基于单片机的交直流数字电压表的设计.docVIP

黑龙江东方学院 课程设计报告 课程名称 单片机课程设计 专 业 电气工程及其自动化 班 级 07电气三班 姓 名 L云龙 学 号 074176114 指导教师 J 斌 2010年 10月 27日 基于单片机的交直流数字电压表的设计 一、前言 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度上影响着数字万用表的准确度，本文A/D转换器采用ADcosog对输人模拟信号进行转换，控制核心 AT89csl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。 在现代检测技术中常需用高精度数字电压表进行现场检测将检测到的数据送入微计算机系 统，完成计算、存储、控制和显示等功能。本文中数字电压表的控制系统采用A丁89C5，单片 机，A/0转换器采用A0c0809为主要硬件，实现数字电压表的硬件电路与软件设计。该系统 的数字电压表电路简单，所用的元件较少，成本低，调节工作可实现自动化。还可以方便地进 行8路A/O转换量的测量，远程测量结果传送等功能。数字电压表可以测量O一SV的8路输入 电压值，并在四位匕EO数码管上轮流显示或单路选择显示。 二、方案的论证 系统硬件主要包括四个部分: AD转换、中央控制单元、显示单元和报音单元。图中模拟直流信号VA通过AD采集转换电路,转变为相应的二进制数字信号VD,再进入单片机构成的中央控制单元。而显示和报音电路部分,则是通过中央控制单元完成的。中央控制单元采用89S51芯片。 三、总体设计 3.1、基本工作原理 数字电压表可以测量0一5的8路电压值。89C51为8位处理器，当0809输入电压为5.00V时，输出数据为255(FFH)。因此最大分辩率为O.O196V(5/255)。如要获得更高的精度要求，应采用12位、13位的A/D转换器。数字电压显示可能有偏差，可以通过校正0809的基准电压来解决，或者用软件编程来校正测量值。本系统用单片机89C51构成数字电压表控制系统，具有精度高、速度快、性能稳定和电路简单且工作可靠等特点，具有很好的使用价值。 3.2、硬件总体设计 硬件电路设计主要包括:89C51单片机系统，刀D转换电路，显示电路。测量最大电压为SV，显示最大值为5.00V。图l是数字电压表硬件电路原理图。 3.2.1、系统组成方案 ①放大电路单元选用专用型集成电路运算放大器LF158,它利用场效应管高输入阻抗的特点,用场效应管组成运算放大器的差分输入级,因此具有高输入阻抗,输入偏置电流小,高速宽带,低噪声,测量精度高等优点。整流滤波电路选用桥式整流滤波电路,其任务是将交流电变成直流电,它主要是靠二极管的单向导通性来完成,滤波电路采用C型滤波电路。 ②A/D转换电路 A/D转换电路是将模拟电压信号转换为频率信号,转换精度高,抗干扰能力强,与单片机的接口简单。它将模拟输入信号转换为频率与其电压幅值对应的输出信号,是一种输出频率与输入信号成正比的模数转换电路。 ③软件流程 交流数字电压表中的主程序流程图如图所示: 3.3、软件总体设计 3.3.1、存储单元的分配、标志位的定义 系统上电，初始化程序将70H一77H内存单元清0，PZ口置0。系统默认为循环显示8个通道的电压值，当进行一次测量后，将显示每一通道的户A/D转换值，每个通道显示时间为15。7OH一77H内存单元存放采样值，78H一7BH内存单元存放显示数据，依次为个位、十位、百位、通道标志位。 . 3.3.2、主程序框图及清单 四、硬件设计 用protel99se绘画硬件设计原理图和PCB板图，硬件组成框图如图1所示 名称 规格或型号 数量 单片机 8031、8051、8751或89C51 1 芯片 ADT736 1 芯片 74ALS245 1 芯片 ADC0809 1 芯片 LM158 1 IC座 40脚 1 IC座 28脚 1 IC座 8脚 2 IC座 20脚 晶振 12MHz 1 三极管 9014 4 瓷片电容 20PF 2 瓷片电容 104 7 电解电容 10uF/16V 1 电解电容 470uF/15V 1 电解电容 1000uF/25V 1 电解电容 10uF/25V 2 电解电容 33u