电气自动化毕业论文数字电压表.doc

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1、河南工程学院毕业设计（论文）数字电压表学生姓名 田俊鹏 系 （部） 电气信息工程系 专 业 电气自动化技术 指导教师 程 辉 2009年5月20日摘 要数字电压表（DigitalVoltmeter）简称DVM，它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量（直流输入电压）转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。传统的指针式电压表功能单一、精度低，不能满足数字化时代的需求，采用单片机的数字电压表，由精度高、抗干扰能力强，可扩展性强、集成方便，还可与PC进行实时通信。目前，由各种单片A/D转换器构成的数字电压表，已被广泛用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域，示出强大的生命

2、力。与此同时，由DVM扩展而成的各种通用及专用数字仪器仪表，也把电量及非电量测量技术提高到崭新水平。本设计主要是以AT89C4051单片机为核心的电压测量系统，该系统能够在单片机的控制下完成对电压信号采集，能够根据采样值进行量程自动转换，并且测量结果可通过四个数码管显示出来。 关键词：AT89C4051单片机 数字电压表 CD4051模拟开关 LM331压频变换。AbstractReferred to as digital voltage meter DVM, It is the use of digital measuring technology, The continuous analo

3、g (DC input voltage) converted to discrete, Discrete digital form and the instrument display. The traditional single function pointer voltmeter, low accuracy, can not meet the needs of the digital age, using single-chip digital voltage meter, by the high precision, strong anti-interference ability,

4、scalability, and integration of convenience, can also be carried out with the PC real-time communication. At present, from a variety of single-chip A / D converter consisting of digital voltage meter, has been widely used in electronics and electrical measurement, industrial automation instruments,

5、automated test measuring the area of intelligent systems, showing strong vitality. At the same time, the expansion of the DVM from the various general and dedicated digital instrumentation, but also the power and non-power measurement technology to new levels.The AT89C4051 is a single chip designed

6、for use mainly at the core of the voltage measurement system, which can be completed under the control of single-chip voltage signal acquisition can be carried out according to sampling range automatically converted value and the measurement results can be of four digital control displayed.Key words

7、:目 录前言21. 设计方案31.1设计思路31.2系统设计方框图32. 电路原理分析42.1总体电路设计42.2信号采集电路42.3压频变换电路62.4复位电路62.5显示电路73.软件设计83.1主程序流程图83.2主程序8结束语9参考文献10致 谢11附 录12前 言传统的指针式电压表功能简单，人为误差和系统误差都比较大，携带不方便等缺点，已经不能满足数字化时代人们的需求，而本次设计的基于单片机数字电压表，有精度高，抗干扰能力强，集成方便，可以进行直流和交流两种测量功能，并且量程可已自动切换等优势。论文首先介绍了基于AT89C4051单片机的数字电压表系统硬件设计。硬件电路部分由电压采样

8、电路、通道选择电路、压频变换电路、单片机及其周边电路、显示电路、声音报警电路等组成。文中给出了电路图，并介绍了系统的工作原理。单片机及其周边电路模块采用了AT89C4051作为微处理器；显示部分采用了LED数码显示器。软件部分由主程序和中断服务程序组成。论文给出了各程序模块的部分原程序代码。1. 设计方案1.1 设计思路该数字电压表有两个选择开关，分别为S2、S3，其中S2控制直流电压信号的输入，S3控制交流电压信号的输入。S1为单片机复位按钮，K1为继电器，控制交、直流的自动转换。电路采用AT89C4051的计数器功能实现对脉冲信号的计数，通过HCF4094送7段数码管显示数字，电源为+5V

9、直流电压，该数字电压表的直流电压量程为-2V到+2V,交流电压量程为0V到200V。本设计思路清晰，电路简单，易于实现。1.2 系统设计方框图基于设计思路，总体方框图如图1所示电路初始化后首先通过开关S2、S3选择模拟开关的110通道和111通道，输出的电压信号经过压频变换后送给单片机进行计脉冲数目，通过单片机进行处理后，输出到显示电路，同时相应的数码管DS2、DS3点亮，表示电压表正常工作。当直流或交流表测量值超过量程时，报警器就会发出报警声。图1：系统总体方框图2.电路原理分析2.1总体电路设计 数字电压表总体设计硬件原理图见附录1。 本系统根据输入量由继电器自动控制开关接直流输入电路还是

10、交流输入电路，把衰减、整流、滤波后所得的电压信号送给模拟开关CD4051,并且由单片机89C4051控制模拟开关的交、直流通道，然后把该信号送给压频变换电路LM331N把输入的电压信号转变成频率脉冲数送交单片机进行计数，最后把记得的脉冲数进行处理送数码管显示，同时对应的指示灯被点亮。如果被测电压超过电压表的量程电压表会自动报警。2.2信号采集电路该部分电路包括直流电压信号采集电路和交流电压信号采集电路两部分。直流电压信号采集电路如图2所示，in为被测直流电压信号输入端，输入电压经R1、R2分压后送给电压跟随器U1然后与基准电压一起送进同向加法器OP07相加后送给模拟开关CD4051。交流电压信

