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1、盐城工学院本科生毕业设计（2013）毕业设计说明书基于STC89C52量程自动转换电压表的设计专 业自动化学生姓名班 级BM自动化091学 号指导教师完成日期3盐城工学院本科生毕业设计（2013）毕业设计说明书（毕业论文）独创性声明本人声明所呈交的毕业设计说明书(毕业论文)是本人在导师指导下进行的研究、设计工作后独立完成的。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，说明书中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究所做贡献集体和个人，均己在说明书中作了明确的说明并表示谢意。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。毕业设计说明书（毕业论文）作者签名(手写): 日期: 年 月 日指导教师签名
2、(手写):日期: 年 月 日3基于STC89C52量程自动转换电压表的设计摘 要：电工测量参数一般包括电流、电压、功率、功率、频率因数等。在电网调度自动化的设备过程中需要配置多只显示上述电工参数的面板表，如电流表、电压表、功率表等等，其一般多为指针式面板表，精度较低，可视距离近，且需要人工抄录数据，不仅浪费人力资源，而且对数据管理不便。近些年，随着微电子技术的迅猛发展和大规模集成电路的出现，特别是单片机的出现，正在引起测量控制仪表领域的技术革命。设计基于STC89C52 微控制器的量程自动转换电压表。被测信号经输入阻抗分压衰减后得到与输入的被测电压成比例的电压值，并由运算放大器LM324按比例
3、将其放大，最后经整流滤波得到与输入电压成比例的直流电压值。实现电压表量程的切换只需要改变放大电路的放大倍数即可。运算放大器是用电压负反馈比例放大由CD4051模拟开关进行Rf的选择，从而实现放大倍数的控制。再由单片机对A/D转换的结果进行转换，得到被测电压的数值后，通过单片机驱动LCD液晶显示器显示测量的最终结果。关键词：单片机；量程自动转换；A/D转换Design of Measuring Range Automatic Conversion Voltage Meter Based on STC89C52 Single Chip ComputerAbstract: Electrical me
4、asuring parameters generally include current, voltage, power, power factor, frequency, etc. In the process of power grid dispatching 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
5、 pointer type panel, low precision, visual distance, and the need to manually transcribing data, not only waste of human resources, but also for data management of inconvenience. In recent years, with the rapid development of microelectronics technology and the emergence of large scale integrated ci
6、rcuit, particularly the emergence of single chip microcomputer, It is caused by the new technological revolution in the field of measuring control instrument.Based on STC89C52 microcontroller automatic conversion voltage meter range. Measured signal after input impedance differential pressure attenu
7、ation is proportional to input voltage being measured voltage value, and by the operational amplifier LM324 to enlarge it to scale, finally by 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 magnificati
8、on of amplifier circuit. Operational amplifier is proportion with voltage negative feedback amplifier by CD4051 for Rf analog switch selection, so as to realize the control of magnification. Again by single chip microcomputer A/D conversion results, get measured voltage value, through the singlechip
