【正文】 如圖 ，選用一片 CPLD 作為系統(tǒng)的核心部件，實(shí)現(xiàn)控制與處理的功能。主要來說，系統(tǒng)由信號(hào)調(diào)理電路、 A/D 轉(zhuǎn)換電路、按鍵輸入電路、單片機(jī)控制系統(tǒng) 、 LCD 顯示系統(tǒng)等幾個(gè)模塊組成。 Series parison with the use of detection of the input voltage range, and through Relay array of input range of automatic conversion。系統(tǒng)具有人性化的交互界面，硬件配置合理，控制方案優(yōu)化，完全滿 足題目的基本要求。 數(shù)字電壓表 【摘 要】 本設(shè)計(jì)是基于 ATmega16單片機(jī)開發(fā)平臺(tái)和自動(dòng)控制原理的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的一種高精度、智能化的數(shù)字電壓表系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用 ATmega16單片機(jī)作為控制核心，以 12位的A/D 轉(zhuǎn)換 MAX187為數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)被測電壓的高精度數(shù)據(jù)采樣；使用系列比較器檢測輸入電壓的范圍，并通過繼電器陣列實(shí)現(xiàn)了輸入量程的全自動(dòng)轉(zhuǎn)換；同時(shí)具有顯示模式的按鍵切換、 LCD 液晶顯示等顯著優(yōu)點(diǎn)。 【關(guān)鍵字】全自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換 電壓檢測 MAX187 ATmega16 LCD 顯示 Digital Voltmeter Summary : The design is based on ATmega16 and automation development platform based on the principle of achieving a high accuracy and intelligent digital voltage meter system. The system uses ATmega16 core as a control, 12 to the MAX187 D conversion for data sampling system, the measured voltage and highprecision data sampling。 the same time it is the display mode switch button, LCD display significant advantages. Humanized system of interface, hardware configuration reasonable control program optimization, the subject pletely meet the basic requirements. Keywords: Disneyrange conversion, voltage detection, MAX187, ATmegal16, LCD Display. 目 錄 一、方案設(shè)計(jì)與論證 1 1 1 2 1）單片機(jī)選擇 2 2） A/D 采樣系統(tǒng) 3 3）自動(dòng)量程切換 3 4）電壓檢測 3 5）顯示部分 3 二、理論分析與電路設(shè)計(jì) 4 4 4 統(tǒng) 4 AD 轉(zhuǎn)換電路 6 6 9 LCD 顯示電路設(shè)計(jì) 10 10 三、軟件設(shè)計(jì)與流程 11 11 11 四、實(shí)驗(yàn)測試與結(jié)果分析 12 五、參考文獻(xiàn) 13 六、附錄 13 數(shù)字電壓表 一、方案設(shè)計(jì)與論證 根據(jù)題目要求，系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要基于自動(dòng)控制原理，實(shí)現(xiàn)電壓量程的自動(dòng)切換、數(shù)據(jù)采樣、電壓顯示等功能。由于本設(shè)計(jì)屬于高精度實(shí)時(shí)監(jiān)測控制系統(tǒng)，因此各模塊必須具有高精度、低噪聲、可靠性強(qiáng)等諸多性能要求。 CPLD 具有速度快、編程容易、資源豐富、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，可利用 VHDL 語言進(jìn)行編寫開發(fā)。同時(shí)， CPLD 的處理速度非?？欤妷罕淼臄?shù)據(jù)采樣速度不可能太高，在這一點(diǎn)上， MCU就已經(jīng)可以勝任了。為此，我們不采用該種方案，進(jìn)而提出了第二種設(shè)想。 充分分析我們的系統(tǒng)，其關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)理的自動(dòng)量程控制，而在這一點(diǎn)上，單片機(jī)就顯現(xiàn)出來它的優(yōu)勢 ——控制簡單、方便、快捷。 