電氣工程訓(xùn)練設(shè)計報告--智能數(shù)字電壓表

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)電氣工程訓(xùn)練設(shè)計報告-智能數(shù)字電壓表班 級：姓 名：學(xué) 號：指導(dǎo)老師： 中南大學(xué)2017年1月3號目 錄 TOC o 1-3 h z u 1 引言科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化的今天，是電子技術(shù)和信息技術(shù)迅速發(fā)展的時代。數(shù)字電壓表在工程測量、計量檢定、科學(xué)實驗、機械電子、電能電力、郵電通信、國防軍工以及工礦企業(yè)等諸多領(lǐng)域中，有著非常廣泛的應(yīng)用。尤其是智能化數(shù)字儀表的普及和應(yīng)用，在數(shù)字化、自動化、軟件化測量技術(shù)中更發(fā)揮著重要的作用。1.1 數(shù)字電壓表的發(fā)展背景數(shù)字儀表是把連續(xù)的被測模擬量

2、自動地變成斷續(xù)的、用數(shù)字編碼式并以十進制數(shù)字自動顯示測量結(jié)果的一種測量儀表。這是一種新型儀表，它把電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動化技術(shù)與精密電測量技術(shù)密切地結(jié)合在起，成為儀器儀表領(lǐng)域中一個獨立的分支。數(shù)字儀表的種類很多，應(yīng)用場合各不相同，其部結(jié)構(gòu)也相差很大。根據(jù)儀表的用途(即被測量的性質(zhì))分為：數(shù)字電壓表、數(shù)字電阻表、數(shù)字電流表、數(shù)字功率表、數(shù)字Q(品質(zhì)因數(shù))表、數(shù)字電橋及電子計數(shù)器等 經(jīng)過適當(dāng)變換，還可制成測量多種非電量的儀表，如數(shù)字溫度表、數(shù)字轉(zhuǎn)速表、數(shù)字位移表、數(shù)字鐘、數(shù)字秤、數(shù)字測厚儀及數(shù)字高斯計等，還有多其他數(shù)字式測量儀器和測量裝置。自1952年，美國NLS公司首創(chuàng)四位數(shù)字電壓表，到現(xiàn)在

3、的三十多年中經(jīng)過了不斷的改進和提高。DVM的體積和功耗越來越小，重量不斷減輕，價格也逐步下降，可靠性越來越高，量程圍也逐漸擴大?；仡櫼韵翫VM的發(fā)展過程，大致可分為三個階段:數(shù)字化階段、高準確度階段、智能化階段。1972年，美國Intel公司首創(chuàng)微處理器，不久即研制出微處理器式數(shù)字電壓表，實現(xiàn)了DVM數(shù)據(jù)處理自動化和可編程序。當(dāng)前，智能儀器發(fā)展十分迅速，而微處理式DVM在智能儀表中占的比重最大。我國的數(shù)字電壓表是從60年代初期發(fā)展起來的，現(xiàn)在我國已經(jīng)有50多個單位研制生產(chǎn)數(shù)字儀表，并出現(xiàn)了多六位表和七位表，準確度達百萬分之幾，靈敏度已達到0.01uV。目前，數(shù)字電壓表已廣泛應(yīng)用在國防、科研、學(xué)

4、校、工礦企業(yè)、計量部門和各種物理量的非電量測量系統(tǒng)中。1.2 數(shù)字電壓表的發(fā)展現(xiàn)狀傳統(tǒng)的電壓表功能單一、精度比較低，不能滿足時代的需求，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、集成便，還可以去PC進行實時通信。目前，由各種單片A/D轉(zhuǎn)化器構(gòu)成的數(shù)字電壓表，已被廣泛用于電子及電工測量、工業(yè)自動化儀表、自動測試系統(tǒng)等智能化測量領(lǐng)域，顯示出強大的生命力。與此同時，由DVM擴展而成的各種通用及專用數(shù)字儀表儀器，也把電量及非電量測量技術(shù)提高到嶄新水平。數(shù)字電壓表的基本工作原理是利用A/D轉(zhuǎn)換電路將待測的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過相應(yīng)換算后將測試結(jié)果以數(shù)字形式顯示出來的一種電壓表。較之于

