基于單片機(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：本次設(shè)計(jì)所提供的是基于單片機(jī)的電壓電流測(cè)量系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計(jì)。電學(xué)參量測(cè)量技術(shù)設(shè)計(jì)范圍廣，能應(yīng)用的領(lǐng)域也十分廣泛。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，在數(shù)字化、智能化、科技化為主的今天,數(shù)字電壓、電流表以成為電壓、電流表設(shè)計(jì)的主要方向，并且有非常重要的地位。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)，應(yīng)用領(lǐng)域，設(shè)計(jì)Abstract:ThedesignisprovidedbySCM-basedvoltageandcurrentmeasurementsystemhardwareandsoftwaredesign.Electricalparametermeasurementtechniquesdesignedawiderangeofapplicationareascanbeveryextensive.Withthedevelopmentofelectronictechnology,indigital,intelligent,technology-basedtoday,thedigitalvoltagemetertoavoltage,currentmeterdesignofthemaindirection,andthereisaveryimportantposition.Keywords:MicroControllerUnit,Applications,Devise基于單片機(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第1頁。目錄基于單片機(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第1頁。1前言 21.1電子測(cè)量概述 21.2數(shù)字電壓表的特點(diǎn) 31.3單片機(jī)的概述 32系統(tǒng)方案的選擇與論證 42.1功能要求 42.2系統(tǒng)的總體方案規(guī)劃 52.3各模塊方案選擇與論證 52.3.1控制模塊 52.3.2量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換模塊 62.3.3A/D轉(zhuǎn)換模塊 62.3.4顯示模塊 62.3.5通信模塊 73系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 73.1系統(tǒng)的硬件組成部分 73.2主要單元電路設(shè)計(jì) 83.2.1中央控制模塊 83.2.2量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換模塊 93.2.3A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 133.2.4顯示模塊 153.2.5通信模塊 153.2.6電源部分 164系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 174.1軟件的總體設(shè)計(jì)原理 174.1.1A/D轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì) 184.1.2數(shù)字濾波程序設(shè)計(jì) 184.1.3量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換的程序設(shè)計(jì) 205系統(tǒng)調(diào)試及性能分析 225.1調(diào)試與測(cè)試 225.2性能分析 226結(jié)束語 236.1設(shè)計(jì)總結(jié) 236.2設(shè)計(jì)的心得 237致謝詞 24附錄 25附錄1參考文獻(xiàn) 25附錄2系統(tǒng)總電路圖 26基于單片機(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第2頁。附錄3源程序 27基于單片機(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第2頁。1前言1.1電子測(cè)量概述從廣義上講，凡是利用電子技術(shù)來進(jìn)行的測(cè)量都可以說是電子測(cè)量；從狹義上來說，電子測(cè)量是在電子學(xué)中測(cè)量有關(guān)電量的量值。與其他一些測(cè)量相比，電子測(cè)量具有以下幾個(gè)明顯的特點(diǎn)：①測(cè)量頻率范圍極寬，這就使它的應(yīng)用范圍很廣；②量程很廣；③測(cè)量準(zhǔn)確度高；④測(cè)量速度快；⑤易于實(shí)現(xiàn)遙測(cè)和長(zhǎng)期不間斷的測(cè)量，顯示方式又可以做到清晰，直觀；⑥易于利用計(jì)算機(jī)，形成電子測(cè)量與計(jì)算技術(shù)的緊密結(jié)合。

隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的發(fā)展，測(cè)量任務(wù)越來越復(fù)雜，工作量加大，測(cè)量速度測(cè)量準(zhǔn)確度要求越來越高，這些都對(duì)測(cè)量?jī)x器和測(cè)試系統(tǒng)提出了更高的要求。微機(jī)的出現(xiàn)為解決上述問題提供了條件。利用微機(jī)的記憶，存儲(chǔ)，數(shù)學(xué)運(yùn)算，邏輯判斷和命令識(shí)別等能力，發(fā)展了微機(jī)化和自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。近年來微機(jī)和大規(guī)模集成電路發(fā)展很快，價(jià)格大幅下降，同時(shí)在測(cè)試系統(tǒng)中還解決了通用接口母線標(biāo)準(zhǔn)化問題，使微機(jī)化儀器和自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)得到了很大發(fā)展，正改變著電子測(cè)量的面貌。1.2數(shù)字電壓表的特點(diǎn)1.讀數(shù)直觀、準(zhǔn)確電壓表的數(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)的以指針與刻度盤進(jìn)行讀數(shù)的方法，避免了讀數(shù)的視差和視覺疲勞。2.顯示范圍寬、分辮力高指針表的分辮力，是由刻度盤的細(xì)度表達(dá)的，刻度盤在一定條件下無法分得很細(xì)，太細(xì)了視覺分辮也很困難，而數(shù)字顯示的電壓表，目前可以做到從2（1/2）到10（1/2）。3.輸入阻抗數(shù)字電壓表的輸入阻抗可高達(dá)(1~10000)M。輸入阻抗越高，所吸收被測(cè)信號(hào)的電流就越小，所帶來的附加誤差極小，可以忽略。4.集成度高、功耗小、抗干擾能力強(qiáng)由于CMOS技術(shù)的發(fā)展，集成電路的功耗變得很小，即發(fā)熱量很小，這樣就可以在同一塊芯片上集成更多的元件，形成大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路。這給制造業(yè)帶來了飛躍，不僅儀表小巧而功能齊全，其他如手機(jī)、袖珍電腦等也得以誕生。目前雙積分或多重積分的A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)字電壓表，由于在積分過程中可將干擾信號(hào)部分或全部抵消掉，其串模抑制比可達(dá)100分貝，共模抑制比可達(dá)120分貝?；趩纹瑱C(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第3頁。5.可擴(kuò)展能力強(qiáng)基于單片機(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第3頁。直流數(shù)字電壓表本身可以擴(kuò)展成交流電壓表、交直電流表、峰值表、功率表等，還可以附加智能化。例如:計(jì)算、保持、比較數(shù)字、設(shè)定時(shí)間，設(shè)定上、下量限及自動(dòng)控制等多種功能。1.3單片機(jī)的概述單片機(jī)就是在一塊半導(dǎo)體硅片上集成了微處理器（CPU）、存儲(chǔ)器（ROM、RAM、EPROM）和各種輸入、輸出接口，這樣一塊集成電路芯片上具有一臺(tái)計(jì)算機(jī)的屬性，因而被稱為單片微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱單片機(jī)。單片機(jī)根據(jù)其基本操作處理的位數(shù)可分為：1位單片機(jī)、4位單片機(jī)、8位單片機(jī)、16位單片機(jī)和32位單片機(jī)。并且其發(fā)展歷史可分為以下四個(gè)階段：第一階段：?jiǎn)纹瑱C(jī)初級(jí)階段。因工藝限制，單片機(jī)采用雙片的形勢(shì)而且功能比較簡(jiǎn)單。例如，仙童公司生產(chǎn)的F8單片機(jī)，實(shí)際上只包括了8為CPU，64BRAM和2個(gè)并行口。因此，還需加一塊3851才能組成一臺(tái)完整的計(jì)算機(jī)。第二階段：低性能單片機(jī)階段。以Intel公司制造的MCS-48單片機(jī)為代表，這種單片機(jī)片內(nèi)集成有8位CPU、并行I/O口、8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、RAM和ROM等，但是不足之處是無串行口，中斷處理比較簡(jiǎn)單，片內(nèi)RAM和ROM容量較小且尋址范圍不大于4KB。第三階段：高性能單片機(jī)階段。這個(gè)階段推出的單片機(jī)普遍帶有I/O口，多級(jí)中斷系統(tǒng)，16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，片內(nèi)ROM、RAM容量加大，且尋址范圍可達(dá)64KB，有的片內(nèi)還帶有A/D轉(zhuǎn)換器。這類單片機(jī)的典型代表是：Intel公司的MCS-51系列、Motorola公司的6801和Zilog公司的Z8等。由于這類單片機(jī)的性能價(jià)格比高，所以仍被廣泛應(yīng)用，是目前應(yīng)用數(shù)量較多的單片機(jī)。第四階段：8位單片機(jī)鞏固發(fā)展及16位單片機(jī)、32位單片機(jī)推出階段。此階段的主要特征是一方面發(fā)展16位單片機(jī)、32位單片機(jī)及專用型單片機(jī)；另一方面不斷完善高檔8位單片機(jī)，改善其結(jié)構(gòu)，以滿足不同的用戶需要?