【正文】 ms = (double) (Ad_adjustadbuffer[i1]) 。 } 而峰峰值可以由最大值減去最小 值得出，即為 Ad_MaxAd_Min 平均值的計算 平均值即是電壓信號中直流分量，實現(xiàn)源碼如下： 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 AdAverage += adbuffer[i1]。因為 在外部 AD 與單片機之間通信 過程中會帶來干攏信號，而且不利于快速開發(fā)。當(dāng) RS 為高電平時，表示 DB7~DB0為顯示數(shù)據(jù)，當(dāng) RS為低電平時，表示 DB7~DB0為顯示指令數(shù)據(jù)。（需要注意：二 進(jìn)制的高低有效位順序與行號對應(yīng)關(guān)系因不同商家而不同）存放一個顯示塊的 RAM 區(qū)稱為存儲頁。512*8 bits RAM 中某個存儲單元的地址由頁地址（ Xpage,0~7）和列地 址（ Yaddress,0~63）確定。而此處采用 LCD12864 顯示屏的主要作用是顯示輸出的電壓信號的波形變化曲線。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 E：數(shù)據(jù)讀寫操 作控制位， E 線向 LCD 模塊發(fā)送一個脈沖， LCD 模塊與單片機間將進(jìn)行一次數(shù)據(jù)交換。字符顯示是根據(jù)需要顯示基本字 符。該電路的作用是將輸入的交流信號升高一個固定且恒定的電壓值 Vref。故輸入的電壓信號必須小于 。上電后，由于電容 C1 的充電和反相門的作用，使 RST 持續(xù)一段時間的高電平。在引腳 XTAL1 和 XTAL2 外接晶體振蕩器或者陶瓷諧振蕩器，構(gòu)成內(nèi)部振蕩方式。 20V(直流 ,交流均可測 )，使用 1602LCD 液晶模塊顯示各種要測的參數(shù)，可以顯示一任意周期性的電壓信號中的最大值，最小值，平均值及有效值， 并用點陣型液晶 12864 顯示輸入的電壓信號的波形變化曲線。用單片機對控制端進(jìn)行控制，實現(xiàn)不同量程的轉(zhuǎn)換。 本系統(tǒng)顯示部分用的是 LCD1602 液晶模塊和 12864 點陣型液晶顯示模塊，采用一個 162 的字符型液晶顯示模塊 ，體積小，功耗低，可顯示 192 種字符，可自編 8 種字符，指令功能強，可組合成各種輸入、顯示、移位方式以滿足不同的要求，接口簡單方便，可靠性高等優(yōu)點，使用 1602LCD 液晶模塊顯示各種要測的參數(shù)，可以顯示一任意周期性的電壓信號中的最大值 ,最小值 ,平均值及有效值，并用點陣型液晶 12864 顯示輸入的電壓信號的波形變化曲線。而且不利于快速開發(fā)。 方案二：選用 AVR 系列單片機。 然后再將處理完成的信號送入到 ATMEGA128 單片機內(nèi)部自帶的 AD 轉(zhuǎn)換器武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 中去，啟動 AD轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號數(shù)據(jù)送入到單片機中。 圖 1 數(shù)字電壓表整體方案結(jié)構(gòu)圖 系統(tǒng)設(shè)計需要基于自動控制原理，實現(xiàn)電壓量程的自動切換、數(shù)據(jù)采樣、電壓顯示等功能。 在電量的測量中，電壓，電流和頻率是最基本的三個被測量，其中電壓量的測量最經(jīng)常。 國內(nèi)外數(shù)字電壓表的發(fā)展及現(xiàn)狀 數(shù)字電壓表出現(xiàn)在上世紀(jì) 50年代初， 60年代末發(fā)張起來的電壓測量儀表，簡稱 DVM，它采用的是數(shù)字化測量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量，也就是連續(xù)的電壓值轉(zhuǎn)變?yōu)椴贿B續(xù)的數(shù)字量，加以數(shù)字處理然后通過顯示器件顯示?，F(xiàn)場實驗顯示，該液晶顯示數(shù)字電壓表具有轉(zhuǎn)換速度快、可靠性高、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，具有很好的使用價值 。 正是基于這種思想，我們設(shè)計的可視化數(shù)字電壓表是基于 AVR 單片機的一種電壓信號采樣測量系統(tǒng)，該設(shè)計采用 AVR 單片機內(nèi)部自帶的 AD 轉(zhuǎn)換器對輸入的低頻電壓信號進(jìn)行采樣，采樣的數(shù)據(jù)存放單片機中，利用相應(yīng)的算法求出輸入電壓信號的最大值，最小值， 平均值及有效值。 二 、 設(shè)計任務(wù)和技術(shù)方案： 主要設(shè)計內(nèi)容： 1） 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計 2） 單片機的最小系統(tǒng)設(shè)計 3） 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計 4） A/D采集電路設(shè)計 5）液晶顯示和鍵盤輸入電路設(shè)計 6）系統(tǒng)軟件設(shè)計 主要設(shè)計任務(wù)： 1）學(xué)習(xí)并掌握單片機和信號采集的有關(guān)知識； 2）設(shè)計單片機的最小系統(tǒng)； 3）設(shè)計 A/D 采集電路、采用彩色液晶顯示，設(shè)計顯示和鍵盤輸入電路 4）設(shè)計系統(tǒng)的程序流程，通過軟件實現(xiàn)具有圖形界面的數(shù)字電壓表功能，計算出有效值、峰 峰值、周期頻率等，實時顯示出電壓的波形及有效值、峰峰值、周期頻率，系統(tǒng)具有友好的界面。 