5、一般的模擬數(shù)字電壓表，數(shù)字電壓表具有精度高、測量準確、讀數(shù)直觀、使用便等優(yōu)點。最近十幾年來，隨著半導(dǎo)體技術(shù)、集成電路（IC）和微處理器技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字電路和數(shù)字化測量技術(shù)也有了巨大的進步，從而促使了DVM和A/D變換器的日新月異，并不斷出現(xiàn)新的類型。今后，總的趨勢隨簡單電路代替復(fù)雜電路；高準確度代替低準確度；低成本代替高成本；同時也向著自動化、程控化和智能化相結(jié)合的向發(fā)展。數(shù)字電壓表的設(shè)計和開發(fā)，已經(jīng)有多種類型和款式。傳統(tǒng)的數(shù)字電壓表各有特點，它們適合在現(xiàn)場做手工測量，要完成遠程測量并要對測量數(shù)據(jù)做進一步處理，傳統(tǒng)數(shù)字電壓表是無法完成的。然而基于PC通信的數(shù)字電壓表，既可以完成數(shù)據(jù)的傳遞，又可

6、以借助PC對測量數(shù)據(jù)的處理。所以數(shù)字電壓表無論在功能和實際上，都具有傳統(tǒng)電壓表無法比擬的特點，這使得它的開發(fā)和應(yīng)用具有良好的前景。1.3 數(shù)字電壓表的發(fā)展意義DVM的高速發(fā)展，使它已成為實現(xiàn)測量自動化、提高工作效率不可缺少的儀表，數(shù)字化是當(dāng)前計量儀器發(fā)展的主要向之一，而高準度的DC-DVC的出現(xiàn)，又使DVM進入了精密標準測量領(lǐng)域。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，測量是一種認識過程，就是用實驗的法將被測量和被選用的相同參量進行比較，從而確定它的大小。DVM廣泛應(yīng)用于測量領(lǐng)域

7、每期測量的準確度和可信度取決于它的主要性能和技術(shù)指標。所示我們要學(xué)習(xí)和掌握如設(shè)計DVM就顯得十分重要。數(shù)字電壓表對繁多的電量測試具有精度高,測量速度快,自動化程度高等優(yōu)點,在科研生產(chǎn)的電量測試中得到了廣泛的應(yīng)用。各種數(shù)字儀表中,數(shù)字電壓表的用途居于較為突出的地位,它不但用來測量各種電量,而且還廣泛用來進行各種非電量的電測量,同時在實現(xiàn)工業(yè)自動化,生產(chǎn)過程的自動控制以及測量本身的自動化等面,都起著很重要的作用。2 設(shè)計要求2.1 設(shè)計任務(wù)運用所學(xué)微控制器、智能儀器和現(xiàn)代測控系統(tǒng)等面的知識，設(shè)計出一臺以單片機為核心的智能儀器，完成信息的采集、處理、輸出及人機接口電路等部分的軟、硬件設(shè)計。1分組完成

8、下列設(shè)計任務(wù)中的一項：1)熱電偶多路溫度檢測儀 設(shè)計多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、程控增益放大電路等對4種不同熱電偶的輸出信號巡回檢測、顯示、鍵盤參數(shù)設(shè)置、打印溫度等功能。2)等精度頻率計 設(shè)計單片機控制部分、通道部分、同步門部分、計數(shù)器部分、鍵盤與顯示部分?？稍诰€鍵盤參數(shù)設(shè)置、定時檢測、顯示。3)智能流量監(jiān)測儀 設(shè)計流量檢測、處理與顯示電路，可在線鍵盤參數(shù)設(shè)置、定時檢測、顯示、定時打印流量的瞬時值和累計值。4)單片機電子計價秤 設(shè)計重量檢測、處理與顯示電路，對5種以上不同單價的商品進行稱量、計價和打印及鍵盤參數(shù)設(shè)置。5)步進電機控制儀 由單片機輸出脈沖對步進電機進行啟動、制動、相位、向、速度、位置等控制。例

