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正文內(nèi)容

畢業(yè)設(shè)計-基于單片機的數(shù)字萬用表的設(shè)計(編輯修改稿)

2025-01-06 19:04 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 制?。ㄐ∮?),保護儀表不被損壞。 陜西理工學院畢業(yè)設(shè)計 第 6 頁 共 32 頁 數(shù)字電壓表頭數(shù)字電壓表頭IiBXD 1 D 2劃片0 . 2mA2 mA20 mA0 . 2mA2 mAIN +IN 9009090 . 90 . 1R 1R 2R 3R 4R 5 直流電壓輸出交流電壓輸入直流電壓校準 圖 實用分流器電路 圖 ACDC 交換器原理簡圖 ( 4)交流電壓電流測量處理 數(shù)字萬用 表中交流電壓,交流電流測量電路是在直流電壓、直流電流測量的基礎(chǔ)之上,在分壓器或者分流器后加入了一級交流 — 直流( AC— DC)變換器,圖 。該AC— DC 變換器的主要組成部分有:集成運算放大器、 RC 濾波器以及整流二極管等組成。它還包括了一個電位器,這個電位器的功能是能夠很好地調(diào)節(jié)輸出電壓的高低,它可以用來對交流電壓檔進行校準。調(diào)接該電位器可以使數(shù)字表頭的顯示值等于被測交流電壓的有效值。與直流電壓檔原理相似,考慮到耐壓和安全方面,我們通常把交流電壓最高檔的限量限定為其有效值,即為 700V。 ( 5)電阻測量原理 在萬用表中,電阻的測量方法是采用比例測量法,它的原理電路圖為圖 。 A / D轉(zhuǎn) 換及數(shù) 字表 頭I N I N +VR E F VR E F +R 0R xUR E FUI N 圖 電阻測量 測量的基準電壓是由穩(wěn)壓管 ZD 提供的,而流過標準電阻 R0 和被測電阻 Rx 的電流是基本相等的(數(shù)字表頭的輸入阻抗很高,其取用的電流基本上可以忽略不計)。所以 A/D轉(zhuǎn)換器的參考電壓 URFE 和輸入電壓 UIN 有如下關(guān)系: RRUU XINREF 0? ( ) 即有: RUUR REFINX 0? ( ) 根據(jù)所用的 A/D 轉(zhuǎn)換器的特性可知,數(shù)字顯示的是 UIN 和 URFE 的比值,當 UIN 與URFE 相等的時候,則顯示的數(shù)是“ 1000”。當 URFE=2UIN 時,顯示的數(shù)是“ 500”,由此類推。所以,當 Rx 與 R0 相等時表頭顯示的數(shù)是“ 1000”。當 R0=2Rx 時,表頭顯示的 陜西理工學院畢業(yè)設(shè)計 第 7 頁 共 32 頁 數(shù)是“ 500”。把此稱作 是比例讀數(shù)特性。因此,只要我們選取不同的標準測量電阻并且對小數(shù)點進行適當?shù)亩ㄎ唬憧梢缘玫讲煌碾娮铚y量檔。如對于 200Ω檔位時,若取 R01=100Ω時,小數(shù)點就定在十位上。如果當 RX=100Ω時,這時表頭就會顯示出 。當 RX變化時,顯示值就會作出相應的變化,那么就可以從 。有如對 2KΩ檔,取 R02=1KΩ,小數(shù)點就定到了千位上。當 RX變化時,顯示值就發(fā)生相應的變化,可以從 。其余各檔的情況可以以此類推。 在實際應用中電阻測量運用的也是分壓分流原 理,根據(jù)相應的原理進行分析便可以得到不同量程的電阻測量檔位,由于和前面的分壓原理相似所以在此不做相應的介紹。 硬件系統(tǒng)設(shè)計總體框架圖 如圖 所示,本萬用表由以下幾個部分功能組成:電流測量電路、電壓測量電路、電流測量電路、復位電路、震蕩電路、 A/D 轉(zhuǎn)換、被測量顯示以及輸入 (ADC)。復位電路用來清零,進行下一次的測量;振蕩電路用來消除一些外來干擾,使電路工作更加穩(wěn)定; ADC輸入將是將輸入量進行 A\D 轉(zhuǎn)換;測量顯示就是顯示測量的數(shù)值。 S T C 8 9 C 5 2電 壓 測 量 電 路電 流 測 量 電 路電 阻 測 量 電 路A / D 轉(zhuǎn) 換震 蕩 電 路數(shù) 碼 管 驅(qū) 動 電 路數(shù) 碼 管 顯 示輸 入 ( A D C ) 圖 數(shù)字萬用表硬件電路組成 硬件電路設(shè)計方案及芯片 設(shè)計方案 用單片機 STC89S52 與 ADC0832 設(shè)計一個數(shù)字萬用表,運用電阻的分壓分流,形成電壓測試電路、電流測試電路和電阻測試電路,并且運用四位數(shù)碼顯示。為了設(shè)計簡單和硬件的易于實現(xiàn)以及可操作性,利于滑動變阻器做分壓分流,但是這樣做的后果就是使萬用表的量程變小。那么實現(xiàn)電壓測量的測量范圍是 0~20V,實現(xiàn)電流測量的范圍是 0~200mA,實現(xiàn)電阻測量的范圍是 0~1K。在實際生產(chǎn)工作中這樣的量程顯然是不 能滿足我們的實際需要的,但是在畢業(yè)設(shè)計中為了體現(xiàn)原理和實際操作的可實現(xiàn)性使用本方法。 芯片選擇 主控芯片的選擇及方案對比 方案 1:選用專用電壓轉(zhuǎn)換芯片 INC7107 實現(xiàn)電壓的測量和現(xiàn)實。