摘要本次設(shè)計(jì)采用先進(jìn)行AC/DC的轉(zhuǎn)換，再送AD轉(zhuǎn)換并用數(shù)碼顯示的基本思路?；谒鶞y(cè)電壓信號(hào)的特性，模擬電路部分采用精密檢波電路和有源低通濾波，能獲得平滑穩(wěn)定的直流電壓信號(hào)。為了達(dá)到測(cè)量要求的精度，ADC選用精度為11位、抗干擾能力強(qiáng)的積分式MC14433，而單片機(jī)則選用技術(shù)成熟的MCS-51系列，此外，引入繼電器控制量程，通過軟件編程實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)量程的自動(dòng)換擋，達(dá)到自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換。整個(gè)系統(tǒng)在交流電壓0～200V內(nèi)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換，并進(jìn)行四位數(shù)碼顯示，顯示值為有效值形式。本次設(shè)計(jì)的測(cè)量范圍為0～200V交流電壓，頻率為50HZ，精度±0.2V，轉(zhuǎn)換時(shí)間1s，實(shí)際設(shè)計(jì)均高于該指標(biāo)。關(guān)鍵詞：精密檢波有源低通濾波器自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換ABSTRACTThisdesignadoptsthebasictrainofthoughtthattakeconversionofAC/DCfirstly,thensendsADconversionagainandusethenumbershows.Basedonthepropertyofvoltagesignalthatbemeasured,simulatedcircuitpartadoptsprecisiondetectorcircuitandactiveLPF,cangetsmoothsteadydirectcurrentsignal.Toreachtheprecisionofmeasurerequirement,wechooseprecisionintegraltypeMC14433ofthe11strongabilitiesofinterferencerejection,andchoosestechnicalmaturationseriessinglechipcomputer--MCS-51.Besides,weselectrelaycontrolspan,throughsoftwareprogrammingrealizesinglechipcomputercontrollingchangegearvoluntarily,reachvoluntarilyspanconversion.Entiresystemrealizesvoluntarilyspanconversionin0～200Vofalternatingvoltage,andcarriesouttoshowthatvalueiseffectivevalueform.Thisdesignedsystemmeasuresvoltagesignalfrom0Vto200Vinfromofalternatingvoltage,whichitsfrequencyis50HZ.Themeasurement’sprecisionis±0.2V.Actually,thesystemofvoltagemeasureistobedesignedtobehigherthanthisindex.Keywords:PrecisiondetectorcircuitsActivelowwavefilterAutomaticspanchanges目錄TOC\o"1-2"\h\u15231第一章緒論 110322.1電壓的測(cè)量 3164822.2交流電壓的測(cè)量 328583第三章方案論證及設(shè)計(jì)概述 10586第四章硬件部分設(shè)計(jì)及其分析 12165724.1量程轉(zhuǎn)換（即分壓電路） 12233694.2單片機(jī)控制繼電器部分 1279754.3平均值A(chǔ)C/DC轉(zhuǎn)換電路 1365084.4AD轉(zhuǎn)換 2160614.5單片機(jī)及數(shù)碼顯示 2622954第五章軟件及其程序流程部分 2945175.1數(shù)據(jù)采集部分的程序流程 2949435.2數(shù)碼顯示部分的程序流程 31264195.3軟件控制量程轉(zhuǎn)換 328143第六章總結(jié) 3323636參考文獻(xiàn) 3410790致謝 35 第一章緒論 數(shù)字化測(cè)量技術(shù)是面向21世紀(jì)的一項(xiàng)高、新科學(xué)技術(shù)，其基本內(nèi)容是將連續(xù)變化的被測(cè)模擬量轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字量，再經(jīng)過數(shù)據(jù)采集、計(jì)數(shù)、編碼、傳輸與存儲(chǔ)，最后完成數(shù)據(jù)化處理、圖像處理、顯示及打印工作，它所涉及的內(nèi)容廣泛，既有傳感器、檢測(cè)電路。又有數(shù)字化儀表、智能儀器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng)。數(shù)字電壓表是諸多數(shù)字化儀表的核心與基礎(chǔ)，電壓表的數(shù)字化是將連續(xù)的模擬量如直流電壓轉(zhuǎn)換成不連續(xù)的離散的數(shù)字形式并加以顯示，這有別于傳統(tǒng)的以指針加刻度盤進(jìn)行讀數(shù)的方法，避免了讀數(shù)的視差和視覺疲勞。隨著現(xiàn)代化技術(shù)的不斷發(fā)展智能化數(shù)字表的功能越來越強(qiáng)，越來越多，其使用范圍也會(huì)越來越廣泛。采用智能化數(shù)字儀器不僅能提高測(cè)量準(zhǔn)確度，而且還能提高測(cè)量技術(shù)的自動(dòng)化程度，從而提高計(jì)量檢定人員的工作效率。數(shù)字電壓表簡(jiǎn)稱DVM，它是采用數(shù)字化測(cè)量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。數(shù)字電壓表具有以下特點(diǎn)：顯示清晰直觀，讀數(shù)準(zhǔn)確顯示位數(shù)顯示位數(shù)通常為3～8位。判定數(shù)字儀表的位數(shù)有兩條原則：能顯示從0～9所有的位是整數(shù)位；分?jǐn)?shù)位的數(shù)值是以最大顯示值中最高位數(shù)字定為分子，用滿量程時(shí)最高位數(shù)字作分母。例如：某數(shù)字儀表的最大顯示值為±1999，滿量程計(jì)數(shù)值為2000，這表明該儀器有3個(gè)整數(shù)位，而分?jǐn)?shù)位的分子為1，分母是2，故稱之為3位，讀作三位半，其最高位只能顯示0或1。五位半以上的大多為臺(tái)式智能數(shù)字電壓表。準(zhǔn)確度高準(zhǔn)確度是測(cè)量結(jié)果中系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差的綜合。它表示測(cè)量結(jié)果與真值的一致程度，也反映測(cè)量誤差的大小，準(zhǔn)確度越高，測(cè)量誤差越小。測(cè)量的絕對(duì)誤差有兩種表達(dá)形式：V=±（a%Vx+b%Vm）V=±(a%Vx+n)其中，Vx為度數(shù)值（即顯示值），Vm表示滿度值。括號(hào)中前一項(xiàng)代表A/D轉(zhuǎn)換器和功能轉(zhuǎn)換器（如分壓器）的綜合誤差，后一項(xiàng)是數(shù)字化處理所帶來的誤差。N是量化誤差反映在末位數(shù)字上的變化量。分辨率高數(shù)字電壓表在最低電壓量程上末位1個(gè)字所代表的電壓值，稱作儀表的分辨力，它反映了儀表靈敏度的高低，分辨力隨顯示位數(shù)的增加而提高。測(cè)量范圍寬擴(kuò)展能力強(qiáng)測(cè)量阻抗高數(shù)字電壓表具有很高的輸入阻抗，通常為10MΩ～10000MΩ，這樣在測(cè)量時(shí)從被測(cè)電路上吸取的電流極小，不會(huì)影響被測(cè)信號(hào)源的工作狀態(tài)，能減小由信號(hào)源內(nèi)阻引起的測(cè)量誤差?？垢蓴_能力強(qiáng)集成度高，微功耗基于上述，數(shù)字電壓測(cè)量占有重要的地位，這里，我們?cè)O(shè)計(jì)有關(guān)數(shù)字電壓測(cè)量系統(tǒng)。[1]

