【正文】 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]。 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。 24 西華大學(xué) 課程設(shè)計說明書 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 。在軟、硬件調(diào)試過程中，真的培養(yǎng)了我的耐心。 23 西華大學(xué) 課程設(shè)計說明書 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。其流程圖如圖 所示： 圖 滑動平均濾波流程 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 西華大學(xué) 課程設(shè)計說明書 到選擇出合適的檔位。因此可以采用滑動平均值濾波，其主要用于實時性比較強(qiáng)的系統(tǒng)。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。 （ 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。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。 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)。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。 GND：地。 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 。 7）低功耗，約 15mW。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。 路中所用的基準(zhǔn)電壓都是 2 V，可用同一直流電源提供。 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。電路構(gòu)成了一個窗口比較器。 量程判斷電路框圖如圖 。 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 。 ， 口連接串口通信模塊。 （ 5）通信模塊：采用串口通信。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 。 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 序容易實現(xiàn)。 7 西華大學(xué) 課程設(shè)計說明書 顯示模塊 方案一、采用 LCD顯示。 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。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。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)。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)。因工藝限制，單片機(jī)采用雙片的形勢而且功能比較簡單。 、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)模或超大規(guī)模集成電路。微機(jī)的出現(xiàn)為解決上述問題提供了條件。電學(xué)參量測量技術(shù)設(shè)計范圍廣，能應(yīng)用的領(lǐng)域也十分廣泛。 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。 4 西華大學(xué) 課程設(shè)計說明書 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。 第二階段：低性能單片機(jī)階段。 5 西華大學(xué) 課程設(shè)計說明書 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。 穩(wěn)定性更好 。 方案二、采用純硬件搭建技術(shù)。 方案 三 、采用逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器（ ADC0809）。即一位一位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器。所傳送的各位同時發(fā)送或接收。故采用方案二。其 P1 口為電壓信號通過 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。如圖 圖 量程自動轉(zhuǎn)換框圖 （ 1） 電路設(shè)計的總體要求 電路設(shè)計的基本要求是在不降低測量精度的條件下實現(xiàn)量程的自動轉(zhuǎn)換 。 3)電路安全要求。 運(yùn)放 A1組成隔離電路。 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，對輸入被測量的有和無進(jìn)行直接判斷。 圖 量程判斷器的總電路 12 西華大學(xué) 課程設(shè)計說明書 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 。 在 INT0的輸入端口接一選 14 西華大學(xué) 課程設(shè)計說明書 擇開關(guān)電路，用以判斷對電壓測量還是對電流測量 。 2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?。 ADDA、 ADDB、 ADDC： 3位地址輸入線，用于選通 8路模擬輸入中的一路。當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。工作電流一般在 5MA~20MA。實現(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。其原理圖如圖 圖 電源 電路圖 17 西華大學(xué) 課程設(shè)計說明書 4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 軟件的總體設(shè)計原理 系統(tǒng)上電后，初始化程序包括對各種參數(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，對輸入信號進(jìn)行 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束，為提高測量精度，系統(tǒng)對輸入電壓連續(xù)采集 10 次進(jìn)行滑動平均值濾波處理，其結(jié)果作為對應(yīng)的電壓值。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)計說明書 列更平滑和易于處理。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，信號會變得更平滑，但可能會掩蓋某些變化；若樣本較少，信號的平滑度降低，但對數(shù)據(jù)的變化較為敏感。各個加權(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。如果取 N 個采樣值求平均， RAM 中必須開辟 N個數(shù)據(jù)的 暫存區(qū)。燒好 程序后進(jìn)行軟硬件聯(lián)調(diào)，最后進(jìn)行端口電壓、電流的對比測試 . 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，輸出數(shù)據(jù)值為 255（ FFH）。從拿到 本次 設(shè)計任務(wù)后，開始查閱資料，對課 設(shè)計課題進(jìn)行論證 ，到設(shè)計電路，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。在不斷的學(xué)習(xí)與討論中，我對單片機(jī)知識有了更為深刻的認(rèn)識與體會。 他總是耐心地和我們一起探討、分析，再讓我們自己解決。 sbit DisDat=P2^6。 //START amp。 //微秒級延時 ,保持高電平一段時間 ADC_ST=0。 ValueBuf[FilterCnt++]=ADC0809()。i8。 } } /************************************* 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}。 } void main(void) { int i。C1=0。B1=C1=0。B1=1。D1=0。 Show(i%10)。i10000。} } }