電氣自動(dòng)化畢業(yè)論文數(shù)字電壓表

1、河南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）數(shù)字電壓表學(xué)生姓名 田俊鵬 系 （部） 電氣信息工程系 專 業(yè) 電氣自動(dòng)化技術(shù) 指導(dǎo)教師 程 輝 2009年5月20日摘 要數(shù)字電壓表（digital voltmeter）簡稱dvm，它是采用數(shù)字化測量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量（直流輸入電壓）轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。傳統(tǒng)的指針式電壓表功能單一、精度低，不能滿足數(shù)字化時(shí)代的需求，采用單片機(jī)的數(shù)字電壓表，由精度高、抗干擾能力強(qiáng)，可擴(kuò)展性強(qiáng)、集成方便，還可與pc進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。目前，由各種單片a/d 轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)字電壓表，已被廣泛用于電子及電工測量、工業(yè)自動(dòng)化儀表、自動(dòng)測試系統(tǒng)等智能化

2、測量領(lǐng)域，示出強(qiáng)大的生命力。與此同時(shí)，由dvm擴(kuò)展而成的各種通用及專用數(shù)字儀器儀表，也把電量及非電量測量技術(shù)提高到嶄新水平。本設(shè)計(jì)主要是以at89c4051單片機(jī)為核心的電壓測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠在單片機(jī)的控制下完成對(duì)電壓信號(hào)采集，能夠根據(jù)采樣值進(jìn)行量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換，并且測量結(jié)果可通過四個(gè)數(shù)碼管顯示出來。 關(guān)鍵詞： at89c4051單片機(jī) 數(shù)字電壓表 cd4051模擬開關(guān) lm331壓頻變換。abstractreferred to as digital voltage meter dvm, it is the use of digital measuring technology, th

3、e continuous analog (dc input voltage) converted to discrete, discrete digital form and the instrument display. the traditional single function pointer voltmeter, low accuracy, can not meet the needs of the digital age, using single-chip digital voltage meter, by the high precision, strong anti-inte

4、rference ability, scalability, and integration of convenience, can also be carried out with the pc real-time communication. at present, from a variety of single-chip a / d converter consisting of digital voltage meter, has been widely used in electronics and electrical measurement, industrial automa

5、tion instruments, automated test measuring the area of intelligent systems, showing strong vitality. at the same time, the expansion of the dvm from the various general and dedicated digital instrumentation, but also the power and non-power measurement technology to new levels.the at89c4051 is a sin

6、gle chip designed for use mainly at the core of the voltage measurement system, which can be completed under the control of single-chip voltage signal acquisition can be carried out according to sampling range automatically converted value and the measurement results can be of four digital control d

7、isplayed.key words:目 錄前言21. 設(shè)計(jì)方案31.1設(shè)計(jì)思路31.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方框圖32. 電路原理分析42.1總體電路設(shè)計(jì)42.2信號(hào)采集電路42.3壓頻變換電路62.4復(fù)位電路62.5顯示電路73.軟件設(shè)計(jì)83.1主程序流程圖83.2主程序8結(jié)束語9參考文獻(xiàn)10致 謝11附 錄12前 言傳統(tǒng)的指針式電壓表功能簡單，人為誤差和系統(tǒng)誤差都比較大，攜帶不方便等缺點(diǎn)，已經(jīng)不能滿足數(shù)字化時(shí)代人們的需求，而本次設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)數(shù)字電壓表，有精度高，抗干擾能力強(qiáng)，集成方便，可以進(jìn)行直流和交流兩種測量功能，并且量程可已自動(dòng)切換等優(yōu)勢。論文首先介紹了基于at89c4051單片機(jī)的數(shù)字電壓表

8、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。硬件電路部分由電壓采樣電路、通道選擇電路、壓頻變換電路、單片機(jī)及其周邊電路、顯示電路、聲音報(bào)警電路等組成。文中給出了電路圖，并介紹了系統(tǒng)的工作原理。單片機(jī)及其周邊電路模塊采用了at89c4051作為微處理器；顯示部分采用了led數(shù)碼顯示器。軟件部分由主程序和中斷服務(wù)程序組成。論文給出了各程序模塊的部分原程序代碼。1. 設(shè)計(jì)方案1.1 設(shè)計(jì)思路該數(shù)字電壓表有兩個(gè)選擇開關(guān)，分別為s2、s3，其中s2控制直流電壓信號(hào)的輸入，s3控制交流電壓信號(hào)的輸入。s1為單片機(jī)復(fù)位按鈕，k1為繼電器，控制交、直流的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。電路采用at89c4051的計(jì)數(shù)器功能實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖信號(hào)的計(jì)數(shù)，通過hcf409

