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1、2008 年毕业论文 车用数显仪表设计1DDB 电路图，联系车用数显仪表设计中文摘要本文介绍了如何利用 MCS-51 单片机测量大电流，大电压以及数字显示的实现方法。包括了整个电路的工作原理、硬件电路的连接以及软件的编程和调试。详细介绍了电流、电压的输入电路，压/频变换电路，串行通讯电路和表头显示部分。整个电路以一片 AT89C2051 作为核心处理器，LM358 集成运算放大器作为信号输入的放大芯片，两片 LM331 用做两路电压的 V/F 转换，MAX232 作为串行通信的电平转换芯片。此外，通过一个稳压电路和一个光耦隔离电路，用来保证系统的稳定工作。软件设计包括用计数器进行频率个数的采集
2、作为基准，数据处理，根据串行口通讯协议发送数据三部分。该项目研究成功后可直接应用到实际的汽车行驶过程中，作为一种实时检测，直观的显示行驶时电瓶车电瓶的电流和电压。它提高了行驶过程中电瓶车状况的透明度，便于使用者及时了解车子的情况，具有广泛的应用价值和市场前景。关键词：V/F 变换，数据处理，通讯AbstractIn this paper, a method of how to measure strong voltage and current and how to display the value digital based MCS-51 is introduced. The voltag
3、e signal is delivered to the V/F converter (LM331). But we have to lower the current before the current signal is delivered to the V/F converter. Because the electric circuit will be burned when the 2008 年毕业论文 车用数显仪表设计2current is too larger. The two V/F converters will produce two frequency signals,
4、 this two signals will be delivered to counters of CPU. And then , CPU will pass the data to chip by serial data transfer. Hardware include the enlarger、 V/F converter and the max232. Sofeware design include the data collects 、data process and data deliver. This project may apply to the actual produ
5、ction directly after research successfully. As a kind of real-time examination, which can display the transformation of electric current and voltage in locomotive directly, it enhance the diaphaneity in the movement process and make driver easier to know more situation of the locomotive. It will has
6、 the widespread application and market prospect. Key words: V/F convert，data process，communicate绪 论1.1 课题背景随着工业自动化技术的飞速发展，单片机也以其高可靠性、高性价比、低电压、低功耗等一系列优点，近几年得到迅猛发展和大范围推广，广泛应用于工业控制系统，数据采集系统、智能化仪器仪表，及通讯设备、日常消费类产品、玩具等。而环保意识的增强也让人们在选择交通工具时更多的偏向电瓶车。一般情况下，汽车表盘显示的信息仅仅是里程数和车速，但是在电瓶车的启动行驶过程中，使用者往往需要知道有关电瓶车电瓶的电
7、流和电压，应厂家的需要，设计一个车用数字显示仪表，该仪表不仅能显示里程数和车速，还能直观的显示运行时电瓶车的电瓶所流经的电流和电压。考虑到电流电压比较大，主要的实现方法是通过降压后进行 A/D转换将电流电压转成数字信号，再送入单片机进行数据处理，最后由单片机的串行口输出到数字显示仪表。该项目将计算机的处理数据的快速性、精确性运用到检测过程，提高了检测的准确度，数字显示更提高了检测的可读性，而且相对价钱较低。1.2 课题研究内容及需达到的要求鉴于本次设计的量较大，而本人的能力和精力有限，所以本次设计的主要研究内容是电流跟电压的采集、处理和显示。这部分电路的设计实际上就是利用单片机测量大电流、电压