第二章電壓測(cè)量的有關(guān)知識(shí)2.1電壓的測(cè)量電量測(cè)量中的很多電參數(shù)，包括電流、功率、信號(hào)的調(diào)幅度、設(shè)備的靈敏度等等都可以視作電壓的派生量，通過電壓測(cè)量獲得其量值。在非電量的測(cè)量中，也都利用各類傳感器和測(cè)量電路將非電量轉(zhuǎn)換為電壓參數(shù)。電壓測(cè)量時(shí)，表頭并接在被測(cè)量電路上比電流測(cè)量時(shí)表頭串接在被測(cè)電路中要直接方便。因此，無論是在電子電路和設(shè)備的測(cè)量調(diào)試中，還是在非電量電測(cè)技術(shù)中，電壓測(cè)量都是不可缺少的基本測(cè)量。[2]2.2交流電壓的測(cè)量2.2.1交流電壓的表征1.峰值：周期性交流電壓u（t）在一個(gè)周期內(nèi)偏離零電平的最大值稱為峰值，用Up表示，正、負(fù)峰值不等時(shí)分別用Up+和Up-表示；u（t）在一個(gè)周期內(nèi)偏離直流分量的最大值稱為幅值或振幅，；用Um表示，正、負(fù)幅值不等時(shí)分別用Um+和Um-表示。2.平均值：U實(shí)質(zhì)上就是被測(cè)電壓的直流分量Uo，在電子測(cè)量中，平均值通常指的是交流電壓檢波后（整流）以后的平均值，又可分為半波整流平均值和全波整流平均值。3.有效值：一個(gè)交流電壓和一個(gè)直流電壓分別加在同一電阻上，若它們產(chǎn)生的熱量相等，則交流電壓有效值U（或Urms）等于該直流電壓。4.波形因數(shù)、波峰因數(shù)：交流電壓的波形因數(shù)KF定義為該電壓的有效值和平均值之比交流電壓的波峰因數(shù)KP定義為該電壓的峰值與有效值之比不同的電壓波形，其KF、KP值不同，我們可以參看各種常見電壓的有關(guān)參數(shù)。2.2.2交流電壓表讀數(shù)的表示雖然電壓量值可以用峰值、有效值、平均值表征，但基于功率的概念，國際上一直以有效值作為交流電壓的表征量。電壓表（除特殊情況外）幾乎都按正弦波的有效值來定度。當(dāng)用以正弦波的有效值來定度的交流電壓表測(cè)量電壓時(shí)，如果被測(cè)電壓是正弦波，那么由有關(guān)的參數(shù)表很容易從電壓表讀數(shù)即有效值得知它的峰值和平均值；如果被測(cè)電壓是非正弦波，那就須根據(jù)電壓表讀數(shù)和電壓表所采用的檢波方法，進(jìn)行必要的波形換算，才能得到有關(guān)參數(shù)。[3]2.2.3交流電壓的測(cè)量方法其測(cè)量方法有很多，其中主要是利用交流/直流（AC/DC）轉(zhuǎn)換電路將交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓，然后再進(jìn)行處理。根據(jù)轉(zhuǎn)換器電路的類型，可分為檢波法和熱電轉(zhuǎn)換法。而根據(jù)檢波特性的不同，檢波法又可分為平均值檢波、峰值檢波、有效值檢波。1.均值檢波電路輸出的直流電流與輸入的交流電壓的平均值成正比的檢波電路，稱為平均值檢波電路（簡(jiǎn)稱均值檢波電路）。（1）．電路工作原理平均值檢波電路分為半波檢波和全波檢波圖。2-1（a）所示為半波檢波電路。圖2-1平均值檢波電路在圖2-1（a）中，輸入的交流電壓為正半周時(shí)，二極管D導(dǎo)通，負(fù)半周時(shí)，D截止。檢波電路的輸出直流電壓為輸入的交流電壓的平均值（可調(diào)節(jié)R值），其輸出電流中的直流成分I0為：圖2-2半波檢波直流成分I0(2-1)式中忽略了表頭內(nèi)阻，電容C起交流旁路作用。由于這種電路輸出的直流電流是由輸入交流電壓的平均值決定的，故稱為平均值檢波。（2）平均值檢波特點(diǎn)均值檢波電路中，輸出的直流電流I0與輸入交流電壓的平均值成線性關(guān)系，所以表頭刻度是均勻的。為了便于讀數(shù)，均值檢波電壓表的表頭也是按照正弦信號(hào)平均值與有效值之間的比例關(guān)系，將測(cè)出的平均值電壓換算成有效值來進(jìn)行刻度的，所以表頭讀數(shù)也是有效值。例如用均值檢波電壓表，當(dāng)輸入正弦信號(hào)電壓平均值為0.637V時(shí)，其表頭讀數(shù)為0.707V。因此，用一般按正弦電壓平均值與有效值的關(guān)系定度的均值檢波電壓表，測(cè)量非正弦電壓時(shí)，由于它的平均值與有效值間的關(guān)系與正弦不同，就會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。被測(cè)電壓的波形不同時(shí)，其波形誤差的大小也不一樣。此外，用均值檢波的電壓表測(cè)失真的正弦電壓時(shí)，通過理論分析可知，當(dāng)二次諧波的失真度不超過10％時(shí)，引起的最大波形誤差不到1％；而三次諧波的失真度不超過10％時(shí)，其最大波形誤差也不會(huì)大于5％。所以，在測(cè)量波形失真不太嚴(yán)重的正弦電壓時(shí)，平均值檢波的電壓表比峰值檢波的電壓表所引起的測(cè)量誤差小，一般還是可以用的。2.有效值檢波電路輸出的直流電流與輸入的交流電壓的有效值的平方成正比的檢波電路，稱為有效值檢波電路，又稱為均方根值檢波電路。采用這種檢波電路的電壓表能直接測(cè)出被測(cè)電壓的有效值。（1）電路工作原理交流信號(hào)通過一個(gè)電阻在一周期中所發(fā)生的熱量與直流電流通過同一電阻在同一時(shí)間內(nèi)發(fā)生的熱量相同，則對(duì)應(yīng)的直流電壓的量值稱為該交流電壓的有效值（R.M.S值）。數(shù)字表達(dá)式：(2-2)它表明交流電壓有效值等于交流電壓瞬時(shí)值平方后平均值的平方根。在電阻上產(chǎn)生的熱量為：(2-3)前面介紹的均值檢波電路中是力求其輸入電壓與輸出電流間具有線性關(guān)系，即檢波二極管工作在線性區(qū)域。如設(shè)檢波二極管的伏安特性曲線具有平方律特性，即時(shí)：如輸入電壓則輸出電流i應(yīng)為：（2-4）其中第一項(xiàng)即為檢波后的直流電流I0 (2-5)上述分析表明，只要檢波管具有平方律特性，便可實(shí)現(xiàn)有效值的響應(yīng)，而直流電流由輸入電壓有效值的平方?jīng)Q定，則變換關(guān)系就不是線性的。圖2-3是有效值檢波電路其中一種原理圖。在圖(a)所示橋式檢波電路中，如負(fù)載電阻是可以隨輸入電壓的變化而變化的，則改變R即可改變電路工作的伏安特性曲線的斜率，其伏安特性如圖(b)所示?？梢?，當(dāng)u<u1時(shí)，R最大，特性曲線具有斜率a；當(dāng)u1<u<u2時(shí)，R減小，特性曲線具有斜率b，當(dāng)u2<u<u3時(shí)，R更小，曲線具有斜率C。如果設(shè)計(jì)適當(dāng)，便能使這條斜率可變的折線逼近于平方律曲線。這就是一種模擬分段復(fù)制函數(shù)法的一種有效值檢波方案。有效值電壓表除采用上述方法外，還常用熱電偶構(gòu)成。采用熱偶式轉(zhuǎn)換器，利用熱電偶變換原理構(gòu)成有效值測(cè)試儀。它能在很寬的電平、復(fù)雜的波形和很高的頻率內(nèi)提供高精度的R.M.S/DC轉(zhuǎn)換。[4]圖2-3有效值檢波電路原理圖圖2-4隱含計(jì)算型R.M.S/DC轉(zhuǎn)換器原理圖另一種是運(yùn)用計(jì)算型R.M.S/DC轉(zhuǎn)換器，通過將信號(hào)進(jìn)行瞬時(shí)取樣，然后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。這是目前廣泛應(yīng)用的最先進(jìn)的測(cè)量方法之一。由美國模擬器件公司推出的集成電路芯片AD536等，它將全部電路集成在一塊芯片內(nèi)，準(zhǔn)確的完成R.M.S值測(cè)量。