；趩纹瑱C(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第4頁?；趩纹瑱C(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第4頁。2系統(tǒng)方案的選擇與論證2.1功能要求使用AD/DC模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再采用AT89C52單片機(jī)進(jìn)行電壓、電流表的計(jì)算和顯示，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給PC機(jī)，要求進(jìn)行硬件，軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。1、4位電壓、電流顯示2、8個(gè)檔位自動(dòng)調(diào)節(jié)3、電壓范圍0——1000V4、電流范圍0——5A5、能串口發(fā)送給計(jì)算機(jī)，并以適時(shí)波形顯示2.2系統(tǒng)的總體方案規(guī)劃本設(shè)計(jì)主要由五大模塊組成：量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換模塊、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、單片機(jī)控制模塊、顯示模塊和通信模塊。按系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)要求，控制模塊采用AT89C52單片機(jī)，通過程序來進(jìn)行電壓、電流的計(jì)算等數(shù)據(jù)處理，及其功能控制；量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換模塊包括電壓衰減和8個(gè)檔位自動(dòng)換檔，采用純硬件搭建；A/D轉(zhuǎn)換模塊采用ADC0809芯片；顯示模塊采用四個(gè)LED數(shù)碼管靜態(tài)顯示電壓、電流值。通信模塊采用串口通信將數(shù)據(jù)發(fā)送給PC機(jī)。使用MAX232芯片，實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換功能，使單片機(jī)的TTL電平與RS232的電平實(shí)現(xiàn)匹配。如圖2.1所示：圖2.1系統(tǒng)總體框圖2.3各模塊方案選擇與論證2.3.1控制模塊基于單片機(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第5頁。中央控制器為整個(gè)系統(tǒng)的核心，通過接受外部信息，按照控制算法驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。對(duì)中央處理器的選擇多種多樣，本設(shè)計(jì)采用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S52系列的單片機(jī)作為主控制器。它支持ISP在線可編程寫入技術(shù)！串行寫入、其頻率高達(dá)33MHz,故其速度更快、內(nèi)部集成看門狗計(jì)時(shí)器，不再需要像89C51那樣外接看門狗計(jì)時(shí)器單元電路。穩(wěn)定性更好。AT89S52高性能8位單片機(jī)是一個(gè)低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含8kBytesISP(In-systemprogrammable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISPFlash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S52可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案?；趩纹瑱C(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第5頁。AT89S52具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，8kBytesFlash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，256bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。此外，AT89S52設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。2.3.2量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換模塊方案一、采用軟件編程技術(shù)。特點(diǎn)：硬件簡(jiǎn)單，但編程復(fù)雜。方案二、采用純硬件搭建技術(shù)。利用一些廉價(jià)的元器件組成量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換電路，特點(diǎn)：所用硬件多，但成本低，且不需要復(fù)雜的軟件編程及調(diào)試?？紤]到本次設(shè)計(jì)所需硬件較少，且所用元器件容易購買，成本低。故采用方案二2.3.3A/D轉(zhuǎn)換模塊方案一、采用雙積分A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)。