以AD为基础的交流毫伏三表毕业论文.doc
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1、以AD637为基础的交流毫伏表设计以AD637为基础的交流毫伏表设计摘 要在电量的测量中,电压,电流和频率是最基本的三个被测量。其中,电压量的测量最为经常。而且随着电子技术的发展,更需要测量弱电的电压,所以毫伏电压表就成为一种必不可少的测量仪器。另外,由于数字式仪器具有读数准确方便,精度高,误差小,灵敏度和分辨率高,测量速度快等特点,而倍受用户青睐。本系统以交流毫伏表为核心,以低功耗单片机MCS-51为主控制器,通过数据采集系统采集数据,经设有运算放大电路和微型继电器的衰减模块输出,经衰减放大处理的模拟信号,其中一路信号通过真有效值直流(RMS-DC)变换,经12位快速逐次比较式A/D转换器A
2、D574芯片转换,实时把模拟量转化为数字量,经CPU进行计算、处理后,由七段数码LED显示出来,最终实现对被测输入信号的电压值显示测量。关键词 单片机 数字交流毫伏表 真有效值IThe AD637-based exchange mV table designAbstractIn the measurement of electricity, voltage, current and frequency is the most basic measurement of the three. Among them, the voltage measurement of the volume of
3、the most often. In addition, with the development of electronic technology, but also the need for weak measurements of voltage, so mV voltage meter has become an indispensable instrument. In addition, as a result of digital equipment to facilitate accurate readings with high precision, small error,
4、high sensitivity and resolution to measure the characteristics of speed, and greatly favored customers. MV of the system table to share as the core, low-power single-chip microcomputer-based MCS-51 controller, data acquisition system through data collection, the operator has a micro-amplifier and th
5、e attenuation of the relay output module, with attenuation enlarge analog signal processing, in which the signal all the way through the DC True RMS (RMS-DC) conversion, after 12 successive comparison fast A / D converter conversion AD574 chip, real-time analog to digital conversion for, calculated
6、by the CPU and processed, by the Seven-Segment LED digital display, the ultimate realization of the measured value of the input signal voltage and frequency measurement value display. Key words Single-chip microcomputer Digital AC MillivolII目 录 摘 要IAbstractII1 绪论12 单片机22.1 单片机概述22.2 单片机的内部结构22.3 AT8
7、9C51简介32.4 单片机最小系统93 单元电路设计103.1 衰减、放大倍数可调电路设计103.2 真有效值直流(RMS-DC)变换电路设计123.3 A/D模数转换单元设计153.3.1 A/D转换器概述153.3.2 逐次逼近式A/D原理及AD574芯片153.4 直流稳压电源设计203.4.1 单相桥式整流电路203.4.2 桥式整流电路的技术指标213.4.3 三端固定式集成稳压器223.4.4 稳压电源电路234 数码管LED及可编程接口芯片设计244.1 LED数码管结构与原理244.1.1 LED数码管结构种类244.1.2 LED数码管的工作原理244.2 8155可编程接
8、口芯片设计254.2.1 8155的内部组成及引脚说明264.2.2 8155的RAM和I/O口地址编码274.2.3 8155 I/O的工作方式274.2.4 8155的命令/状态字285 系统设计305.1 数字交流毫伏表概述305.2 系统使用305.3 硬件电路图316 软件设计326.1 量程自动转换326.2 分贝值计算与显示32结 论35致 谢36参考文献37附 录381 绪论自90年代以来,以计算机技术、通信技术和软件技术为核心的信息技术取得了更加迅猛的发展极大的促进了嵌入式系统的发展。随着嵌入式系统应用的不断深入和产业化程度的不断提升,新的应用环境和产业化需求对嵌入式系统软件
9、提出了更加严格的要求。在新需求的推动下,嵌入式操作系统内核不仅需要具有微型化、高实时性等基本特征,还将向高可信性、自适应性、构件组件化方向发展;支撑开发环境将更加集成化、自动化、人性化。同时随着电子技术的迅速发展、数字电路应用领域的不断扩展,当今社会,产品数字化、智能化已成为人们追求的一种趋势,设备的性能、价格、发展空间等备受人们的关注,尤其对电子测量设备的精密度和稳定度最为关注。在电量的测量中,电压,电流和频率是最基本的三个被测量,其中电压量的测量最为经常,而且随着电子技术的发展,更需要测量弱电的电压,所以毫伏电压表就成为一种必不可少的测量仪器。另外,由于数字式仪器具有读数准确方便,精度高,
10、误差小,灵敏度和分辨率高,测量速度快等特点,而倍受用户青睐,人们对数显仪表类器件的精度需求越来越严格。当今社会,仪表制作技术已经很成熟,仪表制作和嵌入式系统结合的越来越紧密,但是交流毫伏表方面特别是数字显示的交流毫伏表技术才刚刚起步且有待发展,高性能的数显交流毫伏表器件的开发和应用存在巨大的发展空间。本设计正是应社会发展的需求,研制出一种基于单片机的高性能的数字显示交流毫伏表。本数字显示交流毫伏表系统测量交流电压精确,电压测量误差5%,测量频率范围广,能有效应用于需要高精度、宽频率范围的交流电压测量等领域。2 单片机2.1 单片机概述单片机自20世纪70年代问世以来,以其极高的性能价格比,受到
11、人们的重视和关注,应用很广,发展很快。单片机体积小,重量轻,抗干扰能力强,环境要求不高,价格低廉,可靠性高,灵活性好,开发较为容易。由于具有上述优点,在我国,单片机已广泛地应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等各个方面。2.2 单片机的内部结构MCS-51单片机的内部结构如图所示,MCS-51单片机把微型计算机的基本部件,如将中央处理器、随机存储器、程序存储器、并行I/O 接口、串行I/O接口、定时器/计数器、中断系统以及特殊功能寄存器等集成在一块芯片上,并通过单一的内部总线连接起来。图2-1 MCS-51单片机的内部结构(1) 8位的CPU。(2)