它的原理如圖2-4，從圖中可知，則(2-6)該芯片內(nèi)部由絕對(duì)值電路，平方器／除法器，鏡象電流源和緩沖放大器部分組成。其中平方器／除法器由對(duì)數(shù)—反對(duì)數(shù)放大器構(gòu)成單象限函數(shù)電路，因而在前級(jí)加絕對(duì)值電路，實(shí)質(zhì)上是加一級(jí)精密全波整流電路。輸入電壓Uim經(jīng)絕對(duì)值電路，轉(zhuǎn)換時(shí)單極性電流進(jìn)入平方器／除法器，在經(jīng)過內(nèi)部R與外接Cav形成低通濾波器激勵(lì)鏡象電流源。只要R、Cav的時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)比輸入信號(hào)最長的周期長，那么信號(hào)將有效地被平均，鏡象電流源再將等于此平均值的鏡象電流源返回至平方器／除法器，即全部完成R.M.S值的運(yùn)算。也有采用反向二極管實(shí)現(xiàn)R.M.S值的測(cè)量。反向二極管是隧道二極管的變件。與隧道二極管不同之處是它的峰流較小。它的特點(diǎn)有：（1）在零偏附近具有最大的曲率，適用于低電平檢波。（2）在反偏壓增加的情況下，反向電流的增加是按隧道電流密度增加成指數(shù)上升的，非常接近平方率曲線。它適用于低電平寬頻帶檢波，并具有良好的溫度特性，目前這種檢波器也運(yùn)用得較多。（2）有效值檢波的特點(diǎn)有效值檢波電壓表的主要特點(diǎn)是可以直接測(cè)量非正弦電壓或失真的正弦電壓的有效值，而不會(huì)像峰值或平均值檢波電壓表那樣帶來很大的波形誤差。我們知道，非正弦電壓的有效值為：(2-7)式中，U1,U2為基波和各次諧波電壓的有效值。如被測(cè)電壓其中直流項(xiàng)I0為（2-8）該項(xiàng)結(jié)果與前(2-5)式的檢波后直接電流結(jié)果相同，即表示有效值檢波能真實(shí)反映輸入信號(hào)中所有波形的有效值總和。體現(xiàn)了實(shí)在的非正弦波的總有效值。由于這一重要特點(diǎn)，有效值檢波電壓表廣泛用于雜音測(cè)試器，非線性失真儀等測(cè)量?jī)x器中。本論文中，我們采用全波平均值檢波法。[5]2.2.4采用全波平均值檢波讀數(shù)的換算由上述知，因?yàn)殡妷罕戆凑也ǖ挠行е祦矶ǘ龋栽诘玫降闹绷麟妷褐敌枰?jīng)過一定的換算才能是電壓的有效值，這樣經(jīng)過ADC得到的數(shù)值就可以直接用來送顯示了。其換算過程如下：查找不同波形交流電壓參數(shù)表：表2-1不同波形交流電壓參數(shù)表波形名稱波形系數(shù)波峰系數(shù)有效值平均值全波整流1.111.414②利用公式有：U=得：U=1.11即有效值是平均值的1.11倍，這要求在送顯示之前把平均電壓值通過電路或者軟件編程換成有效值。

第三章方案論證及設(shè)計(jì)概述在上章節(jié)的測(cè)量方案中，對(duì)于一個(gè)未知的交流電壓的數(shù)字測(cè)量，我們通常利用放大檢波電路得到直流電壓，然后送AD轉(zhuǎn)換再送單片機(jī)控制數(shù)碼顯示。完全可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求，圖如下：低通濾波電路單片機(jī)數(shù)碼顯示AD轉(zhuǎn)換檢波電路（精密檢波）繼電器量程轉(zhuǎn)換（分壓電路）低通濾波電路單片機(jī)數(shù)碼顯示AD轉(zhuǎn)換檢波電路（精密檢波）繼電器量程轉(zhuǎn)換（分壓電路）圖3-1數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)部件圖將未知電壓UX接入衰減器，量程擋設(shè)計(jì)為0～2V，2～20V，20～200V（有效值）的控制。單片機(jī)執(zhí)行程序，控制繼電器將開關(guān)打到最高量程檔，此時(shí)未知電壓UX衰減100倍得到UX1，UX1接入檢波電路，檢波電路前置一級(jí)跟隨器，提高輸入阻抗。檢波電路的設(shè)計(jì)，采用精密檢波，通過該電路UX1將變?yōu)橐粋€(gè)正全波的電壓形式UX2，這時(shí)對(duì)UX2進(jìn)行求平均值電壓的運(yùn)算，同時(shí)要濾除紋波電壓，在這里采用二級(jí)有源低通濾波器電路，考慮到所測(cè)電信號(hào)的頻率分量特點(diǎn)，它的轉(zhuǎn)折頻率大約為20HZ，根據(jù)所用濾波電路，得出估算的電容C和電阻R的數(shù)值，電壓信號(hào)經(jīng)過兩級(jí)濾波后，得到一平滑穩(wěn)定的直流電壓，從而達(dá)到預(yù)期的求平均值電壓的功能，得到平均電壓值。將平均電壓信號(hào)送AD轉(zhuǎn)換，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，為了達(dá)到設(shè)計(jì)要求的精度，在這里采用了MC14433積分式芯片，具有11位的精度，轉(zhuǎn)換后的數(shù)值為BCD碼。MC14433按2V的滿量程的設(shè)計(jì)外接電路，單片機(jī)與該芯片按后圖接好，AD轉(zhuǎn)換的數(shù)字量與MCS-51的P1口相連接，單片機(jī)通過外部觸發(fā)中斷后讀數(shù)。經(jīng)單片機(jī)的讀取后，得到AD轉(zhuǎn)換的數(shù)字量，然后用單片機(jī)進(jìn)行軟件編程處理，其先將讀取的BCD碼轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)，再乘以所用量程相應(yīng)的衰減的倍數(shù)（×10、×100），然后與所用量程的最小值進(jìn)行比較。例如：所測(cè)電壓為Vx（有效值），單片機(jī)控制接通2～200V量程檔，經(jīng)前述電路轉(zhuǎn)換后，在單片機(jī)的指定存儲(chǔ)單元得到數(shù)M，將數(shù)M與十進(jìn)制數(shù)20比較，如果：M大于或者等于N，則說明選擇的量程檔合適，然后軟件將之乘以系數(shù)1.11（平均值轉(zhuǎn)化為有效值的系數(shù)），再送數(shù)碼顯示；如果M小于N，則說明選擇的是欠量程檔，單片機(jī)調(diào)程序控制繼電器選擇下一個(gè)檔，然后Vx衰減10倍，再經(jīng)過前述的電路系統(tǒng)和軟件的處理，所得數(shù)值與十進(jìn)制數(shù)2比較，如此進(jìn)行，單片機(jī)達(dá)到自動(dòng)控制量程的轉(zhuǎn)換，并且保證了轉(zhuǎn)換的正確度和精度。顯示部分采用四個(gè)LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，所顯示的數(shù)值是電壓的有效值。[13]第四章硬件部分設(shè)計(jì)及其分析4.1量程轉(zhuǎn)換（即分壓電路）在對(duì)交流電壓進(jìn)行測(cè)量前，需要對(duì)電壓進(jìn)行有目的的衰減，從而形成量程的轉(zhuǎn)換。綜合考慮元件、檢波電路、ADC轉(zhuǎn)換芯片的要求，設(shè)計(jì)了一個(gè)3個(gè)ACV量程的轉(zhuǎn)換電路（如圖）:圖4-1分壓電路三個(gè)ACV量程分別為2v、20v、200v、（有效值）。這個(gè)分壓器的最高量程可以定為700v，不僅考慮所設(shè)計(jì)電壓表的測(cè)量范圍要求（0v—200v），也考慮到量程開關(guān)的耐壓值通常為1000v，而該檔的最大峰值電壓Vp=1.414*700=990V，它接近于1000V。這里按設(shè)計(jì)要求只定到200V由R1—R5構(gòu)成精密電阻分壓器，可將被測(cè)交流電壓一律衰減成2v（RMS）以下。特別注意：R1～R4應(yīng)采用誤差為±0.1%～±0.5%的精度金屬膜電阻，總阻值為10M。這是衰減器的關(guān)鍵條件，電阻一旦出現(xiàn)偏差，它的電壓就會(huì)有很大偏差，從而對(duì)后面檢測(cè)產(chǎn)生很大偏差，得到的電壓值將會(huì)是不準(zhǔn)確的。[11]4.2單片機(jī)控制繼電器部分基于繼電器的性質(zhì),利用單片機(jī)的運(yùn)算,編程控制輸出高電平,再加以一定的電路,可以實(shí)現(xiàn)量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換控制。