畢業(yè)設(shè)計(jì)--基于stc89c52量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換電壓表設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)</b></p><p>　　基于STC89C52量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換電壓表的設(shè)計(jì)</p><p>　專(zhuān) 業(yè)自動(dòng)化</p><p>　學(xué)生姓名</p><p>　班 級(jí)BM自動(dòng)化091</p><p>　學(xué) 號(hào)</p><p

2、>　指導(dǎo)教師xx</p><p>　完成日期2013年6月5日</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文）</p><p><b>　　獨(dú)創(chuàng)性聲明</b></p><p>　　本人聲明所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(畢業(yè)論文)是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究、設(shè)計(jì)工作后獨(dú)立完成的。除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，說(shuō)明書(shū)

3、中不包含其他人己經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果。對(duì)本文的研究所做貢獻(xiàn)集體和個(gè)人，均己在說(shuō)明書(shū)中作了明確的說(shuō)明并表示謝意。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文）作者簽名(手寫(xiě)): </p><p>　　日期: 年 月 日</p><p>　　指導(dǎo)教師簽名(手寫(xiě)):</p>

4、<p>　　日期: 年 月 日</p><p>　　基于STC89C52量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換電壓表的設(shè)計(jì)</p><p>　　摘 要：電工測(cè)量參數(shù)一般包括電流、電壓、功率、功率、頻率因數(shù)等。在電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化的設(shè)備過(guò)程中需要配置多只顯示上述電工參數(shù)的面板表，如電流表、電壓表、功率表等等，其一般多為指針式面板表，精度較低，可視距離近，且需要人工抄錄數(shù)據(jù)，不僅浪費(fèi)人力

5、資源，而且對(duì)數(shù)據(jù)管理不便。近些年，隨著微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展和大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，特別是單片機(jī)的出現(xiàn)，正在引起測(cè)量控制儀表領(lǐng)域的技術(shù)革命。</p><p>　　設(shè)計(jì)基于STC89C52 微控制器的量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換電壓表。被測(cè)信號(hào)經(jīng)輸入阻抗分壓衰減后得到與輸入的被測(cè)電壓成比例的電壓值，并由運(yùn)算放大器LM324按比例將其放大，最后經(jīng)整流濾波得到與輸入電壓成比例的直流電壓值。實(shí)現(xiàn)電壓表量程的切換只需要改變放大電路的放大倍數(shù)

6、即可。運(yùn)算放大器是用電壓負(fù)反饋比例放大由CD4051模擬開(kāi)關(guān)進(jìn)行Rf的選擇，從而實(shí)現(xiàn)放大倍數(shù)的控制。再由單片機(jī)對(duì)A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到被測(cè)電壓的數(shù)值后，通過(guò)單片機(jī)驅(qū)動(dòng)LCD液晶顯示器顯示測(cè)量的最終結(jié)果。</p><p>　　關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換；A/D轉(zhuǎn)換</p><p>　　Design of Measuring Range Automatic Conversion Vo

7、ltage Meter Based on STC89C52 Single Chip Computer</p><p>　　Abstract: Electrical measuring parameters generally include current, voltage, power, power factor, frequency, etc. In the process of power grid dis

8、patching automation equipment need to configure the display only the electrical parameters of the panel table, such as ammeter, voltage meter, power meter, its general table of pointer type panel, low precision, visual d

9、istance, and the need to manually transcribing data, not only waste of human resources, but also for data management of inconvenience</p><p>　　Based on STC89C52 microcontroller automatic conversion voltage m

10、eter range. Measured signal after input impedance differential pressure attenuation is proportional to input voltage being measured voltage value, and by the operational amplifier LM324 to enlarge it to scale, finally by

11、 the rectifier filter to get dc voltage is proportional to the input voltage value. Realize the voltmeter range switch you just need to change the magnification of amplifier circuit. Operational amplifier is proporti<

12、/p><p>　　Key words: singlechip;automatic range change;△A/D enhances</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1概述1</b></p><p>　　1.1 課題研究背景1</p>&

13、lt;p>　　1.2 課題研究意義與內(nèi)容1</p><p>　　2 系統(tǒng)方案的比較和選擇2</p><p>　　2.1 量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換電壓表的設(shè)計(jì)2</p><p>　　2.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計(jì)2</p><p>　　2.3 顯示模塊的設(shè)計(jì)3</p><p>　　2.4 量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換的設(shè)計(jì)3</

14、p><p>　　3 量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換電壓表的硬件設(shè)計(jì)5</p><p>　　3.1 硬件總體設(shè)計(jì)5</p><p>　　3.1.1 硬件系統(tǒng)概述5</p><p>　　3.1.2 電壓表硬件主體部分6</p><p>　　3.2 電壓信號(hào)采樣8</p><p>　　3.2.1 設(shè)計(jì)原理簡(jiǎn)介8

15、</p><p>　　3.2.2 運(yùn)算放大器LM3248</p><p>　　3.2.3 模擬開(kāi)關(guān)CD40519</p><p>　　3.3 A/D轉(zhuǎn)換電路10</p><p>　　3.3.1 A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理和技術(shù)指標(biāo)10</p><p>　　3.3.2 A/D轉(zhuǎn)換器芯片ADC080911</p

16、><p>　　3.4 顯示部分13</p><p>　　3.4.1 LCD顯示器簡(jiǎn)介13</p><p>　　3.5 報(bào)警電路15</p><p>　　4 量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換電壓表的軟件設(shè)計(jì)16</p><p>　　4.1 量程的整定16</p><p>　　4.2 軟件流程17</p&

17、gt;<p><b>　　結(jié)束語(yǔ)18</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)19</b></p><p><b>　　致 謝20</b></p><p><b>　　附 錄21</b></p><p>　　附錄1 原

18、理圖及PCB圖21</p><p>　　附錄2 元件清單23</p><p>　　附錄3 程序代碼24</p><p>　　基于STC89C52量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換電壓表的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1概述</b></p><p>　　1.1 課題研究背景 </p>

19、<p>　　在使用智能儀表的測(cè)量過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)用到量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換技術(shù)，這就需要儀表能在較短的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)選取最合適的量程，實(shí)現(xiàn)精度高、速度快的測(cè)量。量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)大都通過(guò)對(duì)輸入信號(hào)的衰減和放大倍數(shù)的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。就量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換的電壓表來(lái)說(shuō)，一般輸入的被測(cè)電壓會(huì)大于A(yíng)/D轉(zhuǎn)換器的輸入范圍，所以它的量程切換是先通過(guò)輸入阻抗對(duì)輸入信號(hào)的衰減和運(yùn)算放大器的放大，再通過(guò)單片機(jī)對(duì)模擬開(kāi)關(guān)選擇來(lái)切換信號(hào)衰減倍數(shù)的過(guò)程。</p>