9、如：設(shè)計程序，使步進電動機實現(xiàn)間斷性步進（30步，間隔0.5s）連續(xù)正傳（60步，0.1s）停頓（2s）反向間斷性步進（30步，間隔0.5s）連續(xù)反轉(zhuǎn)（60步，間隔0.1s）。6)智能數(shù)字電壓表 設(shè)計輸入衰減器、輸入放大器、有源濾波器、輸入電流補償電路、自舉電源、鍵盤與顯示部分?？稍诰€鍵盤參數(shù)設(shè)置、定時檢測、顯示。7)智能型數(shù)字PID調(diào)節(jié)器 設(shè)計信號采集、處理、輸出及人機接口電路（如數(shù)顯、鍵盤、指示報警）等部分的軟、硬件設(shè)計, 主要實現(xiàn)數(shù)字PID控制 。2應(yīng)用微機和單片機實驗開發(fā)裝置完成規(guī)定的實驗任務(wù)；3系統(tǒng)硬件部分包括傳感器、前置信號處理單元（放大器，濾波器等）、 A/D轉(zhuǎn)換、微處理器（MC

10、U）、鍵盤、顯示、打印、報警、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、程控增益放大電路、通信接口電路等；4系統(tǒng)軟件部分包括鍵盤掃描、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波、標度變換、顯示、打印、報警、通信、控制輸出、非線性校正、冷端溫度補償、通信等；5畫出儀表的硬件電路原理圖、PCB圖、面板結(jié)構(gòu)圖和軟件程序框圖；6編寫設(shè)計說明書一份，闡述儀器的工作原理和軟、硬件設(shè)計法。（ 硬件設(shè)計重點為：打印、通信接口電路、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、程控增益放大電路 軟件設(shè)計重點為：打印、通信、控制輸出、非線性校正、冷端溫度補償 ）2.2 設(shè)計要求1傳感器的選擇和前置信號處理單元設(shè)計；2A/D器件選擇（5G14433或ADC0809）及其與微控制器接口電路設(shè)計；3

11、參數(shù)給定電路的軟、硬件設(shè)計：通過按鍵及接口電路實現(xiàn)；4參數(shù)顯示電路的軟、硬件設(shè)計：通過LED、LCD或點陣式顯示器及接口電路實現(xiàn)；5參數(shù)報警電路的軟、硬件設(shè)計：通過語音接口電路板、喇叭或發(fā)光二極管實現(xiàn)；6參數(shù)打印電路的軟、硬件設(shè)計：通過微型打印機及其接口電路實現(xiàn)。7通信接口電路的軟、硬件設(shè)計：通過單片機通信接口電路實現(xiàn)；8控制輸出電路的設(shè)計：輸出模擬信號或開關(guān)量信號。2.3 實驗任務(wù)1顯示部分：包括LED顯示、LCD顯示和點陣式顯示；2鍵盤掃描部分：自定義按鍵功能，編寫并調(diào)試鍵盤掃描程序；3A/D轉(zhuǎn)換部分：利用雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器5G14433或逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809進行A/D轉(zhuǎn)

12、換；4故障報警部分：針對不同故障進行語音報警、喇叭報警或燈光報警；5打印部分：利用微型打印機打印出不同格式的數(shù)據(jù)或曲線(含日期、時間)；6通信部分：完成單片機與單片機或單片機與上位機通信的軟件調(diào)試。 3 設(shè)計案3.1 系統(tǒng)設(shè)計本設(shè)計主要分為兩部分：硬件電路及軟件程序。而硬件電路除了單片機系統(tǒng)電路之外，還包括了量程自動切換電路、A/D轉(zhuǎn)換接口及按鍵/顯示電路，各部分電路的設(shè)計及原理將會在硬件電路設(shè)計部分詳細介紹。程序的設(shè)計使用C語言編程，利用Proteus軟件對其編譯和仿真，詳細的程序會在程序設(shè)計部分詳細介紹。應(yīng)用最廣泛的八位單片機首推Intel的51系列。51系列優(yōu)點之一是它從部的硬件到軟件有

