交流電壓與頻率測(cè)試儀

1、摘要隨著信息化、數(shù)字化在各行各業(yè)的迅猛發(fā)展，工業(yè)系統(tǒng)中的信息化、數(shù)字化也將成為未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。尤其在狹小的空間操作時(shí)，經(jīng)常要面對(duì)功能眾多、大小不等、量程各異的儀表盤(pán)，這些儀表盤(pán)不僅占用空間，而且不夠直觀，容易造成工作人員的誤操作或反應(yīng)滯后，給操作帶來(lái)不必要的麻煩。因此利用交流電頻率、電壓測(cè)量的技術(shù)，設(shè)計(jì)出電壓頻率測(cè)試系統(tǒng)，可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)的操作空間，提高工作效。本設(shè)計(jì)以單片機(jī)at89c52為核心，結(jié)合外圍信號(hào)放大、整形電路,通過(guò)對(duì)輸出波形的計(jì)數(shù)和對(duì)模擬電壓的采樣、量化得到交流電頻率和電壓的數(shù)字量，將所得數(shù)據(jù)通過(guò)串行接口發(fā)送到上位機(jī)進(jìn)行直觀顯示，很好的實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)電壓頻率的測(cè)量。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量誤

2、差小，具有很高的實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；頻率；電壓；采樣；at89c52；ad0809；abstractwith digital informatization in the rapid development of all walks of life, industrial system of informatization, digital will also become the future trend of development. especially in the narrow space when operating, often face many functions, s

3、izes, different range instrument panel. these instrument panel not only occupy a space, and not enough intuitive, easy to cause the working staff of the incorrect operation or reaction lag, give operating cause unnecessary trouble. so using ac frequency and voltage measurement technology, design the

4、 voltage frequency monitoring system, may simplify system operation space, improve work efficiency.this design taking single chip computer at89c52 as a core，combining the periphery signal to enlarge and the shaping circuit, through to the output waveforms of the count and the simulated voltage sampl

5、ing, the quantitative get ac frequency and voltage the digital quantity. these data are sent to the upper computer by a series port and visual display，realizing the monitoring of the frequency and voltage. design is simple in structure, measurement error small, has high practical value.keywords：sing

6、le chip computer；frequency；voltage；sampling；at89c52；ad0809；目錄1緒論11.1問(wèn)題的提出11.2設(shè)計(jì)的意義11.3設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容11.3.1本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容11.3.2設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的主要功能11.3.3設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)22系統(tǒng)概述32.1電壓/頻率的測(cè)量方法32.1.1直接測(cè)頻法32.1.2a/d轉(zhuǎn)換法52.2系統(tǒng)方案選擇52.3系統(tǒng)總體框圖53系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)73.1單片機(jī)處理控制電路73.2頻率信號(hào)預(yù)處理電路83.2.1降壓電路83.2.2放大電路93.2.3整形電路93.3a/d轉(zhuǎn)換電路103.4晶振電路部分113.5lcd顯示電

7、路123.5.1lcd選型123.5.2接口說(shuō)明133.6電源電路的設(shè)計(jì)143.7串口通信電路154系統(tǒng)控制軟件設(shè)計(jì)194.1系統(tǒng)軟件框圖194.2頻率測(cè)量子流程圖204.3a/d轉(zhuǎn)換子流程圖214.4顯示子程序22總結(jié)體會(huì)25致謝27參考文獻(xiàn)28外文資料29中文翻譯30唐山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)1緒論1.1問(wèn)題的提出隨著信息化、數(shù)字化在各行各業(yè)的迅猛發(fā)展，工業(yè)系統(tǒng)中的信息化、數(shù)字化也將成為未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。計(jì)算機(jī)和智能儀器等各種設(shè)備已經(jīng)大量進(jìn)入各個(gè)領(lǐng)域。尤其在狹小的空間操作時(shí)，經(jīng)常要面對(duì)功能眾多、大小不等、量程各異的儀表盤(pán)，這些儀表盤(pán)不僅占用空間，而且不夠直觀，在情況緊急時(shí)，容易造成工作人員的誤操作或反

8、應(yīng)滯后，給操作帶來(lái)不必要的麻煩。因此利用交流電頻率、電壓測(cè)量的技術(shù)，設(shè)計(jì)出電壓頻率測(cè)試儀系統(tǒng)，可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)的操作空間，提高工作效率。1.2設(shè)計(jì)的意義本設(shè)計(jì)提出一種進(jìn)行交流電頻率、電壓測(cè)量的方法，以簡(jiǎn)化系統(tǒng)的操作空間。使操作人員更加直觀的進(jìn)行系統(tǒng)供電頻率、電壓的測(cè)量，節(jié)省了操作時(shí)間。電壓和頻率是反映電能質(zhì)量的兩個(gè)主要指標(biāo)，本設(shè)計(jì)中介紹了電壓、頻率的測(cè)量原理以及如何利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電壓、頻率的測(cè)量和將所得測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)串行接口發(fā)送到上位機(jī)進(jìn)行直觀顯示。這種測(cè)量裝置硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量誤差小、價(jià)格低，具有很高的實(shí)用價(jià)值，可以作為測(cè)試儀器使用，也可以作為監(jiān)測(cè)裝置的一部分。1.3設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容1.3.1本設(shè)計(jì)