20、<p>　　智能化微控制器測(cè)控技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛。不僅應(yīng)用在航空、航天、鐵路、冶金、化工、國(guó)防等產(chǎn)業(yè)，而且在日常生活中也得到廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　1.2 課題研究意義與內(nèi)容</p><p>　　計(jì)算機(jī)技術(shù)向測(cè)量?jī)x器的延伸加快了智能儀器/儀表的發(fā)展，其系統(tǒng)是包含微型計(jì)算機(jī)或微處理器的測(cè)量?jī)x器。由于微控制器系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)具有存儲(chǔ)、運(yùn)算、邏輯判斷及自動(dòng)化操作等功能，因而

21、這一類(lèi)儀器被稱(chēng)作智能儀器/儀表，國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界已逐漸接受這一觀(guān)點(diǎn)。</p><p>　　自從1971年美國(guó)Intel公司生產(chǎn)出世界上第一款微型處理器(4004 型4位微處理器芯片)以來(lái)，微型計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了迅速的發(fā)展。測(cè)量?jī)x器在其影響下突飛猛進(jìn)，有了新的活力。到90年代中期，在高性能、高準(zhǔn)確度、多功能的測(cè)量?jī)x器/儀表中不采用微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的已經(jīng)非常少了。智能儀器的發(fā)展有了質(zhì)的飛躍。</p><p

22、>　　傳統(tǒng)的手動(dòng)調(diào)檔式萬(wàn)用表，在采用了單片機(jī)微控制器之后，功能變得更加多樣化，使用起來(lái)更加快捷和方便，而且精準(zhǔn)度大大提高。近年來(lái)，在測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域中，各種模擬指針式電表、電位差計(jì)、電橋及分壓箱等占據(jù)著測(cè)量設(shè)備的主導(dǎo)地位。雖然這些儀器/儀表有工作穩(wěn)定、可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等多種優(yōu)點(diǎn)，但也有著操作不便、速度較慢、測(cè)量量程范圍小等缺點(diǎn)，不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量。智能化儀表克服了這些缺點(diǎn)，自其問(wèn)世以來(lái)發(fā)展迅猛、其應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣泛。</p>

23、;<p>　　數(shù)字電壓表和多功能的數(shù)字多用表在工程測(cè)量、計(jì)量檢定、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、機(jī)械電子、電能電力、郵電通信、國(guó)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(dòng)化、軟件化測(cè)量技術(shù)中發(fā)揮著重要的作用。</p><p>　　在電測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域中，交直流指針式電壓表、電流表、功率表及相位表等作為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)儀器儀表使用已有悠久的歷史，其量程轉(zhuǎn)換及測(cè)定已成系統(tǒng)。如今

24、數(shù)字式儀表在計(jì)量系統(tǒng)中，以其優(yōu)越的性能絕大部分可以取代上述各種儀器儀表。因此，各種數(shù)字式儀表也必須納入計(jì)量檢測(cè)系統(tǒng)。</p><p>　　數(shù)字電壓表和數(shù)字多用表的應(yīng)用十分廣泛，其準(zhǔn)確度要求也越來(lái)越高，研究它的檢定測(cè)試方法具有一定意義。分析掌握它的工作原理和技術(shù)指標(biāo)，是計(jì)量測(cè)試部門(mén)、科研單位、生產(chǎn)廠(chǎng)家、使用和維修單位的一項(xiàng)重要技術(shù)工作。</p><p>　　測(cè)量量程的自動(dòng)轉(zhuǎn)換的問(wèn)題一直備受關(guān)

25、注。傳統(tǒng)的電壓表都含有手動(dòng)擋，使用起來(lái)不是很方便，而且如果在使用中忘記切換量程會(huì)對(duì)電壓表造成損壞。當(dāng)代電子測(cè)量對(duì)系統(tǒng)的精度要求越來(lái)越高且智能化程度也越來(lái)越高，在量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換電路中，一般是用微處理器控制程控增益放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換。采用這種方法速度較快、精度較高，但是電路設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，判斷和選擇量程將占用微型處理器的大量時(shí)間。在設(shè)計(jì)儀表電路時(shí)，可以利用電路中逐位逼近式A/D轉(zhuǎn)換器本身提供的過(guò)/欠量程信號(hào)(OR/UR)，并輔以必要的邏輯

26、，來(lái)設(shè)計(jì)量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換電路。該電路采用量程編碼方式來(lái)控制量程轉(zhuǎn)換，使得編碼與量程能夠?qū)?yīng)起來(lái)。</p><p>　　2 系統(tǒng)方案的比較和選擇</p><p>　　2.1 量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換電壓表的設(shè)計(jì)</p><p>　　方案一：由數(shù)字電路及芯片構(gòu)建。此設(shè)計(jì)方案包括模擬電路和數(shù)字電路，模擬部分由放大器和A/D轉(zhuǎn)換器組成，數(shù)字部分由邏輯控制器、譯碼器、計(jì)數(shù)器、振蕩器和顯示器組

27、成。其最主要的核心器件是A/D模擬轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器的作用是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)是可以相互轉(zhuǎn)換的，邏輯控制電路用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通或關(guān)斷控制，并按規(guī)定的時(shí)序保證A/D模擬轉(zhuǎn)換能夠正常進(jìn)行。A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后通過(guò)計(jì)數(shù)譯碼電路將轉(zhuǎn)換結(jié)果變換成段碼，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)顯示器顯示出轉(zhuǎn)換結(jié)果。</p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：設(shè)計(jì)成本低，能夠滿(mǎn)足一般的電壓測(cè)量。</p><p>　　

28、缺點(diǎn)：設(shè)計(jì)電路不夠靈敏，均是硬件連接電路，很難有拓展的空間。</p><p>　　方案二：?jiǎn)纹瑱C(jī)系統(tǒng)和A/D轉(zhuǎn)換器組成。此設(shè)計(jì)方案是由微控制器、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器和顯示器三大模塊構(gòu)成。A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器將采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，單片機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)加以運(yùn)算和處理，處理后的結(jié)果送入顯示模塊。</p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：此方案包含第一種方案的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還可以對(duì)上一種方案進(jìn)行改進(jìn)。

29、</p><p>　　綜合以上兩種設(shè)計(jì)方案的優(yōu)缺點(diǎn)故選擇第二種方案作為最終設(shè)計(jì)方案。</p><p>　　2.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計(jì)</p><p>　　方案一：由于單片機(jī)STC89C52系統(tǒng)內(nèi)部自帶模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，可以直接實(shí)現(xiàn)模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換。硬件電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，只需要通過(guò)編寫(xiě)軟件程序就可以實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換。</p><p>　　方案二：在外部添

