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1、智能数字电压表 电气 81 靳康怡 吴鑫- 1 -智能数字电压表 设计报告电气XX 班XX XXX智能数字电压表 电气 81 靳康怡 吴鑫- 2 -目录一、摘要 二、设计要求 三、流程图 四、仪器清单与硬件介绍 五、软件及算法 六、实际测量与调试报告 七、结果及讨论智能数字电压表 电气 81 靳康怡 吴鑫- 3 -第一部分 摘要不同于以往的磁电式指针电压表，数字电压表利用模拟-数字转换电路和单片机实现对输入信号的测量、转换、储存、显示，终端即可以接普通的数码管直接显示电压的数值，也可以接液晶屏实现频率、波形。由于单片机具有强大的编程和定制能力，因此具有开发灵活、对用户友好等特点，本文即描述了数
2、字电压表的设计全过程。第二部分 设计要求1技术要求： 1. 输入信号：05V、频率（01KHz） 。2. 存贮深度自定。3. 用按键切换通道。4. 在液晶上显示被测直流电压值及单位。5. 在液晶上显示被测交流电压有效值及单位。6. 在液晶上显示被测交流电压的频率。 2工作要求：1组建基于单片机的智能数字电压表总体结构框图；2根据设计要求，通过理论分析和计算选择电路参数；3根据操作功能要求，确定键盘控制功能；4按设计要求确定显示位数、指示类型和单位；5采用汇编或 C 语言编写应用程序并调试通过；6对系统进行测试和结果分析。智能数字电压表 电气 81 靳康怡 吴鑫- 4 -第三部分流程图图 1操作
3、流程欢迎界面选择输入信号类型直流信号交流信号通道选择实时采样幅值显示开始采样处理数据显示有效值和频率复位智能数字电压表 电气 81 靳康怡 吴鑫- 5 -第四部分 仪器清单及硬件介绍1.仪器清单。表 1 器件清单2.硬件介绍如上述器件清单，本电路主要分为四个功能模块：数据采集、按键控制、数值计算与液晶显示。每部分具体设计情况详述如下：（1） 数据采集数据采集又分为两个部分，首先是交流预处理电路，其次为 AD 转换器。由于 ADC0809 不支持负值电压输入，故必须在输入模拟信号之前对输入信号外加直流偏置。交流预处理电路如下：模块器件类型标号功能备注OP07CP运放U3反向比例器 OP07CP运
4、放U4电压跟随器交流信号 预处理数 据 采 集ADC08098 通道 CMOS 模数 转换器U10AD 转换详见下文 key*8微动开关KEY1-8获得按键状态74HC245总线收发器U13通过开关高低电平控制总线详见下文按 键 控 制排阻排阻 10K*810K*8与通过 P2 微动开关异或89C52单片机U9核心部件详见下文 74HC573三态数据锁存器U8总线控制数 值 计 算6225632K 静态 RAMU7存贮数据液晶 显示12684LCD 显示器LCD显示器74LS138译码器U12为 RAM 与 LCD 提供译码数据74HC02集成 4 门或非U6 74LS74双 D 正沿触发器U
5、5、U11key微动开关RET重置按钮外 围 电 路11.0592晶振器CRYSTAL1 智能数字电压表 电气 81 靳康怡 吴鑫- 6 -图 2交流预处理电路对于交流信号的采集，使用如上的电路来将其变成直流。原理很简单，第一个运放为电压跟随器，将同向端的信号（可正可负）输入到第二个运放的反向端。第二个运放构成反向比例器，同向端电压被抬高到，则有，即69 642794cc CCccVRkVVRRkk44 23cccc ioVVUURR ，可知当输入-2.52.5V 的交流电压时，端即获得2cc oiVUUiUoU05.0V 的直流信号，与 ADC0809 的 0 通道相连，实现在交流信号上叠加
6、 2.5V 的直流偏置。ADC0809：ADC0809 是采用逐次逼近原理进行8 位 A/D 转换的芯片。其内部有一个 8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通 8 个单断模拟输入信号中的一个进行 A/D 转换。由 8 路模拟开关、8 位 A/D 转换器、三态输出锁存器以及地址锁存译码器等组成。引脚功能说明如下： 图 3 ADC0809IN0IN7：8 个输入通道的模拟输入端。智能数字电压表 电气 81 靳康怡 吴鑫- 7 -D0（2-8）D7（2-1）：8 位数字量输出端START：启动信号，加上脉冲后，A/D 转换开始进行。ALE：地址锁存信号。由低至高电平时，把三位地址信
7、号送入通道号地址锁存器,并经译码器得到地址输出，以选择相应的模拟输入通道。EOC：转换结束信号，是芯片的输出信号。转换开始后，EOC 信号变低；转换结束时，EOC 返回高电平。该信号可以作为 A/D 转换器的状态信号来查询，也可以直接用作中断请求信号。OE：输出允许控制端信号。OE=0，输出数据线呈高阻；OE=1，输出转换得到的数据。CLK：时钟信号。ADC0809 的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，通常使用频率为 500KHz 的时钟信号，最高允许值为 640kHz。VREF+和 VREF-：A/D 转换器的参考电压。电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。当
8、片选信号及同时有效，利用的下降沿使 ALE 及 START 信_ WR_ WR号变高电平有效，模拟开关的地址（ADDC、ADDB 和 ADDA）存入地址锁存。在的上升沿时刻，START 信号产生下降沿启动 A/D 转换。EOC_ WR为输出的转换结束信号，正在转换时为 0，转换结束时为 1。OE 为输出允许控制端，在转换完成后用来打开输出三态门，当片选信号及同_ RD时有效，OE 输出允许，以便从 ADC0809 输出这次转换的结果。图 4ADC0809 的时序图智能数字电压表 电气 81 靳康怡 吴鑫- 8 -（2） 按键控制包括了三态双向总线收发器 74LS245, 排阻 10K*8。将按
