1、精選優質文檔-傾情為你奉上積分式直流數字電壓表摘要本雙積分電壓表系統以89C51單片機為核心、以分立元件制作的雙積分型A/D轉換器為主要部件的4位半積分式數字直流電壓表,并對所設計的電壓表進行了測試,結果測量誤差±0.03%,精度達到4位半。實現了自動量程轉換功能,自動調零功能，有很好的實際應用價值。 關鍵詞：單片機，雙積分A/D轉換器，自動調零，自動轉換量程目錄 方案論證與比較1.1.1 信號調理比較與選擇方案一、信號經過緩沖器提高輸入阻抗后經過低通濾波器后，然后由模擬開關選擇信號放大與不放大，當信號大于200mv時不放大，小于200mv時經過儀表放大器進行放大。方案二、信號經過電

2、壓分阻條統一衰減后經過緩沖器提高其負載能力，信號進行低通濾波器其截止頻率在10HZ左后濾除高頻噪聲及干擾，然后經過低噪聲，高精度運放放大。方案論證：方案一對不同信號進行放大其電路復雜，當測量多個量程時放大電路的增益不一樣，需多個放大電路成本很高，且用儀表放大器價格過于昂貴。方案二通過統一衰減后在進行放大其電路簡單調試方便。所以采用方案二。 1.2 處理器的比較與選擇STC單片機所特有的在線下載功能和其他公司的單片機不同，不是利用SPI進行在線編程，而是利用IAP功能，在系統運行時編程，因此，可以通過串口來對單片機進行編程。其電路極為簡單，只要所使用的單片機系統具有232串口通信功能即可。.工作

3、寬溫度范圍,-4085,在系統可編程,無需編程器,可遠程升級,抗干擾強.價格低廉,所以采用了STC單片機.1.3積分器比較與選擇方案一、采用雙極性運放UA741，UA741為通用運放價格便宜，容易購買。積分電容選擇膽電容進行積分。方案二、采用FET運放TL062，其漏電流小，電容選擇獨石電容。方案論證：方案一ua741器基集電流大，失調電流大對積分產生影響，且膽電容的漏電流大也對積分產生一定影響，而方案二TL062為FET型輸入阻抗高基集電流小且獨石電容漏電流小。所以才用方案二。2 系統設計2.1 總體設計本設計基于STC89C51單片機的4位半積分式直流數字電壓表設計的設計思路及實現方法。在

4、設計中,充分利用了89C51單片機內部的高速計數器和以分立元件組成的雙積分型A/D轉換器的優良特性,使整個設計達到了比較滿意的效果。硬件設計主要有雙電源電路、信號采集電路、量程轉換電路、開關邏輯控制電路、積分比較與自動回零電路、單片機系統、顯示電路組成。軟件編程采用模塊化結構,主要有時序子程序,系數運算子程序, BCD碼轉換子程序,自動量程轉換子程序,顯示子程序等組成。信號經過電阻分壓器統一衰減后，經過運放緩沖后在經過高精度，低噪聲，失調電壓小的運放OP37放大，開始先對信號進行積分，后開始對基準源進行反積分，然后經過單片機運算處理后有單片機顯示。 圖一2.2 單元電路設計 2.2.1 信號調

5、理調理電路 圖二信號經過電壓分阻條統一衰減后經過緩沖器提高其負載能力，信號進行低通濾波器其截止頻率在10HZ左后濾除高頻噪聲及干擾，然后經過低噪聲，高精度運放放大。放大倍數可有可變電阻進行調整補償。2.2.2 雙積分電路設計 圖三單片機通過對開關邏輯控制電路來控制雙積分A/D轉換,單片機先控制開關邏輯控制電路使s2接通進行自動回零,接著OUT2接通將待測電壓進行正積分,再使Vref接通對反積分基準電壓進行反積分,同時單片機內部計數器開始計數,到一定時間后比較電路中的比較電路輸出中斷信號,單片機停止計數并將計數值濾波,通過減法、乘法和除法的系數運算最后轉換成BCD碼,再通過顯示電路將待測電壓值顯

6、示出來。A/D轉換是在單片機和開關邏輯控制電路的控制下有條不紊地進行,全部過程可分三個階段:(1)正積分:也稱信號采集階段。在這個階段,通過單片機對開關邏輯控制電路的控制對檢測電壓out2積分。積分器的輸出電壓隨時間線性地增加。正積分時間由單片機控制,定時為T1,在T1結束時積分器的輸出電壓為: Vout(T1)=-1C2*R9out2 (公式一)(2)反積分:也稱計數階段。在這個階段,通過單片機對開關邏輯控制電路的控制對基準電壓ref積分。經過T2時間后回到0, Vout2（T2）=Vout1+1C2*R9Vref (公式二) T2=out2*T1/T2 (公式三)由此可以看出T2的大小取決

