單片機(jī)課程設(shè)計(jì)數(shù)字交直流電壓表

1、南昌工程學(xué)院Nanchang Institute of Technology課 程 設(shè) 計(jì)技術(shù)交流：qq：1294976338 群：99133698課程名稱： 指導(dǎo)老師： 學(xué)院： 專業(yè)（班級）： 學(xué)號： 姓名： 日期： 目錄一、硬件模塊的設(shè)計(jì)21.總體設(shè)計(jì)22.量程轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)33.直流放大電路與交流真有效值轉(zhuǎn)換電路34.AD轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)45.單片機(jī)核心模塊設(shè)計(jì)5二、軟件模塊的設(shè)計(jì)61.程序流程62.AD數(shù)據(jù)采樣模塊73.顯示模塊8三、仿真與調(diào)試9四、總結(jié)10參考文獻(xiàn)11附錄A 原理圖12一、硬件模塊的設(shè)計(jì)1.總體設(shè)計(jì)硬件的總體設(shè)計(jì)如圖2.1所示，量程切換部分包括信號衰減，把要測量的電壓衰減到

2、200mv以內(nèi)，因?yàn)锳D736只能轉(zhuǎn)換有效值為200mv內(nèi)的電壓。交流有效值轉(zhuǎn)換我們選用硬件直接轉(zhuǎn)換， 這里選用常見的AD736真有效值轉(zhuǎn)換芯片。直流 放大部分，這里選用的是LM324構(gòu)成的最簡單的同相電壓放大 電路，放大倍數(shù)為10倍。模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊我們選用常用的adc0808，實(shí)現(xiàn)簡單，在要求不高的場合比較適用。處理核心我們選用AT89C51,對于本課程設(shè)計(jì)，由于對處理速度功能復(fù)雜程度要求不太高，對于51本身的片內(nèi)資源在本課題中還是能滿足要求。顯示模塊，按照要求我們選用4個數(shù)碼管作為電壓的顯示只有正電壓，量程為0250v。超量程報警電路和量程指示模塊比較簡單看就懂，不贅述。 量程切換交直流切換

3、交流真有效值轉(zhuǎn)換直流放大AT89c51單片機(jī)處理模塊超量程警報數(shù)碼管顯示電壓模塊ADC0808模數(shù)轉(zhuǎn)換MV/V指示 圖1.1 系統(tǒng)總體框圖2.量程轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 圖1.3量程開關(guān) 圖1.2 量程切換與衰減電路量程切換這里選用一個雙聯(lián)開關(guān)（同時切換），五個檔位分別為200mv，2v，20v，200v，250v；檔位的調(diào)節(jié)這里選用串聯(lián)的電阻將高電壓衰減為低電壓，然后送人后續(xù)處理電路。電阻選擇從下到上依次是10k，90k，900k，9M，2.5M,當(dāng)選擇對應(yīng)的量程是，理論上的衰減比為1/10, 1/100, 1/1000, 1/1250。使待測電壓最后輸出在200mv以內(nèi)，衰減后的待測電壓直接送入后續(xù)

4、電路處理。3.直流放大電路與交流真有效值轉(zhuǎn)換電路 圖1.4 直流放大電路直流放大電路用來放大經(jīng)量程衰減電路后輸出的直流電壓和經(jīng)交直流有效值轉(zhuǎn)換后輸出的直流電壓（交直流通過sw1切換），這里采用LM324集成運(yùn)放構(gòu)成的簡單放大器，反饋電阻R10為10k，反相端電阻R9為1k，根據(jù)同相放大器的公式：Auf=1+Rf/R9易得放大倍數(shù)理想情況是10倍，放大后的電壓在2v以內(nèi)。經(jīng)輸出端直接送到AD轉(zhuǎn)換電路，為了提高AD轉(zhuǎn)換的精度所以AD的模擬參考電壓也應(yīng)該調(diào)到2v。 圖1.5 交流真有效值轉(zhuǎn)換上圖為AD736構(gòu)成的真有效值轉(zhuǎn)換典型電路，采用9V電池的供電電路。R2、R3為均衡電阻,通過它們可使VCOM

5、=E/2=4.5V。C1、C3、C4為電源濾波電容。該電路為高阻抗輸入方式,適合于接高阻抗的分壓器。最大的可轉(zhuǎn)換的有效值為200mv。4.AD轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 圖1.6 adc0808應(yīng)用電路AD轉(zhuǎn)換選用的八位的逐次比較器ADC0808，基準(zhǔn)電壓選用2v，可以提高精度，方便運(yùn)算；0808的電路構(gòu)成形式比較簡單易于實(shí)現(xiàn)，在要求不高的場合比較適合。選擇通道一作為模擬電壓輸入端，clk選用典型的640k。5.單片機(jī)核心模塊設(shè)計(jì) 圖1.8 晶振電路 圖1.9 復(fù)位電路 圖1.7 單片機(jī)核心單片機(jī)選用的是at89c51，對于本課題要求的速度和測量范圍，單片機(jī)本身的資源 足夠滿足要求。晶振電路選用的是內(nèi)部的R

6、C震蕩電路，晶振選用12M.復(fù)位電路選用最典型的阻容復(fù)位。 二、軟件模塊的設(shè)計(jì)1.程序流程主函數(shù)中斷和AD初始化超量程判斷檔位確定電壓顯示Mv/V指示警報電壓采集中斷函數(shù)讀取AD采樣電壓啟動AD中斷返回2.AD數(shù)據(jù)采樣模塊圖2.1 0808時序圖 圖2.2 中斷采樣測序根據(jù)時序圖，我們選用的是中斷采樣，利用0808的EOC引腳作為外部觸發(fā)端，進(jìn)入中斷首先是將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)取出來，取出的方式如時序所示。另外當(dāng)取完數(shù)據(jù)后就是啟動AD等待下一次AD采樣的完成，中斷返回。因?yàn)锳D采樣選用的模擬電壓是2v，所以采的原始數(shù)據(jù)乘以二，整數(shù)部分除以255直接送到數(shù)碼管顯示。小數(shù)部分將其分離，另作處理。3.顯示模