鑒于上述分析，在充分考慮到系統(tǒng)的需要及開發(fā)周期的情況下，我們決定選用第二種方案，即 “僅采用單片機(jī)作為核心部件的方案 ”。 51系列單片機(jī)目前得到廣泛使用，如 89S51它除了 89C51所具有的優(yōu) 點(diǎn)外，還具有可在線編程，可在線仿真的功能，這讓調(diào)試變得方便。編程技術(shù)及外圍功能電路的配合使用都很成熟，這對(duì)于在網(wǎng)上查找相關(guān)資料和在圖書館查找相關(guān)資料時(shí)非常方便的。 『方案二』選用 AVR 系列單片機(jī)。一般耗電在 1～ mA；AVR 單片機(jī)內(nèi)嵌高質(zhì)量的 Flash 程序存儲(chǔ)器，增強(qiáng)性的高速同 /異步串口，具有硬件產(chǎn)生校驗(yàn)碼、硬件檢測和校驗(yàn)偵錯(cuò)、兩級(jí)接收緩沖、波特率自動(dòng)調(diào)整定位（接收時(shí)）、屏蔽數(shù)據(jù)幀等功能，提高了通信的可靠性，方便程序編寫，更便于組成分布式網(wǎng)絡(luò)和實(shí)現(xiàn) 多機(jī)通信系統(tǒng)的復(fù)雜應(yīng)用，串口功能大大超過 MCS51/96單片機(jī)的串口，加之 AVR 單片機(jī)高速，中斷服務(wù)時(shí)間短，故可實(shí)現(xiàn)高波特率通訊。 2） A/D 采樣系統(tǒng) 根據(jù)題目要求，要實(shí)現(xiàn) 020V 電壓的精確測量，測量精度達(dá)到 1mV，最高采樣數(shù)據(jù)要達(dá)到20200，而 12位的 A/D為： 212=4096， 15位的 ADC為： 215=16384， 16位的 ADC為： 216=32768，所以必須采用 16位 ADC 才能滿足題目的要求，然而 16位的 ADC 價(jià)格昂貴，實(shí)驗(yàn) 室并不常見，加上系統(tǒng)開發(fā)時(shí)間的限制，我們只好采用實(shí)驗(yàn)室較為常見的 12位 AD。 『方案二』采用一片 12位串行 ADC 芯片 MAX187的優(yōu)點(diǎn)是精度比較高，而且占用單片機(jī)的端口資源較少，外圍電路也比較簡單，缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速度不如并行 AD 轉(zhuǎn)換快。 3）自動(dòng)量程切換 智能數(shù)字電壓表中關(guān)鍵技術(shù)之一為自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換問題。特點(diǎn)是簡單實(shí)用，缺點(diǎn)是機(jī)械噪聲大。 顯然，采用方案二電氣特性功能上更好，但是由于本系統(tǒng)中要使用多組電子開關(guān)，相對(duì)而言，采用繼電器切換方式降低了設(shè)計(jì)的難度，因而更加有利于短期內(nèi)的系統(tǒng)開發(fā)。 『方案一』用多組比較器進(jìn)行電壓范圍的分段檢測，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入電壓的粗略測量。 由于預(yù)處理電路只需要對(duì)輸入電壓進(jìn)行范圍的粗略測量，所以方案一完全能夠滿足實(shí)際要求，而方案二雖然測量結(jié)果較為精確，但電路復(fù)雜，還增加了編程難度。 5）顯示部分 『方案一』采用 LED 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描顯示。 『方案二』串行通訊方式實(shí)現(xiàn) 8位 LED 的靜態(tài)顯示。 『方案三』采用 LCD 液晶顯示器顯示。因此本系統(tǒng)采用方案三。本系統(tǒng)采用 ATMEGAL16L 單片機(jī)作為控制核心，以 12位的 A/D轉(zhuǎn)換 MAX187為數(shù) 據(jù)采樣系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)被測電壓的高精度數(shù)據(jù)采集與顯示。經(jīng)過調(diào)理后的電壓信號(hào)由 AD轉(zhuǎn)換后送出液晶顯示，同時(shí)可以通過按鍵進(jìn)行顯示模式切換并具有過壓保護(hù)、過壓報(bào)警的功能。 圖 ATMEGA16L 單片機(jī)接口圖 ATmega16是基于增強(qiáng)的 AVR RISC 結(jié)構(gòu)的低功耗 8 位 CMOS 微控制器。 Tmega16 有如下特點(diǎn) :16K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash(具有同時(shí)讀寫的能力，即 RWW)， 512 字節(jié) EEPROM， 1K字節(jié) SRAM， 32 個(gè)通用I/O 口線， 32 個(gè)通用工作寄存器，用于邊界掃描的 JTAG 接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，三個(gè)具有比較模式的靈活的定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器 (T/C),片內(nèi)