特點(diǎn)是：精度高，抗干擾能力強(qiáng)。但高精度的雙積分A/D芯片，價(jià)格較貴，增加了單片機(jī)系統(tǒng)的成本。方案二、采用比較型A/D轉(zhuǎn)換器（ADC1210）。特點(diǎn)是：測(cè)量速度快（最高可達(dá)每秒100萬次以上），電路比較簡(jiǎn)單，但抗干擾能力差。方案三、采用逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器（ADC0809）。特點(diǎn)是：價(jià)格便宜，容易購買，但精度較低?；趩纹瑱C(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第6頁。ADC0809是8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器。帶8個(gè)模擬量輸入通道，有通道地址譯碼鎖存器?？紤]到成本低，因而選用方案三。基于單片機(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第6頁。2.3.4顯示模塊方案一、采用LCD顯示。特點(diǎn)：顯示內(nèi)容豐富，采用數(shù)字式接口，體積小、重量輕，功率消耗小，但編程復(fù)雜，且成本相對(duì)LED較高。方案二、采用LED并行動(dòng)態(tài)顯示。即一位一位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器。對(duì)每一位顯示器而言，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。其硬件電路簡(jiǎn)單，但同樣的功率驅(qū)動(dòng)下，顯示亮度不及靜態(tài)顯示，且占用I/O口較多。方案三、采用LED串行靜態(tài)顯示。即顯示某一字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定導(dǎo)通或截止，這種方式每一個(gè)顯示位都需要一個(gè)8位輸出口控制，占用硬件較多，但僅占用控制器串口的兩個(gè)I/O口，軟件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，顯示亮度高，成本低。LED數(shù)碼管顯示器由7個(gè)發(fā)光二極管組成，因此也稱之為7段LED顯示器，因?yàn)長(zhǎng)ED數(shù)碼管顯示成本較低，外加一個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片，所需單片機(jī)接口較少，且程序容易實(shí)現(xiàn)。故考慮到本次設(shè)計(jì)的需要，只要顯示4位電壓、電流值，采用方案三，使用4個(gè)共陽數(shù)碼管及4個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片74LS164。2.3.5通信模塊方案一、采用并行通信方式。所傳送的各位同時(shí)發(fā)送或接收。一個(gè)并行數(shù)據(jù)占多少位二進(jìn)制數(shù)，就要多少根傳輸線，這種方式的特點(diǎn)：通信速度快，但傳輸線多，價(jià)格較貴，適合近距離傳輸。方案二、采用串行通信方式。所傳送的數(shù)據(jù)的各位按順序一位一位地發(fā)送或接收。這種方式的特點(diǎn)：由于它每次只能傳送一位，所以傳送速度較慢。但它僅需要一到兩根傳輸線，故傳輸數(shù)據(jù)時(shí)比較經(jīng)濟(jì)，且所占I/O口少。本次設(shè)計(jì)是單片機(jī)與PC機(jī)的通信，要采用MAX232電平轉(zhuǎn)換電路，可將單片機(jī)的TTL電平轉(zhuǎn)換為PC機(jī)的串口電平。使單片機(jī)的TTL電平與RS232的電平實(shí)現(xiàn)匹配。故采用方案二。經(jīng)過仔細(xì)分析和論證，決定了系統(tǒng)各模塊的最終方案如下：（1）控制器模塊：采用單片機(jī)AT89S52控制。（2）量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換模塊：采用純硬件搭建。（3）A/D轉(zhuǎn)換模塊：采用逐次逼近式ADC0809轉(zhuǎn)換器。（4）顯示模塊：采用LED串行靜態(tài)顯示。（5）通信模塊：采用串口通信?；趩纹瑱C(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第7頁?；趩纹瑱C(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第7頁。3系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3.1系統(tǒng)的硬件組成部分系統(tǒng)硬件主要由中央控制模塊、量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊和通信模塊組成?？傇韴D如圖3.1所示:圖3.1系統(tǒng)總體原理圖3.2主要單元電路設(shè)計(jì)3.2.1中央控制模塊基于單片機(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第8頁。本設(shè)計(jì)主要以AT89S52單片機(jī)最小系統(tǒng)為核心。其P1口為電壓信號(hào)通過A/D轉(zhuǎn)換后所得數(shù)字量的輸入端，P2.6、P2.7為單片機(jī)的模擬串口，分別連接74LS164的RXD和TXD端。