9、的主要內(nèi)容該設(shè)計(jì)主要用單片機(jī)設(shè)計(jì)電壓頻率測(cè)量系統(tǒng)，來(lái)完成對(duì)電壓頻率測(cè)量的基本功能，包括顯示功能，傳感器數(shù)據(jù)采集及處理功能和單片機(jī)系統(tǒng)與上位機(jī)通信的功能。1.3.2設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的主要功能提出系統(tǒng)的硬件方案和方案論證優(yōu)化；根據(jù)要求完成單片機(jī)的基本系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；完成對(duì)電壓、頻率等信號(hào)的檢測(cè)和接口電路的設(shè)計(jì)；完成顯示電路的設(shè)計(jì)；完成軟件需求的系統(tǒng)分析。1.3.3設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)電壓范圍：500v,50v,5v；頻率范圍：0-1000hz；測(cè)量精度：電壓誤差5%,頻率誤差1%設(shè)計(jì)控制電源電壓5v，誤差5%。2系統(tǒng)概述2.1電壓/頻率的測(cè)量方法對(duì)于單片機(jī)為核心構(gòu)成的檢測(cè)儀器，測(cè)量電壓、頻率時(shí)有多種方法，

10、一般根據(jù)不同的要求，采用不同的測(cè)量方法，這樣可以提高測(cè)量的準(zhǔn)確度。更好的達(dá)到設(shè)計(jì)要求。2.1.1直接測(cè)頻法適用于高頻信號(hào)。充分利用單片機(jī)內(nèi)的兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器。一個(gè)作為定時(shí)器，給出標(biāo)準(zhǔn)閘門信號(hào)tx；另一個(gè)作為計(jì)數(shù)器，對(duì)fx的變化次數(shù)直接進(jìn)行計(jì)數(shù)得nx，得fx=nx/tz。測(cè)量原理如圖2.1所示。圖2.1 直接測(cè)頻率測(cè)頻原理圖計(jì)數(shù)法測(cè)量頻率是利用單片機(jī)內(nèi)部?jī)蓚€(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器t0和t1，使一個(gè)工作在定時(shí)模式，另一個(gè)工作在計(jì)數(shù)模式下完成測(cè)量功能的。計(jì)數(shù)法測(cè)量頻率時(shí)序如圖2.2所示。圖2.2 計(jì)數(shù)法設(shè)計(jì)軟件流程圖用定時(shí)器t1來(lái)產(chǎn)生一個(gè)1s的時(shí)鐘基準(zhǔn)，同時(shí)計(jì)數(shù)器t0對(duì)由p3.4口輸入的周期性矩形脈沖信號(hào)的

11、下降沿進(jìn)行累積計(jì)數(shù)，再將累積計(jì)數(shù)值m送數(shù)碼管顯示。設(shè)計(jì)軟件流程圖如圖2.3所示：圖2.3 直接測(cè)頻法原理框圖在計(jì)數(shù)器工作方式下，加至外部引腳的待測(cè)信號(hào)發(fā)生從0到1的跳變時(shí)計(jì)數(shù)器加1，這樣在定時(shí)閘門信號(hào)的控制下可以用來(lái)測(cè)量待測(cè)信號(hào)的頻率。將51單片機(jī)內(nèi)的兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器分別定義為：t0為計(jì)數(shù)器，t1為定時(shí)器，均采用方式1，即方式控制字tmod為#51h。外部輸入在每個(gè)機(jī)器周期被采樣一次，檢測(cè)一次從到的跳變需要個(gè)機(jī)器周期，所以最大計(jì)數(shù)頻率為0.5mhz。定時(shí)計(jì)數(shù)沒(méi)有溢出的最大計(jì)數(shù)值為65535。2.1.2a/d轉(zhuǎn)換法所謂a/d轉(zhuǎn)換法就是將被測(cè)電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)阻抗匹配,變成單片機(jī)可測(cè)量的電壓范圍,后經(jīng)模

12、數(shù)轉(zhuǎn)換測(cè)得相應(yīng)的電壓值。直接型a/d轉(zhuǎn)換器可直接將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，這類轉(zhuǎn)換器工作速度快。并行比較型和逐次比較型a/d轉(zhuǎn)換器屬于這一類。而間接型a/d轉(zhuǎn)換器先將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成中間量（如時(shí)間、頻率等），然后再將中間量轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，轉(zhuǎn)換速度比較慢。雙積分型a/d轉(zhuǎn)換器則屬于間接型a/d轉(zhuǎn)換器。逐次逼近型a/d轉(zhuǎn)換器，在精度、轉(zhuǎn)換速度和價(jià)格上都適中，是最常用的a/d轉(zhuǎn)換器件。雙積分a/d轉(zhuǎn)換器，具有高精度、抗干擾性好的、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，但轉(zhuǎn)換速度低。2.2系統(tǒng)方案選擇根據(jù)本設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)，綜合考慮電壓、頻率測(cè)量精度以及外測(cè)量范圍、反應(yīng)時(shí)間等等，頻率測(cè)量選擇用直接測(cè)頻率法來(lái)測(cè)量，采用這種方法測(cè)

13、量簡(jiǎn)單而且可以保證測(cè)量的準(zhǔn)確度。而對(duì)于電壓測(cè)量則采用a/d轉(zhuǎn)換法，用逐次型a/d轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)為數(shù)字量再將數(shù)字量送入單片機(jī)的方法來(lái)進(jìn)行測(cè)量，這樣可以達(dá)到更好達(dá)到測(cè)量的精度要求，同時(shí)也很好的利用了單片機(jī)的資源。顯示用lcd來(lái)顯示，能更直觀的顯示電壓、頻率的值。2.3系統(tǒng)總體框圖本設(shè)計(jì)以單片機(jī)at89c52為核心，結(jié)合外圍信號(hào)放大、整形電路,通過(guò)對(duì)輸出波形的計(jì)數(shù)和對(duì)模擬電壓的采樣、量化得到交流電頻率和電壓的數(shù)字量，將所得數(shù)據(jù)通過(guò)串行接口發(fā)送到上位機(jī)進(jìn)行直觀顯示，很好的實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)電壓頻率的監(jiān)測(cè)。測(cè)量系統(tǒng)的硬件電路主要包含降壓穩(wěn)壓電路、信號(hào)預(yù)處理電路、ad轉(zhuǎn)換電路以及單片機(jī)at89c52處理控制電

