智能儀器課程設(shè)計(jì)報(bào)告（初稿）

1、智能儀器課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)名稱(chēng) 3位半數(shù)字電壓表 學(xué)生姓名、學(xué)號(hào) 譚彩銘0501170118 指導(dǎo)教師 牛國(guó)柱 2009-1-16課程設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一3位半直流數(shù)字電壓表，滿(mǎn)足以下要求量程為20mV，200mV，2V，20V，200V，測(cè)量精度要求0.1%3位半數(shù)碼顯示工作狀態(tài)顯示開(kāi)機(jī)自檢配簡(jiǎn)單鍵盤(pán)，如量程切換配微型打印機(jī)接口由實(shí)際操作中遇到的問(wèn)題找解決方案實(shí)際搭建的數(shù)字電壓表的量程為20mV，200mV，2V和8V，能完成量程的自動(dòng)切換，并有各種量程狀態(tài)以及超、欠量程的指示燈顯示。原理圖附錄一所示。對(duì)應(yīng)的完整匯編程序見(jiàn)附錄三。1 原理圖總體思路由于采用3位半AD轉(zhuǎn)換器TC14433，提供的基準(zhǔn)電

2、壓為2V，可測(cè)電壓量程為2V，故大于2V的待測(cè)電壓衰減后輸入，小于2V的待測(cè)電壓放大后輸入。衰減和放大由51單片機(jī)控制控制模擬開(kāi)關(guān)4051，4052來(lái)完成。調(diào)試當(dāng)中，發(fā)現(xiàn)假設(shè)輸入電壓為負(fù)時(shí)，比例放大就不準(zhǔn)確了，且相差較大，故又用運(yùn)放和模擬開(kāi)關(guān)搭建了一反相控制電路。原理圖當(dāng)中，U15為用OP07搭建的電壓跟隨器，用于增大輸入阻抗，減小輸出阻抗，以減少對(duì)待測(cè)電壓的影響。U16為用OP07搭建的一反相器。U1用于假設(shè)發(fā)現(xiàn)待測(cè)電壓為負(fù)，讓待測(cè)電壓反相后進(jìn)入后續(xù)電路。U6作用同U15。U1用于控制是否將待測(cè)電壓衰減1/4后進(jìn)入后續(xù)電路。U4和U7用于控制是否對(duì)電壓進(jìn)行衰減以及衰減多少。U17作用同U15

3、。U2為用MC1403搭建的2V電壓源，用于輸出較準(zhǔn)確的電壓源給TC14433作為基準(zhǔn)電壓。2 AD轉(zhuǎn)換局部TC14433中，EOC與DU端相連，選擇連續(xù)工作方式。EOC與51單片機(jī)的中端口0相連，由中斷方式采集數(shù)據(jù)。中斷0采集數(shù)據(jù)效勞子程序如圖2所示。3 升降量程及量程狀態(tài)指示燈顯示程序控制升降量程即控制模擬開(kāi)關(guān)4051和4052，是否對(duì)待測(cè)電壓進(jìn)行放大或衰減。如何有效的控制量程的自動(dòng)轉(zhuǎn)換是一較難點(diǎn)，尤其是保證程序的健壯性。程序中要求如果欠量程，就要升一級(jí)量程。假設(shè)原量程是2V量程，那么升一級(jí)量程后是8V量程。假設(shè)原量程是20mV，那么升一級(jí)量程后是200mV，等等，共有4中可能，當(dāng)然較容易

4、想到的是用4組判斷語(yǔ)句來(lái)完成這個(gè)工作，加上欠量程的語(yǔ)句，共有8組判斷語(yǔ)句，那程序的效率是不高的，尤其是當(dāng)量程的選擇更多時(shí)。故借用一內(nèi)存單元2DH，如要升量程，即將2DH加1，要降量程，即將2DH減1，較重要的一點(diǎn)是，2DH內(nèi)存單元在位尋址區(qū)，可以位尋址。如表1所示。是否在4種量程之外等待千位是否為負(fù)切換反相控制開(kāi)關(guān)是否超欠量程采集千位等待百位采集百位等待十位采集十位等待個(gè)位采集個(gè)位超欠量程報(bào)警是超還是欠量程升一級(jí)量程降一級(jí)量程YNYNYN超欠圖2 中斷0采集數(shù)據(jù)效勞子程序表1PPP69H68H2DH欠量程4放大100倍20mV量程000010113放大10倍200mV量程100001102不放

5、大不衰減2V量程010000011衰減1/48V量程011100000超量程-169H和68H為2DH內(nèi)存單元中的低兩位，分別記為M，N。這樣P1口的控制就很容易用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了。4 電壓測(cè)量精度問(wèn)題雖然加了幾個(gè)電壓跟隨器解決了模擬開(kāi)關(guān)的輸入阻抗問(wèn)題，但是模擬開(kāi)關(guān)4052存在導(dǎo)通電阻，該導(dǎo)通電阻在比例放大電路局部的干擾就比擬大了。如圖3所示。圖3 比例放大控制電路在4052中，Xn和X，Yn和Y之間相當(dāng)于接一電阻Rx和Ry導(dǎo)通電阻，它的存在影響了比例放大系數(shù)。在放大10倍時(shí)，可以將R13阻值設(shè)為89.5k，在串接入1k的滑動(dòng)變阻器，調(diào)節(jié)變阻器，可以使比例放大系數(shù)到達(dá)10。放大100倍時(shí)也是如此

