毕业设计论文基于单片机的交直流数字电压表的设计.doc
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1、黑龙江东方学院本 科 生 毕 业 论 文(设 计)论文题目:基于单片机的交直流数字电压表的设计学 部 计算机 专 业 电气工程及自动化 姓 名 班 级 07级3班 学 号 指导教师 答辩日期 2011 年5月14日 黑龙江东方学院本科生毕业论文(设计)基于单片机的交直流数字电压表的设计摘 要单片机是一种集成电路芯片,采用超大规模技术把具有数据处理能力(如算术运算,逻辑运算、数据传送、中断处理)的微处理器(CPU)。随着单片机技术的飞速发展,各种单片机蜂拥而至,单片机技术已成为一个国家现代化科技水平的重要标志。单片机可单独地完成现代工业控制所要求的智能化控制功能,这是单片机最大的特征。单片机控制
2、系统能够取代以前利用复杂电子线路或数字电路构成的控制系统,可以软件控制来实现,并能够实现智能化。现在单片机控制范畴无所不在,例如通信产品、家用电器、智能仪器仪表、过程控制和专用控制装置等等,观察独立分析、设计单片机的能力,以及实际编程技能。本课题主要解决A/D转换、数据处理及显示控制等三个模块。控制系统采用AT89S52单片机,A/D转换采用AD7236。关键词:A/D,AT89S52,ADC0809- 36 -Design of digital voltmeter meter base on singlechipAbstractWith Chip Processor is a kind of
3、 chip of integrated circuit, adopt to exceed large-scale technology have data handling ability( such as arithmetic manipulation, logic is operational , data deliver and suspend handling) tiny processor ( CPU ). Along with Chip Processor technology develop fast, various Chip Processor come in great n
4、umbers, Chip Processor technology has become a important sign of the national modern level of science and technology.Chip Processor can complete modern industrial control alone the intelligent control function that will beg, this is the feature of biggest Chip Processor. When Chip Processor control
5、system can replace, using the control system that complex electron Graduate the program of design is ;the design of digital volmeter ;. Check on our condition for the aspects such as Chip Processor technology and programming ability mainly. Observe actual programming ability as well as the ability o
6、f independent analysis and design Chip Processor. This program solves the data handling and conversion of A/D mainly and shows the 3 modulars such as control. Control system adopts AT89S52 only flat machine, the conversion of A/D adopts ADC0809.Keywords: AT89S52, AD7236,ADC0809 目录 摘要Abstract第1章 绪论1
7、1.1数字电压表的发展概述1 1.2国内外研究现状2 1.3课题的任务及意义2 1.3.1数字电压表的原理2第2章 系统的设计及原理4 2.1输入电路部分 4 2.2 真有效值转换电路5第3章 芯片介绍8 3.1AD736工作原理及管脚功能 8 3.1.1 典型应用电路8 3.1.2注意事项 10 3.1.3AD736的应用 10 3.2AT89S52概述 11 3.2.1引脚功能描述 11 3.3AD0809简介 13 3.3.1AD0809的逻辑结构13 3.3.2AD0809的工作原理 14 3.3.3AD0809应用说明15第四章 数字电压表的软件设计 16 4.1主程序设计16 4.