13、一整套的按位操作系統(tǒng)，稱作為處理器，它的處理對象不是字或字節(jié)而是位。雖然其他種類的單片機也具有處理功能，但能進行位邏輯運算的實屬少見。Intel公司應(yīng)用最廣泛的單片機包括AT89C51、AT89C52等，其中AT89C51是最典型的產(chǎn)品，可以做乘法和除法指令，給編程帶來了便利，并且有一條二進制十進制調(diào)整指令DA，這對于十進制的計量十分便。鑒于以上有利因素，在本設(shè)計中，我選用了AT89C51單片機芯片。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，目前不同廠家已經(jīng)生產(chǎn)出了多種型號的A/D轉(zhuǎn)換器，以滿足不同應(yīng)用場合的需要。如果按照轉(zhuǎn)換原理劃分，主要有3種類型，即雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器和并行式A/

14、D轉(zhuǎn)換器。目前最常用的是雙積分和逐次逼近式。雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器具有抗干擾能力強、轉(zhuǎn)換精度高、價格便宜等優(yōu)點，它們通常帶有自動較零、七段碼輸出等功能。與雙積分相比，逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換速度更快，而且精度更高，比如ADC0808、ADC0809等，它們通常具有8路模擬選通開關(guān)及地址譯碼、鎖存電路等，它們可以與單片機系統(tǒng)連接，將數(shù)字量送單片機進行分析和顯示。由于ADC0809比較常用，容易理解，并且功能完全可以滿足本設(shè)計的需要，所以我選用了ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片。由于本設(shè)計的任務(wù)，是完成一個智能數(shù)字電壓表的設(shè)計，不僅為了達到量程切換的結(jié)果，我選用數(shù)據(jù)選擇器CC4051來完成智能型電壓表

15、自動切換量程的功能。3.2 系統(tǒng)框圖圖3.1 系統(tǒng)框圖如系統(tǒng)框圖所示，該設(shè)計主要由量程切換電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機控制電路和LED顯示電路。在量程切換電路部分，可以根據(jù)所采集到的電壓選擇合適的量程，以使測量精度比較高。單片機給ADC提供一個啟動轉(zhuǎn)換信號之后，ADC轉(zhuǎn)換開始；當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，ADC輸出一個轉(zhuǎn)換結(jié)束標志信號，通知單片機讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。對于LED顯示電路，AT89C51單片機為控制器。4硬件電路4.1 單片機系統(tǒng)4.1.1 AT89C51性能AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機，片含有4KB的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器和128字節(jié)的隨機存儲器

16、。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容，由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，它為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的案。AT89C51功能性能:與MCS-51成品指令系統(tǒng)完全兼容；4KB可編程閃速存儲器；壽命：1000次寫/擦循環(huán)；數(shù)據(jù)保留時間：10年；全靜態(tài)工作：0-24MHz；三級程序存儲器鎖定；128*8B部RAM；32個可編程I/O口線；2個16位定時/計數(shù)器；5個中斷源；可編程串行UART通道；片震蕩器和掉電模式。 4.1.2 AT89C51各引腳功能A

17、T89C51提供以下標準功能：4KB的Flash閃速存儲器，128B部RAM，32個I/O口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片震蕩器及時鐘電路，同時，AT89C51可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e式停止CPU的工作，但允RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作，掉電式保存RAM中的容，但震蕩器停止工作并禁止其他所有工作直到下一個硬件復(fù)位。AT89C51采用PDIP封裝形式，引腳配置如圖4.2所示。圖4.1 AT89C51的引腳圖AT89C51芯片的各引腳功能為：P0口：這組引腳共有8條，P0.0為最低位。這8個

18、引腳有兩種不同的功能，分別適用于不同的情況，第一種情況是89C51不帶外存儲器，P0口可以為通用I/O口使用，P0.0-P0.7用于傳送CPU的輸入/輸出數(shù)據(jù)，這時輸出數(shù)據(jù)可以得到鎖存，不需要外接專用鎖存器，輸入數(shù)據(jù)可以得到緩沖，增加了數(shù)據(jù)輸入的可靠性；第二種情況是89C51帶片外存儲器，P0.0-P0.7在CPU訪問片外存儲器時先傳送片外存儲器的低8位地址，然后傳送CPU對片外存儲器的讀/寫數(shù)據(jù)。P0口為開漏輸出，在作為通用I/O使用時，需要在外部用電阻上拉。P1口：這8個引腳和P0口的8個引腳類似，P1.7為最高位，P1.0為最低位，當(dāng)P1口作為通用I/O口使用時，P1.0-P1.7的功能