14、路、串口輸出電路幾部分構(gòu)成，測(cè)量系統(tǒng)框圖如圖2.4所示。圖2.4 電壓、頻率檢測(cè)系統(tǒng)框圖系統(tǒng)電路的工作原理簡(jiǎn)述如下：交流電壓經(jīng)過(guò)隔離變壓器隔離降壓、限流變?yōu)閍/d轉(zhuǎn)換器和單片機(jī)能接受電壓范圍，然后分成兩路電壓輸入信號(hào)。一路輸入用于頻率測(cè)量，輸入信號(hào)經(jīng)離散器件的分壓、穩(wěn)壓處理，通過(guò)放大、濾波和整形電路，將輸入的正弦波信號(hào)轉(zhuǎn)換成5 v的方波信號(hào)，然后送到單片機(jī)。單片機(jī)接收外部脈沖，啟動(dòng)定時(shí)計(jì)數(shù)器對(duì)方波信號(hào)進(jìn)行定時(shí)計(jì)數(shù)，從而計(jì)算得出相應(yīng)的頻率值；另外一路輸入用于電壓測(cè)量值，輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)分壓被送到ad轉(zhuǎn)換部分，經(jīng)過(guò)a/d轉(zhuǎn)換芯片的轉(zhuǎn)換，將輸入的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送到單片機(jī)p0口，得到量化電壓值；同時(shí)，

15、串口電路部分則負(fù)責(zé)將得到的頻率值、電壓值發(fā)送至上位機(jī)，從而，上位機(jī)對(duì)頻率值和電壓值進(jìn)行直觀的顯示。這樣可以很好的實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)所要求的功能。3系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)處理控制電路測(cè)量電路選用at89c52作為頻率計(jì)的信號(hào)處理核心。at89系列單片機(jī)是美國(guó)atmel公司近年來(lái)推出的一種新型高性能低價(jià)位，低電壓，低功耗的8位cmos微型計(jì)算機(jī)。它的顯著優(yōu)點(diǎn)是：內(nèi)含flash存儲(chǔ)器，這在系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，可隨意進(jìn)行程序修改，既便錯(cuò)誤編程之后仍可以重新編程，故不存在廢品且大大縮短了程序的開(kāi)發(fā)周期；同時(shí)在系統(tǒng)工作過(guò)程中能有效地保存數(shù)據(jù)信息。采用靜態(tài)時(shí)鐘方式，節(jié)省電能，這對(duì)于降低便攜式產(chǎn)品的功耗十分有利

16、。由于它是以8031核構(gòu)成的，所以它與msc-51系列單片機(jī)相兼容，這對(duì)于熟悉msc-51系列的廣大用戶來(lái)說(shuō)，用at89系列單片機(jī)取代51系列進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)是輕而易舉的。圖3. 1 at89c52單片機(jī)引腳圖at89c52是一個(gè)低電壓，高性能cmos 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k×8的可反復(fù)擦寫(xiě)的flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram），器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和flash存儲(chǔ)單元，at89c52單片機(jī)在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。3.2頻率信號(hào)預(yù)處理電路單片機(jī)是數(shù)字信號(hào)處理工

17、具。輸入單片機(jī)的信號(hào)必需是離散的數(shù)字信號(hào)或者是脈沖信號(hào)。因此檢測(cè)來(lái)的正弦信號(hào)必需經(jīng)過(guò)預(yù)處理變?yōu)閱纹瑱C(jī)能接受的，且是采集簡(jiǎn)便，計(jì)算工作量較少的信號(hào)。首先將信號(hào)通過(guò)濾波器濾去高頻干擾和低頻漂移信號(hào)，同時(shí)也進(jìn)行線性放大、使之變?yōu)橐徊ㄐ握?guī)、幅值適當(dāng)?shù)恼倚盘?hào)，然后經(jīng)過(guò)整形電路變?yōu)榉讲ㄐ盘?hào)進(jìn)入單片機(jī)。由單片機(jī)來(lái)處理后送到顯示器進(jìn)行直觀顯示。頻率信號(hào)的預(yù)處理電路如圖3.2所示。圖3. 2 頻率信號(hào)預(yù)處理電路3.2.1降壓電路交流電要經(jīng)過(guò)變壓器件降壓后才可以通過(guò)放大、整形電路將信號(hào)送入單片機(jī)進(jìn)行處理。本設(shè)計(jì)因?yàn)橐獙⑿盘?hào)送入adc0809進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換，而adc0809的模擬輸入電壓范圍為05v所以要將交流

18、電壓降到5v內(nèi)，本電路中用的變壓器的變比系數(shù)為：，所以根據(jù)變比系數(shù)設(shè)定好電感值就做到達(dá)到線性降壓，電路如圖3.3所示。圖3. 3 降壓電路3.2.2放大電路此電路采用高速、寬頻帶運(yùn)放op37，并采用負(fù)反饋電路，由負(fù)反饋放大電路的原理可知放大倍數(shù)n=r4/r5=10。所以此電路將信號(hào)的放大倍數(shù)為10倍。op37最高工作頻率可達(dá)63mhz(見(jiàn)圖3.4所示)。圖3. 4 小信號(hào)放大電路3.2.3整形電路波形變換和波形整形電路實(shí)現(xiàn)把正弦波樣的正負(fù)交替的信號(hào)波形變換成可以被單片機(jī)接受的ttl/coms兼容信號(hào)。本設(shè)計(jì)采用555構(gòu)成的施密特觸發(fā)器作為整形電路。整形電路將正弦波轉(zhuǎn)化為5v的方波信號(hào)，供單片機(jī)