30、加一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換。ADC0809是一款經(jīng)典的模數(shù)轉(zhuǎn)換集成芯片，采樣頻率為8位的逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。它的內(nèi)部含有一個(gè)八通道的多路開(kāi)關(guān)，它可以根據(jù)通道地址來(lái)選擇八個(gè)輸入通道的其中一個(gè)通道來(lái)實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換。</p><p>　　方案三：選用其它采樣頻率位數(shù)更高的A/D轉(zhuǎn)換芯片，如積分型（TLC7135）、壓頻變換型（AD650）等。</p><p>　　綜合以上三種方案，為了加

31、深對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，以及考慮到性?xún)r(jià)比和實(shí)用等方面故選擇第二種方案。</p><p>　　2.3 顯示模塊的設(shè)計(jì)</p><p>　　方案一：采用LED數(shù)碼管和譯碼電路作為顯示模塊，其能在低電壓、小電流條件下發(fā)光，不僅亮度高、體積小而且重量輕，性?xún)r(jià)比很高。LED數(shù)碼管要正常顯示，還需要外加驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼顯示出輸出的數(shù)字，由于外加驅(qū)動(dòng)電路，所以顯示電路將會(huì)比較繁瑣。&

32、lt;/p><p>　　方案二：采用LCD1602液晶顯示器，此液晶顯示器是一種點(diǎn)陣型液晶顯示模塊，一般常用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)。它由若干個(gè)5×7或者5×11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，LCD微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧，常用在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中。</p><

33、p>　　由于對(duì)LCD1602液晶顯示器原理和應(yīng)用比較熟悉，且LCD的硬件連接電路比較簡(jiǎn)單，故選擇方案二。</p><p>　　2.4 量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換的設(shè)計(jì)</p><p>　　方案一：簡(jiǎn)單的電壓量程控制。如圖2-1通過(guò)輸入阻抗來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓的衰減，測(cè)量的輸入阻抗約為R=R1+R2+R3+R4。S1至S4單獨(dú)合上時(shí)，Vout的大小分別為（選擇R1>R2>R3>R4 ）：&l

34、t;/p><p>　　圖2-1 簡(jiǎn)單的電壓量程控制</p><p>　　S1 單獨(dú)合上 Vout=Vin*1</p><p>　　S2 單獨(dú)合上 Vout=Vin*(R2+R3+R4)/(R1+R2+R3+R4)</p><p>　　S3 單獨(dú)合上 Vout=Vin*(R3+R4)/(R1+R2+R3+R4)</p><p&g

35、t;　　S4 單獨(dú)合上 Vout=Vin*(R4)/(R1+R2+R3+R4)</p><p>　　由式中可以看出Vout 電阻網(wǎng)絡(luò)衰減程度與輸入電壓Vin范圍成正比。只要確定好R1、R2、R3、R4 的固定參數(shù)，由開(kāi)關(guān)S1、S2 、S3、S4 選擇測(cè)量電壓輸出端，就可以實(shí)現(xiàn)量程的選擇。例如測(cè)量輸入電壓為0～5 伏（設(shè)輸入阻抗無(wú)窮大），要求測(cè)量電壓量程有5V，50V，100V，250V 檔，輸入電阻1M，則有&l

36、t;/p><p>　　R4=5*1000000/250=20000=20K</p><p>　　R3=5*1000000/100-R4=50K-20K=30K</p><p>　　R2=5*1000000/50-R4-R3=100K-20K-30K=50K</p><p>　　R1=1000000-R4-R3-R2=1000K-20K-30K-5

37、0K=900K</p><p><b>　　自動(dòng)量程控制描述：</b></p><p>　　RANGE表示當(dāng)前量程變量，VT表示測(cè)量電壓變量，S1~S4 表示對(duì)應(yīng)的量程檔開(kāi)關(guān)，N2~N4表示對(duì)應(yīng)量程檔的欠量程值。</p><p>　　RANGE=S4 ； /*預(yù)選250伏檔進(jìn)行電壓測(cè)量*/&

38、lt;/p><p>　　LOOP: VT=Vout； /*進(jìn)行電壓測(cè)量*/</p><p>　　SWITCH （RANGE） /*根據(jù)量程變化進(jìn)行調(diào)整*/</p><p><b>　　{</b></p><p>　　CASE S4：IF

39、(VT<N4)RANGE--； /*欠量程，量程降一檔*/</p><p>　　IF(VT>5V)OUTTEST； /*最高量程時(shí)，Vout>5V,超負(fù)載*/</p><p><b>　　BREAK;</b></p><p>　　CASE S3：IF(VT<N3)RAN

40、GE--；</p><p>　　IF(VT>5V)RANGE++； /*超本檔量程，量程升一檔*/</p><p><b>　　BREAK；</b></p><p>　　CASE S2：IF(VT<N2)RANGE--；</p><p>　　IF(VT>5V)RANG

41、E++；</p><p><b>　　BREAK；</b></p><p>　　CASE S1：IF(VT>5V)RANGE++；</p><p><b>　　}</b></p><p>　　GOTO LOOP；</p><p>　　開(kāi)關(guān)的選擇：采用繼電器做開(kāi)關(guān)切換，它

42、的優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)通阻抗較小，開(kāi)路阻抗大，但是它的動(dòng)作速度較慢，也很容易老化。</p><p>　　方案二：采用CD4051模擬開(kāi)關(guān)，根據(jù)其通道地址來(lái)選擇不同的輸入通道，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)放大倍數(shù)的控制。量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換的基本控制流程是從初始值開(kāi)始判斷是否適合當(dāng)前量程，量程不合適再進(jìn)行升量程和降量程處理，直到選出最合適的量程為止。</p><p>　　量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換的操作流程如圖2-2所示。</p>

43、<p>　　圖2-2 自動(dòng)量程基本控制流程</p><p>　　開(kāi)關(guān)選用電磁繼電器或者其他控制類(lèi)開(kāi)關(guān)時(shí)，由于開(kāi)關(guān)在接通或關(guān)斷的過(guò)程都存在一個(gè)時(shí)間差，所以在每次量程發(fā)生改變之后，需要延長(zhǎng)一定的時(shí)間，然后才可以再進(jìn)行正式的運(yùn)算和判斷。由于可能會(huì)出現(xiàn)某一測(cè)量值在兩種量程的臨界交叉點(diǎn)，這樣量程就會(huì)出現(xiàn)來(lái)回跳動(dòng)的情況，為了避免這種情況，還需要考慮其重疊范圍。</p><p>　　對(duì)比以