7、于輸入待測電壓Vx的大小。(3)自動回零:也稱復位階段,在該階段,因反積分使比較器輸出由高電平變成低電平,再由單片機控制開關邏輯控制電路動作,使VA導通,使得積分電容充分放大。2.2.3 基準電壓電路設計 圖四負電源電壓采用高精度可編程穩壓器件TL431產生，然后進過電源濾波。在經過緩沖器進行隔離，以免后級電路對基準源產生負載影響，影響基準源的精度。3 軟件設計控制芯片為STC89C52,由于處理器速度較快,所以采用c語言編程方便簡單.軟件流程如圖下 電壓表主流程圖4系統測試 電壓測試數據（室溫條件下）標準電壓值自動量程選擇實測電壓值誤差/1.000mV200mV檔01.00mV050.000

8、mV 200mV檔50.00mV0120.000mV檔200mV120.01mV0.008199.990mV檔200mV199.97mV-0.010.20020V2V檔0.2000V-0.011.25000V2V檔1.2503V0.0241.98000V2V檔1.9804V0.020從標準穩壓電源輸出標準的待測電壓,用5位半數字電壓表作為校準設備,分別用5位半數字電壓表和本電壓表對待測電壓進行測試,并對測試結果進行了比較,如表1所示。測試結果表明,本電壓表的測量誤差±0.03%,精度達到4位半。當測量199.990mV和0.20020V兩組標準電壓值時,本電壓表進行了自動量程轉換,由

9、此表明本電壓表具有200mV和2V兩個量程并且可以實現自動量程轉換功能。5 結論由于系統架構設計合理，功能電路實現較好，系統性能優良、穩定，較好地達到了題目要求的各項指標。參考文獻：1模擬電子線路基礎，吳運昌著，廣州：華南理工大學出版社，2004年；2數字電子技術基礎，閻石著，北京：高等教育出版社，1997年；3單片機原理及應用，李建忠著，西安：西安電子科技大學，2002年；4王劍銘,黃俊杰,寧彥卿.新穎實用的單片機雙積分A/D轉換電路和軟件J.鄭州工業大學學報,2001；5李偉.一種高精度低成本A/D轉換器的原理和實現J.自動化儀表,2007；6馮文濤,于明鑫.單片機控制的高精度雙積分ADC

10、J.遼寧師專學報,2004；附錄：附1：元器件明細表：1、STC89C522、TL0623、OP374、1602液晶附2：儀器設備清單1、 低頻信號發生器 2、 數字萬用表 3、 數字示波器4、 穩壓電源附3：電路圖圖紙 整體電路圖附4：程序清單/SW1 S1 S0 00 A4 Vin 11 A7 GND /SW2 S1 S0 10 A6 Vref 11 A7 GND 01 A5 Vin/SW3 S 0 導通 1 斷開/#include <reg51.h>#include <intrins.h> #define uchar unsigned char #define u

11、int unsigned int #define LCD_DATA P0 sbit LCD_RS = P24; sbit LCD_RW = P25; sbit LCD_EN = P26; sbit change_in = P30;sbit S2 = P31;sbit S3 = P32;sbit S4 = P34;sbit S5 = P35;/sbit S6 = P36;sbit P1_7 = P17; sbit cmp_in = P33; sbit P1_4 = P10; sbit P1_5 = P11;sbit P1_6 = P12; uchar compares_zero = 'a

12、' ,first_integral = 'b',second_integral = 'c', discharge = 'd', Operation = 'e'/狀態定義為 校零 第一次積分 第二次積分 電容放電 運算 uchar state;uint regser; uchar code dis1 = " current voltage" uchar dis2 = " 00000 mv " uchar cnt=0; /*/ /* /* 延時子程序 /* /*/ void delay(

13、uint ms) uchar i; while(ms-) for(i = 0; i< 250; i+) _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); /*/ /* /*檢查LCD忙狀態 /*lcd_busy為1時，忙，等待。lcd-busy為0時,閑，可寫指令與數據。 /* /*/ bit lcd_busy() bit result; LCD_RS = 0; LCD_RW = 1; LCD_EN = 1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); result = (bit)(LCD_DATA&0x80); LCD_EN =

