能。⑵采用靜態(tài)時鐘方式，節(jié)省電能，這對于降低便攜式產(chǎn)品的功耗十分有利。當對 0 端口寫入 1 時，可以作為高阻抗輸入端使用。程序校驗時需要外接上拉電阻。當作為輸入端使用時， P1 口因為內(nèi)部存在上拉電阻，所以當外部被拉低時會輸出一個低電流（ IIL）。作為輸入口 ，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出電流（ IIL）。 當 EPROM 編程或校驗時， P2 口同時接收高 8 位地址和一些控制信號。作為輸入口，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出電流（ IIL）。 ALE/PROG :當訪問外部存儲器時，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 ：程序存儲允許時外部程序存儲器的讀選通信號。需要主要的是，如果加密位 1 被編程，復位時 EA 端會自動內(nèi)部鎖存。 頻率 信號預處理電路 單片機是數(shù)字信號處理工具。由單片機來處理后送到顯示器進行直觀顯示。 圖 3. 3 降壓電路 放大電路 此電路采用高速、寬頻帶運放 OP37，并采用 負 反饋電路， 由負反饋放大電路的 原理 可知放大倍數(shù) n=R4/R5=10。 本設計采用 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 電路對不同信號的整形、變換波形。在輸出端得到規(guī)則的矩形脈沖，對波形進行了變換和整形。 圖 3. 7 ADC0809 芯片管腳圖 ADC0809 是美國國家半導體公司生產(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， 只選通 8 路模擬輸入信號中的一個進行 A/D 轉(zhuǎn)換。 6）工作溫度范圍為 40～＋ 85 攝氏度 7）