44、上兩種設(shè)計(jì)方案，方案二采用軟件代程序替了部分硬件電路，這樣只需要連接少部分的硬件電路就可以實(shí)現(xiàn)最終結(jié)果，故采用后者方案。</p><p>　　3 量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換電壓表的硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 硬件總體設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1.1 硬件系統(tǒng)概述</p><p>　　采用STC公司的STC89C52作為主處理器的量程自動(dòng)切換電

45、壓表，系統(tǒng)主要由模擬信號(hào)的采集、A/D轉(zhuǎn)換和LCD顯示等模塊組成。系統(tǒng)框圖如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 硬件原理框圖</p><p>　　待測(cè)信號(hào)先通過(guò)分壓阻抗按（1:100）比例進(jìn)行衰減，衰減后的信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器LM324按比例進(jìn)行放大，實(shí)現(xiàn)電壓表量程的切換只需要改變放大電路的放大倍數(shù)即可。運(yùn)算放大器采用的是電壓負(fù)反饋比例放大，并由CD4051模擬開(kāi)關(guān)對(duì)模擬通道的選擇

46、，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)放大倍數(shù)的自動(dòng)控制。再由單片機(jī)對(duì)A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到被測(cè)電壓的數(shù)值后，通過(guò)單片機(jī)驅(qū)動(dòng)LCD液晶顯示器顯示測(cè)量的最終結(jié)果。</p><p>　　由于繼電器存在體積大、動(dòng)作速度慢、驅(qū)動(dòng)電流大等缺點(diǎn)，通常用運(yùn)算放大技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)量程自動(dòng)切換過(guò)程。</p><p>　　3.1.2 電壓表硬件主體部分</p><p>　　電壓表硬件主體電路圖如圖3-2所示。

47、</p><p>　　圖3-2 電壓表主體部分</p><p><b>　　電壓表說(shuō)明</b></p><p>　　電壓表的主體部分是STC89C52微控制器，待測(cè)信號(hào)源的電壓值經(jīng)過(guò)衰減輸入電路、量程自動(dòng)切換電路、ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的轉(zhuǎn)換后，數(shù)字信號(hào)以串行方式輸入給微控制器STC89C52，經(jīng)軟件處理后送LCD1602液晶顯示器顯示測(cè)量

48、結(jié)果。若輸入的待測(cè)信號(hào)電壓值不在合適的量程之內(nèi)，經(jīng)過(guò)微控制器STC89C52的判斷后，輸出相應(yīng)的控制信號(hào)對(duì)CD4051模擬開(kāi)關(guān)進(jìn)行Rf選擇，調(diào)整增益放大器的增益倍數(shù)，以實(shí)現(xiàn)量程的自動(dòng)切換功能。</p><p>　　B. STC89C52元器件介紹</p><p>　　STC89C52是一款性?xún)r(jià)比非常高的CMOS 8位微控制器。</p><p><b>　　

49、a. 概述</b></p><p>　　STC89C52具有1KB RAM、64KB片內(nèi)FLASH程序存儲(chǔ)器；具有在應(yīng)用可編程(IAP)、在系統(tǒng)可編程（ISP）功能；具有3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，而且內(nèi)部包含一個(gè)可以獨(dú)立工作的可編程計(jì)數(shù)器陣列（PCA），具有PWM的捕獲/比較功能；具有4個(gè)8位I/O口；具有可編程看門(mén)狗定時(shí)器（WDT）、掉電檢測(cè)和低功耗模式等功能。另外STC89C52在8051的基礎(chǔ)上

50、增加了多個(gè)復(fù)位功能，如上電復(fù)位、欠壓檢測(cè)復(fù)位、軟件復(fù)位等，這樣以提高單片機(jī)的抗干擾能力。STC89C52的外部引腳如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3 STC89C52外部引腳</p><p><b>　　b. 外部引腳</b></p><p>　　Vcc(Pin40)：電源輸入，接+5V電源</p><p>

51、　　GND(Pin20)：接地線(xiàn) XTAL(Pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端 XTAL(Pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端 RST/VPP(Pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號(hào)PSEN(Pin29)：外部存儲(chǔ)器選通信號(hào)EA/VPP(Pin31)：程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序程序存儲(chǔ)器讀指令，接高電平則從內(nèi)部程

52、序存儲(chǔ)器讀指令STC89C52單片機(jī)有4組8位的可編程I/O口，分別為P0、P1、P2、P3口，每個(gè)口有8位（8根引腳），共32根。P0口(Pin39~Pin32)：8位雙向I/O口線(xiàn)，名稱(chēng)為P0.0~P0.7P1口(Pin1~Pin8)：8位準(zhǔn)雙向I/O口線(xiàn)，名稱(chēng)為P1.0~P1.7P2口(Pin21~Pin28)：8位準(zhǔn)雙向I/O口線(xiàn)，名稱(chēng)為P2.0~P2.7P3口(Pin10~Pin17)：8位準(zhǔn)雙向I/O口線(xiàn)

53、，名稱(chēng)為P3.0~P3.7</p><p><b>　　c. 性能及作用</b></p><p>　　引腳X1、X2外接11.0592MHz晶振，還需并聯(lián)兩個(gè)30pF的電解電容，這樣使單片機(jī)內(nèi)部振蕩器和外部的石英晶振振蕩頻率相同，使其產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)；引腳RESET外接復(fù)位按鍵，復(fù)位后P0~P3口均置1為高電平，程序計(jì)數(shù)器和特殊功能寄存器SFR全部清零。P0口中Pin32

54、~Pin39與LCD顯示器8位數(shù)據(jù)線(xiàn)（D1~D8）相連；P1口中Pin1~Pin8接A/D轉(zhuǎn)換電路的數(shù)字量輸出；P2口中Pin23~Pin21分別接LCD顯示器數(shù)據(jù)/命令選擇端(RS)、讀/寫(xiě)選擇端(R/W)、使能信號(hào)(E)，Pin24~Pin27分別接A/D轉(zhuǎn)換器的時(shí)鐘信號(hào)端(CLK)、輸出允許控制端(OE)、轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出端(EOC)、地址鎖存輸入端(ALE)、A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)輸入端(START)；P3口中Pin10~Pin11分別

55、接CD4051多路轉(zhuǎn)換器的2個(gè)二進(jìn)控制輸入端A、B。</p><p>　　3.2 電壓信號(hào)采樣</p><p>　　3.2.1 設(shè)計(jì)原理簡(jiǎn)介</p><p>　　電壓信號(hào)采樣原理圖如圖3-4所示。</p><p>　　圖3-4 信號(hào)采樣原理圖</p><p>　　待測(cè)信號(hào)先通過(guò)分壓阻抗按（1:100）比例進(jìn)行衰減，衰減