14、 0; return result; /*/ /* /*寫指令數據到LCD /*RS=L，RW=L，E=高脈沖，D0-D7=指令碼。 /* /*/ void lcd_wcmd(uchar cmd) while(lcd_busy(); LCD_RS = 0; LCD_RW = 0; LCD_EN = 1; LCD_DATA = cmd; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); LCD_EN = 0; /*/ /* /*寫顯示數據到LCD /*RS=H，RW=L，E=高脈沖，D0-D7=數據。 /* /*/ void lcd_wdat(uchar dat) whil

15、e(lcd_busy(); LCD_RS = 1; LCD_RW = 0; LCD_EN = 1; LCD_DATA = dat; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); LCD_EN = 0; /*/ /* /* 設定顯示位置 /* /*/ void lcd_pos(uchar pos) lcd_wcmd(pos|0x80); /數據指針=80+地址變量 /*/ /* /* LCD初始化設定 /* /*/ void lcd_init() delay(15); /等待LCD電源穩定 lcd_wcmd(0x38); /16*2顯示，5*7點陣，8位數據 delay

16、(5); lcd_wcmd(0x0c); /顯示開，關光標 delay(5); lcd_wcmd(0x06); /字符進入 delay(5); lcd_wcmd(0x01); /清除LCD的顯示內容 delay(5); /*/ /* /* 清屏子程序 /* /*/ void lcd_clr() lcd_wcmd(0x01); /清除LCD的顯示內容 delay(5); /*/顯示函數/*/ void display_line( uchar *p,uchar line) if(line = 1) lcd_pos(0x00); else if(line =2) lcd_pos(0x40); whi

17、le(*p) lcd_wdat(*p); p+; / /SW1 S1 S0 00 A4 Vin 11 A7 GND /SW2 S1 S0 10 A6 Vref 11 A7 GND 01 A5 Vin/SW3 S 1 導通 0 斷開/ void compare ( ) P1_4=1; P1_5=0; P1_6=0; if(cmp_in = 1)/ state = first_integral; else / S1 = 0; /校零時接地 if(change_in = 0) S2 = 0; /接入放大器 else S2 = 1; S3 = 1; /將積分輸入端接非參考電壓 S4 = 1; /對調零

18、電容充電 S5 = 1; /積分電容非放電 /S6 = 1; /參考電壓電容充電 /delay(100); void f_integral () P1_4=0; P1_5=1; P1_6=0; if(change_in = 0) S2 = 0; /接入放大器 else S2 = 1; S3 = 1; /將積分輸入端接非參考電壓 S4 = 0; /對調零電容斷開 S5 = 0; /積分電容非放電 /S6 = 1; /參考電壓電容充電 TMOD |=0x10; TH1 =0x15; TL1 =0xa0; ET1=1; TR1=1; EA=1 void s_integral() if(change_

19、in = 0) S2 = 0; else S2 = 1; S3 = 0; /將積分輸入端接參考電壓 S4 = 1; /對調零電容斷開 S5 = 0; /積分電容非放電 P1_4=1; P1_5=1; P1_6=0; TMOD |=0x90; TH1 =0x00; TL1 =0x00; ET1=1; TR1=1; EA=1; /S6 = 0; while( state =second_integral ) if(cmp_in = 0) regser = 0x00ff&TH1; regser<<=8; regser = regser+TH0; state = Operation

20、; void Operation_display () uchar a,b,c,d,e; uchar vref = 20; float result; uint midle ; P1_4=0;P1_5=0; P1_6=1; if(change_in = 0)S2 = 0; /接入放大器 else S2 = 1;S3 = 1; /將積分輸入端接非參考電壓S4 = 1; /對調零電容充電S5 = 1; /積分電容非放電/S6 = 1; /參考電壓電容充電 result = (float)regser)/6)*vref); if(change_in = 0) result =result/9.262

21、5; midle = (uint)result; a = (uint)result/10000; midle = midle%10000; b = midle/1000; midle = midle%1000; c= midle/100; midle = midle%100; d= midle/10; e = midle%10; dis21 = a + 0x30; dis22 = b + 0x30; dis23 = c + 0x30; dis25 = d + 0x30; dis24 = '.' dis26 = e + 0x30; dis27 = 'm' dis28 = 'V' dis29 = ' ' else result =result/9.2500;/10.0019; midle = (uint)result; a = (uint)result/10000; midle = midle%10000; b = midle/1000; midle = midle%1000; c= midle