是CPU送數(shù)據(jù)到LED顯示的接口；P0.0、P0.1、P0.2分別接一個(gè)發(fā)光二極管，三個(gè)二極管亮滅的不同組合對(duì)應(yīng)不同的量程。同時(shí)P0.3也接一發(fā)光二極管，當(dāng)二極管亮?xí)r，表明待測(cè)信號(hào)超過了量程范圍。ALE端口經(jīng)芯片二分頻接至ADC0809的CLK端。P3.7接ADC0809的啟動(dòng)控制輸入端口STAR和地址鎖存控制信號(hào)端口ALE，P3.6、P3.5分別連接ADC0809的輸出允許控制端口OE、轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)脈沖輸出端口。P3.0，P3.1口連接串口通信模塊。其原理圖如圖3.2所示：基于單片機(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第8頁。圖3.2中央控制器原理圖3.2.2量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換模塊量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換電路框圖如圖4所示．被測(cè)量程判斷器判斷出被測(cè)量的范圍，相應(yīng)的量程信號(hào)輸入到檔位選擇器。檔位選擇器根據(jù)量程信號(hào)將檔位自動(dòng)調(diào)至適當(dāng)?shù)牧砍蹋⑤斎胫底詣?dòng)地選擇合適的增益或衰減處理后送至A/D轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)整個(gè)量程的自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能。如圖4.3所示圖3.3量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換框圖（1）電路設(shè)計(jì)的總體要求電路設(shè)計(jì)的基本要求是在不降低測(cè)量精度的條件下實(shí)現(xiàn)量程的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。因此在設(shè)計(jì)電路時(shí)需要考慮以下幾方面的要求：1)輸入值量程判斷器的阻抗。要求在進(jìn)行電壓測(cè)量時(shí)具有高阻抗，進(jìn)行電流測(cè)時(shí)具有低阻抗?；趩纹瑱C(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第9頁。2)輸入值量程判斷器應(yīng)具備對(duì)最大量程的上限和最小量程的下限的判斷力。由于被測(cè)范圍較大，因此既要求在高待測(cè)量值輸入時(shí)不對(duì)小量程電路造成沖擊，又要求在超量程值時(shí)對(duì)檔位轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行關(guān)斷。當(dāng)輸入量低于表內(nèi)的測(cè)量精度時(shí)，也要求將檔位選擇器關(guān)斷。否則，當(dāng)測(cè)量?jī)x表斷開時(shí)，沒有輸入量，而輸入值量程判斷器則認(rèn)為此時(shí)的輸入量在最小量程的檔位上，當(dāng)儀表接通待測(cè)量時(shí)，待測(cè)量大于最小量程檔位的范圍時(shí)，檔位選擇電路及其后級(jí)電路必定受到較大的沖擊。所以，輸入值量程判斷器不僅對(duì)是否超過最大量程能夠判斷，對(duì)是否小于最小量程的精度也有判斷能力?；趩纹瑱C(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第9頁。3)電路安全要求。在本設(shè)計(jì)中，利用傳輸?shù)难訒r(shí)，對(duì)檔位進(jìn)行從關(guān)斷測(cè)量到最大量程檔位向低量程檔位逐級(jí)下降直至到適當(dāng)檔位的轉(zhuǎn)換，這樣就使得電路在測(cè)量完高待測(cè)后就能順利地進(jìn)行對(duì)最低待測(cè)量的測(cè)量。4)成本及功耗問題。由于輸入值判斷器所判斷出的值不是用來測(cè)量，而是用于轉(zhuǎn)換量程檔位，所轉(zhuǎn)換出的數(shù)值不需要十分精確，故其電路功耗可按儀表需要選擇適當(dāng)?shù)男酒?。?）電路設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)1）量程判斷電路的設(shè)計(jì)。量程判斷電路框圖如圖3.4所示。輸入的被測(cè)量經(jīng)分壓電路分壓，并經(jīng)隔離電路后輸入電壓判斷電路，再至檔位選擇器。圖3.4量程判斷電路框圖單量程的量程判斷實(shí)現(xiàn)電路如圖3.5所示：圖3.5單量程判斷實(shí)現(xiàn)電路基于單片機(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第10頁。電路中Uin代表被測(cè)信號(hào)，電阻R1、R2組成分壓電路。運(yùn)放A1組成隔離電路。電壓判斷電路由電壓源UEF2和運(yùn)放A3組成的單限電壓比較器實(shí)現(xiàn)。該電壓比較器的閾值電壓為UT為：基于單片機(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第10頁。UT=-（R3/R4）*UREF(1)電路下半部分與上半部分的結(jié)構(gòu)和工作原理相似。不過，比較電壓由A4的反相端輸入。