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1、-综合设计性实验题 目：基于PC的智能数字电压表设计摘 要在现代检测技术中,常需用高精度数字电压表进展现场检测,将检测到的数据送入微计算机系统,完成计算、存储、控制和显示等功能。随着单片机技术的开展，单片机广泛的应用于测量技术中。以往的测量技术与之相比，只能将被测量量通过指针式指示仪表指示测量数值。但是指针式指示仪表读数不方便，且不易于实现计算机控制。现利用了单片机在测量技术中的应用，采用AT89C52单片机实现模拟电压信号的检测与显示，用ADC0809制成数字电压表可以测量05V的8路输入电压值，ADC0809进展模数转换然后送给单片机处理，用LED进展测量结果的显示。以便于与其它设备进展数
2、据交换，便于实现智能化控制。在广泛的自动控制领域中，需要有类似微型计算机功能的支持，但常常又不可能把微型计算机安装在设备里面。因此，微型控制器的一个重要分支单片机应运而生。随着技术的不断开展，有许多新一代的单片机已经在片集成了多路A/D转换通道，大大简化了连接电路和编程工作。单片机以其稳定可靠，体积小，功耗低，价格低廉的特点广泛应用于多种需要计算控制功能的现场控制领域和实时控单片机控制系统。关键词：单片机；ADC0809；电压. z-设计背景数字电压表Digital Voltmeter简称DVM，它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量直流输入电压转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。传
3、统的指针式电压表功能单一、精度低，不能满足数字化时代的需求，采用单片机的数字电压表，由精度高、抗干扰能力强，可扩展性强、集成方便，还可与PC进展实时通信。本系统用单片机AT89S51构成数字电压表控制系统, 具有精度高、速度快、性能稳定和电路简单且工作可靠等特点, 具有很好的使用价值。数字电压表(DVM)是诸多数字化仪表的核心与根底。以数字电压表为根底,可扩展成各种数字仪表及非电量的数字化仪表，其应用覆盖电子电工测量、工业测量、自动化仪表等领域。与指针式电压表相比，数字电压表具有很多优点：读数直观、准确，以数字形式显示电压，防止读数视差和视觉疲劳；显示围宽、分辨力高，数字电压表构造。其中AD转
4、换器将转入的模拟量转换成数字信号，是数字电压表的核心。目前，由各种单片A/D 转换器构成的数字电压表，已被广泛用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域，示出强大的生命力。与此同时，由DVM扩展而成的各种通用及专用数字仪器仪表，也把电量及非电量测量技术提高到崭新水平。数字电压表是诸多数字化仪表的核心与根底,电压表的数字化是将连续的模拟量如直流电压转换成不连续的离散的数字形式并加以显示,这有别于传统的以指针加刻度盘进展读数的方法, 防止了读数的视差和视觉疲劳。数字式电压表是由高阻抗电压表头与分压电路组成的。数字式电压表头的等效输入电阻通常在200M欧以上，满量程时所流经的电
5、流通常在1皮安左右。以上述表头制成的数字式电压表，满量程时所流经的电流与量程有关，通常在1皮安至100微安之间。数字电压表(数字面板表)是当前电子、电工、仪器、仪表和测量领域大量使用的一种根本测量工具有关数字电压表的书籍和应用已经非常普及了。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上,都具有传统数字电压表无法比较的特点,这使得它的开发和应用具
6、有良好的前景。1 下位机系统方案的选择与论证1.1设计任务本次设计的任务及要求为：1、采用MCS-51单片机控制A/D转换芯片进展A/D转换，并对八个通道的一路转换结果进展采集。2、根据采集结果换算成电压值，每路电压信号的幅值变化率要求不大于0.5伏/分钟；检测精度要求不小于千分之一。3、编写MCS-51单片机串行通信程序，实现与PC通信。4、用VB6.0及MSm控件编写一个上位机应用程序，利用串口通信实现对下位机的数据采集、显示。1.2 控制器模块的选择方案一：选用STC89C52RC单片机作为控制芯片。STC89 系列单片机大局部具有在系统可编程ISP特性，ISP 的好处是：省去购置通用编
7、程器，单片机在用户系统上即可下载/ 烧录用户程序，下载程序时只需P3.0、P3.1口，而无须将单片机从已生产好的产品上拆下，再用通用编程器将程序代码烧录进单片机部。有些程序尚未定型的产品可以一边生产，一边完善，加快了产品进入市场的速度，减小了新产品由于软件缺陷带来的风险。由于可以将程序直接下载进单片机看运行结果故也可以不用仿真器。方案二：AT89S51单片机作为控制芯片。AT89S51单片机是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失
8、性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚构造，芯片集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，AT89S51 单片机作为控制电路的芯片。同样可以满足电路要求，但是电路比较复杂，设计繁琐，不易控制。故不能采用此方案。经比较，为了更好的满足电路设计要求，控制器模块选用方案一。1.3 A/D采样模块的选择方案一： 利用ADC0809进展AD采样与转换，ADC0809是采样频率为8位的、以逐次逼近原理进展模/数转换的器件。其部有一个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展A/D转换。其计算时间100us每次，而且耗能大，还要