56、后的信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器LM324按比例進(jìn)行放大，實(shí)現(xiàn)電壓表量程的切換只需要改變放大電路的放大倍數(shù)即可。運(yùn)算放大器采用反相比例放大，采用CD4051模擬開(kāi)關(guān)，根據(jù)其通道地址來(lái)選擇不同的輸入通道，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)放大倍數(shù)的控制。</p><p>　　3.2.2 運(yùn)算放大器LM324</p><p>　　一般情況下，被檢測(cè)信號(hào)的放大采集都是用運(yùn)算放大器。運(yùn)算放大器能夠?qū)δM信號(hào)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算，包括加、減

57、、微分、積分等運(yùn)算。運(yùn)算放大器電壓增益不僅很高，而且其輸入阻抗大，輸出阻抗小。根據(jù)負(fù)反饋電路的不同接法可以實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)算，例如反相運(yùn)算、同相運(yùn)算和差動(dòng)運(yùn)算等。</p><p>　　一般情況下，經(jīng)過(guò)傳感器變換后的模擬電壓信號(hào)會(huì)變成很微弱的微伏級(jí)信號(hào)，而普通的運(yùn)算放大器都具有毫伏級(jí)的失調(diào)電壓和每度數(shù)微伏的溫度漂移，當(dāng)然是不可以用在放大微弱信號(hào)的電路中。因此在設(shè)計(jì)中常常需要采用高精度運(yùn)算放大器或測(cè)量放大器。</p&

58、gt;<p>　　LM324芯片內(nèi)部包含四個(gè)完全相同且相互獨(dú)立的運(yùn)算放大器，外部共14個(gè)引腳，其中包括電源供電和接地端，電源供電端和接地端是共用的，其引腳圖如圖3-5所示。 </p><p>　　圖3-5 LM324引腳圖</p><p>　　運(yùn)算放大器LM324有5個(gè)引出腳，其中Vn、Vp分別為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸

59、入端中，Vn為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的輸出電壓信號(hào)與該輸入端的相位相反，Vp為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的輸出電壓信號(hào)與該輸入端的相位相同。</p><p>　　3.2.3 模擬開(kāi)關(guān)CD4051</p><p>　　量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換采用八通道模擬控制開(kāi)關(guān)CD4051，該器件含有三個(gè)控制輸入端A、B和C，此外還有一個(gè)使能端INH，使能控制端通道的截止和導(dǎo)通。其引腳圖如圖3-6所示。&

60、lt;/p><p>　　圖3-6 CD4051引腳</p><p>　　當(dāng)INH輸入端＝“1”或高電平時(shí)，所有的控制端通道截止。三位二進(jìn)制信號(hào)可選擇八通道中的多個(gè)輸入通道，輸出端反饋給運(yùn)算放大器。</p><p>　　當(dāng)CBA=000時(shí)，輸入端13端導(dǎo)通，待測(cè)信號(hào)放大100倍，對(duì)應(yīng)的測(cè)量量程為0~5V；當(dāng)CBA=001時(shí)，輸入端14端導(dǎo)通，輸入信號(hào)放大10倍，對(duì)應(yīng)的測(cè)量

61、量程為5~50V；當(dāng)CBA=010時(shí)，輸入端15端導(dǎo)通，輸入信號(hào)放大1倍，對(duì)應(yīng)量的測(cè)量程為50~500V。</p><p>　　表3-1給出了CD4051的引腳功能。</p><p>　　表3-1 CD4051的引腳功能</p><p><b>　　續(xù)表3-1</b></p><p>　　表3-2給出了CD4051真值表

62、及檔位關(guān)系。</p><p>　　表3-2 CD4051真值表及檔位關(guān)系</p><p>　　3.3 A/D轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　3.3.1 A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理和技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　A. 轉(zhuǎn)換器工作原理</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換器其內(nèi)部結(jié)構(gòu)包含逐次變換寄存器SAR、D/A轉(zhuǎn)換器、時(shí)序及控制邏

63、輯電路和電壓比較器。圖3-7為逐位反饋型A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部結(jié)構(gòu)。</p><p>　　圖3-7 逐位反饋型A/D轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)</p><p>　　在轉(zhuǎn)換進(jìn)行開(kāi)始前，先將SAR寄存器各位置零，然后設(shè)其最高位為1，SAR寄存器中的數(shù)字量經(jīng)D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬信號(hào)，并與模擬輸入電壓進(jìn)行比較，若輸入的模擬電壓大于等于D/A轉(zhuǎn)換后的模擬信號(hào)，則保留SAR寄存器中的最高位，否則就將最高位置零。

64、然后再將次高位置1，進(jìn)行同樣的變換過(guò)程，直到SAR寄存器的所有位都被確定。轉(zhuǎn)換過(guò)程結(jié)束后，SAR寄存器中的二進(jìn)制碼就是A/D轉(zhuǎn)換器的輸出。</p><p>　　B. 轉(zhuǎn)換器技術(shù)指標(biāo)</p><p><b>　　a. 精度</b></p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度由各種因素引起的誤差多共同決定。</p><p>

65、　　量化誤差：A/D轉(zhuǎn)換器的量化誤差決定于A(yíng)/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換特性。</p><p>　　非線(xiàn)性誤差：A/D轉(zhuǎn)換器的非線(xiàn)性誤差是指在整個(gè)變換量程范圍內(nèi)，數(shù)字量所對(duì)應(yīng)的模擬輸入信號(hào)的實(shí)際值與理論值之間的最大差值，理論上A/D轉(zhuǎn)換曲線(xiàn)應(yīng)該是一條直線(xiàn)，即模擬輸入與數(shù)字量輸出之間應(yīng)該是線(xiàn)性關(guān)系。但實(shí)際上它們兩者的關(guān)系并非呈線(xiàn)性。所謂非線(xiàn)性誤差就是由于二者關(guān)系的非線(xiàn)性而偏離理想直線(xiàn)的最大值，常用多少LSB來(lái)表示。</p

66、><p>　　其他誤差：影響A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換精度的因素有很多，但主要包括：溫度漂移誤差、參考電源誤差、零點(diǎn)漂移誤差、電源波動(dòng)引起的誤差等。</p><p><b>　　b. 轉(zhuǎn)換時(shí)間</b></p><p>　　轉(zhuǎn)換時(shí)間是指A/D轉(zhuǎn)換完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間，即從轉(zhuǎn)換開(kāi)始到轉(zhuǎn)換結(jié)束之間的時(shí)間間隔。轉(zhuǎn)換速率等于轉(zhuǎn)換時(shí)間的倒數(shù)。</p>