8、2外中断服务程序16 4.3软硬件测试17基于单片机的交直流数字电压表的设计第一章 绪论1.1数字电压表的发展综述数字电压表简称DVM,是采用数字化测量技术,把连续的模拟量转换成不连续的、离散的数字形式并加以显示的仪表。与传统的模拟式仪表比较,具有显示清晰直观,读数准确,测量范围宽,扩展功能强等优点。适用于数学实验演示及测控设备仪表等多种场合。数字电压表是诸多数字化仪表的核心与基础,电压表的数字化是将连续的模拟量如直流电压转换成不连续的离散的数字形式并加以显示,这有别于传统的以指针加刻度盘进行读数的方法,避免了读数的视差和视觉疲劳。目前数字万用表的内部核心部件是A/D转换器,转换器的精度很大程
9、度上影响着数字万用表的准确度,本文A/D转换器采用ADC0809对输人模拟信号进行转换,控制核心AT89S52再对转换的结果进行运算和处理,最后驱动输出装置显示数字电压信号。 模拟式电压表具有电路简单、成本低、测量方便等特点,但测量精度较差,特别是受表头精度的限制,即使采用0.5级的高灵敏度表头,读测时的分辨力也只能达到半格。再者,模拟式电压表的输入阻抗不高,测高内阻源时精度明显下降。数字电压表作为数字技术的成功应用,发展相当快。数字电压表(Digital VoIt Me-ter,DVM),以其功能齐全、精度高、灵敏度高、显示直观等突出优点深受用户欢迎。特别是以A/D转换器为代表的集成电路为支
10、柱,使DVM向着多功能化、小型化、智能化方向发展。DVM应用单片机控制,组成智能仪表;与计算机接口,组成自动测试系统。目前,DVM多组成多功能式的,因此又称数字多用表(Digital Multi Meter,DMM)。DVM是将模拟电压变换为数字显示的测量仪器,这就要求将模拟量变成数字量。这实质上是个量化过程,即将连续的无穷多个模拟量用有限个数字表示的过程,完成这种变换的核心部件是A/D转换器,最后用电子计数器计数显示,困此,DVM的基本组成是A/D转换器和电子计数器。DVM最基本功能是测直流电压,考虑到仪器的多功能化,可将其他物理量,如电阻、电容、交流电压、电流等,都变成直流电压,因此,还应
11、有一个测量功能选择变换器,它包含在输入电路中。DVM对直流电压直接测量时的测量精度最高,其他物理量在变换成直流电压时,受功能选择变换器精度的限制,测量精度有所下降。1.2 国内外研究现状传统的电压表功能单一、精度比较低,不能满足时代的需求,采用单片机的数字电压表精度高、抗干扰能力强,可扩展性强、集成方便 ,还可以与PC进行实时通信。目前,由各种单片A/D转化器构成的数字电压表,以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,显示出强大的生命力。与此同时,由DVM扩展而成的各种通用及专用数字仪表仪器,也把电量及非电量测量技术提高到崭新水平。 数字电压表的设计和开发,已经
12、有多种类型和款式。传统的数字电压表各有特点,它们适合在现场做手工测量,要完成远程测量并要对测量数据做进一步处理,传统数字电压表是无法完成的。然而基于PC通信的数字电压表,既可以完成数据的传递,又可以借助PC对测量数据的处理。所以数字电压表无论在功能和实际上,都具有传统电压表无法比拟的特点,这使得他的开发和应用具有良好的前景。1.3课题的任务及意义1课题的任务(1)通过毕业设计进一步掌握单片机应用系统设计方法和调试过程。(2)掌握交直流电压表的设计方法。(3)掌握交直流调试方法。2课题的意义随着电子科学技术的发展,电子测量成为广大电子工作着必须掌握的手段,对测量的精度和功能的要求也越来越高,而电
13、压的测量甚为突出,因为电压的测量最为普遍。本设计利用单片机技术结合A/D转换芯片构建一个数字电压表。它量程宽,精度高,显示位数多,分辨率高,易与实现测量自动化,在现代测量中占据了巨大的地位。设计的实现能够用于改进或维修学校部分实验室损坏的数字电压表,因而本设计具有非常实际的意义。1.3.1 数字电压表的原理随着科学技术不断的发展,人们对直流电压表的要求也越来越高。本文通过对数字直流电压表的深入研究,分析现有直流电压表所存在的不足,针对这种情况,设计出一个更好的电路系统。本文首先简要地介绍设计的原理与结构,按照步骤,介绍硬件电路设计和软件设计过程,重点是硬件电路中选择芯片的介绍以及具体调试过程中
14、的问题解决,再由单片机控制放大电路的选择,并且通过芯片A/D7236将电压值显示在LED上通常电压表可由微安表(电流表的一种)或灵敏电流计来改装.在微安表满偏电流与内阻一定的情况下,只要串联一个足够大的电阻,则它两端所能承受的电压也将随之变大.不妨设满偏电流为I,而微安表内阻为r,而串联电阻的阻值为R,则该改装电压表的量程为I*(R+r).R越大,量程越大.此可以当作电压表为什么要串联一个大电阻的原因之一了。电压表工作时,是并联在待测电路或者电阻上的,这时电压表和电路两端的电压相等.如果电压表的电阻不可忽略,则电压表和待测电阻组成并联电路的总阻值为:1/R并=1/R待测+1/R电压表当且只当电
