【正文】 ，工作量加大，測(cè)量速度測(cè)量準(zhǔn)確度要求越來越高，這些都對(duì)測(cè)量?jī)x器和測(cè)試系統(tǒng)提出了更高的要求。 數(shù)字電壓表的特點(diǎn) 、準(zhǔn)確 電壓表的數(shù)字化，是將連續(xù)的模擬量 (如直流電壓 )轉(zhuǎn)換成不連續(xù)的離散的數(shù)字形式并加以顯示。輸入阻抗越高，所吸收被測(cè)信號(hào)的電流就越小，所帶來的附加誤差極小，可以忽略。 4 西華大學(xué) 課程設(shè)計(jì)說明書 直流數(shù)字電壓表本身可以擴(kuò)展成交流電壓表、交直電流表、峰值表、功率表等，還可以附加智能化。并且其發(fā)展歷史可分為以下四個(gè)階段： 第一階段：?jiǎn)纹瑱C(jī)初級(jí)階段。 第二階段：低性能單片機(jī)階段。這類單片機(jī)的典型代表是： Intel 公司的 MCS51 系列、 Motorola公司的 6801 和 Zilog 公司的 Z8等。 5 西華大學(xué) 課程設(shè)計(jì)說明書 2 系統(tǒng)方案的選擇與論證 功能要求 使用 AD/DC模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量， 再采用 AT89C52單片機(jī)進(jìn)行電壓、電流表的計(jì)算和顯示，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給 PC 機(jī)，要求進(jìn)行硬件，軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。使用 MAX232 芯片，實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn) 換功能，使單片機(jī)的 TTL 電平與 RS232 的電平實(shí)現(xiàn)匹配。 穩(wěn)定性更好 ?？臻e模式下， CPU 暫停工作，而 RAM 定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。 方案二、采用純硬件搭建技術(shù)。特點(diǎn)是： 精度高，抗干擾能力強(qiáng)。 方案 三 、采用逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器（ ADC0809）?？紤]到成本低，因而選用方案三。即一位一位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器。即顯示某一字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定導(dǎo)通或截止，這種方式每一個(gè)顯示位都需要一個(gè) 8位輸出口控制，占用硬件較多，但僅占用控制器串口的兩個(gè) I/O口，軟件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，顯示亮度高，成本低。所傳送的各位同時(shí)發(fā)送或接收。這種方式的特點(diǎn)：由于它每次只能傳送一位，所以傳送速度較慢。故采用方案二。 （ 4）顯示模塊：采用 LED 串行靜態(tài)顯示。其 P1 口為電壓信號(hào)通過 A/D 轉(zhuǎn)換后所得數(shù)字量的輸入端， 、 為單片機(jī)的模擬串口，分別連接 74LS164 的 RXD和 TXD 端。 接 ADC0809 的啟動(dòng)控制輸入端口 STAR 和地址鎖存控制信號(hào)端口 ALE， 、 分別連接 ADC0809 的輸出允許控制端口 OE、轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)脈沖輸出端口。如圖 圖 量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換框圖 （ 1） 電路設(shè)計(jì)的總體要求 電路設(shè)計(jì)的基本要求是在不降低測(cè)量精度的條件下實(shí)現(xiàn)量程的自動(dòng)轉(zhuǎn)換 。 由于被測(cè)范圍較大，因此既要求在高待測(cè)量值輸入時(shí)不對(duì)小量程電路造成沖擊，又要求在超量 10 西華大學(xué) 課程設(shè)計(jì)說明書 程值時(shí)對(duì)檔位轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行關(guān)斷 。 3)電路安全要求。 （ 2） 電路設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn) 1）量程判斷電路的設(shè)計(jì) 。 運(yùn)放 A1組成隔離電路。 由 (1)式 可知，當(dāng)跟隨器 A1的輸出大于 V 時(shí)，比較器 A3輸出高電平；當(dāng)跟隨器 A2 的輸出小于 ，比較器 A4 輸出高電平；當(dāng) Uin V時(shí)，輸出為低電平。 圖中上半部分為檔位選擇電路，正負(fù)電壓都可由整流橋整流后送分壓電阻分壓， 下半部 分為輸入電壓的最小值判斷電路，對(duì)輸入被測(cè)量的有和無進(jìn)行直接判斷。由真值表的特性可知，檔位選擇可以用一個(gè) 8選 1模擬開關(guān) CD4051完成。 圖 量程判斷器的總電路 12 西華大學(xué) 課程設(shè)計(jì)說明書 表 真值表 表 譯碼表 輸入值 輸出值 A B C INH Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 根據(jù)芯片輸入、輸出 的引腳特性，其電路接線圖如圖 。 Ui 輸 出 ( ~ ) (~ 2V) (2~ 20V) (20~ 100V) (100~ 200V) (200~ 400V) (400~ 600V) (600~ 800V) (800~ 1000V) 1000V A 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 B 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 C 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 INH 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 檔位狀態(tài) 截止 ~ 2V 2~ 20V 20~ 100V 100~ 200V 200~ 400V 400~ 600V 600~ 800V 800~ 1000V 截止 13 西華大學(xué) 課程設(shè)計(jì)說明書 圖 檔位判斷電路 3）量程自動(dòng)選擇總電路根據(jù)上述研究，可 得量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換電路如圖 所示。 