7、塊 圖2.3 數(shù)碼管顯示程序這部分測序主要完成的功能是處理原始數(shù)據(jù)，顯示待測電壓，完成量程的判斷。首先是處理原始數(shù)據(jù)，將從中斷取得的 原始數(shù)據(jù)進(jìn)行變換使得整數(shù)部分和小數(shù)部分分離，隨后是逐個顯示電壓，這里采用的是動態(tài)顯示。量程 的判斷主要用來確定小數(shù)點(diǎn)的位置，不同的量程小數(shù)點(diǎn)所在的位置是不同的。 三、仿真與調(diào)試 圖2.4 仿真效果圖這是交流毫伏檔的測量效果，這是比較準(zhǔn)確的；但是換擋后誤差就比較大，主要原因是因?yàn)榉謮弘娮璧恼`差太大，也可能 是仿真軟件本身的漏洞。調(diào)整了許多次電阻 ，電阻的分壓系數(shù)都不理想。最小誤差在1%?？紤]了直流放大器因電阻的誤差，這里我們選用 了滑動變阻器來抵消影響，但還是不行

8、。不知道什么原因。經(jīng)過分析，為了使得AD轉(zhuǎn)換的精度比較高，和使設(shè)計(jì)易于實(shí)現(xiàn)，AD的模擬參考電壓選擇是2v，由于精度的原因，所以還是不能做到很高，在顯示毫伏的時候顯示的是三位數(shù)。圖2.5 mv、v指示上圖是MV和V的指示燈，這是顯示當(dāng)前正測量200mv以內(nèi)的電壓，正常顯示，當(dāng)切換量程后紅燈亮，綠地熄滅表示測量的讀數(shù)是V.同時當(dāng)切換量程時，由于剛開始電壓還不穩(wěn)定，當(dāng)電壓有效值大于所選量程的量程是，報警電路發(fā)出報警聲。提示在該量程檔電壓的范圍超出，當(dāng)?shù)却欢螘r間后報警聲還沒有消失，則應(yīng)該切換更高的量程檔進(jìn)行測量。但這也存在一個問題，就是要等待的時間大概多長，由于實(shí)際電路和仿真還是有區(qū)別的。所以無法確

9、定等待的時間。對于一般的用戶，如果不知道時間就會盲目的切換檔位，導(dǎo)致測量不準(zhǔn)確。所以正確的做法是不在每個檔位都設(shè)置報警，只在最高量程設(shè)置，這樣可避免盲目的切換檔位。四、總結(jié)此次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，總體上滿足了設(shè)計(jì)的基本要求；能實(shí)現(xiàn)AD的數(shù)據(jù)采樣和顯示，能夠按照不同的電壓選擇不同的檔位進(jìn)行測量，并完成超量程警報以及要求的MV/V的指示。但也存在許多的 不足，比如說測量的準(zhǔn)確度不夠高，測量的穩(wěn)定性不夠高，測量速度也不夠 快，需要等待很長時間才能得到比較穩(wěn)定的數(shù)據(jù)。這主要是由幾方面的原因引起：首先AD是的選取，選擇8為的AD在一般場合是可以的，但本 課題要求的是用四位數(shù)碼管顯示電壓，而0808的分辨率只

10、能到0.0190.02之間，顯示的位數(shù)要到四位的話精度顯然不夠。另外選擇得交直流真有效值轉(zhuǎn)換器的參數(shù)調(diào)整不夠精確，直接導(dǎo)致了測量的速度比較慢，測量精度不夠 高；偶爾有時不穩(wěn)定一直在某幾個數(shù) 之間跳動，對讀數(shù)十分不利；轉(zhuǎn)換出來的有效值和實(shí)際值之間的誤差在±1%范圍內(nèi)。經(jīng)過前級的衰減電路和有效值變換，隨后經(jīng)過的是直流放大電路，將直流放大10倍，在2v以內(nèi)，這樣做事為了提高AD轉(zhuǎn)換的精度。由于直流放大電路采用的是最簡單的形式，本身的不穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度也給電壓的精確讀造成了較大的影響，另外電路的相對誤差隨著電壓的不同而不同，這給調(diào)試帶來極大的不方便，使得放大器的放大倍數(shù)始終調(diào)不到一個正確的值。除了上述的基本要求和在實(shí)際做的情況下存在的一些問題外，最重要的就是電路的延展性不好。在一般情況下，數(shù)字電壓表除了能完成課程設(shè)計(jì)的基本要求外還要有超量程的測量能力，能測量正負(fù)電壓，有電壓暫存的功能；有完善的電路保護(hù)，抗干擾性好等特性。這些本電路都不具備，這是很大的一個空缺。通過此次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，讓我們學(xué)到了許多。知道了自己的不足，知道了自己和實(shí)際間的差距，以前課本的理論知識運(yùn)用到 實(shí)際這需要下很大的功夫。這給我們以后的學(xué)習(xí)生涯是一次很好的提煉。 參考文獻(xiàn)1模擬電子技術(shù)，胡宴如，高等教育出版社，19992電子技術(shù)（數(shù)字部分），康華光，高等教育出版社，20063電工電子實(shí)踐指導(dǎo)，莫釗，江