為此，設(shè)計(jì)的控制電路圖如下：圖4-2控制繼電器電路單片機(jī)發(fā)出高電平，送入上面的電路，維持一定時(shí)間的電平，使三極管可靠導(dǎo)通，電流的增加使得所用的繼電器工作，將開關(guān)打到設(shè)定的量程擋，從而實(shí)現(xiàn)控制。圖中的電容是用來消除單片機(jī)復(fù)位時(shí)的I/O口的高電平的干擾，二極管用以保護(hù)電路，電阻的阻值選擇如圖所示，依據(jù)所設(shè)計(jì)量程擋的個(gè)數(shù)，這里需要三個(gè)如上圖的控制繼電器電路，用單片機(jī)的三個(gè)輸出口分別連接到各個(gè)繼電器的控制端。再由單片機(jī)程序指令發(fā)一定時(shí)間的高電平。本次設(shè)計(jì)是MC-51的P3．0～P3．2口分別和四個(gè)繼電器電路的控制端相連的.4.3平均值A(chǔ)C/DC轉(zhuǎn)換電路平均值A(chǔ)C/DC轉(zhuǎn)換器是由運(yùn)算放大器和二極管組成的半波（或全波）線性整流電路。它具有線性度好、電路簡(jiǎn)單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。由于它是按照正弦波平均值與有效值的關(guān)系而定義的，因此所構(gòu)成的儀表僅適合于測(cè)量不失真的正弦波電壓。在這里，通過實(shí)驗(yàn)比較，選用跟隨器→精密檢波電路→有源低通濾波電路，得到理想的直流電壓。下面詳細(xì)介紹這幾部分電路。4.3.1跟隨器通過衰減后的電壓最高值為2V（有效值），為了提高輸入阻抗，減少電壓表對(duì)信號(hào)源的干擾，不會(huì)影響被測(cè)信號(hào)源的工作狀態(tài)，能減小由信號(hào)源內(nèi)阻引起的測(cè)量誤差。同時(shí)減少了輸出阻抗，達(dá)到測(cè)量電路所需的要求。對(duì)跟隨進(jìn)來的電壓信號(hào)，我們采用精密檢波進(jìn)行處理。4.3.2精密檢波所謂精密檢波就是單極性的直流輸出電壓和輸入的交流電壓的幅值成線性關(guān)系。一般有半波精密檢波（圖4-3）和全波精密檢波（圖4-4）1、半波精密檢波圖4-3半波精密檢波分析：、輸入為正弦信號(hào)：（1）、當(dāng)D1構(gòu)成深度負(fù)反饋，使V-近似于0因此Vo=0；（2）、當(dāng)使用半波精密檢波電路應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1、精密檢波電路的工作頻率在大信號(hào)時(shí)會(huì)受到壓擺率的限制；2、精密檢波電路的工作頻率在小信號(hào)時(shí)的工作頻率會(huì)受到運(yùn)放-3dB帶寬的影響；3、根據(jù)實(shí)際工作頻率選擇合適的運(yùn)放才能保證精度。4、全波精密整流電路（絕對(duì)值電路）：圖4-4全波精密檢波分析：（1）、時(shí)，加法器A2輸出若取所以有：（2）、<0時(shí),,該電路使用時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1、絕對(duì)值電路在頻率較低時(shí)可得滿意結(jié)果；2、絕對(duì)值電路在頻率較高時(shí)會(huì)產(chǎn)生相移破壞了加法電路所實(shí)現(xiàn)的運(yùn)算關(guān)系，使波形失真，產(chǎn)生誤差，必要時(shí)使用頻率補(bǔ)償電路補(bǔ)償；3、該電路精度不僅與半波整流的精度有關(guān)還與電阻的匹配有關(guān)；4、輸入阻抗（R）低；5、需要5個(gè)匹配電阻。論證：根據(jù)所加電壓信號(hào)以及輸出要求，全波檢波能夠很好地滿足，加之考慮到半波檢波后，得到的電壓信號(hào)可能太低，不利于后續(xù)的數(shù)據(jù)采集，較之半波檢波可行性高，故本設(shè)計(jì)采用全波精密檢波。[9]4.3.3低通濾波通過檢波電路后的電壓（這里是半波電壓信號(hào)），需要經(jīng)過合適的硬件電路變換成直流電壓。這里使用濾波電路，相當(dāng)于既對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行了平均值運(yùn)算，又很好地濾除了直流電壓上的紋波，從而獲得穩(wěn)定的平均值電壓，現(xiàn)在對(duì)濾波器電路分析如下：1、LC濾波器當(dāng)f在幾十kHZ到幾百kHZ范圍內(nèi)時(shí)，元件的品質(zhì)因數(shù)Q一般為100～300，最好可到600～1000。這種電路特別適合于窄帶濾波器，它的所有電感數(shù)值相同，電感量可按具有最佳值時(shí)的數(shù)值來確定，輸入和輸出阻抗可以是任意值，電路的調(diào)整方便，適合相對(duì)帶寬在1%～20%范圍內(nèi)使用。LC濾波器具有不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)部噪聲，不需電源，性能穩(wěn)定和成本低等優(yōu)點(diǎn)，但不能集成化，在使用頻率較低時(shí)，體積大，笨重，損耗也大。2、晶體濾波器和陶瓷濾波器是以壓電石英晶體或壓電陶瓷作為基本諧振元件構(gòu)成的濾波器。其中石英晶體諧振器的Q值可達(dá)到10，000～150，000，能實(shí)現(xiàn)很窄的帶通濾波器，可用來實(shí)現(xiàn)的頻率范圍為10kHZ～30MHZ。但是它們的缺點(diǎn)是隨著時(shí)間的推移特性而發(fā)生變化?？紤]上述濾波器的工作特點(diǎn)，結(jié)合所要測(cè)量的電壓信號(hào)的特點(diǎn)，我們選用有源RC濾波器電路。3、有源RC濾波器低頻，尤其是極低頻范圍，其它各種濾波器都不適宜，而有源RC濾波器電可以實(shí)現(xiàn)。在自動(dòng)控制及測(cè)量技術(shù)中，往往要求濾波器處理0.01HZ以下的模擬信號(hào)，這時(shí)只有有源RC濾波器可以勝任。優(yōu)點(diǎn)：低頻性能好，體積小重量輕，精密度高，穩(wěn)定性好等缺點(diǎn)：（工作頻率一般<100HZ）1、需供電電源，消耗能量2、由于有源元件的本身特點(diǎn)，在內(nèi)部噪聲，動(dòng)態(tài)范圍，高頻響應(yīng)及處理大信號(hào)的能力等方面都受到一定限制3、靈敏度一般高于其他類型的濾波器，即易受到元件變化的影響。有源RC濾波器電路所能達(dá)到的頻率范圍受到運(yùn)放的限制帶寬用來說明諧振峰的陡峭程度對(duì)于高Q（Q>1）濾波器而言，由于極點(diǎn)在S平面很靠近虛軸，sinφ=1，所以或者高Q二階濾波器的頻，在帶通濾波器指中心頻率；在低通或高通濾波器是指低通或高通特性發(fā)生轉(zhuǎn)折處的頻率。按頻率特性可將有源濾波器分為LPF，HPF，BPF，BEF等四種，截止頻率是指幅值下降3dB是所對(duì)應(yīng)的頻率；濾波器的固有頻率成為諧振或中心頻率；一個(gè)n階濾波器可用多個(gè)二階濾波器或一個(gè)一階濾波器和多個(gè)二階濾波器級(jí)聯(lián)而得。二階濾波器傳遞函數(shù)的一般形式為：K（s）=可令則上式可改寫為K（s）=當(dāng)b取不同值時(shí)可得到不同特性的濾波器：1、b0=b1=0,b2=k0ω02時(shí)為低通濾波器：2、b0=k0，b1=b2=0時(shí)為高通濾波器；3、b0=b2,b1=k0а*ω0時(shí)為帶通濾波器；4、b0=k0,b1=0,b2=k0ω02時(shí)為帶阻濾波器；為了保證源濾波器的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，運(yùn)算放大器的閉環(huán)增益應(yīng)當(dāng)是比較小的，因此濾波器的輸出阻抗也很低。濾波器的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的基本要求是：傳遞函數(shù)的所有極點(diǎn)都在左半平面內(nèi)，即要求阻尼系數(shù)а=Q-1>0；這種有源濾波器的不足之處是Q值對(duì)元件變化的靈敏度較高，因此，Q值越高，穩(wěn)定性越差，故在高Q值的濾波器中，不宜采用這類結(jié)構(gòu)。