19、進(jìn)行頻率測(cè)量。電路如圖3.5所示。圖3. 5整形電路施密特觸發(fā)器用于波形變換和整形，有著極為廣泛的應(yīng)用。圖3.6是555構(gòu)成的基本的施密特觸發(fā)器電路對(duì)不同信號(hào)的整形、變換波形。圖3. 6施密特觸發(fā)器對(duì)波形整形的原理圖555可以看成一個(gè)r-s觸發(fā)器，它的位置電平vt-1/3vdd，而其復(fù)位電平vt+2/3vdd(閥值電平)。因此，設(shè)置r1=r2=10k，使得2、6腳的偏置電壓在1/2vdd介于兩個(gè)閥值電平之間。如圖3.4a所示，當(dāng)輸入的正弦波電壓的瞬時(shí)的電壓低于1/3vdd時(shí)，555置位，輸出呈高電平；而當(dāng)瞬時(shí)電壓高于2/3vdd復(fù)位，輸出呈低電平。在輸出端得到規(guī)則的矩形脈沖，對(duì)波形進(jìn)行了變換和

20、整形。脈沖信號(hào)再傳輸過(guò)程中前后沿產(chǎn)生了振顫或震蕩，使用施密特觸發(fā)器，可以進(jìn)行整形，如圖3.6c、3.6d。3.3a/d轉(zhuǎn)換電路單片機(jī)本身只能識(shí)別和處理一種離散的數(shù)字信號(hào)，而在實(shí)際的控制系統(tǒng)中，需要監(jiān)測(cè)和控制的是一些電壓、電流等隨時(shí)間連續(xù)變化的電物理量，所以為了實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的控制和檢測(cè)，ad轉(zhuǎn)換電路是必不可少的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。本設(shè)計(jì)a/d轉(zhuǎn)換器采用主次逼近型8位a/d轉(zhuǎn)換芯片adc0809，芯片的管腳圖如圖3.7所示。圖3. 7 adc0809芯片管腳圖adc0809是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的cmos工藝8通道，8位逐次逼近式a/d轉(zhuǎn)換器。它由一個(gè)8路模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)地址鎖存譯碼器、一個(gè)a/

21、d轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成（見(jiàn)圖1）。多路開(kāi)關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用a/d轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存a/d轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)oe端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換。是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛的8位通用a/d芯片3.4晶振電路部分at89c52芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。反相放大器的輸入端為xtal1，輸出端為xtal2，兩端跨接石英晶體及兩個(gè)電容就可以構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。電容c1和c2通常取30pf左右，可以穩(wěn)定頻率并對(duì)振蕩頻率有微調(diào)作用。

22、在本設(shè)計(jì)中選用的是12mh的石英晶振和33pf的電容。電路如圖3.8所示。圖3.8 晶振電路3.5lcd顯示電路系統(tǒng)的顯示電路如下圖3.9所示。圖3.9顯示電路3.5.1lcd選型液晶顯示器件（lcd）獨(dú)具的低壓、微功耗特性使他在單片機(jī)系統(tǒng)中特得到了廣泛的應(yīng)用，常用的液晶顯示模塊分為數(shù)顯液晶模塊、點(diǎn)陣字符液晶模塊和點(diǎn)陣圖形液晶模塊，其中圖形液晶模塊在我國(guó)應(yīng)用較為廣泛，因?yàn)闈h字不能象西文字符那樣用字符模塊即可顯示，要想顯示漢字必須用圖形模塊。 lm041l的字符型液晶顯示器如圖3.10所示。 圖3.10 lcd管腳圖3.5.2接口說(shuō)明lm041l的字符型液晶顯示器各引腳的功能如表3.1所示。表3

23、.1 lcd接口說(shuō)明表管腳號(hào) 管腳 電平 說(shuō)明 1 vss0v 邏輯電源地 2 vdd5.0v 邏輯電源地 3 veelcd驅(qū)動(dòng)電源 4 rsh/l 數(shù)據(jù)指令選擇：高電平：數(shù)據(jù)d0-d7將送入顯示ram； 低電平：數(shù)據(jù)d0-d7將送入指令寄存器執(zhí)行 5 r/wh/l 讀寫(xiě)選擇： 高電平：讀數(shù)據(jù)；低電平：寫(xiě)數(shù)據(jù) 6 e h/l 讀寫(xiě)使能，高電平有效，下降沿鎖定數(shù)據(jù) 7 db0 h/l 數(shù)據(jù)輸入輸出引腳 8 db1 h/l 數(shù)據(jù)輸入輸出引腳 9 db2 h/l 數(shù)據(jù)輸入輸出引腳 10 db3 h/l 數(shù)據(jù)輸入輸出引腳 11 db4 h/l 數(shù)據(jù)輸入輸出引腳 12 db5 h/l 數(shù)據(jù)輸入輸出引腳