9、4送7段數(shù)碼管顯示數(shù)字，電源為+5v直流電壓，該數(shù)字電壓表的直流電壓量程為-2v到+2v,交流電壓量程為0v到200v。本設(shè)計(jì)思路清晰，電路簡單，易于實(shí)現(xiàn)。1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方框圖基于設(shè)計(jì)思路，總體方框圖如圖1所示電路初始化后首先通過開關(guān)s2、s3選擇模擬開關(guān)的110通道和111通道，輸出的電壓信號(hào)經(jīng)過壓頻變換后送給單片機(jī)進(jìn)行計(jì)脈沖數(shù)目，通過單片機(jī)進(jìn)行處理后，輸出到顯示電路，同時(shí)相應(yīng)的數(shù)碼管ds2、ds3點(diǎn)亮，表示電壓表正常工作。當(dāng)直流或交流表測量值超過量程時(shí)，報(bào)警器就會(huì)發(fā)出報(bào)警聲。圖1：系統(tǒng)總體方框圖2.電路原理分析2.1總體電路設(shè)計(jì) 數(shù)字電壓表總體設(shè)計(jì)硬件原理圖見附錄1。 本系統(tǒng)根據(jù)輸入量由

10、繼電器自動(dòng)控制開關(guān)接直流輸入電路還是交流輸入電路，把衰減、整流、濾波后所得的電壓信號(hào)送給模擬開關(guān)cd4051,并且由單片機(jī)89c4051控制模擬開關(guān)的交、直流通道，然后把該信號(hào)送給壓頻變換電路lm331n把輸入的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變成頻率脈沖數(shù)送交單片機(jī)進(jìn)行計(jì)數(shù)，最后把記得的脈沖數(shù)進(jìn)行處理送數(shù)碼管顯示，同時(shí)對(duì)應(yīng)的指示燈被點(diǎn)亮。如果被測電壓超過電壓表的量程電壓表會(huì)自動(dòng)報(bào)警。2.2信號(hào)采集電路該部分電路包括直流電壓信號(hào)采集電路和交流電壓信號(hào)采集電路兩部分。直流電壓信號(hào)采集電路如圖2所示，in為被測直流電壓信號(hào)輸入端，輸入電壓經(jīng)r1、r2分壓后送給電壓跟隨器u1然后與基準(zhǔn)電壓一起送進(jìn)同向加法器op07相加后

11、送給模擬開關(guān)cd4051。交流電壓信號(hào)采集電路如圖3所示，被測交流電壓由in輸入后經(jīng)過衰減送給電壓跟隨器穩(wěn)壓后經(jīng)過整流、濾波等一系列處理后送給模擬開關(guān)cd4051。與此同時(shí)單片機(jī)把按鍵的處理結(jié)果送至模擬開關(guān)cd4051，控制選擇是交流通道還是直流通道。然后把信號(hào)傳遞給壓頻變換器lm331n。圖2：直流電壓信號(hào)采集電路圖3：交流電壓信號(hào)采集電路2.3壓頻變換電路利用lm331 的頻率/ 電壓(f/ v) 轉(zhuǎn)換電路將模擬開關(guān)送人的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率信號(hào)送給單片機(jī)p0口進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與顯示如圖4 所示,由lm331 的vin 端輸入的待測電壓信號(hào),經(jīng)lm331的v/ f 轉(zhuǎn)換為頻率脈沖后從fout 端

12、輸出,輸出脈沖的頻率與輸入的電壓成線性關(guān)系,關(guān)系式為fout = r28vin/ (2.09 *r15*r16*c11) 圖4：壓頻變換電路2.4復(fù)位電路復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號(hào)。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷復(fù)位信號(hào)，以防電源開關(guān)或電源插頭分-合過程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。如圖4所示，復(fù)位鍵sr接于at89c4051芯片的rst接口，用與控制倒數(shù)計(jì)時(shí)器的復(fù)位操作。計(jì)時(shí)器運(yùn)行時(shí)按下s1鍵，計(jì)時(shí)器停止計(jì)數(shù)，或計(jì)數(shù)完成后按s1鍵進(jìn)入下一輪計(jì)數(shù)工作。圖5復(fù)位電路2.5顯示電路 本系統(tǒng)顯示設(shè)計(jì)采用hcf4094芯片來驅(qū)動(dòng)8段led數(shù)碼