8、并显示的过程，首先将电压模拟信号（电流信号也转换成电压信号处理）转换成数字信号，转换后的数字信号经滤波处理后被送入单片机，最后单片机将处理好的数据通过串行口送出，经过一块电平转换芯片跟显示的表头连接显2008 年毕业论文 车用数显仪表设计3示数据。 该项目的研制成功将给电瓶车行业带来福音，这不仅提高了电瓶车使用的便捷度，而且还能为使用者及时提供电瓶信息，有很广泛的推广前景和市场价值。第一章 电路的设计方案和工作原理第一节 电路的硬件设计方案一、系统的结构基于单片机测量负载电压电流的数显设计主要包括：测量变换电路、串口通讯、稳压及隔离电路三大块。图 1-1 为系统的结构图图 1-1：电 路结构图
9、二、电路的硬件介绍硬件原理图如图 1-2 所示：电路用一片 AT89C2051 芯片作为核心控制芯片；两片 LM331 进行压频变换，将输入的电压转换成与之成比例的脉冲信号；一块LM358 用于放大电流端的电压；一片 MAX232 用于串行通信，由它完成 CPU 与表头的通讯；一片以 7812 稳压器为主的稳压电路用于稳定电压；一片 TLP521-2负载V/F变换 光电隔离单片机MAX232电压电流显示表信号放大 V/F变换2008 年毕业论文 车用数显仪表设计4用于光电隔离，隔离干扰，提高精度。当要求测量电路时，在负载上串联一个电阻，通过测量电阻两端的电压经换算后就能求出流过负载的电流。在通
10、常情况下流过负载的电流很大，为了避免发热损坏电路，串联的电阻阻值很小，但偶尔也有小电流流过负载造成电阻两端电压很小，所以电流端的电压需要放大后在进行压频转换。 当两路电压进行压频变换后得到和电压成比例的频率，这个频率经过光电隔离电路祛除干扰后分两路送到单片机的两个计数器，用软件延时一段时间，存读取计数器的计数值，就能得到送入的脉冲数，它与被测电压成正比。这样通过一定的换算就能得出所测电压、电流，达到设计的目的。 硬件图见附录 2。第二节 软件设计方案被测量的电流与电压通过在输入电路的转换为电压信号并经过按比例降压后输入到 LM331 输入端，经过压频变换后，分别输出两路脉冲信号，这些脉冲信号跟
11、输入的电压成正比，将这两路脉冲信号分别送到 CPU 的 T0、T1 口，软件延时一段时间，从计数器读出输入的脉冲数，通过一定的换算，就能求出被测量的电流电压值，最后根据串行口通讯的协议将数据送出。编程中有一个值得注意的问题就是电压电流都是经过了一系列变换，比如电压信号输入时的降压，电流信号的电压的放大，还有模拟信号转换成数字，处理后数值进制的转换等细小的问题。这些问题在编写程序的过程中不容忽视，因为这些数据的转换处理直接影响到测量的精度，所以编写程序的过程中应该特别注意。软件流程图见附录 3。第二章 电压、电流信号的输入电路设计前面概括的介绍了系统的设计方案和工作原理以及硬件结构，本章将重点介
12、绍电路的输入部分。第一节 LM358 集成运算放大器结构和工作原理一、集成运算放大器的结构2008 年毕业论文 车用数显仪表设计5集成电路是 60 年代初期发展起来的一种半导体器件，它是在半导体工艺的基础上，将各种元器件和连接等集成在一个芯片上而制成的。 集成运算放大器是一种高放大倍数的直接耦合放大器。LM358 集成运算放大器内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。LM358 的封装形
13、式有塑封 8 引线双列直插式和贴片式。图 2-1：LM358 管脚图特性:1、内部频率补偿 2、直流电压增益高(约 100dB) 3、单位增益频带宽(约 1MHz) 4、电源电压范围宽：单电源(330V)；5、双电源(1.5/15V) 6、低功耗电流，适合于电池供电 7、低输入偏流 8、低输入失调电压和失调电流 9、共模输入电压范围宽，包括接地 10、差模输入电压范围宽，等于电源电压范围 11、输出电压摆幅大(0 至 Vcc-1.5V)二、集成运算放大器的性能指标集成运算放大器有多项技术指标，在此只列举几种比较重要的。1、 开环差模电压增益 Aod ：指运放在无外加反馈情况下的直流差模增益，它
14、是决定运放精度的重要因素。2、 输入失调电压 UIO：定义是为了是输出电压为零，在输入端所需要加的补偿电压。它在一定程度上也反映了温漂的大小。2008 年毕业论文 车用数显仪表设计63、 输入失调电压温漂 aUIO：表示失调电压在规定工作范围内的温度系数，是衡量温漂的重要指标。4、 输入失调电流 IIO：指输入电压为零时，两个输入端偏置电流之差，用来描述差分对管输入电流的不对称情况。5、 输入失调电流温漂 aIIO：它代表了失调电流的温度系数。6、 输入便置电流 IIB：代表了当输入电压为零时，两个输入端偏置电流的均值。7、 共模抑制比 KCMR：开环差模电压增益与开环共模电压增益之比，它是用
15、来衡量集成运放抑制温漂的能力。虽然实际的集成运算放大器当然不可能达到理想化的指标，但是，由于集成运放产品的各项性能指标愈来愈好，因此在一般情况下，在分析估算集成运放的应用电路时，将实际运放视为理想运放所造成的误差，在工程上是允许的。因此在设计中，也将 LM358 视为理想运放。三、理想运放理想运放就是将集成运放的各项技术指标理想化，既认为集成运放的各项指标为： 开环差模电压增益 Aod=；差模输入电阻 rid=；输出电阻 r0=0；共模抑制比 KCMR=；输入失调电压 UIO、 输入失调电流 IIO、 输入失调电流温漂 aIIO都为零。理想运放的工作特点：当工作在线性区时，集成运放的输出电压与其两个输入端的电压之间存在着线性放大关系，既U0=Aod（u +-u-）集成运放工作在线性区时有两个重要特点： u+=u- i +=i-集成运放工作在非线性去时，也有两个重要特点： u +u-，uo=+U OPB u+75电池欠压超
