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1、南昌工程学院课程设计南昌工程学院Nanchang Institute of Technology课 程 设 计技术交流：qq：1294976338 群：99133698课程名称： 指导老师： 学院： 专业（班级）： 学号： 姓名： 日期： 目录一、硬件模块的设计21.总体设计22.量程转换电路设计33.直流放大电路与交流真有效值转换电路34.AD转换电路设计45.单片机核心模块设计5二、软件模块的设计61.程序流程62.AD数据采样模块73.显示模块8三、仿真与调试9四、总结10参考文献11附录A 原理图12一、硬件模块的设计1.总体设计硬件的总体设计如图2.1所示，量程切换部分包括信号衰减，
2、把要测量的电压衰减到200mv以内，因为AD736只能转换有效值为200mv内的电压。交流有效值转换我们选用硬件直接转换， 这里选用常见的AD736真有效值转换芯片。直流 放大部分，这里选用的是LM324构成的最简单的同相电压放大 电路，放大倍数为10倍。模数转换模块我们选用常用的adc0808，实现简单，在要求不高的场合比较适用。处理核心我们选用AT89C51,对于本课程设计，由于对处理速度功能复杂程度要求不太高，对于51本身的片内资源在本课题中还是能满足要求。显示模块，按照要求我们选用4个数码管作为电压的显示只有正电压，量程为0250v。超量程报警电路和量程指示模块比较简单看就懂，不赘述。
3、 量程切换交直流切换交流真有效值转换直流放大AT89c51单片机处理模块超量程警报数码管显示电压模块ADC0808模数转换MV/V指示 图1.1 系统总体框图2.量程转换电路设计 图1.3量程开关 图1.2 量程切换与衰减电路量程切换这里选用一个双联开关（同时切换），五个档位分别为200mv，2v，20v，200v，250v；档位的调节这里选用串联的电阻将高电压衰减为低电压，然后送人后续处理电路。电阻选择从下到上依次是10k，90k，900k，9M，2.5M,当选择对应的量程是，理论上的衰减比为1/10, 1/100, 1/1000, 1/1250。使待测电压最后输出在200mv以内，衰减后的
4、待测电压直接送入后续电路处理。3.直流放大电路与交流真有效值转换电路 图1.4 直流放大电路直流放大电路用来放大经量程衰减电路后输出的直流电压和经交直流有效值转换后输出的直流电压（交直流通过sw1切换），这里采用LM324集成运放构成的简单放大器，反馈电阻R10为10k，反相端电阻R9为1k，根据同相放大器的公式：Auf=1+Rf/R9易得放大倍数理想情况是10倍，放大后的电压在2v以内。经输出端直接送到AD转换电路，为了提高AD转换的精度所以AD的模拟参考电压也应该调到2v。 图1.5 交流真有效值转换上图为AD736构成的真有效值转换典型电路，采用9V电池的供电电路。R2、R3为均衡电阻,
5、通过它们可使VCOM=E/2=4.5V。C1、C3、C4为电源滤波电容。该电路为高阻抗输入方式,适合于接高阻抗的分压器。最大的可转换的有效值为200mv。4.AD转换电路设计 图1.6 adc0808应用电路AD转换选用的八位的逐次比较器ADC0808，基准电压选用2v，可以提高精度，方便运算；0808的电路构成形式比较简单易于实现，在要求不高的场合比较适合。选择通道一作为模拟电压输入端，clk选用典型的640k。5.单片机核心模块设计 图1.8 晶振电路 图1.9 复位电路 图1.7 单片机核心单片机选用的是at89c51，对于本课题要求的速度和测量范围，单片机本身的资源 足够满足要求。晶振
6、电路选用的是内部的RC震荡电路，晶振选用12M.复位电路选用最典型的阻容复位。 二、软件模块的设计1.程序流程主函数中断和AD初始化超量程判断档位确定电压显示Mv/V指示警报电压采集中断函数读取AD采样电压启动AD中断返回2.AD数据采样模块图2.1 0808时序图 图2.2 中断采样测序根据时序图，我们选用的是中断采样，利用0808的EOC引脚作为外部触发端，进入中断首先是将转换后的数据取出来，取出的方式如时序所示。另外当取完数据后就是启动AD等待下一次AD采样的完成，中断返回。因为AD采样选用的模拟电压是2v，所以采的原始数据乘以二，整数部分除以255直接送到数码管显示。小数部分将其分离，