13、管顯示。使用該芯片可以減少單片機(jī)i/o口的使用，只需要三個(gè)輸出接口就可以了。其接口電路如圖6所示。圖6顯示電路3.軟件設(shè)計(jì)3.1主程序流程圖3.2主程序（略）結(jié)束語:at89c4051單片機(jī)體積小、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)、對(duì)環(huán)境要求不高、價(jià)格低廉、可靠性高、靈活性好。即使是非電子計(jì)算機(jī)專業(yè)人員，通過學(xué)習(xí)一些專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)以后也能依靠自己的技術(shù)力量來開發(fā)所希望的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)只是單片機(jī)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中的一例，數(shù)字電壓表輕巧方便、系統(tǒng)穩(wěn)定、由精度高、抗干擾能力強(qiáng)，可擴(kuò)展性強(qiáng)。并且可以測量交流、直流兩種電流，功能更加強(qiáng)大，本設(shè)計(jì)采用了繼電器自動(dòng)控制交直流的變換，不需要再進(jìn)行人工手動(dòng)

14、的調(diào)整，使用更加方便！設(shè)計(jì)是我們將來必需的技能，這次電子大賽設(shè)計(jì)恰恰給我們提供了一個(gè)應(yīng)用自己所學(xué)知識(shí)的機(jī)會(huì)，從再圖書館查找資料到對(duì)電路的設(shè)計(jì)和對(duì)電路的仿真再到最后電路的成形，都對(duì)我們所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了檢驗(yàn)?？梢哉f，本次電子大賽的設(shè)計(jì)有苦也有甜。設(shè)計(jì)思路是最重要的，只要你的設(shè)計(jì)思路是成功的，那你的設(shè)計(jì)已經(jīng)成功了一半。因此我們應(yīng)該在設(shè)計(jì)前做好充分的準(zhǔn)備，像查找詳細(xì)的資料，為我們?cè)O(shè)計(jì)的成功打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。制作過程是一個(gè)考驗(yàn)人耐心的過程，不能有絲毫的急躁和馬虎，對(duì)電路的調(diào)試要一步一步來，不能急于求成，因?yàn)槭窃陔娔X上調(diào)試，比較慢，又要求我們有一個(gè)比較正確的調(diào)試方法，像把頻率調(diào)快等。這又要我們要靈活處理，在

15、不影響試驗(yàn)的前提下可以加快進(jìn)度。 要熟練地掌握課本上的知識(shí)，這樣才能對(duì)試驗(yàn)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析并得以解決。同時(shí)在這次參賽的過程中我們還學(xué)會(huì)了如何具體的分工協(xié)作，以便充分的發(fā)揮每個(gè)人的特長，protel學(xué)的好的就主要負(fù)責(zé)做電路板，編程學(xué)的好的就主抓編程，動(dòng)手能力強(qiáng)的就做實(shí)驗(yàn)、調(diào)試等等。經(jīng)過半個(gè)多月的努力及老師的悉心知道我們的設(shè)計(jì)終于完成了！參考文獻(xiàn)1李全利.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)m.高等教育出版社2韓全力.微型控制技術(shù)應(yīng)用m.機(jī)械工業(yè)出版社3王治剛.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)實(shí)訓(xùn)m.清華大學(xué)出版社4徐仁貴.單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)m.機(jī)械工業(yè)出版社5胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)m.北京：清華大學(xué)出版，19966付家才.單片機(jī)控制工程實(shí)踐技術(shù)m.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.057潘新民.微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)m.北京：人民郵電出版社，1999.098蔣萬君.在論循環(huán)時(shí)序電路的簡便設(shè)計(jì)m.機(jī)電一體化，2005第5期9單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)與實(shí)例m.機(jī)械工業(yè)出版社10 夏繼強(qiáng). 單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教程m.北京航空航天大學(xué)出版社, 2001 致 謝在指導(dǎo)老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下，我們的設(shè)計(jì)終于畫上了圓滿的句號(hào)。當(dāng)我敲下“致謝”兩個(gè)