目前實現(xiàn)電壓數(shù)字化測量的方法 仍然是模 —數(shù)（ A/D）轉(zhuǎn)換的方法。這種電子儀表之所以出現(xiàn)，一方面是由于電子計算機的應(yīng)用推廣到系統(tǒng)的自動控制信號的實驗領(lǐng)域，提出了各種被觀測量或被控制量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的要求，即為了實時控制和數(shù)據(jù)處理的要求；另一方面，也是電子計算機的發(fā)展，帶動了脈沖數(shù)字電路技術(shù)的發(fā)展，為數(shù)字化儀表的出現(xiàn)提供了條件。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包括任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。 （請在以上相應(yīng)方框內(nèi)打 “√”） 作者簽名： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 年 月 日 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 武漢理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 學(xué)生姓名 專業(yè)班級 自動化 0806班 指導(dǎo)教師 工作單位 自動化學(xué)院 設(shè)計（論文）題目 : 可視化數(shù)字電壓表的設(shè)計 設(shè)計（論文）主要內(nèi)容： 學(xué)習(xí)并掌握單片機和信號采集的有關(guān)知識； 設(shè)計單片機的最小系統(tǒng)； 設(shè)計 A/D 采集電路、采用液晶顯示，設(shè)計 顯示和鍵盤輸入電路 設(shè)計系統(tǒng)的程序流程，通過軟件實現(xiàn)具有圖形界面的數(shù)字電壓表功能，計算出有效值、峰 峰值、周期頻率等，實時顯示出電壓的波形及有效值、峰 峰值、周期頻率，系統(tǒng)具有友好的界面。 數(shù)字電壓表最初是伺服步進(jìn)電子管比較式，其優(yōu)點是準(zhǔn)確度比較高，但是采樣速度較慢，體積重達(dá)幾十公斤。 本設(shè)計將采用 AVR 單片機內(nèi)部自帶的 AD 轉(zhuǎn)換器對模擬信號進(jìn) 行轉(zhuǎn)換，被測量電壓輸入端分別輸入基準(zhǔn)電壓和被測電壓。傳統(tǒng)的指針式電壓表功能單一、精度低，不能滿足數(shù)字化時代的需求，采用單片機的數(shù)字電壓表，精度高、抗干擾能力強，可擴展性強、集成方便， 還可與 PC進(jìn)行實時通信等優(yōu)點。 20 V (dc, ac, all can measure), use 1602 LCD module display all kinds of parameters to measure, can display a any periodic voltage signal of the maximum and minimum values, the average and effective value, and the formation of liquid crystal display at 12864 input voltage signal waveform change curves. KEY WORD:Measurement ,Singlechipmicroputer ,ADtransform ,DVM , Visualization 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 1 緒論 在現(xiàn)代檢測技術(shù)中，常常需要用數(shù)字電壓表進(jìn)行現(xiàn)場檢測，將檢測到的數(shù)據(jù)送入到微計算機系統(tǒng)，完成計算、存儲、控制和顯示等功能。 這個課題的目的和意義在于使自己掌握對數(shù)字電壓表的理解，自己動手設(shè)計數(shù)字電壓表與仿真，它可以廣泛的應(yīng)用于電壓測量外，通過各種變換器還可以測量其他電量和非電 量，測量是一種認(rèn)識過程，就是用實驗的方法將被測量和被選用的相同參量進(jìn)行比較，從而確定它的大小。數(shù)字電壓表最初是伺服步進(jìn)電子管比較式，其優(yōu)點是準(zhǔn)確度比較高，但是采樣速度較慢，體積重達(dá)幾十公斤。 最后：結(jié)束語，總結(jié)本設(shè)計的完成情況，不足及展望。而且題目中要求要將輸入電壓的信號變化曲線描繪在點陣型液晶中，這很明顯的告訴我們必須建立一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。當(dāng)與其它型號單片機相比時， AT89S51 八位單片機的價格便宜，再者編程方便。按題目要求的精度，至少需要12 位的 AD 轉(zhuǎn)換器件。由于是單片集成，故其控制更容易，干攏也最小。 方案一：利用程序設(shè)計來實現(xiàn)量程的轉(zhuǎn)換，這樣即可簡化硬件電路設(shè)計，減少元器件的開銷，并且操作簡單。 圖 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計框圖 本次設(shè)計的數(shù)字電壓表是基于 AVR 單片機的一種電壓信號采樣測量系統(tǒng)。其最小系統(tǒng)主要由單片機、時鐘電路、復(fù)位電路組成。 （ 2）復(fù)位電路 當(dāng)單片機的復(fù)位引腳 RST 出現(xiàn) 2 個機器周期以上的高電平時，根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位和上電或開關(guān)復(fù)位。下面分 別介紹這兩個部分的作用。 圖 4 衰減電路 輸入電壓信號遷移電路 上圖輸出的電壓信號進(jìn)入到此電路輸入端，因為輸入的電壓信號中是一個交流的信號，并不能保證沒有負(fù)電壓。在數(shù)值處理時，以 512 為電壓的零點，高于此值即是正電壓；低于此值即是負(fù)電壓。 LCD1602 模塊的引腳如圖 6 所示，其引腳功能如下： RS：數(shù)據(jù)和指令選擇控制端， RS=0 命令狀態(tài)； RS=1 數(shù)據(jù)。因為 1602 識別的是 ASCII 碼，試驗可以用 ASCII 碼直接賦值。如果要顯示某個圖形或漢字就是將相應(yīng)的點陣信息寫入到對應(yīng)的存儲單元中。） 如如果點亮 12864的屏中（ 20， 30）位置上的液晶點，因列地址 30小于 64，該點在左半屏第 29列，所以 CS1有效；行地址 20除以 8取整得 2，取余得 4，該點在 RAM中頁地址為 2，在字節(jié)中的序號為 4；所以將二進(jìn)制數(shù)據(jù) 00010000（也可能是00001000，高低順序取決于制造商）寫入 Xpage=2， Yaddress=29的存儲單元中即點亮（ 20， 30）上的液晶點。 CS管腳為芯 片屏幕的控制信號， CS1控制芯片的右半屏， CS2控制芯片的左半屏。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 系統(tǒng)主程序流程圖如圖 10 所示 圖 10 系統(tǒng)主程序流程圖 本次軟件設(shè)計主要分為幾個模塊： AD采樣程序設(shè)計、各個測量參數(shù)計算的程序設(shè)計、 LCD1602 顯示程序的設(shè)計、 LCD12864 顯示程序的設(shè)計、按鍵電路程序的設(shè)計。由于是單片集成，故其控制更容易，干攏也最小。程序中計算該值的算法可簡述如下：先對采樣轉(zhuǎn)換后的每一點數(shù)據(jù)平方，平方后的數(shù)作累加，全部累加完成后，除以采樣的點數(shù)，再將這個數(shù)進(jìn)行開方運算，所得的結(jié)果就是所要求的 RMS 值。 //開方，在 k LCD1602 液晶顯示程序設(shè)計 LCD1602 的顯示操作 LCD 有四種基本操作，具體如表 1 所示。 I/D=0：減量方式，S=1：移位方式， S=0：不移位； 4）顯示狀態(tài)： D 指設(shè)置整體顯示開關(guān)； C 指設(shè)置光標(biāo)顯示開關(guān)； B 指設(shè)置光標(biāo)的字符閃耀； 5）光標(biāo)畫面滾動： R/L 指右移或左移； S/C 指移動總體或光標(biāo)； 6）功能設(shè)置： DL接口數(shù)位， L 指顯示行數(shù)， F 顯示字型；如 DL=1： 8 位 =0，4位 N=1： 2 行 =0： 1 行， G=1： 510=0： 57(點陣 )； 7） CGRAM 地址設(shè)制：相當(dāng)于一個數(shù)據(jù)庫，可以在其中選擇所需要的符號； 8） DDRAM 地址設(shè)制：顯示定位； 9）讀 BF和 AC： B 為最高位忙的標(biāo)志， F 為標(biāo)志位； 10）寫數(shù)據(jù)：將數(shù)據(jù)按要求寫入到對應(yīng)的單元； RS R/W 操作 0 0 寫命令操作 (初始化，光標(biāo)定位等 ) 0 1 讀狀態(tài)操作 (讀忙標(biāo)志位 ) 1 0 寫數(shù)據(jù)操作 (要顯示內(nèi)容 ) 1 1 讀數(shù)據(jù)操作 (可以把顯示存儲區(qū)中的數(shù)據(jù)反讀出來 ) 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 11）讀數(shù)據(jù)：讀相應(yīng)單元內(nèi)的數(shù)據(jù)； 表 2 命令字 指令名稱 控制信號 控制代碼 RS RW D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 清屏 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 歸 HOME 位 0 0 0 0 0 0 0 0 1 * 輸入方式設(shè)制 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 顯示狀態(tài)設(shè)制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 無標(biāo)畫面滾動 0 0 0 0 0 1 S/C RL * * 功能設(shè)置 0 0 0 0 1 DL N F * * CGRAM 地址設(shè)制 0 0 0 1 A5 A4 A3 A2 A1 A0 DDRAM 地址設(shè)制 0 0 1 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 讀 BF 和 AC 0 1 BF AC6 AC5 AC4 AC3 AC2 AC1 AC0 寫數(shù)據(jù) 1 0 數(shù) 據(jù) 讀數(shù)據(jù) 1 1 數(shù) 據(jù) (3)寫命令字 由 表 2 可知當(dāng) RS=0， R/W=0 時，才可以通過單片機或用戶指令把數(shù)據(jù)寫到LCD 模塊，此時就對 LCD 進(jìn)