67、<p><b>　　c. 輸入動(dòng)態(tài)范圍</b></p><p>　　輸入動(dòng)態(tài)范圍也叫做量程，是指對(duì)輸入的模擬電壓能夠轉(zhuǎn)換的最小和最大值。A/D轉(zhuǎn)換器的模擬電壓輸入分為單極性和雙極性?xún)煞N。</p><p>　　單極性：動(dòng)態(tài)范圍為0~+5V、0~+10V或0~+20V。</p><p>　　雙極性：動(dòng)態(tài)范圍為-5V~+5V或-10~+10

68、V。</p><p>　　3.3.2 A/D轉(zhuǎn)換器芯片ADC0809</p><p>　　ADC0809是逐位逼近型8位單片A/D轉(zhuǎn)換芯片。片內(nèi)含8路模擬開(kāi)關(guān)，可允許8路模擬量輸入。由于其內(nèi)部含有三態(tài)輸出緩沖器，所以可以與系統(tǒng)直接連接。</p><p>　　A. ADC0809的引腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　a. ADC0809的引腳&

69、lt;/p><p>　　ADC0809的外部引腳如圖3-8所示。共有28根引腳。</p><p>　　圖3-8 ADC0809外部引腳圖</p><p>　　D0~D7：8位數(shù)字量輸出數(shù)據(jù)線(xiàn)。</p><p>　　IN0~IN7：8位模擬量輸入端。</p><p>　　A、B、C：通道地址選擇，用于選擇8路輸入中的一路。A

70、為最低位，C為最高位。</p><p>　　START：A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)端，下降沿有效。在啟動(dòng)信號(hào)的下降沿，啟動(dòng)變換。</p><p>　　Vcc：工作電源輸入端，一般接+5V。</p><p><b>　　GND：地線(xiàn)。</b></p><p>　　REF（+）：參考電壓正端。</p><p>

71、;　　REF（-）：參考電壓負(fù)端。</p><p>　　ALE：地址鎖存允許信號(hào)輸入端。用來(lái)鎖存A~C端的地址輸入，上升沿有效。</p><p>　　EOC：變換結(jié)束狀態(tài)信號(hào)端。轉(zhuǎn)換開(kāi)始時(shí)為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)為高電平。</p><p>　　OE：讀允許信號(hào)，高電平有效。在其有效期間，CPU將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量讀入。</p><p>　　CLK：

72、時(shí)鐘信號(hào)輸入端。</p><p>　　ADC0809需要外接參考電源和時(shí)鐘。外接時(shí)鐘頻率為10kHz~1.2MHz。</p><p>　　b. ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　模擬輸入包含三個(gè)部分，分別是8路模擬開(kāi)關(guān)、地址鎖存和譯碼電路。鎖存器鎖存輸入的3位通道選擇地址信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)譯碼電路譯碼后控制模擬開(kāi)關(guān)選擇相應(yīng)的模擬輸入端。</p>

73、<p>　　轉(zhuǎn)換部分主要包含電壓比較器、八位D/A轉(zhuǎn)換器、逐位逼近寄存器和控制及邏輯電路等，輸出部分包含一個(gè)8位三態(tài)輸出緩沖器。</p><p>　　ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)如圖3-9所示。</p><p>　　圖3-9 ADC0809內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　ADC0809地址編碼與輸入通道的選擇如表3-3所示。</p>&

74、lt;p>　　表3-3 ADC0809通道選擇</p><p><b>　　續(xù)表3-3</b></p><p>　　B. ADC0809的工作過(guò)程</p><p>　　ADC0809的工作時(shí)序如圖3-10所示。</p><p>　　圖3-10 ADC0809工作時(shí)序圖</p><p>　　外

75、部時(shí)鐘信號(hào)通過(guò)CLK端進(jìn)入其內(nèi)部控制邏輯電路，作為轉(zhuǎn)換時(shí)的時(shí)間基準(zhǔn)。</p><p>　　由時(shí)序圖可以看出ADC0809的工作過(guò)程：首先CPU發(fā)出3位通道地址信號(hào)A、B、C。在通道地址信號(hào)有效期間內(nèi)，引腳ALE產(chǎn)生一個(gè)脈沖，上升沿有效，它將輸入的三位通道地址信號(hào)鎖存到內(nèi)部地址鎖存器。接著給START引腳上加一個(gè)由高到低變化的電平，啟動(dòng)A/D變換。變換開(kāi)始后，EOC引腳由高電平跳變到低電平，等到變換結(jié)束時(shí)，EOC又

76、從低電平跳變到高電平。CPU在檢測(cè)到EOC變高后，輸出一個(gè)正脈沖到OE端，將轉(zhuǎn)換結(jié)果取走。</p><p>　　C. ADC0809的技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　ADC0809的主要技術(shù)指標(biāo)有：</p><p><b>　　分辨率：8位。</b></p><p>　　轉(zhuǎn)換時(shí)間：100us.</p><

77、;p>　　電源：?jiǎn)坞娫?~+5V。</p><p><b>　　3.4 顯示部分</b></p><p>　　3.4.1 LCD顯示器簡(jiǎn)介</p><p>　　LCD1602是一種用點(diǎn)陣圖形來(lái)顯示字符的液晶顯示模塊，可顯示的容量為32個(gè)字符，分上下兩行，每行16個(gè)字符。它由若干個(gè)5×7或者5×11點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)

78、陣字符位都可以顯示一個(gè)字符。LCD1602顯示模塊采用數(shù)字式接口，可以很方便的與單片機(jī)等諸多控制類(lèi)芯片進(jìn)行通信。LCD1602顯示模塊不僅體積小、重量輕、顯示質(zhì)量高而且功耗低，所以被廣泛用做智能化儀器/儀表的顯示器件。LCD1602的引腳功能如下，外部引腳圖如圖3-11所示：</p><p>　　圖3-11 LCD1602引腳圖</p><p><b>　　GND：接地端。<

79、;/b></p><p>　　Vcc：電源輸入，接+5V電源。</p><p>　　VL：液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端。端口接+5V電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，所以增加一個(gè)10K的精密電位器來(lái)調(diào)整對(duì)比度，一般對(duì)比電壓為0.7V左右。</p><p>　　RS：寄存器選擇。高電平時(shí)選通數(shù)據(jù)寄存器，反之則選通指令寄存器。</p><p>