由(1)式可知，當(dāng)跟隨器A1的輸出大于0.2V時(shí)，比較器A3輸出高電平；當(dāng)跟隨器A2的輸出小于-0.2V時(shí)，比較器A4輸出高電平；當(dāng)-0.2V<Uin<0.2V時(shí)，輸出為低電平。電路構(gòu)成了一個(gè)窗口比較器。量程判斷器的總電路如圖3.6所示。每個(gè)運(yùn)放的輸入端都接有穩(wěn)壓管進(jìn)行限壓，以保護(hù)運(yùn)放。圖中上半部分為檔位選擇電路，正負(fù)電壓都可由整流橋整流后送分壓電阻分壓，下半部分為輸入電壓的最小值判斷電路，對(duì)輸入被測(cè)量的有和無進(jìn)行直接判斷。根據(jù)前級(jí)的分壓比可以求得，當(dāng)被測(cè)的電壓值大于0.2V或者小于-0.2V時(shí)，輸出端INH才輸出高電平。2）檔位選擇器輸入值判斷器已經(jīng)把電壓信號(hào)分檔并轉(zhuǎn)換為高低電平的數(shù)字輸出值輸出．檔位選擇器可根據(jù)輸入值判斷器所得結(jié)果來設(shè)計(jì)．輸入值判斷器的輸入端電壓與輸出端的真值表如表1所示。表1中，1表示高電平，0表示低電平。由真值表的特性可知，檔位選擇可以用一個(gè)8選1模擬開關(guān)CD4051完成。CD4051主要由8路CMOS開關(guān)，譯碼電路和電平轉(zhuǎn)換電路3部分組成，其工作原理是主要由控制端A、B、C的不同的組合狀態(tài)來選通哪一路輸入作為輸出。其譯碼表如表2所示。對(duì)照表1和表2，可得出譯碼電路對(duì)各量程選擇的輸出端，從小到大分別為：Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7。圖3.6量程判斷器的總電路基于單片機(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第11頁?；趩纹瑱C(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第11頁。表3.1真值表Ui輸出(-0.2~0.2V)(0.2~2V)(2~20V)(20~100V)(100~200V)(200~400V)(400~600V)(600~800V)(800~1000V)>1000VA1111100000B1110011000C1101010100INH1000000001檔位狀態(tài)截止0.2~2V2~20V20~100V100~200V200~400V400~600V600~800V800~1000V截止表3.2譯碼表輸入值輸出值A(chǔ)BCINHY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7111100000000111000000001110000000010101000000100100000001000011000010000010000100000001001000000000010000000000100000000基于單片機(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第12頁。根據(jù)芯片輸入、輸出的引腳特性，其電路接線圖如圖3.7所示。輸入信號(hào)分壓等變換后送入CD4051的X0-X7，8個(gè)通道。其中1個(gè)控制引腳：INH是4051的禁止端，為低電平開啟，INH=1模擬開關(guān)被禁止工作，INH=0時(shí)，由A、B、C上的信號(hào)來控制某一路的選通。電路引腳中，若A、B、C無輸入或懸空時(shí)，Y0輸出1，控制檔位在最高量程電壓檔位上，起到保護(hù)電路的作用?；趩纹瑱C(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第12頁。圖3.7檔位判斷電路3）量程自動(dòng)選擇總電路根據(jù)上述研究，可得量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換電路如圖3.8所示。路中所用的基準(zhǔn)電壓都是2V，可用同一直流電源提供。穩(wěn)壓管均采用2．8V工作電壓的穩(wěn)壓管。圖3.8量程自動(dòng)選擇總電路3.2.3A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊基于單片機(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第13頁。采用ADC0809轉(zhuǎn)換芯片，采集信號(hào)由INT0輸入；數(shù)字量輸出接至CPU的P1口；其START與ALE引腳接至CPU的P3.7，OE引腳接至CPU的P3.6，EOC引腳接至CPU的P3.5腳；A、B、C三位地址線共同接地，表示對(duì)INT0的輸入信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。在INT0的輸入端口接一選擇開關(guān)電路，用以判斷對(duì)電壓測(cè)量還是對(duì)電流測(cè)量?；趩纹瑱C(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第13頁。ADC0809的工作過程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到A/D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng)OE輸入高電平時(shí)，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。主要特性1）8路8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位。