即在設(shè)計(jì)這種有源濾波器時(shí)，無須考慮它的Q值對(duì)元件變化的靈敏度較低，故可工作于Q值較高的情況。從物理觀點(diǎn)看，а的數(shù)值表示了濾波器的阻尼特性；а>0時(shí)系統(tǒng)存在阻尼，外加信號(hào)通過濾波器總有一定的能量損耗，故對(duì)于任何有限的輸入或內(nèi)噪聲所產(chǎn)生的輸出，都一定會(huì)在有限的時(shí)間內(nèi)結(jié)束，這說明系統(tǒng)可以穩(wěn)定工作；а<0時(shí)，說明系統(tǒng)在無外加信號(hào)時(shí)會(huì)有能量輸出，產(chǎn)生自激振蕩，系統(tǒng)不穩(wěn)定；а=0時(shí)，系統(tǒng)不存在阻尼，在外加信號(hào)與固有頻率ω0相同時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生不減幅的諧振，這是臨界狀況，Q值雖然極高，但也不穩(wěn)定。對(duì)于不同的а值，а值越大，阻尼越大，幅頻特性和相頻特性變化也越緩慢；反之，а值越小，阻尼越小，幅頻特性曲性在固有頻率ω0附近的凸起越明顯，通帶增益的波動(dòng)越大，這時(shí)頻帶也變寬一些，相位特性曲線在ω0附近的變化也較陡。當(dāng)а=2時(shí)，濾波器的幅頻特性在通帶內(nèi)具有最大的平坦區(qū)，但在阻帶內(nèi)衰減較為緩慢，選擇性較差，濾波器的截止頻率等于固有頻率，濾波器的相頻特性是非線性的，故不同頻率的信號(hào)通過濾波器后會(huì)有不同的相移。這種特性的濾波器成為最大平坦型濾波器又稱巴特沃思濾波器。濾波器性能的濾波參數(shù)有：1、通帶增益Ko2、中心頻率（或截止頻率）3、阻尼系數(shù)а（或品質(zhì)因數(shù)Q）4、通帶增益紋波ΔK（dB）5、靈敏度S，（靈敏度是指濾波器電路中元件數(shù)值的變化所引起是濾波器特性參數(shù)的變化。它是衡量濾波器性能穩(wěn)定的重要指標(biāo)，S越低，性能穩(wěn)定性越好。）應(yīng)用：基于上述濾波器的各自的特點(diǎn)，這里采用如下分析的二級(jí)濾波電路，就能很好的達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，分析：a.巴特沃思濾波器的分析：圖4-5巴特沃思濾波器電路由于本設(shè)計(jì)所濾除的低頻分量較低，我們認(rèn)為其轉(zhuǎn)折頻率大約為20HZ左右，以此可得以下分析：(4-1)為使不為負(fù)（4-2）令，則從（1）中可導(dǎo)出為二階巴特沃斯低通濾波器取，（4-3）R不能過大，否則運(yùn)放會(huì)產(chǎn)生失調(diào)電路該電路對(duì)20HZ的衰減為2倍，對(duì)于衰減頻率更高的信號(hào)效果較好。我們還可以得出上一濾波器的相頻特性為：（4-4）b.第二級(jí)濾波電路分析：圖4-6低通濾波電路該電路的理論計(jì)算分析：給定則，（4-5）上述實(shí)例1低通濾波器的元件靈敏度為：，；，；注意：在實(shí)際使用過程中，電容在焊接時(shí)，要保證其時(shí)間不宜過長，否則電容受熱時(shí)間長，會(huì)發(fā)生內(nèi)部形變使其值改變。方案論證：這里采用兩級(jí)濾波器，因?yàn)檫M(jìn)入低通濾波電路的信號(hào)，它的紋波信號(hào)頻率較低，我們經(jīng)實(shí)驗(yàn)后設(shè)計(jì)第一級(jí)濾波器的最低濾除頻率在20HZ左右，這樣同時(shí)達(dá)到了對(duì)電壓信號(hào)求平均值的運(yùn)算，由上面計(jì)算，選用R1=30K，C1=0.22，使得該濾波器的轉(zhuǎn)折頻率低于20HZ，從而能很好地滿足設(shè)計(jì)的要求。為了得到更為平滑的電壓信號(hào)，在后續(xù)一級(jí)濾波電路，其中可以通過改變R5的阻值，使得R5和R7的阻值比變化，從而調(diào)整電壓信號(hào)幅值大小。這里使信號(hào)的幅值不變，故取R5=R7。[7]4.4AD轉(zhuǎn)換A/D是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的器件。模擬量可以是電壓、電流等電信號(hào)它們只有被轉(zhuǎn)換成數(shù)字量才能被計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所采集、分析、計(jì)算；A/D的種類很多，根據(jù)轉(zhuǎn)換原理可分為逐次逼近式、雙積分式、并行式、V/F式等。對(duì)于逐次逼近式的A/D轉(zhuǎn)換器的原理是：將一個(gè)待轉(zhuǎn)換的模擬輸入信號(hào)Uin和一個(gè)推測(cè)信號(hào)Ui相比較，根據(jù)推測(cè)信號(hào)大于還是小于輸入信號(hào)來決定增大還是減小該推測(cè)信號(hào)，以便向模擬輸入信號(hào)逼近。推測(cè)信號(hào)由D/A轉(zhuǎn)換器的輸出獲得，當(dāng)推測(cè)信號(hào)和模擬信號(hào)相等時(shí)，向D/A轉(zhuǎn)換器輸入的數(shù)字就是對(duì)應(yīng)模擬輸入量的數(shù)字量。他的推測(cè)值的算法如下：使二進(jìn)制計(jì)數(shù)器中的每一位從最高位起依次置1，每接一位，都要進(jìn)行測(cè)試。如果模擬輸入信號(hào)Uin小于推測(cè)信號(hào)Ui那么比較器的輸出是零，并且使該位清零，如果模擬輸入信號(hào)大雨推測(cè)信號(hào)，那么比較器的輸出是1，并且是該位保持1。不管怎么樣，都可以繼續(xù)比較下一位，直到最末尾為止，這個(gè)時(shí)候D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸入就是對(duì)應(yīng)模擬輸入信號(hào)的數(shù)字量。對(duì)于雙積分式轉(zhuǎn)換器原理是：電路先對(duì)未知的輸入模擬電壓Uin進(jìn)行固定時(shí)間的積分，然后轉(zhuǎn)為對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電壓進(jìn)行反向積分，直到積分輸出返回起始值，那么對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電壓積分的時(shí)間正比于模擬輸入電壓，輸入電壓大王，那么反向積分的時(shí)間長。用高頻的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘脈沖來測(cè)量時(shí)間T就可以得到相應(yīng)的模擬電壓的數(shù)字量。衡量A/D器件性能的主要參數(shù)有：1、分辨率與量化誤差：分辨率是衡量A/D轉(zhuǎn)換器分辨輸入模擬量最小變化程度的技術(shù)指標(biāo)。A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率取決與A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。量化誤差是由于A/D轉(zhuǎn)換器有限字長數(shù)字量對(duì)輸入模擬量進(jìn)行的離散取樣(量化)而引起的誤差，其在理論上為一個(gè)單位的分辨率，即分辨率與量化誤差是統(tǒng)一的。2、轉(zhuǎn)換精度：分為絕對(duì)精度和相對(duì)精度。前者指轉(zhuǎn)換器中任何數(shù)碼所相對(duì)的實(shí)際模擬電壓與其理想的電壓之差的最小值，后者指將上述最大偏差表示為滿刻度模擬電壓的百分值。3、轉(zhuǎn)換速率：A/D轉(zhuǎn)換器在每秒鐘內(nèi)所能完成的轉(zhuǎn)換的次數(shù)。4、滿刻度范圍滿刻度范圍是指A/D轉(zhuǎn)換器所允許最大的輸入電壓范圍。5、與PC機(jī)的接口能力。要注意A/D轉(zhuǎn)換器與維微型機(jī)的接口原則1、數(shù)據(jù)輸出接口：芯片數(shù)據(jù)輸出接口方式取決于芯片內(nèi)部數(shù)據(jù)輸出的硬件結(jié)構(gòu)。輸出要求三態(tài)。