19、和P0口的第一功能相同，也用于傳送用戶的輸入和輸出數(shù)據(jù)。P2口：這組引腳的第一功能與上述兩組引腳的第一功能相同即它可以作為通用I/O口使用，它的第一功能和P0口引腳的第二功能相配合，用于輸出片外存儲器的高8位地址，共同選中片外存儲器單元，但并不是像P0口那樣傳送存儲器的讀/寫數(shù)據(jù)。P3口：這組引腳的第一功能和其余三個端口的第一功能相同，第二功能為控制功能，每個引腳并不完全相同，Vcc為+5V電源線，Vss接地。ALE：地址鎖存允線，配合P0口的第二功能使用，在訪問外部存儲器時，89C51的CPU在P0.0-P0.7引腳線去傳送隨后而來的片外存儲器讀/寫數(shù)據(jù)。在不訪問片外存儲器時，89C51自動

20、在ALE線上輸出頻率為1/6震蕩器頻率的脈沖序列。該脈沖序列可以作為外部時鐘源或定時脈沖使用。/EA:片外存儲器訪問選擇線，可以控制89C51使用片ROM或使用片外ROM,若/EA=1，則允使用片ROM, 若/EA=0，則只使用片外ROM。/PSEN：片外ROM的選通線，在訪問片外ROM時，89C51自動在/PSEN線上產(chǎn)生一個負脈沖，作為片外ROM芯片的讀選通信號。RST：復(fù)位線，可以使89C51處于復(fù)位(即初始化)工作狀態(tài)。通常89C51復(fù)位有自動上電復(fù)位和人工按鍵復(fù)位兩種。XTAL1和XTAL2：片震蕩電路輸入線，這兩個端子用來外接英晶體和微調(diào)電容，即用來連接89C51片OSC(震蕩器)

21、的定時反饋回路。4.1.3 復(fù)位電路設(shè)計單片機在啟動運行時都需要復(fù)位，使CPU和系統(tǒng)中的其他部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。MCS-51單片機有一個復(fù)位引腳RST,采用施密特觸發(fā)輸入。當(dāng)震蕩器起振后，只要該引腳上出現(xiàn)2個機器期以上的高電平即可確保時器件復(fù)位1。復(fù)位完成后，如果RST端繼續(xù)保持高電平，MCS-51就一直處于復(fù)位狀態(tài)，只要RST恢復(fù)低電平后，單片機才能進入其他工作狀態(tài)。單片機的復(fù)位式有上電自動復(fù)位和手動復(fù)位兩種，圖4.2是51系列單片機統(tǒng)常用的上電復(fù)位和手動復(fù)位組合電路，只要Vcc上升時間不超過1ms，它們都能很好的工作。 圖4.2 復(fù)位電路4.1.4 時鐘電路

22、設(shè)計單片機中CPU每執(zhí)行一條指令，都必須在統(tǒng)一的時鐘脈沖的控制下格按時間節(jié)拍進行，而這個時鐘脈沖是單片機控制中的時序電路發(fā)出的。CPU執(zhí)行一條指令的各個微操作所對應(yīng)時間順序稱為單片機的時序。MCS-51單片機芯片部有一個高增益反相放大器，用于構(gòu)成震蕩器，XTAL1為該放大器的輸入端，XTAL2為該放大器輸出端，但形成時鐘電路還需附加其他電路。 本設(shè)計系統(tǒng)采用部時鐘式，利用單片機部的高增益反相放大器，外部電路簡，只需要一個晶振和 2個電容即可，如圖4.2所示。圖4.2 時鐘電路電路中的器件選擇可以通過計算和實驗確定，也可以參考一些典型電路的參數(shù)，電路中，電容器C1和C2對震蕩頻率有微調(diào)作用，通常