缺點是精度比較低,且內(nèi)部電壓轉(zhuǎn)換和控制部分不可控制。優(yōu)點是價格低廉。 方案 2:選用單片機 AT89S52 和 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 ADC0832 實現(xiàn)電壓的轉(zhuǎn)換和控制,用液晶顯示出最后的轉(zhuǎn)換電壓結(jié)果。缺點是價格稍貴。優(yōu)點是轉(zhuǎn)換精度高,且轉(zhuǎn)換的過程和控制、顯示部分可以控制?;谡n程設(shè)計的要求,優(yōu)先選用了:方案 2。 顯示部件的選擇 及方案對比 方案 1:選用 4個單體的共陽數(shù)碼管,將 a— h全部連接起來,然后接到單片機口的 I/O 陜西理工學院畢業(yè)設(shè)計 第 8 頁 共 32 頁 上進行控制。缺點是焊接時比較麻煩,容易出錯。優(yōu)點是價格比較便宜。 方案 2:選用譯碼芯片 74LS47 和 74LS138配合一個四聯(lián)的共陽數(shù)碼管顯示。缺點是價格較貴,焊接麻煩,單片機控制時比較麻煩。優(yōu)點是有效的節(jié)約了單片機的 I/O口資源,適用于單片機 I/O 口不夠用的情況下。 方案 3:方案三:采用 LCD液晶顯示器顯示。而 LCD液晶顯示則耗能少,能夠顯示萬用表、電壓、電流、電阻等漢字,在顯示方面更加靈活,而且改變顯示時只要改變 軟件設(shè)計就可以,不用改變硬件電路的設(shè)計,易于電路的功能擴展。電路的軟件設(shè)計也很簡單。另外,這種設(shè)計硬件更加簡潔。采用 LCD 液晶顯示方案的缺點是在顯示位數(shù)比較少時,價格略顯昂貴。 基于現(xiàn)有的元器件和設(shè)計應用的可操作性,以及以上方案的要求,優(yōu)先選用了:方案 1。 單片機介紹和概述 STC89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器,具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。使用 STC公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造,與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲器在 系統(tǒng)可編程,亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上,擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash,使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 圖 STC89S52 STC89C52 單片機是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘、機器周期為 1T 的單片機,是高速、低功耗、超強抗干擾的新一代 8051 單片機,指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機,而且速度快8~12 倍。內(nèi)部集成 MAX810 專用復位電路, 2 路 PWM, 8 路高速 10 位 A/D,應用于電機控制,抗干擾能力強的場合。 STC89C52 的主要特點: ( 1)機器周期為 1T,指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機; ( 2) STC89C52 系列的工作電壓: 5V; ( 3)工作頻率范圍: 0~35MHz; ( 4)片上集成 1280 字節(jié) RAM,用戶應用程序空間 60K 字節(jié); ( 5)無需專用編程器或?qū)S梅抡嫫?,可通過串口( 和 )直接下載用戶程序,數(shù)秒即可完成; 陜西理工學院畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁 共 32 頁 ( 6)有 EEPROM 功能用于存儲; ( 7)看門狗; ( 8)四個 16 位定時器; ( 9) 7路外部中斷,下降沿或低電平觸發(fā)中斷,并新增支持上升沿中斷的 PCA模塊,Power Down 模式可由外部中斷喚醒, INT0( ), INT1( ), T0( ), T1( ),; ( 10)工作溫度范圍: 40~+85℃ (工業(yè)級 ), 0~75℃ (商業(yè)級 ); ( 11) 8 路 10 位精度的 A/D 轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換速度可達 250K/S(每秒鐘 25 萬次 )。 STC89C52 管腳圖如圖 所示。 圖 STC89S52 管腳結(jié)構(gòu) VCC:供電電壓。 GND:接地。 P0 口: P0 口是一個 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。當作為輸出用時,每位能驅(qū)動 8 個TTL 邏輯電平。