2、ADC芯片與微型機(jī)接口中的時(shí)序配合：時(shí)序配合主要有五點(diǎn)；而且應(yīng)該熟練會(huì)讀作為電子學(xué)語言的時(shí)序圖，這對(duì)軟件編程亦非常重要。3、ADC數(shù)據(jù)輸入方式：微機(jī)在ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束后，讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的方式有延時(shí)等待、查詢、中斷及DMA方式。應(yīng)用：由于測(cè)量電壓要求精度在±0.2V，根據(jù)計(jì)算，選用10位以上的AD，還考慮到積分式A/DC的抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，在這里采用MC14433。下面是該芯片的介紹：積分式MC14433芯片MC14433采用CMOS工藝、具有零漂報(bào)償?shù)?位半單片雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器，該電路只需外加二個(gè)電容和二個(gè)電阻就能實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換功能。其主要技術(shù)指標(biāo)為：轉(zhuǎn)換速率（3～10）HZ，轉(zhuǎn)換精度1LSB模擬輸入電壓范圍0V～±1.999V或0V～±199.9mV，輸入阻抗大于100MΩ。MC14433采用24腳雙列直插封裝，其結(jié)構(gòu)框與引腳圖如圖4-7所示：圖4-7MC14433的結(jié)構(gòu)框圖與引腳圖各引腳定義如下：VDD，VEE，VSS：VDD、VEE為正、負(fù)電源端，VSS為公共接地端，電壓范圍為±4.5V～±8V，一般取±5V。為提高電源的抗干擾能力，正負(fù)電源端應(yīng)分別與VSS端跨接去耦電容。Ui：被測(cè)信號(hào)輸入端，其對(duì)應(yīng)地端為UAG（模擬地）UR：基準(zhǔn)電壓輸入端，其對(duì)應(yīng)地端為UAG?；鶞?zhǔn)電壓+2V或+200mV，可由MC1403通過分壓提供CLKI，CLKO：時(shí)鐘端，用于外接鐘頻電阻RC。當(dāng)RC=470kΩ時(shí)fclk≈66kHZ；RC=200kΩ時(shí)，fclk≈140kHZR1，C1，R1/C1：外接積分電阻R1、積分電容C1端。R1、C1的估算公式如下：式中Uimax輸入電壓滿量程值；ΔU積分電容上允許充電電壓的最大幅度，其值為ΔU=UDD-Uimax-0.5V；T1積分時(shí)間，其值為T==4000*。按上式計(jì)算，若C1=0。1μF，UDD=5V，=66kHZ，則當(dāng)Uxmax=2V時(shí)，R1=480kΩ。C01，C02：外接失調(diào)補(bǔ)償電壓端。補(bǔ)償電容一般取為0.1μF。EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志端。當(dāng)向該端輸入一正脈沖時(shí)，則當(dāng)前轉(zhuǎn)換周期的轉(zhuǎn)換結(jié)果將送入的輸出鎖存器，否則輸出鎖存器將保留原來數(shù)據(jù)。若DU與EOC連接，則每一次轉(zhuǎn)換結(jié)果都將被自動(dòng)送出。：溢出標(biāo)志端；平時(shí)為高電平，當(dāng)Ui>UR時(shí)，輸出低電平；QO，Q1，Q2，Q3：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出端。采用BCD碼，其中Q0為LSB，Q3為MSB。DS1，DS2，DS3，DS4：多路調(diào)制選通脈沖信號(hào)輸出端。MC14433轉(zhuǎn)換結(jié)果以BCD碼形式，分時(shí)按千、百、十、個(gè)位由Q0—Q3端送去，相應(yīng)的位選通信號(hào)由DS1—DS4提供。每個(gè)選通脈沖寬度為18個(gè)時(shí)鐘周期、相鄰選通脈沖之間的間隔為2個(gè)時(shí)鐘脈沖。其輸出時(shí)序如圖4-8所示：圖4-8MC14433輸出時(shí)序圖在DS2，DS3，DS4選通期間，Q0—Q1分時(shí)輸出三個(gè)完整的BCD碼數(shù)，分別代表百位、十位、個(gè)位信息。但在DS1選通期間，輸出端Q3—Q0除表示千位信息外，還有超欠量程和極性標(biāo)志信號(hào)，具體的規(guī)定為：Q3代表千位數(shù)，低電平“0”代表千位為1，高電平“1”代表千位為0；Q2代表被測(cè)電壓的極性，“1”代表正，“0”代表負(fù)；Q0為超或欠量程，其中Q0為1時(shí)為欠量程，Q0為0時(shí)為超量程。一個(gè)完整的A/D轉(zhuǎn)換過程可分為6個(gè)階段，階段1為模擬調(diào)零階段，在這個(gè)階段占用時(shí)間為4000個(gè)時(shí)鐘脈沖。階段2為數(shù)字調(diào)零階段。階段3為第二次模擬調(diào)零階段，其過程同階段1。階段4為對(duì)被測(cè)電壓Ui積分階段。本階段占用4000個(gè)時(shí)鐘脈沖。階段5為對(duì)比較電壓的失調(diào)電壓進(jìn)行補(bǔ)償。階段6為對(duì)基準(zhǔn)電壓UR積分階段，以上分析可以看出，MC14433一次A/D轉(zhuǎn)換的時(shí)間約需要16400個(gè)時(shí)鐘脈沖，若時(shí)鐘脈沖的頻率f0=66kHZ，則一次轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間為：T==0.25s。MC14433與單片機(jī)的接口：由于MC14433的輸出不帶有三態(tài)輸出鎖存器，因此MC14433的輸出端必須通過具有三態(tài)輸出的并行I/O端口才能與微機(jī)數(shù)據(jù)總線相連。對(duì)于8031應(yīng)用系統(tǒng)來說，MC14433的Q0—Q3，DS1—DS4可以通過擴(kuò)展I/O口與之相連接，但也可以直接接到8031的P1口。如圖4-9所示：圖4-98031與MC14433的接口電路上圖為MC14433與8031接口電路簡(jiǎn)圖。圖中的MC14433所有外部連接器件都已按照規(guī)定要求接好，轉(zhuǎn)換的輸出端直接連至8031的P1口，EOC信號(hào)反相后，作為中斷申請(qǐng)信號(hào)送至8031的非INT1端。由于EOC信號(hào)與DU相連，所以每次轉(zhuǎn)換完畢都有相應(yīng)的BCD碼及相應(yīng)的選通信號(hào)出現(xiàn)在Q0—Q3及DS1—DS4端。設(shè)置外部中斷為邊沿觸發(fā)方式，轉(zhuǎn)換結(jié)果存緩沖器2EH與2FH中，存儲(chǔ)格式為：D7D6D5D4D3D2D1D02EH符號(hào)千位百位2FH十位個(gè)位MC14433A/D轉(zhuǎn)換器精度偏低，如果需要更高精度的測(cè)量，可以選用高精度的四位半的ICL7135A/D轉(zhuǎn)換芯片、五位半的A/D轉(zhuǎn)換器芯片和帶微處理器的HI7159A/D轉(zhuǎn)換器芯片等。其中AD7555A/D和HI7159A/D轉(zhuǎn)換精度優(yōu)于0.005%,分辨力相當(dāng)于17位二進(jìn)制A/D轉(zhuǎn)換器，而價(jià)格并不高，這就為開發(fā)高精度的電壓測(cè)量?jī)x表創(chuàng)造了良好的條件。[9]4.5單片機(jī)及數(shù)碼顯示數(shù)字顯示原理:數(shù)字化顯示是智能儀器中不可缺少的部分，它使顯示更加直觀。本設(shè)計(jì)采用七段LED作為顯示器，它是單片機(jī)應(yīng)用最簡(jiǎn)單，最方便的輸出設(shè)備。它有共陽，共陰兩種。有兩種顯示方式：即靜態(tài)和動(dòng)態(tài)。靜態(tài)顯示占用系統(tǒng)資源較多，且硬件連接比較復(fù)雜。所以本系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)顯示。所謂動(dòng)態(tài)顯示，就是讓各位數(shù)碼管按照一定的順序輪流地發(fā)光顯示。