23、的取值圍是3010pF，在這個系統(tǒng)中選擇了33pF；英晶振選擇圍最高可選24MHz，它決定了單片機電路產(chǎn)生的時鐘信號震蕩頻率，在本系統(tǒng)中選擇的是12MHz，因而時鐘信號的震蕩頻率為12MHz。4.2 A/D轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換器是模擬量輸入通道中的一個環(huán)節(jié)，單片機通過A/D轉(zhuǎn)換器把輸入模擬量變成數(shù)字量再處理。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，目前不同廠家已經(jīng)生產(chǎn)出了多種型號的A/D轉(zhuǎn)換器，以滿足不同應(yīng)用場合的需要。如果按照轉(zhuǎn)換原理劃分，主要有3種類型，即雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器和并行式A/D轉(zhuǎn)換器。目前最常用的是雙積分和逐次逼近式。雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器具有抗干擾能力強、轉(zhuǎn)換精度高、價

24、格便宜等優(yōu)點，比如ICL71XX系列等，它們通常帶有自動較零、七段碼輸出等功能。與雙積分相比，逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換速度更快，而且精度更高，比如ADC0808、ADC0809等，它們通常具有8路模擬選通開關(guān)及地址譯碼、鎖存電路等，它們可以與單片機系統(tǒng)連接，將數(shù)字量送單片機進行分析和顯示10。ADC0809是采樣分辨率為8位的、以逐次逼近原理進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其部有一個8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進行A/D轉(zhuǎn)換。ADC0808是ADC0809的簡化版本，功能基本相同。一般在硬件仿真時采用ADC0808進行A/D轉(zhuǎn)換，實際使用時采用ADC

25、0809進行A/D轉(zhuǎn)換。圖4.3 ADC0809引腳圖4.2.1 ADC0809的部結(jié)構(gòu)ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，它有8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型A/D轉(zhuǎn)換器。 4.2.2 ADC0809的主要技術(shù)指標和特性a) 分辨率：8位二進制數(shù)；b) 總的不可調(diào)誤差：2LSB；c) 轉(zhuǎn)換時間：取決于芯片時鐘頻率；d) 單一電源：+5V；e) 模擬輸入電壓圍：單極性05V；雙極性5V，10V（需外加一定電路）；f) 具有可控三態(tài)輸出緩存器；g) 啟動轉(zhuǎn)換控制為脈沖式（正脈沖），上升沿使所有部寄存器清零，下降沿使A/D轉(zhuǎn)換開始；h) 使用時不需進行零點和滿

26、刻度調(diào)節(jié)。4.2.3 ADC0809的管腳ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如右圖所示。各引腳功能如下。a) ADC0809采用28引腳的封裝，雙列直插式；b) IN0IN78路0V+5V模擬電壓輸入端；c) DB7DB08路數(shù)字輸出線，輸出8位A/D轉(zhuǎn)換值；d) START啟動A/D轉(zhuǎn)換輸入端。若單片機在此引腳上加一個正脈沖時，脈沖的上升沿將部寄存器清0；其下降沿啟動A/D進行一次新的轉(zhuǎn)換；e) EOCA/D轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出信號，高電平有效。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換的START有效時，EOC處于低電平，表示正在轉(zhuǎn)換；當(dāng)EOC處于高電平時，表示A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束；f) OE允數(shù)字量輸出信號，高電

27、平有效。當(dāng)OE=1時。三態(tài)門打開，將A/D轉(zhuǎn)換后的值放到數(shù)據(jù)總線上供CPU用指令取走；g) CLOCK輸入時鐘脈沖端。頻率為500kHz；h) ADDR0、ADDR1、ADDR2模擬量輸入通道的地址選擇線；i) ALE地址鎖存允輸入信號。鎖存ADDR0、ADDR1、ADDR2；j) VCC+5V工作電壓源；k) GND接地端；l) REF(+)和REF(-)基準參考電壓，這兩個電壓決定輸入模擬量的程圍。4.2.4 ADC0809的接口法ADC0809的輸出引腳（D0-D7）可直接與單片機的數(shù)據(jù)總線相連；A、B、C、三條引腳與地址線中的低三位相連，使8路輸入端所對應(yīng)的地址圍是:FFF0H-FFF