向 P0 口寫入命令“ 1”時,引腳呈現(xiàn)高阻狀態(tài)輸入。當需要訪問數(shù)據(jù)存儲器和外部程序時, P0口也可以復用為低 8 位的地址 /數(shù)據(jù)線。當處于該種模式下時, P0口具有內(nèi)上拉電阻。 P1 口: P1 口是一個 8 位雙向 I/O 口且其具有內(nèi)上拉電阻,該口能同時驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平 。對 P1 口寫入命令“ 1”時,內(nèi)上拉電阻將端口拉高,即可作為輸入端口來使用。當其為輸入口時,外部被拉低的引腳由于內(nèi)阻的原因,將會輸出一定的電流。 P2 口: P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口, P2 口緩沖器可接收,輸出 4 個TTL 門電流,當 P2 口被寫“ 1”時,其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高,且作為輸入。并因此作為輸入時, P2 口的 管腳被外部拉低,將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當用于外部程序存儲器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時, P2口輸出地址的高八位。在給 出地址“ 1”時,它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢, 當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時, P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2口在 FLASH 編程和校驗時接收高 八位地址信號和控制信號。 P3口: P3口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O口,可接收輸出 4 個 TTL門電流。當 P3 口寫入“ 1”后,它們被內(nèi)部上拉為高電平,并用作輸入。作為輸入,由于外部下拉為低電平, P3 口將輸出電流( ILL)這是由于上拉的緣故。 陜西理工學院畢業(yè)設(shè)計 第 10 頁 共 32 頁 P3口作為 STC89C52 的一些特殊功能口,如表 所示: 表 STC89C52 單片機一些特殊功能 引腳號 備選功能 RXD (串行輸 入口) TXD (串行輸出口) /INT0 (外部中斷 0) /INT1 (外部中斷 1) T0 (記時器 0外部輸入) T1 (記時器 1外部輸入) /WR (外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通) /RD (外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通) ADC0832 是 美國國家半導體公司 生產(chǎn)的一種 8 位分辨率 、雙通道 A/D 轉(zhuǎn)換芯片。由于它體積小,兼容性,性價比高而深受單片機愛好者及企業(yè)歡迎,其目前已經(jīng)有很高的普及率。學習并使用 ADC0832 可使我們了解 A/D 轉(zhuǎn)換器 的原理,有助于我們單片機技術(shù)水平的提高。 ADC0832 的主要特點是: ( 1)輸入輸出電平與 TTL/CMOS 相兼容; ( 2) 5V電源供電時輸入電壓在 0~5V之間; ( 3)工作頻率為 250KHZ,轉(zhuǎn)換時間為 32μ S; ( 4)一般功耗僅為 15mW; ( 5) 8P、 14P— DIP(雙列直插)、 PICC 多種封裝; ( 6)商用級芯片溫寬為 0176。 C ~ +70176。 C,工業(yè)級芯片溫寬為 ?40176。 C ~ +85176。 C; ADC0832A/D 轉(zhuǎn)換模塊的管腳圖如圖 所示。其各個管腳的功能如下: ADC0832A/D 轉(zhuǎn)換管腳圖 CS_:片選使能,低電平芯片使能。 CH0:模擬輸入通道 0,或作為 IN+/使用。 陜西理工學院畢業(yè)設(shè)計 第 11 頁 共 32 頁 CH1:模擬輸入通道 1,或作為 IN+/使用。 GND:芯片參考 0 電位(地)。 DI:數(shù)據(jù)信號輸入,選擇通道控制。 DO:數(shù)據(jù)信號輸 出,轉(zhuǎn)換 數(shù)據(jù)輸出 。 CLK:芯片時鐘輸入。 Vcc/REF:電源輸入及參考電壓輸入(復用)。 ADC0832 為 8位分辨率 A/D 轉(zhuǎn)換芯片,其最高分辨可達 256級,可以適應一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復用,使得芯片的模擬電壓輸入在 0~5V之間。芯片轉(zhuǎn)換時間僅為 32μ S,據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為 數(shù)據(jù)校驗
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