在 INT0的輸入端口接一選 14 西華大學(xué) 課程設(shè)計(jì)說明書 擇開關(guān)電路，用以判斷對(duì)電壓測(cè)量還是對(duì)電流測(cè)量 。下降沿啟動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換，之后 EOC輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。 2）具有轉(zhuǎn)換起停控制端 。 6）工作溫度范圍為 40～＋ 85 攝氏度 。 ADDA、 ADDB、 ADDC： 3位地址輸入線，用于選通 8路模擬輸入中的一路。 START： A/D 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 Vcc：電源，單一＋ 5V。工作電流一般在 5MA~20MA。每片 74LS164有兩個(gè)串行數(shù)據(jù)輸入端和一個(gè)同步移位脈沖輸入端，以及 8個(gè)并行輸出口。實(shí)現(xiàn)單片 機(jī)與 PC機(jī)串行通信的關(guān)鍵是在通信協(xié)議的約定上要一致，例如，應(yīng)設(shè)定相同的波特率及幀格式等。 RS232使用 3~25V，表示數(shù)字 1； 3~25V表示數(shù)字 0。其原理圖如圖 圖 電源 電路圖 17 西華大學(xué) 課程設(shè)計(jì)說明書 4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 軟件的總體設(shè)計(jì)原理 系統(tǒng)上電后，初始化程序包括對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行初始化、清零以及一些端口屬性的設(shè)定，開始進(jìn)行量程判斷，再調(diào)用 A/D轉(zhuǎn)換子程序，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束，為提高測(cè)量精度，系統(tǒng)對(duì)輸入電壓連續(xù)采集 10 次進(jìn)行滑動(dòng)平均值濾波處理，其結(jié)果作為對(duì)應(yīng)的電壓值?？偝绦蚪Y(jié)束。數(shù)字濾波完成的功能是將一組輸入數(shù)字序列按照一定的算法轉(zhuǎn)化為一組輸出數(shù)字序列，經(jīng)過數(shù)字濾波后的輸出序列比輸入序 19 西華大學(xué) 課程設(shè)計(jì)說明書 列更平滑和易于處理。 C．可以根據(jù)信號(hào)的不同，采用不同的濾波方法或參數(shù)，具有靈活、方便、功能強(qiáng)的特點(diǎn) 。這種濾波的效果與采樣數(shù)目有較大的關(guān)系，當(dāng)樣本增多時(shí)，信號(hào)會(huì)變得更平滑，但可能會(huì)掩蓋某些變化；若樣本較少，信號(hào)的平滑度降低，但對(duì)數(shù)據(jù)的變化較為敏感。 2）加權(quán)平均值濾波 算術(shù)平均濾波法存在平滑性和靈敏度的矛 盾。各個(gè)加權(quán)系數(shù)均為小于1的小數(shù)，且滿足總和等于 1 的約束條件。需要時(shí)間較長(zhǎng)，故檢測(cè)速度較慢。如果取 N 個(gè)采樣值求平均， RAM 中必須開辟 N個(gè)數(shù)據(jù)的 暫存區(qū)。 本設(shè)計(jì)采用滑動(dòng)平均值濾波，先初始化，再讀入電壓值 Vi，設(shè)滑動(dòng)平均濾波隊(duì)列長(zhǎng)度為 N，當(dāng)判斷 i是否大于 N，是則刪除隊(duì)首的數(shù)據(jù)；求新隊(duì)列的平均值；否則使 i=i+1，繼續(xù)讀入電壓值，直至 iN。燒好 程序后進(jìn)行軟硬件聯(lián)調(diào)，最后進(jìn)行端口電壓、電流的對(duì)比測(cè)試 . 性能分析 由于單片機(jī)為 8位處理器，當(dāng)輸入電壓為 5V時(shí)，輸出數(shù)據(jù)值為 255（ FFH）。如果要想獲得更高的精度，應(yīng)采用 12位、 13位的 A/D轉(zhuǎn)換器。從拿到 本次 設(shè)計(jì)任務(wù)后，開始查閱資料，對(duì)課 設(shè)計(jì)課題進(jìn)行論證 ，到設(shè)計(jì)電路，軟件上的程序編寫到仿真、 調(diào)試，硬 件上元器件確定、選型及電路搭建，軟硬件聯(lián)調(diào) ，直到論文文本的撰寫。另外，大家在一起討論，互相學(xué)習(xí)，讓我更深地體會(huì)到同學(xué)間互相幫助的作用。在不斷的學(xué)習(xí)與討論中，我對(duì)單片機(jī)知識(shí)有了更為深刻的認(rèn)識(shí)與體會(huì)。相信以后我們會(huì)以更加積極地太對(duì)對(duì)待我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)，甚至于今后的人生。 他總是耐心地和我們一起探討、分析，再讓我們自己解決。最后，要感謝我們系里給我們這次理論結(jié)合實(shí)踐 的機(jī)會(huì)，一次作為電子系學(xué)生的最有意義的作業(yè)。 sbit DisDat=P2^6。 sbit D1=P0^3。 //START amp。 28 西華大學(xué) 課程設(shè)計(jì)說明書 ADC_ST=1。 //微秒級(jí)延時(shí) ,保持高電平一段時(shí)間 ADC_ST=0。 //MCU 采集 ADC0809 的數(shù)字量 ADC_OE=0。 ValueBuf[FilterCnt++]=ADC0809()。Count++) { Sum+= ValueBuf[Count]。i8。 29 西華大學(xué) 課程設(shè)計(jì)說明書 DisClk=1。 } } /************************************* 共陽數(shù)碼管串行 LED 顯示不帶小數(shù)點(diǎn)的 a *************************************/ void Show(Byte a) { unsigned char code led_anti[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,//09 0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,0x89,0x8c,0xc1,0xbf,0xff}。in。 } void main(void) { int i。} else if (i224){A1=B1=C1=1。C1=0。B1=0。B1=C1=0。B1=C1=1。B1=1。C1=1。D1=0。} i=i*19。 Show(i%10)。} for (i=0。i10000。i++){。} } 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