9、键信息回馈给单片机，74LS245 的使能端接译码器 Y2，当执行外部数据传送时，可将案件信息调用，其对应地址为 4000H-5FFFH，硬件电路图如下。图 5按键控制电路8 个微动开关连接上拉电，通过总线收发器与总线相连，当按键抬起时为高电平，按下时对应的位接地，即变为低电平。由于获得的按键状态总为类似 11111011 这样的形式（通常同时只有一个按键被按下），故将其与 0xff 异或后即得 00000100=0x04。（3） 数值计算主要由 89C52 单片机、32K*8 RAM62256 与总线控制器 74HC573 组成。其中 89C52 采用扩展后的总线接法，与 RAM 通过锁存器
10、相连，数据总线使用 P0 端口，地址总线复用 P0 和 P1 端口。连接图如下页所示。智能数字电压表 电气 81 靳康怡 吴鑫- 9 -图 6单片机与 RAM 通过锁存器连接（4） 液晶显示使用 LCD 显示 MFC-G12864 实现可视化界面及结果显示。其屏幕分左右两屏，按横行可分为 8 页，按纵列分为 64 列，每个点置 1 时亮，置 0 则灭，用字模软件取出对应代码（若为 16*16 点阵则需 32 字节，若为 16*8 点阵则需 16 字节） ，设置选屏，页地址，列偏移，然后对应输入字模代码即可。智能数字电压表 电气 81 靳康怡 吴鑫- 10 -图 7液晶显示器连接电路 第五部分
11、软件及算法直流模式下的程序工作极其简单，仅仅从直流通道采集数据，转换并显示。交流模式下需要计算频率和幅值，计算频率也可以通过硬件和软件两种方法来实现。硬件方法是利用了单片机的计数器工作方式 1，在该方式下计数器可由外部中断 0 触发，记录中断 0 的高电平宽度，即可由计数器读取输入信号的半周期。但在本电路中并没有采用硬件中断的方法，因为外部中断管脚已经作为串行 I/O 端口与液晶屏通信使用了，实际采用的是软件方法，计算原理与硬件方法极其相似，即过零法。由于实际测量中常有误差干扰，导致测量信号波动较大，而且本程序受ADC0809 只能识别正值信号的要求限制，必须对过零法采取改进措施，具体方法如下
12、：我们将传统过零法仅判断数据符号变化改为判断相邻两次采样数值是否又一个变化范围转到了另一范围。判断语句如下：if(temp1106)智能数字电压表 电气 81 靳康怡 吴鑫- 11 -k+;即将得到的相邻两个采样信号分别存于 temp1 与 temp2 中，若满足以上关系，则确定其为一个“过零点” ，并将此时的采样点号 i 存入名为 guoling 的数组中，以待之后计算频率。得到过零点后，选取间隔两个过零点为第一、第三过零点，易知这两点之间的部分就是交流信号的一个周期。由于点号 i 如上已知，则可通过将两个点号想减，即为每周期所包含的采样点数。再与采样周期相乘，则可得到所测信号一周期的时间长
13、度，即可得到频率。这部分程序如下：if(k%2=0)zhouqidian=2*(guolingk-guoling0)/k;elsezhouqidian=2*(guolingk-1-guoling0)/(k-1);另外，交流有效值也可通过一个函数得到。设 temp 为一个暂存数据，sum为所有数据的和。由于交流信号在均匀采样足够大情况下，其总和应为其平均值与样点数之乘积，故当样点数为 10000 时，可通过 sum/10000 求得所测量信号的直流偏置电压，之后得到所求信号有效值则易于处理了。这部分的程序代码为：for(i=guoling0;i #include #include #includ
14、e #include #define ad_in XBYTE0X3FFF /ad 转换地址 #define ad_store XBYTE0X8000/数据存放首地址 #define ad_key XBYTE0X5FFF /按键信息地址 #define b1 (ad_key typedef unsigned short uint16; uint16 idata dianshu; uchar idata tongdao;/通道数 float idata dc_pianzhi,ac_youxiao,pinlv;/直流偏置，交流有效值，频率 uchar xdata *ad_adr;/ad 采样地址 u
15、char xdata *store;/采样信息存放地址智能数字电压表 电气 81 靳康怡 吴鑫- 15 -uchar idata flag;/运行阶段标志 float idata sum,sum1;/电压和，电压平方和 uint16 idata guoling5;/每周期的中间点 bit ac; sbit RSPIN=P32; sbit RWPIN=P33; sbit EPIN = P34; sbit CS1PIN = P35;/交直流判断 uchar idata disdata4;/显示数据 uchar idata pingjun; uint16 idata zhouqidian; floa
16、t idata temp; uchar temp1,temp2; code uchar number= 0x00,0xE0,0xF0,0x08,0x08,0x18,0xF0,0xC0,0x00,0x0F,0x1F,0x20,0x20,0x30,0x1F,0x07, /*0*/0x00,0x00,0x10,0xF0,0xF8,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x20,0x3F,0x3F,0x20,0x20,0x00, /*1*/0x00,0x70,0x78,0x08,0x08,0x98,0xF0,0x00,0x00,0x30,0x38,0x34,0x32,0x31,0x38,0x00, /*2*/0x00,0x00,0x30,0x30,0x38,0x08,0x88,0x88,0x00,0x00,0x18,0x
