1、精選優質文檔-傾情為你奉上智能儀器設計報告 姓 名：學 號：班 級：時 間： 南京理工大學紫金學院電光系目錄摘 要 13硬件模塊 3.3 LED顯示 7 4.3顯示函數流程圖11 55.1仿真測試13參考文獻 20 摘 要隨著電子學的發展，程控電子測量備受廣大電子工程師的重視，測量精度和功能的要求也越來越高。本次課程設計是電壓表硬件由單片機系統、ADC0809芯片、OP07芯片、74HC4052芯片構成。代碼由C語言編程編寫，上位機界面Labview構成。本設計闡述了基于單片機和Labview的智能數字電壓表。電壓表設計要求分成三檔0100mV；100mV1V；15V，為了實現電壓的自動換擋，

2、提高測量精度，利用程控增益放大器改變放大器的放大倍數，將各檔內的輸入電壓依次放大50倍，5倍，1倍，程控放大器的輸出端經ADC0809進行A/D轉換，轉換結果傳輸給STC89C51(實際硬件電路采用STC89C58RD+)，STC89C51根據結果將信息反饋給多路選擇器從而改變放大器放大倍數的，并利用串行通信發送給上位機，在Labview上實現測量數據的顯示。關鍵詞 數字電壓表 單片機 程控放大電路 Labview 專心-專注-專業1系統方案 在電量的測量中，電壓、電流和頻率是最基本的三個被測量，其中電壓量的測量最為經常。而且隨著電子技術的發展，更是經常需要測量高精度的電壓，所以數字電壓表就成

3、為一種必不可少的測量儀器。1.1設計原理采用STC89C51(實際為STC89C58RD+)單片機作為系統的控制單元，通過A/D轉換將被測值轉換為數字量送入單片機中 再由單片機來送顯。采用ADC0809轉換芯片，其中A/D轉換器用于實現模擬量數字量的轉換，單電源供電。它是具有8路模擬量輸入（實際只選一路），8位數字量輸出功能的A/D轉換器，轉換時間大約為100us，模擬輸入電壓范圍為0V5V。1.2系統流程該設計主要由滑動變阻器采集信號，送入信號放大模塊，實現自動切換變檔功能，變檔功能由單片機控制多路選擇開關CD4052實現不同的測量檔位；模擬信號送入A/D轉換得到的數字信號經單片機進行判斷處

4、理后，再由單片機控制共陰數碼管顯示電壓值，并通過串口上傳至abview顯示。主要由信號采集模塊、信號放大模塊、多路模擬開關、A/D轉換模塊、單片機控制模塊、智能儀器顯示模塊、數碼管顯示模塊組成。1.3模塊基本原理 （1）信號采集模塊（產生輸入信號）：設計中主要采用分壓電路實現，由兩個電阻組成，一個為標稱電阻，一個為滑動變阻器，滑動變阻器接在電路以產生不同電壓。 （2）信號放大模塊：信號放大部分主要由集成運放OP07組成，構成電路的三種測量倍率，分別為：1倍、5倍、50倍，配合多路模擬開關實現不同倍率的輸出。 （3）多路模擬開關：通過單片機控制多路開關CD4052的地址位，順序循環選擇不同阻值的

5、反饋電阻來確定電路模塊的放大倍率，輸出給A/D模塊進行轉換。 （4）A/D轉換模塊：接收信號模塊產生的模擬信號由單片機控制進行適當延時，保證輸出數據顯示不會產生跳動，得到的數字信號送單片機處理。 （5）單片機模塊：此模塊為系統的控制中心，通過循環選擇多路模擬開關輸出不同倍率的模擬信號，通過控制A/D轉換得到不同倍率的數字信號，進行邏輯判斷，若得到的數據超過A/D的最大輸出量程0XFF，則認為此組數據無效，繼續進行下一倍率轉換，直到數據在A/D測量量程內，則認為此組數據為實際測量所需值。 （6）Labview顯示模塊：待單片機得到實際所需的測量值，通過串口發送到虛擬儀器，上位機界面由Labvie

6、w軟件設計，所得數據經過Labview編程處理，在界面上得到對應的電壓值。 （7）數碼管顯示模塊：待單片機得到實際所需的測量值，通過數據口將數據經過處理，發送給數碼管，從而使數碼管顯示電壓值。1.4元器件的選擇（1）集成運放在集成運放中選用OP07具有輸入偏置電流低（OP07A為±2nA）和開環增益高（對于OP07A為300V/mV）的特點，這種低失調、高開環增益的特性使得OP07特別適用于高增益的測量設備和放大傳感器的微弱信號等方面。 （2）多路模擬開關在多路模擬開關中選用OP07是因為CD4052是一個雙4選一的多路模擬選擇開關，有A、B兩個二進制控制輸入端和INH輸入，具有低導

