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1、1基于 PC 的数字电压表设计 本文运用 AT89S51 和 AD678 进行 A/D 转换,根据数据采集的工作原理,设计实现数字电压表,最后完成单片机与 PC 的数据通信,传送所测量的电压值 数字电压表的设计和开发,已经有多种类型和款式。传统的数字电压表各有特点,它们适合在现场做手工测量,要完成远程测量并要对测量数据做进一步分析处理,传统数字电压表是无法完成的。然而基于 PC 通信的数字电压表,既可以完成测量数据的传递,又可借助 PC,做测量数据的处理。所以这种类型的数字电压表无论在功能和实际应用上,都具有传统数字电压表无法比拟的特点,这使得它的开发和应用具有良好的前景。 新型数字电压表的整
2、机设计 该新型数字电压表测量电压类型是直流,测量范围是-5+5V。整机电路包括:数据采集电路的单片机最小化设计、单片机与 PC 接口电路、单片机时钟电路、复位电路等。下位机采用 AT89S51 芯片,A/D 转换采用 AD678 芯片。通过 RS232 串行口与 PC 进行通信,传送所测量的直流电压数据。整机系统电路如图 1 所示。 数据采集电路的原理 在单片机数据采集电路的设计中,做到了电路设计的最小化,即没用任何附加逻辑器件做接口电路,实现了单片机对 AD678 转换芯片的操作。 AD678 是一种高档的、多功能的 12 位 ADC,由于其内部自带有采样保持器、高精度参考电源、内部时钟和三
3、态缓冲数据输出等部件,所以只需要很少的外部元件就可以构成完整的数据采集系统,而且一次 A/D 转换仅需要 5ms。 540)this.width=540“ vspace=5 2在电路应用中,AD678 采用同步工作方式,12 位数字量输出采用 8 位操作模式,即12 位转换数字量采用两次读取的方式,先读取其高 8 位,再读取其低 4 位。根据时序关系,在芯片选择/CS=0 时,转换端/SC 由高到低变化一次,即可启动 A/D 转换一次。再查询转换结束端/EOC,看转换是否已经结束,若结束则使输出使能/OE 变低,输出有效。12 位数字量的读取则要控制高字节有效端/HBE,先读取高字节,再读取低
4、字节。整个 A/D 操作大致如此,在实际开发应用中调整。 由于电路中采用 AD678 的双极性输入方式,输入电压范围是-5+5V,根据公式Vx10(V)/4096*Dx,即可计算出所测电压 Vx 值的大小。式中 Dx 为被测直流电压转换后的 12 位数字量值。 RS232 接口电路的设计 AT89S51 与 PC 的接口电路采用芯片 Max232。Max232 是德州仪器公司(TI)推出的一款兼容 RS232 标准的芯片。该器件包含 2 个驱动器、2 个接收器和 1 个电压发生器电路提供 TIA/EIA-232-F 电平。Max232 芯片起电平转换的功能,使单片机的 TTL 电平与 PC 的
5、 RS232 电平达到匹配。 串口通信的 RS232 接口采用 9 针串口 DB9,串口传输数据只要有接收数据针脚和发送针脚就能实现:同一个串口的接收脚和发送脚直接用线相连,两个串口相连或一个串口和多个串口相连。在实验中,用定时器 T1 作波特率发生器,其计数初值 X按以下公式计算: 540)this.width=540“ vspace=5 串行通信波特率设置为 1200b/s,而 SMOD=1,fosc=6MHz,计算得到计数初值X=0f3H。在编程中将其装入 TL1 和 THl 中即可。 为了便于观察,当每次测量电压采集数据时,单片机有端口输出时,用发光二极管3LED 指示。 软件编程 软
6、件程序主要包括:下位机数据采集程序、上位机可视化界面程序、单片机与 PC串口通信程序。单片机采用 C51 语言编程,上位机的操作显示界面采用 VC+6.0进行可视化编程。在串口通信调试过程中,借助“串口调试助手”工具,有效利用这个工具为整个系统提高效率。 单片机编程 下位机单片机的数据采集通信主程序流程如图 2 所示、中断子程序如图 3 所示、采集子程序如图 4 所示。单片机的编程仿真调试借助 WAVE2000 仿真器,本系统有集成的 ISP 仿真调试环境。 540)this.width=540“ vspace=5 在采集程序中,单片机的编程操作要完全符合 AD678 的时序规范要求,在实际开
7、发中,要不断加以调试。最后将下位机调试成功而生成的.bin 文件固化到 AT89S51的 Flash 单元中。 人机界面编程 打开 VC+6.0,建立一个基于对话框的 MFC 应用程序,串口通信采用 MSComm 控件来实现。其他操作此处不赘述,编程实现一个良好的人机界面。数字直流电压表的操作界面如图 5 所示。运行 VC+6.0 编程实现的 Windows 程序,整个样机功能得以实现。 540)this.width=540“ vspace=5 功能结果 根据上面所述工作原理及实施方案,在实践中很好地实现了整个样机的功能,各项4指标达到了预先的设计要求。电路工作稳定,每次测量均伴有 LED 发光指示,可视化界面显示也正常。 AD678 转换精度是 12 位,它的分辨率为 1/4096。这为整机系统的高精度提供了保障。为了提高测量精度,运用了 AD678 自带的校准电路,这样使其 A/D 转换精度更高。在实际测量中,整机测量精度达到了 0.8%。