9、外接时钟输入，芯片的本钱也高而且面积较大。方案二：MA*197 是一种单电源，工作电压为5V，并行12位A/D转换器，其采样速率可以到达100ksps，采样有效动态围可增至 16 位。具有 8个采集通道，可独立设置多种输入围：10V、5V、0V至 10V 或0V至5V，且任何通道的故障都不影响其他通道的变换结果。由于该芯片在片已有采样跟踪保持电路，部时钟电路和部参考电压源，所以在应用时，所需外围元件极少，因此,用MA*197构成的数据采集系统具有硬件构造简单、体积小和可扩展功能多的优点。经比较，为了更好实现电路要求、采集精度适合，AD采样模块采用方案一。1.4 显示模块的选择方案一：采用点阵型
10、LCD显示。LCD可以显示输出信号的波形、类型、幅度、频率、和频率步进值等，显示更美观大方，且显示的信息更多，人机交互界面更人性化，界面显示采用控制器12864的点阵型LCD显示。12864是一种图形点阵液晶显示器， 它主要由行驱动器/列驱动器及12864 全点阵液晶显示器组成。可完成图形显示,也可以84 个1616 点阵汉字。显示效果好，但是从现实生活的实时监测来看，其性价比不高，而且编程比较繁琐。方案二：采用上位机显示和数码管显示。通过采用电平转换芯片MA*232就可以实现RS-232C信号电平与TTL电平的双向转换，进而实现RS-232C接口的串行通信。MA*232芯片使用单一的+5V电
11、源供电，配接5个0.1uF的瓷片电容或5个1uF的电解电容即可完成RS-232C电平与TTL电平之间的转换。再经过PC上位机由VB6.0编写的UI界面进展数据的收集与显示，使得显示更加的精细准确，且更具有实时监测性，可扩展性更强。数码管价格廉价，使用方便，可以进展与上位机的显示值比较。经比较，在满足电路要求的情况下性价比高者优选，故显示模块选用方案二。1.5 稳压电源的选择采用220V工频交流供电，经过变压器之后变为9V的电压，再通过整流滤波和稳压之后，就可以得到稳定的5V直流电压，供应单片机工作，同时可触发MA*232电平转换芯片和A/D转换芯片工作，可供应系统适宜的稳压源，使得采集的数据更
12、加稳定准确。1.6 总设计方案及系统框图根据设计要求，该系统采用单片机采用51核的STC89C52R高性能8位机作为下位机的控制核心。A/D转换器采用ADC0809，为简化接口电路单片机对ADC0809的控制采用位操作形式。对于串行通信局部采用MA*232及少量的外围电路即可实现逻辑电压转换与PC串口完成硬件连接。对于显示方面则用上位机通过由VB6.0编写的UI界面进展显示。本系统实现了八通道模拟量的采集，而下位机通过采用矩阵键盘即可实现显示不同通道电压值的切换，且使得上位机采集的电压值具有自动循环显示和 手动指定通道显示的功能。本设计的系统框图如图1.1所示。图1.1 系统总设计框图2 上位
13、机系统方案2.1上位机软件设计上位机的软件设计主要面向于Windowns的桌面应用程序的编写，利用VB6.0作为开发环境，ui界面采用基于MFC的对话框实现。串口通信局部则用MSm控件实现底层的操作。2.2 设计界面根据实验要求及单片机设定好的串行通信参数界面中要有显示各通道的电压值的窗口、选择通信串行端口的组合框、翻开/关闭端口的按钮、通信状态的显示及退出程序的按钮。为时界面美观大方、操作便捷简单、便于数据的读取。对数据的显示局部采用了数显及指针表头显示两种方式进展显示。最终设计好的界面如下列图2.1所示。图2.1 上位机界面2.3 使用MSm控实现串口通信及实现数据采集显示使用MSm控件实
14、现串口通信需要根据以下步骤一步一步完成：1、建立工程：翻开VB6.0，建立一个基于对话框的MFC应用程序VoltageMeter即我们建立我们要编写的上位机的工程。2、在工程中插入MSm控件：选择Project菜单下Add To Project子菜单中的 ponents and Controls选项，在弹出的对话框中双击Registered Active* Controls项则所有注册过的Active*控件出现在列表框中。 选择Microsoft munications Control, version 6.0，单击Insert按钮将它插入到我们的Project中来，承受缺省的选项。这时在Cl
15、assView视窗中就可以看到CMSm类了，并且在控件工具栏Controls中出现了图标。然后用鼠标将此图标拖到对话框中程序运行后，这个图标是看不到的。3、利用ClassWizard定义CMSm类控制对象： 翻开ClassWizardMember Viariables选项卡，选择CSmTestDlg类，为IDC_MSM1添加控制变量：m_Ctrlm。 4、添加串口事件消息处理函数OnOnmMsm1 ()： 翻开ClassWizardMessage Maps，选择类CSmTestDlg，选择IDC_MSM1，双击消息Onm，将弹出的对话框中将函数名改为OnOnmMsm1点击OK。这个函数是用来处理串口消息事件的，如每当串口接收到数据，就会产生一个串口接收数据缓冲区中有字符的消息事件，我们刚刚添加的函数就会执行，我们在OnOnmMsm1函数参加相应的处理代码就能实现自已想要的功能了。3 系统的调试结果3.1 上位机调试结果图通过对VB6.0设计好的上位机界面，使用串口助手对其进展调试，发送不同的16进制代码则其显示不同的数值，说明上位机编程正确，可以正常的进展显示。图3.1 上位机调试界面3.2 下位机调试结果使用ADC0809对模拟电压的采集，然后经过数模转换值送到单片机进展处理，通过计算其分辨率然后使用数码管显示结果值。当改变滑动变阻器使其输入电