28、7H。ADC0809工作時必須外接時鐘，如果單片機的主振頻率為6MHz，則可直接借用單片機的ALE信號作為ADC0809的時鐘信號。當(dāng)單片機不訪問片外RAM時（即不使用MOVX系列指令時），ALE信號是時鐘頻率的六分頻，在6MHz的晶振頻率下，ALE的頻率是1MHz。如果單片機采用了更高頻率（如12MHz）的晶振，直接用ALE作為ADC0809的時鐘就不恰當(dāng)了，此時可以把ALE二分頻之后再提供給ADC0809。ADC0809的輸入或輸出都是高電平有效，而MCS-51系列單片機上，一些引腳的輸或輸出卻為低電平有效，所以當(dāng)ADC0809與單片機相連接時，必須采用一些門電路進行電平轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換結(jié)

29、束信號EOC端通過“非門”與MCS-51單片機的INT1引腳相連，使每次A/D轉(zhuǎn)換完畢就產(chǎn)生中斷請求，MCS-51單片機收到中斷請求后，可讀取ADC0809的輸出數(shù)據(jù)。ADC0809的通道選擇如表4.1所示。表4.1 ADC0809的8路通道選擇A的輸入B的輸入C的輸入當(dāng)有工作的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7 該系統(tǒng)使用ADC0809并行A/D轉(zhuǎn)換芯片，使用單片機的2.0、2.1和2.2作為該芯片的控制口，其中P2.3給0809芯片提供時鐘脈沖，P2.2接轉(zhuǎn)換開始，P2.1接輸入允，0809轉(zhuǎn)換是用等待法等轉(zhuǎn)換結(jié)束再繼續(xù)執(zhí)行

30、程序。A/D轉(zhuǎn)換具體電路如圖4.4所示。圖4.4 A/D轉(zhuǎn)換電路4.3 量程自動切換電路在量程切換電路中，我選用模擬電子開關(guān)4051來做成一個多路選擇器。4051是單8通道數(shù)字控制模擬電子開關(guān)，有三個二進制輸入端A、B、C和INH輸入，具有低導(dǎo)通阻抗和很低的截止漏電流。4051的外形結(jié)構(gòu)如圖4.5所示。圖4.5 4051的外形結(jié)構(gòu)4.3.1 CC4051的介紹CC4051芯片是八選一模擬開關(guān)集成電路。它是一個帶有禁止端(INH)和三位譯碼端(A、B、C)控制的8路模擬開關(guān)電路；它的邏輯功能與管腳圖資料請見下面的表3.3，從功能表可知開關(guān)的特性。表3.3 4051管腳圖輸入接通通道INHCBAL

31、LLL0LLLH1LLHL2LLHH3LHLL4LHLH5LHHL6LHHH7HXXX均不接通4.3.2 量程轉(zhuǎn)換電路本次設(shè)計量程為：0.014.99V,0.0149.99V，51單片機和AD0809的基準電壓為5V,則其量程為0.014.99V , 所以其他量程分別10檔位。電路如圖用2個電阻串聯(lián)進行分壓，電阻為R1=90K,R2=10K,使進入AD0809電壓均小于5V，具體電路圖如圖4.6所示。圖4.6 量程切換電路4.4 LED點陣顯示電路4.4.1 LED點陣原理LED點陣是由發(fā)光二極管排列組成的顯示器件,在我們?nèi)粘Ｉ畹碾娖髦须S處可見，被廣泛應(yīng)用于汽車報站器，廣告屏等。特別是它的發(fā)

32、光類型屬于冷光源，效率及發(fā)熱量是普通發(fā)光器件難以比擬的，它采用低電壓掃描驅(qū)動，具有：耗電少、使用壽命長、成本低、亮度高、故障少、視角大、可視距離遠、規(guī)格品、可靠耐用、應(yīng)用靈活、安全、響應(yīng)時間短、綠色環(huán)保、控制靈活種等特點,其原理如圖4.7所示。圖4.7 LED原理圖從圖中可以看出，8X8點陣共需要64個發(fā)光二極管組成，且每個發(fā)光二極管是放置在行線和列線的交叉點上，當(dāng)對應(yīng)的某一列置1電平，某一行置0電平，則相應(yīng)的二極管就亮；要實現(xiàn)顯示圖形或字體，只需考慮其顯示式。通過編程控制各顯示點對應(yīng)LED陽極和陰極端的電平，就可以有效的控制各顯示點的亮滅。4.4.2 顯示屏驅(qū)動電路圖4.8 顯示屏驅(qū)動電路