24、13 db6 h/l 數(shù)據(jù)輸入輸出引腳 14 db7 h/l 數(shù)據(jù)輸入輸出引腳 3.6電源電路的設(shè)計(jì)直流電源電路一般由電源變壓器、整流濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成。如圖3.11所示。圖3.11直流穩(wěn)壓電源基本組成框圖電源變壓器的作用是將電網(wǎng)220v的交流電壓變成整流電路所需要的電壓u1。整流電路的作用是將交流電壓u1變換成脈動(dòng)的直流u2，它主要有半波整流、全波整流方式，可以由整流二極管構(gòu)成整流橋堆來(lái)執(zhí)行，常見(jiàn)的整流二極管有in4007、in5148等，橋堆有rs210等。濾波電路作用是將脈動(dòng)直流u2濾除紋波，變成紋波小的u3，常見(jiàn)的電路有rc濾波、kl濾波、型濾波等，常用的選rc濾波電路。其中它們

25、的關(guān)系為：其中， n分別為變壓器的變比。每只二極管或橋堆所承受的最大反向電壓對(duì)于橋式整流電路，每只二極管的平均電流rc濾波電路中，c的選擇應(yīng)適應(yīng)下式，即rc放電時(shí)間常數(shù)應(yīng)滿足：rc=（35）t/2式中t為輸入交流信號(hào)周期；r整流濾波電路的等效負(fù)載電阻。穩(wěn)壓的作用是將濾波電路輸出電壓經(jīng)穩(wěn)壓后，輸出較和穩(wěn)定的電壓。常見(jiàn)的穩(wěn)壓電路有三端穩(wěn)壓器、串聯(lián)式穩(wěn)壓電路等。常用的整流濾波電路有全波整流濾波、橋式整流濾波、倍壓整流濾波電路如圖3.12所示。圖3.12 常見(jiàn)整流濾波電路電源原理如圖3.13所示。圖3.13 電源電路原理說(shuō)明：首先交流電通過(guò)整流變壓器把220v的交流電變成5v的交流電，然后通過(guò)整流橋，

26、將交流變成直流，然后通過(guò)電容濾波，使電壓變得平穩(wěn)，然后通過(guò)集成穩(wěn)壓器lw7812和lw7912，最后得到±5v穩(wěn)定電壓。3.7串口通信電路51單片機(jī)有一個(gè)全雙工的串行通訊口，所以單片機(jī)和計(jì)算機(jī)之間可以方便地進(jìn)行串口通訊。進(jìn)行串行通訊時(shí)要滿足一定的條件，比如計(jì)算機(jī)的串口是rs232電平的，而單片機(jī)的串口是ttl電平的，兩者之間必須有一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路，我們采用了專用芯片max232進(jìn)行轉(zhuǎn)換，雖然也可以用幾個(gè)三極管進(jìn)行模擬轉(zhuǎn)換，但是還是用專用芯片更簡(jiǎn)單可靠。我們采用了三線制連接串口，也就是說(shuō)和計(jì)算機(jī)的9針串口只連接其中的3根線：第5腳的gnd、第2腳的rxd、第3腳的txd。這是最簡(jiǎn)單的連

27、接方法，但是對(duì)我們來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠使用了，電路如下圖所示，max232的第10腳和單片機(jī)的11腳連接，第9腳和單片機(jī)的10腳連接，第15腳和單片機(jī)的20腳連接。圖3.14 串口通信電路串行通信是指數(shù)據(jù)按位順序傳送的通信。串行數(shù)據(jù)傳送的特點(diǎn)是：通信線路簡(jiǎn)單，最多只需一對(duì)傳輸線即可實(shí)現(xiàn)通信，成本低但速度慢，其通信線路既能傳送數(shù)據(jù)信息，又能傳送聯(lián)絡(luò)控制信息；它對(duì)信息的傳送格式有固定要求，具體分為異步和同步兩種信息格式與此相應(yīng)有異步通信和同步通信兩種方式；在串行通信中，對(duì)信息的邏輯定義與ttl不兼容，需要進(jìn)行邏輯電平轉(zhuǎn)換：計(jì)算機(jī)與外界的數(shù)據(jù)傳送大多是串行的，其傳送的距離可以從幾米到幾千公里。單片機(jī)中使用的

28、串行通信通常都是異步方式的。mcs-51內(nèi)部的串行口，大大擴(kuò)展了msc-51的應(yīng)用范圍。利用串行口可以實(shí)現(xiàn)msc-51之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的串行通信、多機(jī)通信以及msc-51與pc機(jī)間的單機(jī)或多機(jī)通信。msc-51串行口的輸入、輸出均為ttl電平。這種以ttl電平串行輸出數(shù)據(jù)的方式，抗干擾能力差，傳輸距離短。為了提高串行通信的可靠性，增大串行通信的距離，一般采用標(biāo)準(zhǔn)串行接口，如rs-232c、rs-422a、rs-485等標(biāo)準(zhǔn)來(lái)實(shí)現(xiàn)串行通信。rs-232c是異步通信中應(yīng)用最廣的標(biāo)準(zhǔn)串行接口，它定義了數(shù)據(jù)終端設(shè)備（dte）和數(shù)據(jù)通信設(shè)備（dce）之間的串行接口標(biāo)準(zhǔn)，主要包括了有關(guān)串行數(shù)據(jù)的電氣和機(jī)械方面

29、的規(guī)定。目前的pc機(jī)都配有標(biāo)準(zhǔn)的rs-232接口，rs-232c標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了25針連接器，但在實(shí)際應(yīng)用中并不一定用到rs-232c的全部信號(hào)線，所以，pc機(jī)配置的都是9針“d”型連接器。圖 為rs-232c的“d”型9針插口的引腳定義。在通常的異步串行通信中只使用其中三個(gè)引腳，即引腳2(接收rxd)、引腳3(發(fā)送txd)、引腳5(信號(hào)地sg)各引腳功能如圖3.15所示圖3.15 九針串口引腳功能圖pc機(jī)的rs-232c接口信號(hào)表3.2 rs-232c接口信號(hào)表引腳號(hào)符號(hào)方向功能1dcd輸入數(shù)據(jù)載體檢測(cè)2txd輸出發(fā)送數(shù)據(jù)3rxd輸入接收數(shù)據(jù)4dtr輸出數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好5gnd信號(hào)地6dsr輸入數(shù)據(jù)