15、压表的内阻无限大的时候可以认为1/R电压表=0则可认为并联电路的阻值即是待测电阻的阻值,即可认为通过电压表的电流为0,认为电压表的两端不参与到电路之中的.所以为了精准地测出电路电压,电压表必须得有极大的电阻,否则便不可忽略,测得的值便不准确.当然我们也可以同样认为,任何电压表都是不可能不参与到电路中,也不可能是绝对准确的,它所测得的电压值总是会比真实值低一点的.(这是因为并联电阻总是比任一个并联电路中的电阻小,故而并联以后电路分压必定减少.)当然另外必须考虑的一点是,电压表的量程并不是越大就越好的,因为人的读数总是存在偏差的,量程越大,则读数可能带来的绝对偏差越大.只要适合量程的电压表就好了。
16、第二章 系统设计及原理本设计以单片机为电路的核心部件,采用软件编程和硬件相结合的方式设计了一种量程可以自动切换且具有高清晰度显示的数字式交直流电压表,其硬件电路简单,主要用软件编程的方式检测输入信号的大小来实现数字电压表的量程自动切换功能,在硬件电路上通过发光二极管来显示被测电压所选着的档位。输入的模拟电压通过A/D转换模块将其转换成数字电压,在通过软件编程的方式使其在LED数码显示器上显示出来,实现了数字电压表的数字显示功能。双积分ADC的基本原理是对输入模拟电压和参考电压分别进行两次积分,将输入电压平均值变成与之成正比的时间间隔,然后利用时钟脉冲和计数器测出此时间间隔,进而得到相应的数字量
17、输出。由于该转换电路是对输入电压的平均值进行变换,所以它具有很强的抗工频干扰能力,在数字测量中得到广泛应用。说明电路将模拟电压转换为数字量的基本原理模拟电压信号经过档位切换到不同的分压电路衰减后,经隔离干扰通过转换开关控制,若测量直流电压值直接送到A/D转换电路进行A/D转换,若测量交流电压有效值经真有效值转换器后送A/D转换电路进行A/D转换,然后送到单片机中进行数据处理。处理后的数据送到LED中显示,同时通过串行通讯与上位机通信。如图2-1所示。输入电源有效值转换A/D转换电源AT89S52单片机LED显示通讯模块 图 2-1系统框图2.1输入电路部分 AT89S52与MCS-51单片机产
18、品兼容 、8K字节在系统可编程Flash存储器、1000次擦写周期、 全静态操作:0Hz33Hz 、三级加密程序存储器、32个可编程I/O口线、三个16位定时器/计数器 八个中断源 、全双工UART串行通道、 低功耗空闲和掉电模式 、掉电后中断可唤醒 、看门狗定时器 、双数据指针 、掉电标识符。途中分别是有三个电容C5 C6 C7和1个10K的电阻,还有AT89S52组成的电压表的输入电路部分,跟据开关的闭合来选则量程。(如下图)AT90S52输入部分2.2真有效值转换电路真有效值转换器AD736 AD736是经过激光修正的单片精密真有效值AC/DC转换器。其主要特点是准确度高。灵敏性好(满量
19、程为200mvRMS),测量速率快,频率性特好(工作频率范围可达0460kHZ),输入阻抗高,输出阻抗低,电源范围宽且功耗低最大的工作电流为200Ua,用它来测量正弦波电压的综合误差不超过2%。 2.3真有效值转换器AD736应用电路 图2-2为双电源供电时的典型应用电路,该电路的+Vs与接地,-Vs与街地之间均应并联一只0.01uF的电容以便滤掉该电路中的高频干扰。C2起隔直作用。若将1脚与8脚短接而使C2失效,则选择的就是AC+DC的方式;去掉短路线,即为AC方式。在设计过程中通过一个开关可以选择测量的交流信号为AC+DC方式值还是AC方式值。R1为限流电阻,D1,D2为双向限幅二极管,起
20、超过圧保护作用,可选IN4148高速开关二极管。 图2-2双电源供电时的典型应用电路第三章 芯片介绍3.1AD736工作原理及管脚功能AD736 的内部框图如图3-1所示。它主要由输入放大器、全波整流器、有效值单元(又称有效值芯子RMS CORE)、偏置电路、输出放大器等组成。芯片的2脚为被测信号VIN输入端,工作时,被测信号电压加到输入放大器的同相输入端,而输出电压经全波整流后 送到RMS单元并将其转换成代表真有效值的直流电压,然后再通过输出放大器的Vo端输出。偏置电路的作用是为芯片内部各单元电路提供合适的偏置电压。图3-1 AD736的内部框图3.1.1典型应用电路AD736 有多种应用电
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- 关 键 词:
- 毕业设计 论文 基于 单片机 直流 数字 电压表 设计
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