80、　　R/W：讀寫(xiě)信號(hào)線(xiàn)。高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。</p><p>　　E：使能端。當(dāng)輸入到E端的信號(hào)由高電平跳變成低電平時(shí)，模塊執(zhí)行顯示命令。</p><p>　　D1～D8：8位雙向數(shù)據(jù)線(xiàn)。 </p><p>　　BLA：背光源正極。</p><p>　　BLK：背光源負(fù)極。</p><p>　　LC

81、D1602引腳功能表如下表3-4所示。</p><p>　　表3-4 LCD1602引腳功能表</p><p>　　LCD1602液晶顯示模塊內(nèi)部含有字符發(fā)生存儲(chǔ)器，其存儲(chǔ)了一百多種不同的點(diǎn)陣字符圖形。每一個(gè)字符對(duì)應(yīng)著一個(gè)固定的代碼。 LCD1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有十一條控制指令，如表3-5所示。</p><p>　　表3-5 LCD1602控制

82、命令表</p><p>　　LCD1602顯示模塊的讀寫(xiě)操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過(guò)指令編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。LCD1602的內(nèi)部顯示地址如表3-6所示。</p><p>　　表3-6 LCD1602的內(nèi)部顯示地址</p><p>　　液晶顯示器是一種比較慢的顯示模塊，故在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志位是不是為低電平，是低電平則表示不忙，否則此指令失效。<

83、/p><p><b>　　3.5 報(bào)警電路</b></p><p>　　過(guò)載報(bào)警電路的核心部分是電壓比較器，當(dāng)待測(cè)信號(hào)大于最大量程時(shí)比較器輸出高電平點(diǎn)亮二極管提示過(guò)載，并通過(guò)觸發(fā)器給單片機(jī)發(fā)出中斷脈沖信號(hào)，單片機(jī)通過(guò)運(yùn)算處理，并給A/D轉(zhuǎn)換器使能端發(fā)出指令使其停止工作。過(guò)載報(bào)警電路圖如圖3-12所示。</p><p>　　圖3-12 過(guò)載報(bào)警電路圖

84、</p><p>　　4 量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換電壓表的軟件設(shè)計(jì)</p><p><b>　　4.1 量程的整定</b></p><p>　　CD4051模擬開(kāi)關(guān)的通道選擇與對(duì)應(yīng)量程放大倍數(shù)關(guān)系如表4-1所示。</p><p>　　表4-1 擬開(kāi)關(guān)的通道選擇與對(duì)應(yīng)量程放大倍數(shù)關(guān)系</p><p>　　測(cè)量電

85、壓輸入衰減1/100，設(shè)Vin為要測(cè)量的電壓，Vt為衰減后的電壓，Vout 為放大后的電壓（Vout最大輸出為5V），則最壓量程范圍為：</p><p>　　Vin=(5/N)*100 (N為放大倍數(shù))</p><p>　　通道選擇和最大量程范圍的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表4-2所示。</p><p>　　表4-2 通道選擇和最大量程范圍的對(duì)應(yīng)關(guān)系</p>&

86、lt;p><b>　　4.2 軟件流程</b></p><p>　　系統(tǒng)的總控制流程圖如圖4-1所示。</p><p>　　圖4-1 軟件流程圖</p><p>　　系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，首先進(jìn)行初始化，當(dāng)給系統(tǒng)一個(gè)初始值時(shí)，首先超載超載判斷，如果超量程則報(bào)警，否則進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后對(duì)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行量程判斷，如果量程合適則進(jìn)行轉(zhuǎn)換并顯示

87、，欠量程則量程自動(dòng)降至最低量程，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后顯示，超量程則量程升至最高量程，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換并顯示最終結(jié)果。</p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)之初，通過(guò)查閱大量相關(guān)資料，設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)確定好之后就開(kāi)始搜查資料，由于畢業(yè)設(shè)計(jì)的控制芯片已經(jīng)確定，剩下的主要是對(duì)顯示模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊和量程自動(dòng)切換模塊的選定。選擇LCD作為顯示模塊是因?yàn)橹?/p>

88、前做了一些課程設(shè)計(jì)，對(duì)LCD顯示模塊比較熟悉，使用起來(lái)比較方便，硬件電路的連接簡(jiǎn)單，軟件程序也相對(duì)比較容易。在選擇A/D模擬轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)時(shí)，由于設(shè)計(jì)所使用的STC89C52單片機(jī)含有A/D轉(zhuǎn)換的功能，但是軟件程序尚不熟悉，所以還是通過(guò)外部添加了一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換模塊，選用的是ADC0809經(jīng)典的A/D模擬轉(zhuǎn)換器。以上主要模塊確定之后就開(kāi)始考慮如何實(shí)現(xiàn)量程的自動(dòng)切換。一開(kāi)始通過(guò)查閱資料了解到的最簡(jiǎn)單的硬件選擇電路，通過(guò)電阻分壓并添加相應(yīng)的電磁繼電

89、器開(kāi)關(guān)來(lái)選擇不同的量程，但在逐步深入的了解后發(fā)現(xiàn)這種方法存在一定的缺陷。接著設(shè)計(jì)了一種軟件選擇電路，通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)CD4051來(lái)選擇不同量程。輸入電壓通過(guò)電阻分壓，將輸入電壓按照1:100的比例衰減，然后通過(guò)運(yùn)算放大器對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行放大，設(shè)計(jì)之初選擇的是同相比例放大器，由于A(yíng)/D轉(zhuǎn)換器的可輸入范圍在0~+5V，所以當(dāng)待測(cè)電壓過(guò)大時(shí)，經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器放大后信號(hào)會(huì)大于A(yíng)/</p><p>　　由于軟件程序出現(xiàn)了問(wèn)題，多次

90、修改后仍然無(wú)果，電路仿真就無(wú)法進(jìn)行，最后只將實(shí)物進(jìn)行了焊接。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 高海生,楊文煥．單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)大全[M]．成都:西南交通大學(xué)出版社,1998.</p><p>　　[2] 常向陽(yáng),魏凱豐,陳曉東．常用智能儀器的原理及使用[M]．北京:電子工業(yè)出版社，1993.</p&

91、gt;<p>　　[3] 江岳．智能儀表[M]．安徽：中國(guó)科技技術(shù)大學(xué)出版社,1989. </p><p>　　[4] 陳粵初，竇振中，吳弟遠(yuǎn)．單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐[M]．北京:航空航天大學(xué)出版社，1991.</p><p>　　[5] 竇振中．Plc系列單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)與實(shí)例[M]．北京:北京航空航天大學(xué)出版社，1998.</p><p>　　[6