9、 to drive the LCD display shows the final results.Key words: singlechip;automatic range change;A/D enhances目 录1概述11.1 课题研究背景11.2 课题研究意义与内容12 系统方案的比较和选择22.1 量程自动转换电压表的设计22.2 模数转换模块的设计22.3 显示模块的设计32.4 量程自动转换的设计33 量程自动转换电压表的硬件设计53.1 硬件总体设计53.1.1 硬件系统概述53.1.2 电压表硬件主体部分63.2 电压信号采样83.2.1 设计原理简介83.2.2 运算放大
10、器LM32483.2.3 模拟开关CD405193.3 A/D转换电路103.3.1 A/D转换器的工作原理和技术指标103.3.2 A/D转换器芯片ADC0809113.4 显示部分133.4.1 LCD显示器简介133.5 报警电路154 量程自动转换电压表的软件设计164.1 量程的整定164.2 软件流程17结束语18参考文献19致 谢20附 录21附录1 原理图及PCB图21附录2 元件清单23附录3 程序代码24盐城工学院本科生毕业设计说明书（2013）基于STC89C52量程自动转换电压表的设计1概述1.1 课题研究背景 在使用智能仪表的测量过程中，经常会用到量程自动转换技术，这
11、就需要仪表能在较短的时间内自动选取最合适的量程，实现精度高、速度快的测量。量程自动转换的实现大都通过对输入信号的衰减和放大倍数的控制来实现。就量程自动转换的电压表来说，一般输入的被测电压会大于A/D转换器的输入范围，所以它的量程切换是先通过输入阻抗对输入信号的衰减和运算放大器的放大，再通过单片机对模拟开关选择来切换信号衰减倍数的过程。智能化微控制器测控技术的应用领域越来越广泛。不仅应用在航空、航天、铁路、冶金、化工、国防等产业，而且在日常生活中也得到广泛的应用。1.2 课题研究意义与内容计算机技术向测量仪器的延伸加快了智能仪器/仪表的发展，其系统是包含微型计算机或微处理器的测量仪器。由于微控制
12、器系统对数据具有存储、运算、逻辑判断及自动化操作等功能，因而这一类仪器被称作智能仪器/仪表，国内外学术界已逐渐接受这一观点。自从1971年美国Intel公司生产出世界上第一款微型处理器(4004 型4位微处理器芯片)以来，微型计算机技术得到了迅速的发展。测量仪器在其影响下突飞猛进，有了新的活力。到90年代中期，在高性能、高准确度、多功能的测量仪器/仪表中不采用微型计算机技术的已经非常少了。智能仪器的发展有了质的飞跃。传统的手动调档式万用表，在采用了单片机微控制器之后，功能变得更加多样化，使用起来更加快捷和方便，而且精准度大大提高。近年来，在测量技术领域中，各种模拟指针式电表、电位差计、电桥及分
13、压箱等占据着测量设备的主导地位。虽然这些仪器/仪表有工作稳定、可靠、结构简单等多种优点，但也有着操作不便、速度较慢、测量量程范围小等缺点，不能实现自动化测量。智能化仪表克服了这些缺点，自其问世以来发展迅猛、其应用范围也越来越广泛。数字电压表和多功能的数字多用表在工程测量、计量检定、科学实验、机械电子、电能电力、邮电通信、国防军工以及工矿企业等诸多领域中，有着非常广泛的应用。尤其是智能化数字仪表的普及和应用，在数字化、自动化、软件化测量技术中发挥着重要的作用。在电测量技术领域中，交直流指针式电压表、电流表、功率表及相位表等作为计量标准仪器仪表使用已有悠久的历史，其量程转换及测定已成系统。如今数字
14、式仪表在计量系统中，以其优越的性能绝大部分可以取代上述各种仪器仪表。因此，各种数字式仪表也必须纳入计量检测系统。数字电压表和数字多用表的应用十分广泛，其准确度要求也越来越高，研究它的检定测试方法具有一定意义。分析掌握它的工作原理和技术指标，是计量测试部门、科研单位、生产厂家、使用和维修单位的一项重要技术工作。测量量程的自动转换的问题一直备受关注。传统的电压表都含有手动挡，使用起来不是很方便，而且如果在使用中忘记切换量程会对电压表造成损坏。当代电子测量对系统的精度要求越来越高且智能化程度也越来越高，在量程自动转换电路中，一般是用微处理器控制程控增益放大器来实现量程自动转换。采用这种方法速度较快、
15、精度较高，但是电路设计较为复杂，判断和选择量程将占用微型处理器的大量时间。在设计仪表电路时，可以利用电路中逐位逼近式A/D转换器本身提供的过/欠量程信号(OR/UR)，并辅以必要的逻辑，来设计量程自动转换电路。该电路采用量程编码方式来控制量程转换，使得编码与量程能够对应起来。2 系统方案的比较和选择2.1 量程自动转换电压表的设计方案一：由数字电路及芯片构建。此设计方案包括模拟电路和数字电路，模拟部分由放大器和A/D转换器组成，数字部分由逻辑控制器、译码器、计数器、振荡器和显示器组成。其最主要的核心器件是A/D模拟转换器，A/D转换器的作用是将模拟信号转换成数字信号。模拟信号和数字信号是可以相互转换的，逻辑控制电路用来实现对开关的导通或关断控制，并按规定的时序保证A/D模拟转换能够正常进行。A/D转换结束后通过计数译码电路将转换结果变换成段码，通过驱动电路驱动显示器显示出转换结果。优点：设计成本低，能够满足一般的电压测量。缺点：设计电路不够灵敏，均是硬件连接电路，很难有拓展的空间。方案二：单片机系统和A/D转换器组成。此设计方案是由微控制器、A