33、74HC245是典型的CMOS型三態(tài)緩沖門電路。由于單片機或CPU的數(shù)據(jù)/地址/控制總線端口都有一定的負載能力，如果負載超過其負載能力，一般應(yīng)加驅(qū)動器。 本設(shè)計采用74HC245來驅(qū)動LED點陣的列，采用74LS138來進行行掃描，采用了兩片8*8點陣，另外加一個獨立LED來表示小數(shù)點，這也一定意義上局限了本系統(tǒng)最高量程只能到50V，精確到小數(shù)點后兩位。4.5 電源電路采用變壓器將市電220V降壓到9V交流，用單相整流橋電路將9V交流整流為直流電路，再用三端穩(wěn)壓器7805將直流9V降壓穩(wěn)壓為5V，給單片機系統(tǒng)以及外圍的所有電路供電。電源電路設(shè)計如圖4.9所示。圖4.9 電源電路4.6 超量程報

34、警電路電路測量圍最大為49.99V，若超出了此圍，單片機會驅(qū)動蜂鳴器報警，提示使用者測量電壓已經(jīng)超出圍，并且顯示屏也會顯示“”以顯示待測電壓過高，無法顯示。報警電路如圖4.10、4.11所示.圖4.10 蜂鳴器報警電路圖4.11 顯示屏報警電路5 軟件設(shè)計5.1 程序結(jié)構(gòu)智能數(shù)字電壓表系統(tǒng)軟件程序由主程序、A/D轉(zhuǎn)換子程序、量程切換子程序和顯示子程序組成。開始初始化調(diào)整量程調(diào)用AD轉(zhuǎn)換子程序 判定量程是否適合 N Y數(shù)據(jù)計算顯示圖5.1 主程序流程圖5.2 程序分析與設(shè)計/*智能電壓表C51文件LKJ 2014-9-24*/#include #include main.h/端口變量設(shè)置sbit

35、 LED = P00;sbit add_A = P25;sbit add_B = P26;sbit add_C = P27;sbit EOC = P21;sbit ST = P22;sbit CLK = P23;sbit CD4051_add = P24;/設(shè)置CD4051地址，自動切換量程sbit Buzzer = P20;/超量程報警/*全局變量*/關(guān)于點陣顯示unsigned int cnt_scan = 0;unsigned char cnt_scan_flag = 0;/掃描unsigned char add = 0;/掃描地址unsigned char dnum_F = 0;/前兩

36、個數(shù)unsigned char dnum_B = 0;/后兩個數(shù)float V_float = 0;/檢測電壓值unsigned int V_show = 0;/顯示值unsigned int cnt_show = 0;/掃描時間unsigned char cnt_show_flag = 0;unsigned char AD_DATA;/儲存原始AD值unsigned char OverFlag = 0;/超量程標志/*延時約150us*/void delay(unsigned char i)unsigned char j;while(i-)for(j=125;j0;j-); /*初始化*/v

37、oid init() /定時器中斷初始化TMOD = 0 x22;TH0 = 0 x9C;TL0 = 0 x9C;/100usTR0 = 1;ET0 = 1;TH1=216;TL1=216;/用T1產(chǎn)生CLK信號40usTR1=1;ET1=1;EA = 1; /AD初始化ST=0;/CD4051初始化CD4051_add = 0;Buzzer = 1;/*AD轉(zhuǎn)換*/void AD()ST = 0;/OE = 0;delay(1);ST = 1; /啟動ADdelay(1);ST = 0;while(0 = EOC); /AD轉(zhuǎn)換完畢/OE = 1;AD_DATA = P0;/OE = 0void AD_Deal()/*量程切換算法*/if(AD_DATA = 255)/如果超量程了，先看是否能提高量程，否則報警if(CD4051_add = 0) CD4051_add = 1;else Buzzer = 1; OverFlag = 1;else if(AD_DATA = 5)cnt_scan_flag = 1;cnt_scan = 0;/1mscnt_show+;if(cnt_show = 5000)cnt_show_flag