92、] 胡漢才．單片機(jī)原理及其接口技術(shù)[M]．北京:清華大學(xué)出版社,1998.</p><p>　　[7] 王樹(shù)勛．MCS-51單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)與檢控分析[M]．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1992.</p><p>　　[8] 下福瑞等．單片微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全[M]．北京:北京航空航天大學(xué)出版社，1998.</p><p>　　[9] 陳佳士．微弱信號(hào)檢測(cè)[M]．北京:中央

93、廣播電視大學(xué)出版社，1987.</p><p>　　[10] 談根林,李文惠,汪慶保等．北京：微機(jī)計(jì)算機(jī)及其在測(cè)量中的應(yīng)用(上、下冊(cè)) [M].計(jì)量出版社，1993.</p><p>　　[11] 趙鑫．智能交流電壓表的研究[D]．河北:河北工業(yè)大學(xué),2003.</p><p>　　[12] 易韋韋．6位半數(shù)字程控電壓表的研究[D]．湖南:國(guó)防科技大學(xué),2004.&

94、lt;/p><p>　　[13] 王幸之．單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾技術(shù)[M]．北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2001.</p><p>　　[14] 李光,張培銘.智能化電器可靠性技術(shù)[J]．上海電氣科學(xué)研究院.2000，(1)：1-3.</p><p>　　[15] 姚為正,易映萍.智能化電器的抗干擾技術(shù)[J]．華北電力大學(xué).1998，(3)：3-5.</p>

95、<p><b>　　致 謝</b></p><p>　　設(shè)計(jì)過(guò)程在xx老師的精心指導(dǎo)下得以順利完成，xx老師學(xué)風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)，思想活躍。使我在課題研究期間獲益匪淺，有了很大的提高。在此，向尊敬的導(dǎo)師致以衷心地感謝！</p><p>　　在畢業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)期間，我真摯的感謝xx老師在工作和學(xué)習(xí)中給予我無(wú)私的關(guān)懷和熱情的幫助，xx老師淵博的學(xué)識(shí)和創(chuàng)新的科學(xué)精神將使

96、我受益終生，井將激勵(lì)與鞭策我在今后的工作中更加努力！</p><p>　　同時(shí)深深感謝實(shí)驗(yàn)室各位老師對(duì)我的培養(yǎng)和我的家人、朋友對(duì)我的支持和鼓勵(lì)。在此還要感謝xx同學(xué)，他們給予了我許多的幫助和指導(dǎo)，為我解決了課題中的許多實(shí)際問(wèn)題。而且他們使我在一個(gè)緊張而又不失輕松和愉快的氛圍中順利地開(kāi)展課題。</p><p>　　最后，向所有關(guān)心、支持、幫助過(guò)我的各位老師、領(lǐng)導(dǎo)、同學(xué)和朋友們?cè)俅伪硎菊\(chéng)摯的感

97、謝!</p><p><b>　　附 錄</b></p><p>　　附錄1 原理圖及PCB圖</p><p><b>　　附錄2 元件清單</b></p><p><b>　　附錄3 程序代碼</b></p><p>　　#include<

98、reg52.h></p><p>　　#include<intrins.h></p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　#define Data P0</p><p>　　#d

99、efine adcdat P1 //adc數(shù)據(jù)口，接單片機(jī) P1，可根據(jù)硬件連接進(jìn)行修改</p><p>　　sbit e=P2^0;</p><p>　　sbit rw=P2^1;</p><p>　　sbit rs=P2^2;</p><p>　　sbit ale_start=P2^3; //ale srart

100、兩個(gè)引腳因時(shí)序要求可接在一起，節(jié)約引腳</p><p>　　sbit eoc=P2^4;</p><p>　　sbit oe=P2^5;</p><p>　　sbit clk=P2^6; //adc采樣時(shí)鐘信號(hào)，由定時(shí)器產(chǎn)生，大約500k</p><p>　　long value;</p><p>&

101、lt;b>　　long tt;</b></p><p>　　uchar code tip[]="CURRENT VOLTAGE:";</p><p>　　uchar *ptr1=tip;</p><p>　　uchar code disp_table[]={"0123456789.V "};</p>

102、;<p>　　uchar disp_buf[6]; //可用來(lái)顯示電壓</p><p>　　/******************************************************************</p><p>　　微秒延時(shí)函數(shù) </p><p&g

103、t;　　******************************************************************/</p><p>　　void delayus(uchar i)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　while(i--);</p><p><b&g

104、t;　　}</b></p><p>　　/******************************************************************</p><p>　　毫秒延時(shí)函數(shù) </p><p>　　*******************************

105、***********************************/</p><p>　　void delayms(uint z)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uint i,j;</b></p><p>　　for(i=z;i>0;i--)</

106、p><p>　　for(j=110;j>0;j--);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/******************************************************************/</p><p>　　/* 寫(xiě)入

107、命令函數(shù) */</p><p>　　/******************************************************************/</p><p>　　void WriteCommand(unsigned char c)</p><p><b>　　{

108、</b></p><p>　　delayms(5);//操作前短暫延時(shí)，保證信號(hào)穩(wěn)定</p><p><b>　　e=0;</b></p><p><b>　　rs=0;</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p

109、><b>　　e=1;</b></p><p><b>　　Data=c;</b></p><p><b>　　e=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/*****************************

110、*************************************/</p><p>　　/* 寫(xiě)入數(shù)據(jù)函數(shù) */</p><p>　　/******************************************************************/</p

111、><p>　　void WriteData(unsigned char c)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　delayms(5); //操作前短暫延時(shí)，保證信號(hào)穩(wěn)定</p><p><b>　　e=0;</b></p><p><b>　

112、　rs=1;</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　e=1;</b></p><p><b>　　Data=c;</b></p><p><b>　　e=0;</b></p>&

113、lt;p><b>　　rs=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/******************************************************************/</p><p>　　/* 寫(xiě)入字節(jié)函數(shù)

114、 */</p><p>　　/******************************************************************/</p><p>　　void ShowChar(unsigned char pos,unsigned char c)</p><p><

115、b>　　{</b></p><p>　　unsigned char p;</p><p>　　if (pos>=0x10)</p><p>　　p=pos+0xb0; //是第二行則命令代碼高4位為0xc</p><p><b>　　else </b></p><p>　　

116、p=pos+0x80; //是第二行則命令代碼高4位為0x8</p><p>　　WriteCommand (p);//寫(xiě)命令</p><p>　　WriteData (c); //寫(xiě)數(shù)據(jù)</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/*********************************

117、*********************************/</p><p>　　/* 寫(xiě)入字符串函數(shù) */</p><p>　　/******************************************************************/</p>