7、通阻抗和很低的截止漏電流。符合本次設計需求。所以選擇該芯片。 （3）A/D轉換ADC0809芯片為A/D轉換芯片，在本次設計中選擇此芯片是因為AD0809轉換速率高單（通道轉換時間僅為116us）、電路簡單，易于控制；并且還帶有三態輸出鎖存器,轉換結束時,可由MCU 打開三態門,讀出8 位的轉換結果，輸出數據穩定。所以設計中選擇了該芯片。 （4）STC89C58RD+此次設計中的核心芯片選擇了51單片機系列中的STC89C58RD+，STC89C58RD+與傳統51單片機相比具有超低功耗，正常工作模式下典型功耗為47mA，空閑模式下功耗小于2mA。并且該芯片還具有超強抗干擾能力，每個I/O口都

8、對VCC和GND進行了保護措施。因此輸入電壓范圍寬，不怕電源抖動。STC89C58RD+相比于傳統的AT89C51存儲容量更大，不需另加外擴存儲器，且下載方便，用官方軟件STC-ISP即可燒錄程序，所以此次設計選擇STC89C58RD+為核心芯片。2.1 電路的仿真與分析該仿真圖由在Proteus背景下完成的，由信號采集模塊、信號放大模塊、多路模擬開關、A/D轉換模塊、單片機控制模塊、上位機顯示模塊、數碼管顯示模塊等共同構成。智能電壓表仿真如圖2.1.1所示，實際電路圖如圖2.1.2所示。圖2.1.1程控電壓表仿真圖2.1.2實際電路圖3硬件設計3.1 OP07放大電路模塊程控放大器實現多個放

9、大倍數，確保輸出電壓在05V之間，能有效輸入到ADC0809。其中R1=5K，R2=5K，R4=20K，R5=250，根據多路選擇器的A,B端的輸入，RF選擇0、R4、 R5之中的一個，為放大器的反饋電阻，從而起到改變放大器放大倍數的作用。放大倍數 A B 圖示 50 0 0 3.1.1 5 1 0 3.1.2 1 0 1 3.1.3 圖3.1.1放大50倍電路 圖3.1.2放大5倍電路圖3.1.3放大1倍電路3.2 COMPIM串口電路模塊該電路的功能是把單片機處理后的數據，經過該電路送至虛擬儀器（Labview）上顯示,使用的電平轉換芯片為Max232。串口電路如圖3.2.1 圖3.2.1

10、串口電路3.3 LED顯示電路模塊該電路是由單片機處理過的數據，進而控制共陰數碼管顯示電壓值，顯示的電壓值跟電路中所要測的電壓值相同,數據口A-G接單片機P1.0-P1.7端口。電路如圖3.3.1所示。圖3.3.1數碼管顯示電路3.4 A/D采集電路模塊A/D采集電路中包括啟動、等待、采集數據。ADC0809系列內部含有三八譯碼電路，以控制分別選通八個模擬輸入通道，首先確定ADDA、ADDB、ADDC值，選通IN0-IN7中的一路（IN0），在clock信號下降該地址鎖存在AD0809內部的地址鎖存器中，經譯碼后選通指定的模擬通道。然后在START引腳上輸出一個脈沖以啟動A/D轉換。EOC端上

11、電平在A/D轉換期間為低，轉換后變成高電平，可作為查詢中斷信號使用。A/D采集電路如圖3.4.1所示。圖3.4.1 A/D采集電路3.5 STC89C58RD+控制模塊此模塊為系統的控制中心，通過循環選擇多路模擬開關輸出不同倍率的模擬信號，通過控制A/D轉換得到不同倍率的數字信號，進行邏輯判斷，若得到的數據超過A/D的最大輸出量程，則認為此組數據無效，繼續進行下一倍率轉換，直到數據在A/D測量量程內，則認為此組數據為實際測量所需值。單片機控制模塊如圖3.5.1所示。圖3.5.1單片機控制模塊4軟件設計4.1主函數流程圖功能函數實現的功能為：先用放大50倍方式獲取電壓值，判斷是否滿量程，如果沒有