6、。但是放大1倍時(shí)，就不可能再接入滑動(dòng)變阻器了，雖然將U4的6腳和U7的15腳相連，消除了Rx的影響，但是無(wú)法消除Ry的影響。解決方案之一是將U4改成反相比例放大電路，這樣都可以接入滑動(dòng)變阻器校準(zhǔn)了。但是這樣做的缺點(diǎn)可能存在兩方面，一是滑動(dòng)變阻器的阻值是否穩(wěn)定，二是Rx和Ry的阻值是否穩(wěn)定。故采用方案二可以很好的解決這個(gè)問(wèn)題，如圖4所示。圖4 比例放大電路2中選通X0和Y0時(shí)，對(duì)應(yīng)的等效電路如圖5所示。圖5 等效電路Rx和Ry為模擬開(kāi)關(guān)4052的等效電阻。從圖5中可知，U17搭建的電壓跟隨器具有高輸入阻抗特性，幾乎不受Ry的影響。另外，Rx的位置不影響比例系數(shù)。這樣，只要R13，R11的阻值準(zhǔn)確

7、，可以使電壓的比例放大系數(shù)趨于準(zhǔn)確。對(duì)于AD轉(zhuǎn)換器TC14433，其轉(zhuǎn)換精度為讀數(shù)的0.05%1字，滿(mǎn)足測(cè)量精度要求。5 20V和100V量程的功能實(shí)現(xiàn)實(shí)際操作所搭建的電路如圖1最大可以測(cè)量8V電壓還需將圖一中運(yùn)放供電電壓改接為15V，為了可以測(cè)量更高的電壓，需要做一些改良。改良后的電路原理圖如附錄二所示。6 輸入過(guò)壓保護(hù)電路輸入過(guò)壓保護(hù)電路如圖7所示圖6 過(guò)壓保護(hù)電路當(dāng)輸入電壓未衰減大于2.5V時(shí)，二極管D1導(dǎo)通；當(dāng)輸入電壓小于-2.5V時(shí)，二極管D2導(dǎo)通；當(dāng)輸入電壓在-2.5V到2.5V之間時(shí)，二極管D1和D2均不導(dǎo)通，此時(shí)U15為電壓跟隨器。當(dāng)二極管D1導(dǎo)通時(shí)，利用疊加原理可得放大器輸入

8、端電壓V為式1式中，為二極管導(dǎo)通壓降。因和，所以式2當(dāng)輸入電壓為1000V時(shí)，可限制在4V左右的范圍內(nèi)。此時(shí)，流經(jīng)電阻和二極管的電流約為10mA。當(dāng)電阻功率不小于10W時(shí)，可保證在最大輸入電壓為1000V的情況下，電路可長(zhǎng)期承受過(guò)載電壓。這里，只要輸入電壓大于2.5V，過(guò)壓保護(hù)電路的輸出電壓也會(huì)大于2.5V如式2所示，這樣，51單片機(jī)就會(huì)輸出過(guò)量程信號(hào)，這時(shí)需要手動(dòng)波動(dòng)三擲開(kāi)關(guān)U1，經(jīng)衰減后輸入。7 自檢與打印機(jī)接口自檢的內(nèi)容包括RAM的自診斷、ROM EPROM的自診斷、CPU的自診斷、I/O端口的自診斷、總線(xiàn)的自診斷和人機(jī)界面的自診斷。打印機(jī)可以選擇串行輸入型的，如選擇并行輸入型的需要接鎖

9、存器進(jìn)行端口分時(shí)復(fù)用，或者接入串并轉(zhuǎn)換電路。附錄一 實(shí)際搭建的電路原理圖附錄二 改良后的電路原理圖附錄三 實(shí)際搭建的電路圖對(duì)應(yīng)的程序org 0000Hljmp mainorg 0003Hljmp adorg 0013Hljmp keyorg 0030Hmain:mov TCON,#00000101B;inpuse,to cause interruptionmov IE,#10000101B;enable interruptionmov R2,#01Hshow:jb 77H,S3ajmp S4S4:jb 74H,S1mov A,#11100000Bajmp S2S1:mov A,#1110000

10、1BS2:mov P2,Aacall delaymov R1,#2EHmov A,R1anl A,#00001111Borl A,#11010000Bmov P2,Aacall delaymov R1,#2FHmov A,R1swap Aanl A,#00001111Borl A,#10110000Bmov P2,Aacall delaymov A,R1anl A,#00001111Borl A,#01110000Bmov P2,Aacall delayajmp showajmp showajmp show;delay;delay:mov R3,#0FFHDL1:NOPNOPDJNZ R3,D

11、L1ret;interruption 0,get the voltage;ad:mov A,P0jnb Acc.4,adjb Acc.2,PL1;if minus,PL1:jb Acc.0,PEr;if range not suitable,go to PErPL2:jb P1.2,PM1clr 77Hajmp PM2PM1:setb 77HPM2:jb Acc.3,PL3;kilobit,0 or 1setb 74Hajmp PL4PL3:clr 74HPL4:mov A,P0jnb Acc.5,PL4;wait for hundredmov R0,#2EHxchd A,R0;to the

12、low hagh part of 2EHPL5:mov A,P0jnb Acc.6,PL5;wait for tenswap Ainc R0mov R0,A;to the high hagh part of 2FHPL6:mov A,P0jnb Acc.7,PL6xchd A,R0;to the low hagh part of 2FHretiPEr:jnb ACC.3,higherinc R2ajmp dealhigher: dec R2deal:mov 2DH,R2acall changereti;function to change the range;change: cjne R2,#-1H,cha1ajmp alarm