12、 4KB的片内程序存储器(ROM/EPROM/EEPROM/Flash)(3)128Byte的片内数据存储器(RAM)(4) 64KB外部RAM寻址空间,即最大可扩展64KB外部RAM。(5)2个16位的定时器/计数器。(6)4个8位并行I/O接口:P0,P1,P2,P3。(7)1个全双工串行I/O口,可实现多机通信。(8)21Byte的专用寄存器(SFR)。(9) 5个中断源,可编程为2个优先级。(10) 片内自带振荡器,还可作为时钟输出。(11) 片内采用单总线结构。(12) 采用单一的+5V电源供电。2.3 AT89C51简介 AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压,高性能COM
13、S8位单片机,片内含4Kbytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和128bytes的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元,功能强大AT89C51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合,可灵活应用于各种控制领域。AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。AT89C2051是一种带2
14、K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器,AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。图2-1 AT89C51管脚分布1.主要性能参数(1)与MCS-51产品指令系统完全兼容(2)4K字节可重擦写Flash闪速存储器(3)1000次擦写周期(4)全静态操作:0Hz24MHz(5)三级加密程序存
15、储器(6)1288字节内部RAM(7)32个可编程I/O口线(8)2个16位定时/计数器(9)6个中断源(10)可编程串行UART通道(11)低功耗空闲和掉电模式2.功能特性概述AT89C51提供以下标准功能:4K字节Flash闪速存储器,128字节内部RAM,32个I/O口线,两个16位定时/计数器,一个5向量两级中断结构,一个全双工串行通信口,片内振荡器及时钟电路。同时,AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作,并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作,但允许RAM,定时/计数器。串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容,但振荡器停止工作并禁止其它所有部件
16、工作直到下一个硬件复位。3.引脚功能说明VCC:供电电压。GND:接地。P0口:P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时,P0 口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。 P1口:P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时,P1
17、口作为第八位地址接收。P2口:P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口:P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。当P
18、3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉电阻的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口,P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。P3.0 RXD(串行输入口)P3.1 TXD(串行输出口)P3.2 /INT0(外部中断0)P3.3 /INT1(外部中断1)P3.4 T0(记时器0外部输入)P3.5 T1(记时器1外部输入)P3.6 /WR(外部数据存储器写选通)P3.7 /RD(外部数据存储器读选通)RST:复位输入。当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG
19、:当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是:每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时, ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。另外,该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。/PSEN:外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储
20、器时,这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /EA/VPP:当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。4.时钟振荡器AT89C51中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器,引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体 或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器。用户也可以采用外部时钟。这种情况下,外部时钟脉冲接到XTAL1端,即内部时钟发生
21、器的输入端,XTAL2则悬空。由于外部时钟信号是通过一个2分频触发器后作为内部时钟信号的,所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求,但最小高电平持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。5. 复位电路MCS-51单片机复位电路是指单片机的初始化操作。单片机启运运行时,都需要先复位,其作用是使CPU和系统中其他部件处于一个确定的初始状态,并从这个状态开始工作。因而,复位是一个很重要的操作方式。但单片机本身是不能自动进行复位的,必须配合相应的外部电路才能实现。(1)复位功能。复位电路的基本功能是:系统上电时提供复位信号,直至系统电源稳定后,撤销复位信号。为可靠起见,电源稳定后还要经一定
22、的延时才撤销复位信号,以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。单片机的复位是由外部的复位电路来实现的。片内复位电路是复位引脚RST通过一个斯密特触发器与复位电路相连,斯密特触发器用来抑制噪声,它的输出在每个机器周期的S5P2,由复位电路采样一次。复位电路通常采用上电自动复位(如图2-2(a))和按钮复位(如图2-2(b)两种方式。图2-2 RC复位电路(2)单片机复位后的状态:单片机的复位操作使单片机进入初始化状态,其中包括使程序计数器PC0000H,这表明程序从0000H地址单元开始执行。单片机冷启动后,片内RAM为随机值,运行中的复位操作不改变片内RAM区中的内容,21个特
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