30、通信設(shè)備準(zhǔn)備好7rts輸出請(qǐng)求發(fā)送8cts輸入清除發(fā)送9ri輸入振鈴指示rs-232主要用來(lái)定義各電路數(shù)據(jù)終端之間的電氣性能。rs-232接口總線適用于設(shè)備之間的通信距離不大于15米，傳輸速度最大為20kbit/s。由于ttl電平和rs-232c電平互不兼容，所以兩者對(duì)接時(shí)，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。rs-232c與ttl電平轉(zhuǎn)換最常用的芯片是mc1488、mc1489和max232等，各個(gè)生產(chǎn)的此類芯片雖然不一樣，但原理相似。以美國(guó)maxim公司的產(chǎn)品max232為例，它是rs-232c雙工發(fā)送器/接收器接口電路芯片，其外部引腳如圖3.18所示。rs-232規(guī)定了自己的電氣標(biāo)準(zhǔn)，由于它是在ttl電路

31、之前研制的，因此它的電平不是+5v和地，而是采用負(fù)邏輯，即邏輯“0”：+5v-5v，邏輯“1”：-5v-15v。因此rs-232不能和ttl電平直接相連，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。本設(shè)計(jì)選用max232。max232的引腳圖如圖3.16所示。圖3.16 max232的引腳圖管腳說(shuō)明如下： c0+、c0-、c1+、c1- 是外接電容端；r1in、r2in是2路rs-232c電平信號(hào)接收輸入端；rlout、r2out是2路轉(zhuǎn)換后的ttl電平接收信號(hào)輸出端，送8051的rxd接收端；tlin、t2in是2路ttl電平發(fā)送輸入端，接8051的txd發(fā)送端；tlout、t2out是2路轉(zhuǎn)換后的發(fā)送rs-232c

32、電平信號(hào)輸出端，接傳輸線；v+經(jīng)電容接電源+5v；v-經(jīng)電容接地。這種連接的傳輸介質(zhì)一般采用雙絞線，通信距離一般不超過(guò)15m，傳輸率小于20kb/s。pc機(jī)有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的rs-232串行口，其電平采用的是eia電平，而單片機(jī)的串行通信是由t)(d(發(fā)送數(shù)據(jù))和r如(接收數(shù)據(jù))來(lái)進(jìn)行全雙工通信的，它們的電平是ttl電平，為了pc機(jī)與單片機(jī)之間能可靠地進(jìn)行串行通信，需要用電平轉(zhuǎn)換芯片。由于mcl488和mcl489需要±12v，+5v電源供電，故采用maxim公司生產(chǎn)的低功耗單電源的max232芯片，因?yàn)樗陨韼в须娫措妷鹤儞Q器?？梢园?sv電源變換成rs一232輸出電平所需的±

33、iov電壓，能實(shí)現(xiàn)rs一232的技術(shù)指標(biāo)，并只需要+5v的電源，為串行通信帶來(lái)了較好的性能和低廉的價(jià)格。4系統(tǒng)控制軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)軟件框圖系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)方法。整個(gè)系統(tǒng)由初始化模塊、顯示模塊和信號(hào)頻率測(cè)量模塊和電壓測(cè)量模塊等各種功能模塊組成。上電后，進(jìn)入系統(tǒng)初始化模塊，系統(tǒng)軟件開(kāi)始運(yùn)行。在執(zhí)行過(guò)程中，根據(jù)運(yùn)行流程分別調(diào)用各個(gè)功能模塊完成頻率的多周期同步法測(cè)量、電壓的a/d轉(zhuǎn)換法測(cè)量和測(cè)量結(jié)果顯示。系統(tǒng)軟件流程圖如圖4.1所示。圖4. 1系統(tǒng)總流程圖4.2頻率測(cè)量子流程圖用定時(shí)器t1來(lái)產(chǎn)生一個(gè)1s的時(shí)鐘基準(zhǔn)，同時(shí)計(jì)數(shù)器t0對(duì)由p3.4口輸入的周期性矩形脈沖信號(hào)的下降沿進(jìn)行累積計(jì)數(shù)，再

34、將累積計(jì)數(shù)值m送數(shù)碼管顯示。在計(jì)數(shù)器工作方式下，加至外部引腳的待測(cè)信號(hào)發(fā)生從0到1的跳變時(shí)計(jì)數(shù)器加1，這樣在定時(shí)閘門信號(hào)的控制下可以用來(lái)測(cè)量待測(cè)信號(hào)的頻率。將51單片機(jī)內(nèi)的兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器分別定義為：t0為計(jì)數(shù)器，t1為定時(shí)器，均采用方式1，即方式控制字tmod為#51h。外部輸入在每個(gè)機(jī)器周期被采樣一次，檢測(cè)一次從到的跳變需要個(gè)機(jī)器周期，所以最大計(jì)數(shù)頻率為0.5mhz。定時(shí)計(jì)數(shù)沒(méi)有溢出的最大計(jì)數(shù)值為65535。圖4. 2頻率測(cè)量子流程圖4.3a/d轉(zhuǎn)換子流程圖adc0809的eoc端是表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)。因此可以用查詢方式，測(cè)試eoc的狀態(tài)，即可確認(rèn)轉(zhuǎn)換是否完成，并接著進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。本設(shè)