12、滿量程，則經串口發送數據到虛擬儀器，電壓值顯示在labview上。如果滿量程，到下一次條件判斷電壓值是否大于0.1V-1V，若滿足，則經5倍方式串口發送數據到虛擬儀器，電壓值顯示在labview上。如果不滿足條件，則經1倍方式串口發送數據到上位機，電壓值顯示在屏幕上。主函數流程圖如圖4.1.1所示。主函數代碼：void main() uchar i; vart_uint(); while(1) tx_voltage(); for(i=0;i<50;i+) delay(500); c=result*;p=c/;q=c/10000%10;m=c/1000%10;n=c/100%10;x=c/

13、10%10;y=c%10; xianshi(p,q,m,n,x,y); 4.2 A/D轉換函數流程圖功能函數實現的功能為：判斷放大倍數是否滿足條件，不滿足條件，轉到判斷是否滿足其他放大倍數。判斷好倍數，開始AD轉換，判斷是否AD轉換結束，若滿足AD轉換結束，計算出電壓值。A/D轉換函數流程圖如圖4.2.1所示功能函數代碼：void tx_voltage() float adc_data; CD4052_A=0; CD4052_B=0; delay(200); adc_data=read_adc0808(); if (adc_data<0XFF) result = result/50; v

14、art_tx(adc_data,50); else CD4052_A=1; CD4052_B=0; delay(200); adc_data=read_adc0808(); if(adc_data<0XFF) result = result/5.0;vart_tx(adc_data,5);else CD4052_A=0; CD4052_B=1; delay(200); adc_data=read_adc0808(); if(adc_data<0XFF) result= esult/1.07;vart_tx(adc_data,1); 4.3顯示函數顯示模塊進行位選，段選通過單片機P2

15、口顯示void xianshi(uint p,q,m,n,x,y) P20=1;P21=0;P22=0;P23=0;P24=0;P25=0; P1=LEDp;delay(25); P20=0;P21=1;P22=0;P23=0;P24=0;P25=0; P1=LEDq;delay(25); P20=0;P21=0;P22=1;P23=0;P24=0;P25=0; P1=LEDm;delay(25); P20=0;P21=0;P22=0;P23=1;P24=0;P25=0; P1=LED10;delay(25); P1=LEDn;delay(25); P20=0;P21=0;P22=0;P23=

16、0;P24=1;P25=0; P1=LEDx;delay(25); P20=0;P21=0;P22=0;P23=0;P24=0;P25=1; P1=LEDy;delay(25); P20=0;P21=0;P22=0;P23=0;P24=0;P25=0; 4.4虛擬儀器設計 虛擬儀器前面板以及程序框圖都由NI公司開發的Labview軟件設計完成，其中前面板包括了串口設置模塊、電壓當前值顯示模塊、數字電壓表圖形顯示模塊、按鍵啟動、停止控制模塊以及電壓值實時狀態圖形顯示模塊組成。虛擬儀器如圖4.3.1所示。圖4.3.1虛擬儀器 Labview由串口接收四組數據，前兩組為規定的通信數據幀頭和效驗，后兩

17、組為單片機發送的電壓值的對應的放大倍數，然后用電壓值除以放大倍數后除以255乘以5得到正確的測量值送至數字電壓表顯示模塊顯示。55.1仿真測試5.1.1放大50倍當輸入電壓為0.05V時，電壓表應該選擇第一檔，即放大50倍，串口發送數據,82/32這兩組數據分別是放大后的電壓的AD轉換值以及放大倍數，82的十進制轉換為130，130/255*5=2.55，得到放大后的電壓為2.55V，而32的10進制轉換為50，2.55/0.05=50，所以放大倍數為50倍，得到串口發送數據與實際數據相符。5.1.2放大5倍當輸入電壓為0.30V時，電壓表應該選擇第二檔，即放大5倍，串口發送數據如圖,4D/05這兩組數據分別是放大后的電壓的AD轉換值以及放大倍數，4D的十進制轉換為77，77/255*5=1.50，得到放大后的電壓為1.50V，而05的10進制轉換為5，1.50/0.30=5，所以放大倍數為5倍，得到串口發送數據與實際數據相符。5.1.3放大1倍當輸入電壓為2.00V時，電壓表應該選擇第三檔，即放大1倍，串口發送數據如圖,68/01這兩組數據分別是放大后的電壓的AD轉換值以及放大倍數，68的十進制轉換為104，104/255*5=2.00，得到放大后的電壓為2.00V，而01的10進制轉換為1，2.03/2.00=1，所以放大倍數為1倍，得到串口發送數據與