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1、电子线路课程设计电子线路课程设计 第1页 共16页智能仪器设计报告姓名：姓名：学号：学号：专业：专业：电子信息工程日期：日期：2012-11-142012-11-14电子线路课程设计电子线路课程设计 第2页 共16页南京理工大学紫金学院电光系南京理工大学紫金学院电光系电子线路课程设计电子线路课程设计 第3页 共16页摘要摘要本课题是设计并制作一个基于单片机和 Labview 的智能数字电压表，实现电压的自动换挡，提高测量精度。电压表分成三档0100mV；100mV1V；15V，利用程控增益放大器改变放大器的放大倍数，将各档内的输入电压依次放大 50 倍，5 倍，1 倍；程控放大器的输出端经 A
2、DC0809 进行 A/D 转换，转换结果传输给AT89C51，AT89C51 根据结果将信息反馈给多路选择器从而改变放大器放大倍数的，并利用串行通信发送给上位机，在 Labview 上实现测量数据的显示。关键词：关键词：智能数字电压表 AT89C51 A/D 转换 程控放大器引言引言智能仪器课程设计是一门理论和实践相结合的课程。它融入了现代电子设计的新思想和新方法，将智能仪器和虚拟仪器的理论和知识相结合，再结合所学的模拟电路和数字电路及单片机的理论和知识，设计、制作一个智能数字电压表，通过理论和实际的应用，帮助学生进一步提高系统的知识和实际设计能力。本课程对于推动信息电子类学科面向 21 世
3、纪课程体系和课程内容改革，引导、培养大学生创新意识、协作精神和理论联系实际的学风，加强学生工程实践能力的训练和培养，促进广大学生踊跃参加课外科技活动和提高毕业生的就业率都会起到了良好作用。电子线路课程设计电子线路课程设计 第4页 共16页1 1 主要技术指标和要求主要技术指标和要求1.1（1）输入电压：05V（直流） ；（2）分成三档：0100mV；100mV1V；15V；（3）自动根据输入电压换挡；（4）测量精度：最大值的 0.4%；（5）自动校零；（6）利用虚拟仪器实现测量结果在微机上显示1.2 实物要求根据智能仪器的设计要求 ，在仿真的基础上，对系统的程控放大器在面包板上完成连接、装配、
4、调试并和单片机的开发系统连接并通过开发系统与微机连接，最后在微机上显示所测的电压数值。1.3 实验仪器单片机与微机；功率函数信号发生器： SP1631A；万用表：UNI-T1.4 主要器件及典型电路形式（1）本次课程设计用器件介绍 ：单片机实验箱、微机、OP07、AD0808、Protues、Protel、Labview、Keil C51、（2）典型数字电路形式和模拟电路：程控运放电路2 2 工作原理：工作原理： 2.1 智能仪器数字电压表电路设计智能仪器数字电压表电路设计1. 软件设计总流程图：电子线路课程设计电子线路课程设计 第5页 共16页2. 各个组成模块： I.量程自动切换电路:同相
5、放大器的放大增益为：K=1+Rf/RS , 在本电路中使 R6、R7 分别为 R5 的 50 倍和 5 倍。与多路选择开关配合，使电路分别放大 50、5 和 1 倍。 CD4052 真值表：II.A/D 采集和输出电路:电子线路课程设计电子线路课程设计 第6页 共16页元器件引脚图，真值表元器件引脚图，真值表OP07OP07 的功能介绍：OP07 芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集 成电路。由于 OP07 具有非常低的输入失调电压（对于 OP07A 最大为 25V） ， 所以 OP07 在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07 同时具有输入偏置电 流低（OP07A 为2nA）
6、和开环增益高（对于 OP07A 为 300V/mV）的特点，这种 低失调、高开环增益的特性使得 OP07 特别适用于高增益的测量设备和放大传感 器的微弱信号等方面。OP07 引脚图1 和 8 为偏置平衡(调零端)，2 为反向输入端，3 为正向输入端，4 接地，5 空脚 6 为输出，7 接电源CD4052CD4052 是一个双 4 选一的多路模拟选择开关，具体接通哪一通道，由输入地 址码 AB 来决定 管脚图：电子线路课程设计电子线路课程设计 第7页 共16页真值表：2.22.2 实验内容实验内容#include #include #include #define PINO XBYTE0X7FF
7、8#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit CD4052_A=P10 ;sbit CD4052_B=P11;void delay(uint i) uint j=0;电子线路课程设计电子线路课程设计 第8页 共16页while (ji)j+; void vart_uint() TMOD=0X20;TH1=0XFA;TL1=0XFA;TR1=1;PCON=0X80;SCON=0X50;void vart_tx_byte(uchar tx_data) TI=0;SBUF=tx_data;while (!TI);TI=0;void