與靜態(tài)驅(qū)動(dòng)顯示相比，動(dòng)態(tài)掃描顯示具有很多的優(yōu)點(diǎn)：能顯著降低顯示器的功耗，在許多情況下還能大大減少顯示器的外部引線，只要位選通信號(hào)的頻率足夠高，由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象，就觀察不到閃爍的現(xiàn)象。目前，動(dòng)態(tài)掃描顯示技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于微型計(jì)算機(jī)、智能儀器、新型數(shù)字儀表和智能顯示屏中。動(dòng)態(tài)顯示適合多位顯示，硬件電路大大簡(jiǎn)化，成本降低。它將所有段選位的段選碼連接在一個(gè)I/O口上，而共陰（共陽）極分別由相應(yīng)的I/O口線控制，其中一個(gè)口控制段選碼，一個(gè)口控制位選碼。因?yàn)樵谝凰查g，八位LED只能顯示相同的字符，所以要顯示不同的字符，則必須掃描顯示。這種方式是利用人的視覺上的暫留效果，將要顯示的字符在瞬間顯示，并延時(shí)，輪流把不同的段選碼送入顯示器，與此同時(shí)，相應(yīng)的位選碼也送入顯示器則實(shí)現(xiàn)了LED的動(dòng)態(tài)顯示。電路圖如圖4-10所示：圖4-10數(shù)碼管顯示電路圖數(shù)碼顯示部分程序：voidled_display(unsignedchari,unsignedcharnum){ P2=0xff;//準(zhǔn)備顯示，清位選 P1=0xff;//清p1口的顯示 if(num>=0&&num<=15) P1=Tab[num];//輸出段碼到P1 if(i>0&&i<=4)//數(shù)碼管的個(gè)數(shù)＝4 { switch(i)//選擇顯示位，低電平有效 { case1:P2=0xfe;//1110第一位顯示 break; case2:P2=0xfd;//1101第二位顯示 break; case3:P2=0xfb;//1011第三位顯示 break; case4:P2=0xf7;//0111第四位顯示 break; } delay(DELAY_VALUE); } } //*************延時(shí)程序*************voiddelay(shorti){ intj=0; intk=0; k=i*DELAY_VALUE; while(j<k)j++; }

第五章軟件及其程序流程部分經(jīng)硬件電路得到數(shù)字量后,要求對(duì)所獲得的數(shù)值進(jìn)行處理,這就要進(jìn)行軟件部分的分析，依據(jù)接口編程、控制等等。本次設(shè)計(jì)的基本軟件編程有以下幾部分。5.1數(shù)據(jù)采集部分的程序流程單片機(jī)與ADC的硬件電路接口如圖4-9，該硬件電路接口設(shè)置單片機(jī)的外部中斷為邊沿觸發(fā)方式，單片機(jī)的P1口與ADC數(shù)據(jù)相連，中斷觸發(fā)后，單片機(jī)開始接受數(shù)據(jù)量，由于MC14433的輸出數(shù)據(jù)特性，分四次讀完，可編程控制讀數(shù)并儲(chǔ)存在指定的存儲(chǔ)器中。其流程圖如圖5-1所示：超欠量程？讀百位存于2EH低位讀P1口返回讀個(gè)位存于2FH低位超欠量程？讀十位存于2FH高位讀P1口DS4選通？置標(biāo)志位讀P1口讀千位存于2EH高位DS1選通？超欠量程？DS3選通？超欠量程？DS2選通？讀P1口讀數(shù)子程序中斷觸發(fā)開始CC超欠量程？讀百位存于2EH低位讀P1口返回讀個(gè)位存于2FH低位超欠量程？讀十位存于2FH高位讀P1口DS4選通？置標(biāo)志位讀P1口讀千位存于2EH高位DS1選通？超欠量程？DS3選通？超欠量程？DS2選通？讀P1口讀數(shù)子程序中斷觸發(fā)開始CC圖5-1數(shù)據(jù)采集部分流程圖5.2數(shù)碼顯示部分的程序流程顯示器為四位LED數(shù)碼管，采用動(dòng)態(tài)掃描的方式，單片機(jī)的P0、P2分別送數(shù)碼的段碼和位選通碼，P0口與數(shù)碼管的八位數(shù)據(jù)線相接，送出取表后的斷碼值，P2與數(shù)碼管的位選通端相連。采用共陽極的話，四位位選通碼設(shè)為1000，依次左移送出并延時(shí)則達(dá)到動(dòng)態(tài)顯示的效果。這里我設(shè)置R1為小數(shù)信息寄存單元，R2：顯示位數(shù)等，其流程圖如圖5-2所示：開始開始取數(shù)查表取段碼取數(shù)查表取段碼R1的D7為1？DD7SHIFUOR1的D7為1？DD7SHIFUOR1左移一位點(diǎn)亮小數(shù)點(diǎn)R1左移一位點(diǎn)亮小數(shù)點(diǎn)送P0口送P0口位選碼送P2口位選碼送P2口R2右移延時(shí)10msR2右移延時(shí)10ms顯示完畢？顯示完畢？結(jié)束結(jié)束圖5-2顯示部分流程圖5.3軟件控制量程轉(zhuǎn)換單片機(jī)對(duì)繼電器電路部分的智能控制就是通過該軟件編程實(shí)現(xiàn)的，單片機(jī)的P3.0～P3.2口可直接接入控制繼電器電路的輸入端，維持一定時(shí)間的高電平則驅(qū)動(dòng)繼電器工作，從而達(dá)到量程的控制。其中，設(shè)置R1為量程控制的寄存器，單片機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)對(duì)它的改變進(jìn)行判斷，發(fā)出指令控制繼電器，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制量程轉(zhuǎn)換。流程圖如下圖5-3所示：.圖5-3量程控制流程圖第六章總結(jié)該電壓測(cè)量系統(tǒng)的范圍為交流0～200V（有效值）超出該量程將不能測(cè)量。按設(shè)計(jì)要求將電壓表分成三個(gè)量程檔：0V～2V,2V～20V,20V～200V。顯示為四位LED數(shù)碼管。電壓表啟動(dòng)后，自動(dòng)控制繼電器將量程打到最高檔（200V檔），經(jīng)硬件系統(tǒng)后,單片機(jī)自行進(jìn)行運(yùn)算比較，控制量程轉(zhuǎn)換，滿足量程要求，則送顯，顯示的數(shù)值即為有效電壓值，單位自定義為V。量程的轉(zhuǎn)換表現(xiàn)在數(shù)顯管小數(shù)點(diǎn)的位置的改變：2V檔時(shí)，最左邊的小數(shù)點(diǎn)點(diǎn)亮，每提高一檔（×10），小數(shù)點(diǎn)左移一位，該功能由軟件控制實(shí)現(xiàn)。電壓測(cè)量是電子測(cè)量中最基本的測(cè)量?jī)?nèi)容，因此電壓測(cè)量具有非常廣泛的意義。目前，由各種單片A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)字電壓表（DVM），已經(jīng)被廣泛用于電子及電工測(cè)量、工業(yè)自動(dòng)化儀表、自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)等領(lǐng)域，顯示出強(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(cè)量技術(shù)提高到嶄新的水平。