11、号采集电路如图3所示，被测交流电压由IN输入后经过衰减送给电压跟随器稳压后经过整流、滤波等一系列处理后送给模拟开关CD4051。与此同时单片机把按键的处理结果送至模拟开关CD4051，控制选择是交流通道还是直流通道。然后把信号传递给压频变换器LM331N。图2：直流电压信号采集电路图3：交流电压信号采集电路2.3压频变换电路利用LM331 的频率/ 电压(F/ V) 转换电路将模拟开关送人的电压信号转变为频率信号送给单片机P0口进行数据处理与显示如图4 所示,由LM331 的VIN 端输入的待测电压信号,经LM331的V/ F 转换为频率脉冲后从FOUT 端输出,输出脉冲的频率与输入的电压成线

12、性关系,关系式为fout = R28Vin/ (2.09 *R15*R16*C11) 图4：压频变换电路2.4复位电路复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。如图4所示，复位键SR接于AT89C4051芯片的RST接口，用与控制倒数计时器的复位操作。计时器运行时按下S1键，计时器停止计数，或计数完成后按S1键进入下一轮计数工作。图5复位电路2.5显示电路 本系统显示设计采用HCF4094芯片来驱动8段LED数码管显示。使用该芯片可以减少单片机I/

13、O口的使用，只需要三个输出接口就可以了。其接口电路如图6所示。图6显示电路3.软件设计3.1主程序流程图3.2主程序（略）结束语:AT89C4051单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强、对环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好。即使是非电子计算机专业人员，通过学习一些专业基础知识以后也能依靠自己的技术力量来开发所希望的单片机应用系统。本设计的控制系统只是单片机广泛应用于各行各业中的一例，数字电压表轻巧方便、系统稳定、由精度高、抗干扰能力强，可扩展性强。并且可以测量交流、直流两种电流，功能更加强大，本设计采用了继电器自动控制交直流的变换，不需要再进行人工手动的调整，使用更加方便！设计是我们将来

14、必需的技能，这次电子大赛设计恰恰给我们提供了一个应用自己所学知识的机会，从再图书馆查找资料到对电路的设计和对电路的仿真再到最后电路的成形，都对我们所学的知识进行了检验。可以说，本次电子大赛的设计有苦也有甜。设计思路是最重要的，只要你的设计思路是成功的，那你的设计已经成功了一半。因此我们应该在设计前做好充分的准备，像查找详细的资料，为我们设计的成功打下坚实的基础。制作过程是一个考验人耐心的过程，不能有丝毫的急躁和马虎，对电路的调试要一步一步来，不能急于求成，因为是在电脑上调试，比较慢，又要求我们有一个比较正确的调试方法，像把频率调快等。这又要我们要灵活处理，在不影响试验的前提下可以加快进度。要熟

15、练地掌握课本上的知识，这样才能对试验中出现的问题进行分析并得以解决。同时在这次参赛的过程中我们还学会了如何具体的分工协作，以便充分的发挥每个人的特长，protel学的好的就主要负责做电路板，编程学的好的就主抓编程，动手能力强的就做实验、调试等等。经过半个多月的努力及老师的悉心知道我们的设计终于完成了！参考文献1李全利.单片机原理及应用技术M.高等教育出版社2韩全力.微型控制技术应用M.机械工业出版社3王治刚.单片机应用技术实训M.清华大学出版社4徐仁贵.单片机微型计算机应用技术M.机械工业出版社5胡汉才.单片机原理及其接口技术M.北京：清华大学出版，19966付家才.单片机控制工程实践技术M.

16、北京：化学工业出版社，2004.057潘新民.微型计算机控制技术M.北京：人民邮电出版社，1999.098蒋万君.在论循环时序电路的简便设计M.机电一体化，2005第5期9单片机应用技术与实例M.机械工业出版社10 夏继强. 单片机实验与实践教程M.北京航空航天大学出版社, 2001 致 谢在指导老师的亲切关怀和悉心指导下，我们的设计终于画上了圆满的句号。当我敲下“致谢”两个字时，心中无限感慨。回眸过去，一路走来，需要感谢的人太多，实在是这些简单的文字所不能表达和承载的。首先诚挚的感谢肖海红老师对我们的严格要求和悉心指导，肖老师渊博的学识、非凡的气质、敬业的工作作风、独特的人格魅力，始终感染着我们、激励着我们，这些都将成为宝贵的财富让我们享用终身。肖老师不仅在学业上给我们以精心指导，同时还在思想上给我们以无微不至的关怀，在此谨向肖老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。感谢所有教育过我们的老师！你们传授给我们的专业知识是我们不断成长的源泉，也是完成本论文的基础。 附录1