35、計(jì)的a/d轉(zhuǎn)換采用查詢的方式，軟件流程圖如圖4.3所示。圖4. 3 a/d轉(zhuǎn)換子流程圖程序代碼:#include<absacc.h>#include<reg51.h>#define in0 xbyte0xfef0 /設(shè)置a/d轉(zhuǎn)換通道0的地址sbit ad_busy=p1.2; /直接連接eocvoid wait (unit n); /延時(shí)函數(shù)void ad0809(uchar idata *x) uchar i;uchar xdata *ad_adr;ad_adr=&in0;for(i=0;i<8;i+) /處理8通道 *ad_adr=0; /啟動(dòng)轉(zhuǎn)換w

36、ait(100); /調(diào)用延時(shí)程序while(ad_busy=0); /查詢等待轉(zhuǎn)換結(jié)束xi=*ad_adr; /存轉(zhuǎn)換結(jié)果ad_adr+; /下一通道void wait (unit n) /延時(shí)程序unit i , j;for(i=0;i<n;i+)for(j=0;j<100;j+)void main (void) /采樣adc0809通道的值 stactic uchar idata ad10; ad0809(ad);4.4顯示子程序顯示電路采用16×4的lcd液晶屏顯示，頻率、電壓數(shù)據(jù)通過(guò)單片機(jī)處理后送到屏幕顯示。流程如圖4.4所示。 圖4. 4 顯示流程圖4.5延時(shí)

37、子程序軟件延時(shí)程序在單片機(jī)程序設(shè)計(jì)中使用非常廣泛，例如，鍵盤(pán)接口程序設(shè)計(jì)中的軟件消除抖動(dòng)、動(dòng)態(tài)數(shù)碼管顯示程序設(shè)計(jì)、lcd 接口程序設(shè)計(jì)等等。所謂延時(shí)，就是使 cpu 做一些與主程序功能無(wú)關(guān)的操作（例如將一個(gè)數(shù)逐次減1 直到為0）來(lái)消耗掉 cpu 的時(shí)間。由于 cpu 執(zhí)行每條指令的準(zhǔn)確時(shí)間是可知的，因此執(zhí)行整個(gè)延時(shí)程序的時(shí)間也可以精確計(jì)算出來(lái)。時(shí)鐘周期：也稱為振蕩周期，一個(gè)時(shí)鐘周期等于晶振頻率的倒數(shù)。機(jī)器周期：mcs-51 單片機(jī)的一個(gè)機(jī)器周期為12 個(gè)時(shí)鐘周期。如果采用6mhz 晶振，則每個(gè)機(jī)器周期為12/6=2s；如果采用12mhz 晶振，則每個(gè)機(jī)器周期為12/12=1s；如果采用11.0

38、592mhz 晶振，則每個(gè)機(jī)器周期為12/11.0592=1.085s。指令周期：是指 cpu 執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間,它是以機(jī)器周期為單位的，指令不同，所需的機(jī)器周期也不同。每條指令的指令周期可以通過(guò)查匯編指令表獲得?？偨Y(jié)體會(huì)首先寫(xiě)在完成論文過(guò)程中的遇到困難以及得到哪些人的幫助，再寫(xiě)對(duì)他們的感謝！最后寫(xiě)即將畢業(yè)了對(duì)母校的戀戀不舍，對(duì)同學(xué)、老師的美好祝愿! 2013年5月，我開(kāi)始了我的畢業(yè)論文工作，時(shí)至今日，論文基本完成。從最初的茫然，到慢慢的進(jìn)入狀態(tài)，再到對(duì)思路逐漸的清晰，整個(gè)寫(xiě)作過(guò)程難以用語(yǔ)言來(lái)表達(dá)。歷經(jīng)了幾個(gè)月的奮戰(zhàn)，緊張而又充實(shí)的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于落下了帷幕?；叵脒@段日子的經(jīng)歷和感受，我感

39、慨萬(wàn)千，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我擁有了無(wú)數(shù)難忘的回憶和收獲。 在與指導(dǎo)導(dǎo)師的交流中我的開(kāi)題報(bào)告定下來(lái)了，隨后我便著手資料的收集工作中，在搜集資料的過(guò)程中，我準(zhǔn)備了一個(gè)筆記本，在學(xué)校圖書(shū)館或在網(wǎng)上查找各類相關(guān)資料的時(shí)候，將這些寶貴的資料全部記在筆記本上，盡量使我的資料完整、精確、數(shù)量多，這有利于論文的撰寫(xiě)。 在設(shè)計(jì)電路初期，由于沒(méi)有設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，覺(jué)得無(wú)從下手，空有很多設(shè)計(jì)思想，卻不知道應(yīng)該選哪個(gè)，經(jīng)過(guò)導(dǎo)師的指導(dǎo)，我的設(shè)計(jì)漸漸有了頭緒，通過(guò)查閱資料，逐漸確立系統(tǒng)方案。 當(dāng)我終于完成了所有打字、繪圖、排版、的任務(wù)后整個(gè)人都很累，但同時(shí)看著電腦熒屏上的畢業(yè)設(shè)計(jì)初稿心情特別興奮，我覺(jué)得這一切都值了。這次畢