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致謝今年三月至六月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我全是在郝立峰老師和馮濤老師的指導(dǎo)下完成的。從設(shè)計(jì)課題的制定到最終論文的完成，她們都給予我極大的指導(dǎo)。不僅在實(shí)際中指導(dǎo)我而且在理論上也給了我很多提示。我在郝立峰老師的指導(dǎo)下，學(xué)習(xí)了有關(guān)設(shè)計(jì)的整體論證、由運(yùn)放構(gòu)成的多種電路、電子數(shù)字測(cè)量技術(shù)、A/D轉(zhuǎn)換和單片機(jī)MCS-51等的大量知識(shí)，查閱了相關(guān)資料。在我完成論文的過程中，郝老師和馮老師以及其他老師、同學(xué)給予我悉心的指導(dǎo)，以淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、踏實(shí)的鉆研精神言傳身教。從他們身上我所學(xué)到的不僅僅是對(duì)學(xué)術(shù)工作上的嚴(yán)肅態(tài)度，而且有對(duì)生活的樂觀態(tài)度，他們不僅是良師，更是益友，所有這些都將有益于我今后的工作和生活。在這里我再一次向郝老師和馮老師表示感謝。同時(shí)我還要向在我畢設(shè)期間幫助過我的人表示深深的謝意?；贑8051F單片機(jī)直流電動(dòng)機(jī)反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機(jī)MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對(duì)良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機(jī)的通用控制模塊的研究基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機(jī)控制的二級(jí)倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強(qiáng)型51系列單片機(jī)的TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的蓄電池自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機(jī)的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機(jī)的交流伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機(jī)的泵管內(nèi)壁硬度測(cè)試儀的研制基于單片機(jī)的自動(dòng)找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機(jī)的液壓動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機(jī)實(shí)現(xiàn)一種基于單片機(jī)的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機(jī)的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機(jī)的噴油泵試驗(yàn)臺(tái)控制器的研制基于單片機(jī)的軟起動(dòng)器的研究和設(shè)計(jì)基于單片機(jī)控制的高速快走絲電火花線切割機(jī)床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機(jī)的機(jī)電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機(jī)的智能手機(jī)充電器基于單片機(jī)的實(shí)時(shí)內(nèi)核設(shè)計(jì)及其應(yīng)用研究基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的煙氣二氧化硫濃度檢測(cè)儀的研制基于微型光譜儀的單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機(jī)的液體點(diǎn)滴速度自動(dòng)檢測(cè)儀的研制基于單片機(jī)系統(tǒng)的多功能溫度測(cè)量?jī)x的研制基于PIC單片機(jī)的電能采集終端的設(shè)計(jì)和應(yīng)用基于單片機(jī)的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)的研制基于單片機(jī)的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機(jī)的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機(jī)的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機(jī)控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機(jī)的多生理信號(hào)檢測(cè)儀基于單片機(jī)的電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)Pico專用單片機(jī)核的可測(cè)性設(shè)計(jì)研究基于MCS-51單片機(jī)的熱量計(jì)基于雙單片機(jī)的智能遙測(cè)微型氣象站MCS-51單片機(jī)構(gòu)建機(jī)器人的實(shí)踐研究基于單片機(jī)的輪軌力檢測(cè)基于單片機(jī)的GPS定位儀的研究與實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機(jī)系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機(jī)的時(shí)控和計(jì)數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機(jī)和CPLD的粗光柵位移測(cè)量系統(tǒng)研究單片機(jī)控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用能力的探究基于單片機(jī)控制的自動(dòng)低頻減載裝置研究基于單片機(jī)控制的水下焊接電源的研究基于單片機(jī)的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機(jī)的氚表面污染測(cè)量?jī)x的研制基于單片機(jī)的紅外測(cè)油儀的研究96系列單片機(jī)仿真器研究與設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機(jī)的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)基于MSP430單片機(jī)的電梯門機(jī)控制器的研制基于單片機(jī)的氣體測(cè)漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機(jī)的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機(jī)和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)技術(shù)研究基于單片機(jī)的膛壁溫度報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于AVR單片機(jī)的低壓無功補(bǔ)償控制器的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)船舶電力推進(jìn)電機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)的振動(dòng)信號(hào)的采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)的應(yīng)用研究基于單片機(jī)的疊圖機(jī)研究與教學(xué)方法實(shí)踐基于單片機(jī)嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的研究及實(shí)現(xiàn)基于AT89S52單片機(jī)的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的多道脈沖幅度分析儀研究機(jī)器人旋轉(zhuǎn)電弧傳感角焊縫跟蹤單片機(jī)控制系統(tǒng)基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用研究HYPERLINK"/detail.htm?