8、 vart_tx(uchar voltage,uchar gain) vart_tx_byte(0X7E);vart_tx_byte(0X02);vart_tx_byte(voltage);vart_tx_byte(gain);uchar read_adc0808() uchar adc_data;PINO=0;delay(200);adc_data=PINO;return adc_data;电子线路课程设计电子线路课程设计 第9页 共16页void tx_voltage()uchar adc_data;CD4052_A=0; CD4052_B=0;delay();adc_data=read_
9、adc0808();if (adc_data0XFF)vart_tx(adc_data,50);else CD4052_A=1; CD4052_B=0;delay();adc_data=read_adc0808();if(adc_data0XFF)vart_tx(adc_data,10);else CD4052_A=0; CD4052_B=1;delay();adc_data=read_adc0808();if(adc_data0XFF)vart_tx(adc_data,1); void main()uchar i;vart_uint();while(1)tx_voltage();for(i=
10、0;i50;i+)delay(1000);电子线路课程设计电子线路课程设计 第10页 共16页II.Proteus 原理图：III实验数据： 50 档： 输入： 26.5mv 输出： 1.267v40.4mv 1.937v反馈电阻 Rf=240K 理论放大 49 倍 实际放大 48 倍 5 档: 输入： 161.8mv 输出: 800mv567mv 2.831v反馈电阻 Rf=20K 理论放大 5 倍 实际放大 4.95 倍 1 档 输入： 1.29v 输出: 1.37v3.46v 3.65v电路-电压跟随器 理论放大 1 倍 实际放大 1.05 倍电子线路课程设计电子线路课程设计 第11页
11、共16页3 单元模块设计单元模块设计 3.1 程控放大器的设计程控放大器实现多个放大倍数，确保输出电压在 05V 之间，能有效输入到 ADC0809。同相放大器的放大增益为：K=1+ Rf/ Rs ，在本电路中使 R2、R3、R4分别为 R6的 49 倍、4 倍和趋于 0 倍。与多路选择开关配合，使电路分别放大 50、5 和 1 倍。3.2 A/D 采集电路的设计包括启动、等待、采集数据。ADC0809 系列内部含有三八译码电路，以控制分别选通八个模拟输入通道，首先确定 ADDA、ADDB、ADDC（一般用P0 口的 P0.0、P0.1、P0.2） ，在 ALE 信号下将该地址锁存在 AD08
12、09 内部的地址锁存器中，经译码后选通指定的模拟通道。然后在 START 引脚上输出一个脉冲以启动 A/D 转换。EOC 端上电平在 A/D 转换期间为低，转换后变成高电平，可作为查询中断信号使用。当 OE 为低电平时，D0-D7 为高阻状态，当A/D 转换完 成后，在 OE 引脚上给高电平可使转换结果出现在数据总线 D0-D7上。电子线路课程设计电子线路课程设计 第12页 共16页3. 3 单片机电路3.4 串口电路电子线路课程设计电子线路课程设计 第13页 共16页3.5 LabviewLabview 显示界面电子线路课程设计电子线路课程设计 第14页 共16页4. .系统测试系统测试当输
13、入电压为 50mv 时，电压表为第一档，即放大倍数为 50，串口发送如下图所示，电压为 80，即 D=128/255*5=2.51V，放大倍数约为 50.当输入电压为 0.1v 时，电压表为第二档，即放大倍数为 5，串口发送如下图所示，电压为 33，即 D=51/255*5=1 v,放大倍数约为 5。当输入电压为 2v 时，电压表为第三档，即放大倍数为 1，串口发送如下图所示，电压为 6D，即 D=109/255*5=2.13v,放大倍数约为 1。电子线路课程设计电子线路课程设计 第15页 共16页Labview 与 proteus 联合测试电子线路课程设计电子线路课程设计 第16页 共16页
14、5.5.设计总结设计总结1.通过本次实验，我了解和掌握了电子系统研发产品的一个基本流程，即软件设计软件仿真硬件安装硬件调试。这个过程是不可跳跃的，前者是后者的基础，所以我们应该认真对待软件设计和仿真环节，观察实验异常现象，认真分析其出现原因，因为硬件调试的时候可能会出现类似的情况。2.复习和回顾了以前的知识。其中既有软件操作，例如用 keil编写代码，用 proteus 实现软件仿真，通过串口连接收发数据等；又有书本上的知识，比如自动量程选择的实现方法，通过多路选择开关 CD4052 实现自动换挡，运算放大器的反馈电路，各种芯片的管脚作用等。参 考 文 献1 史健芳智能仪器设计基础北京：电子工业出版社20092 闫玉德、葛龙、俞虹单片微型计算机原理与设计北京：中国电力出版社20103 张重雄 虚拟仪器技术分析与设计 北京：电子工业出版社 2007紫金学院微型与单片机原理及应用实验指导书.