40、業(yè)論文的制作過(guò)程是我的一次再學(xué)習(xí)，再提高的過(guò)程。在論文中我充分地運(yùn)用了大學(xué)期間所學(xué)到的知識(shí)。 腳踏實(shí)地，認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)事求是的學(xué)習(xí)態(tài)度，不怕困難、堅(jiān)持不懈、吃苦耐勞的精神是我在這次設(shè)計(jì)中最大的收益。我想這是一次意志的磨練，是對(duì)我實(shí)際能力的一次提升，也會(huì)對(duì)我未來(lái)的學(xué)習(xí)和工作有很大的幫助。 在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中也使我們的同學(xué)關(guān)系更進(jìn)一步了，同學(xué)之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽(tīng)聽(tīng)不同的看法對(duì)我們更好的理解知識(shí)，這也是我這次能很好完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的很重要的原因。所以在這里非常感謝幫助我的同學(xué)。 在此更要感謝我的導(dǎo)師和專業(yè)老師，是你們的細(xì)心指導(dǎo)和關(guān)懷，使我能夠順利的完成畢業(yè)論文。在我的學(xué)業(yè)和論文的研究

41、工作中無(wú)不傾注著老師們辛勤的汗水和心血。老師的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)態(tài)度、淵博的知識(shí)、無(wú)私的奉獻(xiàn)精神使我深受啟迪。從尊敬的導(dǎo)師身上，我不僅學(xué)到了扎實(shí)、寬廣的專業(yè)知識(shí)，也學(xué)到了做人的道理。在此我要向我的導(dǎo)師致以最衷心的感謝和深深的敬意。本設(shè)計(jì)易作它用，且精度較高。該測(cè)量?jī)x價(jià)格低，硬件部分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且穩(wěn)定，產(chǎn)品設(shè)計(jì)具有一定的創(chuàng)新與適用性，不失為一種經(jīng)濟(jì)型的電壓頻率測(cè)試儀，具有較大的實(shí)用價(jià)值。本設(shè)計(jì)還有很大的擴(kuò)張空間，在此就不一一贅述。本次設(shè)計(jì)由于時(shí)間以及個(gè)人能力有限，肯定存在許多不足之處，希望老師能給予進(jìn)一步指正。 致謝經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的努力,在老師的指導(dǎo)和幫助下,這次畢業(yè)設(shè)計(jì)順利完成了。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中,衷心的感謝我

42、的指導(dǎo)老師,總是熱情負(fù)責(zé)。不僅在教學(xué)方法上得當(dāng),每次都是啟發(fā)我,逐漸讓我獨(dú)立思考,而且當(dāng)我遇到困難時(shí)給我信心和鼓勵(lì)?；仡欉@次畢業(yè)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)過(guò)程,經(jīng)過(guò)了資料收集選取、方案確定、硬件搭建、數(shù)據(jù)測(cè)試以及論文定稿等程序,最終得以完成設(shè)計(jì)任務(wù),并且很好的達(dá)到了設(shè)計(jì)的目的和要求。通過(guò)這次設(shè)計(jì),我對(duì)理論知識(shí)的認(rèn)識(shí)有了進(jìn)一步的提高。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)和以往的課程設(shè)計(jì)有所不同,因?yàn)楫厴I(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)四年所學(xué)知識(shí)的一次總結(jié),是所學(xué)知識(shí)的一次靈活運(yùn)用,是一次綜合的設(shè)計(jì),解決問(wèn)題時(shí)應(yīng)該靈活,學(xué)會(huì)應(yīng)用多門學(xué)科知識(shí),在實(shí)際過(guò)程中,我發(fā)現(xiàn)了自己很多方面的不足,比如在調(diào)試方法方面還有欠缺。這是我在以后的學(xué)習(xí)和工作中要努力改進(jìn)的。最后,感

43、謝在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中,給予我們支持和幫助的所有老師和同學(xué)，也正是他們的幫助我才能順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)如有錯(cuò)誤,請(qǐng)不吝批評(píng)和指正。參考文獻(xiàn)1 周航慈單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)技術(shù)北京：北京航空航天大學(xué)出版社，19912 李華等mcs51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)北京：北京航空航天大學(xué)出版社，19933 余永權(quán)atmel89系列單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)北京：北京航空航天大學(xué)出版社，20024 張友德等單片微型機(jī)原理應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，19965 何立民mcs-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)北京：北京航空航天大學(xué)出版社，19996 胡漢才單片機(jī)原理及其接口技術(shù) 清華大學(xué)出版社，19977 蔣煥文，孫續(xù)電子測(cè)量

44、(第2版)北京：中國(guó)計(jì)量出版社，19948 張學(xué)莊，廖翊希電子測(cè)量與儀器長(zhǎng)沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，19939 周志德單片機(jī)原理及應(yīng)用北京：高等教育出版社，199910 何立民單片機(jī)接口技術(shù)選編（1-8）北京：北京航空航天大學(xué)出版社 ，199711 竇振中單片機(jī)外圍器件實(shí)用手冊(cè)（1-4）北京：北京航空航天大學(xué)出版社，199812 康華光電子技術(shù)基礎(chǔ)北京：高等教育出版社，200013 張迎新單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)及接口技術(shù)北京：國(guó)防工業(yè)出版社，20098外文資料the monolithic integrated circuit said that the monolithic micro control

45、ler, it is not completes some logical function the chip, but integrates a computer system to a chip on. summary speaking: a chip has become a computer. its volume is small, the quality is light, and the price cheap, for the study, the application and the development has provided the convenient condi

46、tion. at the same time, the study use monolithic integrated circuit is understands the computer principle and the structure best choice.the monolithic integrated circuit interior also uses with the computer function similar module, for instance cpu, memory, parallel main line, but also has with the

47、hard disk behave identically the memory component7 what is different is its these part performance is opposite our home-use computer weak many, but the price is also low, generally does not surpass 10 yuan then made some control electric appliance one kind with it is not the 'very complex work foot, we use now the completely automatic drum washer, the platoon petti-coat pipe: vcd and so on inside the electrical appliances may see its form! it is mainly takes the control section the core part.it is one kind of online -like real-time control computer, online -like is the scene contr