7、另作处理。3.显示模块 图2.3 数码管显示程序这部分测序主要完成的功能是处理原始数据，显示待测电压，完成量程的判断。首先是处理原始数据，将从中断取得的 原始数据进行变换使得整数部分和小数部分分离，随后是逐个显示电压，这里采用的是动态显示。量程 的判断主要用来确定小数点的位置，不同的量程小数点所在的位置是不同的。 三、仿真与调试 图2.4 仿真效果图这是交流毫伏档的测量效果，这是比较准确的；但是换挡后误差就比较大，主要原因是因为分压电阻的误差太大，也可能 是仿真软件本身的漏洞。调整了许多次电阻 ，电阻的分压系数都不理想。最小误差在1%。考虑了直流放大器因电阻的误差，这里我们选用 了滑动变阻器来
8、抵消影响，但还是不行。不知道什么原因。经过分析，为了使得AD转换的精度比较高，和使设计易于实现，AD的模拟参考电压选择是2v，由于精度的原因，所以还是不能做到很高，在显示毫伏的时候显示的是三位数。图2.5 mv、v指示上图是MV和V的指示灯，这是显示当前正测量200mv以内的电压，正常显示，当切换量程后红灯亮，绿地熄灭表示测量的读数是V.同时当切换量程时，由于刚开始电压还不稳定，当电压有效值大于所选量程的量程是，报警电路发出报警声。提示在该量程档电压的范围超出，当等待一段时间后报警声还没有消失，则应该切换更高的量程档进行测量。但这也存在一个问题，就是要等待的时间大概多长，由于实际电路和仿真还是
9、有区别的。所以无法确定等待的时间。对于一般的用户，如果不知道时间就会盲目的切换档位，导致测量不准确。所以正确的做法是不在每个档位都设置报警，只在最高量程设置，这样可避免盲目的切换档位。四、总结此次单片机课程设计，总体上满足了设计的基本要求；能实现AD的数据采样和显示，能够按照不同的电压选择不同的档位进行测量，并完成超量程警报以及要求的MV/V的指示。但也存在许多的 不足，比如说测量的准确度不够高，测量的稳定性不够高，测量速度也不够 快，需要等待很长时间才能得到比较稳定的数据。这主要是由几方面的原因引起：首先AD是的选取，选择8为的AD在一般场合是可以的，但本 课题要求的是用四位数码管显示电压，
10、而0808的分辨率只能到0.0190.02之间，显示的位数要到四位的话精度显然不够。另外选择得交直流真有效值转换器的参数调整不够精确，直接导致了测量的速度比较慢，测量精度不够 高；偶尔有时不稳定一直在某几个数 之间跳动，对读数十分不利；转换出来的有效值和实际值之间的误差在1%范围内。经过前级的衰减电路和有效值变换，随后经过的是直流放大电路，将直流放大10倍，在2v以内，这样做事为了提高AD转换的精度。由于直流放大电路采用的是最简单的形式，本身的不稳定性和准确度也给电压的精确读造成了较大的影响，另外电路的相对误差随着电压的不同而不同，这给调试带来极大的不方便，使得放大器的放大倍数始终调不到一个正
11、确的值。除了上述的基本要求和在实际做的情况下存在的一些问题外，最重要的就是电路的延展性不好。在一般情况下，数字电压表除了能完成课程设计的基本要求外还要有超量程的测量能力，能测量正负电压，有电压暂存的功能；有完善的电路保护，抗干扰性好等特性。这些本电路都不具备，这是很大的一个空缺。通过此次单片机课程设计，让我们学到了许多。知道了自己的不足，知道了自己和实际间的差距，以前课本的理论知识运用到 实际这需要下很大的功夫。这给我们以后的学习生涯是一次很好的提炼。 参考文献1模拟电子技术，胡宴如，高等教育出版社，19992电子技术（数字部分），康华光，高等教育出版社，20063电工电子实践指导，莫钊，江西科学技术出版社，20054单片机原理及应用，李建中，西安电子科技大学出版社，20125单片微型计算机与接口技术高峰，M.北京：科学出版社，2003.6智能化测量控制仪表原理与设计（第二版）徐爱钧. M.北京：北京航空航天大学出版社，2004.78051单片机实践与应用M. 吴金戌，沈庆阳，郭庭吉.北京：清华大学出版社，2002.附录A 原理图20