2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?。3）轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs。

4）單個(gè)＋5V電源供電。

5）模擬輸入電壓范圍0～＋5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。

6）工作溫度范圍為-40～＋85攝氏度。

7）低功耗，約15mW。外部特性（引腳功能）ADC0809芯片有28個(gè)引腳，采用雙列直插式封裝，各引腳功能如下：IN0-IN7：8路模擬量輸入端。

D0-D7：8位數(shù)字量輸出端。

ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。ALE：地址鎖存允許信號(hào)。高電平時(shí)，把三位地址信號(hào)送入地址鎖存器，經(jīng)譯碼選擇相應(yīng)的模擬輸入通道，使用時(shí)，該信號(hào)可以和STARE信號(hào)連在一起，以便同時(shí)鎖存通道地址和啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。高電平有效。

START：A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，輸入，高電平有效。

EOC：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出端口，轉(zhuǎn)換期間一直為低電平。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（有效）。

OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)輸入端口，高電平有效。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。基于單片機(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第14頁。CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ。

REF（+）、REF（-）：基準(zhǔn)電壓。

Vcc：電源，單一＋5V。

GND：地?；趩纹瑱C(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第14頁。3.2.4顯示模塊（1）數(shù)碼管的選取LED（發(fā)光二極管），它是一種由某些特殊的半導(dǎo)體材料制作成的PN結(jié)。其發(fā)光強(qiáng)度與其正向壓降VF和電流IF的乘積有關(guān)，其乘積越大，則發(fā)光強(qiáng)度越大。工作電流一般在5MA~20MA。從系統(tǒng)整體考慮，選用的是LDS-5101BH型七段LED數(shù)碼管。（2）驅(qū)動(dòng)芯片選用74LS164芯片。74LS164是串行輸入/8位并行輸出的移位寄存器。每片74LS164有兩個(gè)串行數(shù)據(jù)輸入端和一個(gè)同步移位脈沖輸入端，以及8個(gè)并行輸出口。時(shí)鐘CLK端上每一個(gè)上升沿都會(huì)使該芯片的8位數(shù)據(jù)輸出右移一位。顯示模塊總體原理圖如圖3.9所示：圖3.9顯示模塊原理圖3.2.5通信模塊（1）單片機(jī)與PC機(jī)通信的概述在實(shí)際應(yīng)用中，因?yàn)閱纹瑱C(jī)功能有限，因而在較大的測(cè)控系統(tǒng)中，常常把單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)作為前端機(jī)（也稱為下位機(jī)或從機(jī)）直接用于控制對(duì)象的數(shù)據(jù)采集與控制，而把PC機(jī)作為中央處理機(jī)（也稱為上位機(jī)或主機(jī)）用于數(shù)據(jù)處理和對(duì)下位機(jī)的監(jiān)控管理。它們之間的信息交換主要是采用串行通信，此時(shí)單片機(jī)可直接采用串行接口，而PC機(jī)可利用其配置的8250或8251、16450等可編程串行接口芯片。實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC機(jī)串行通信的關(guān)鍵是在通信協(xié)議的約定上要一致，例如，應(yīng)設(shè)定相同的波特率及幀格式等。在正式工作之前，雙方應(yīng)先互發(fā)聯(lián)絡(luò)信號(hào)，以確保通信收發(fā)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性?；趩纹瑱C(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第15頁。（2）本設(shè)計(jì)的通信基于單片機(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第15頁。串行通信采用MAX232電平轉(zhuǎn)換電路，可將單片機(jī)的TTL電平轉(zhuǎn)換為PC機(jī)的串口電平。使單片機(jī)的TTL電平與RS232的電平實(shí)現(xiàn)匹配。RS232使用-3~-25V，表示數(shù)字1；3~25V表示數(shù)字0。RS232在空閑時(shí)處于邏輯“1”狀態(tài)，在開始傳送時(shí)，首先產(chǎn)生一個(gè)起始位，起始位為一個(gè)寬度的邏輯“0”，緊隨其后的為所需要傳送的數(shù)據(jù)，所要傳送的數(shù)據(jù)由最低位開始依次送出，并以一個(gè)結(jié)束位標(biāo)志該字節(jié)傳送結(jié)束，結(jié)束位為一個(gè)寬度的邏輯“1”狀態(tài)。單片機(jī)與PC機(jī)的通信連接圖如圖3.10所示，下位機(jī)（單片機(jī)）將接收的數(shù)據(jù)從串行口P3.0、P3.1輸出，上位機(jī)接收到數(shù)據(jù)后在屏幕上進(jìn)行顯示。圖3.10單片機(jī)與PC機(jī)通信連接圖3.2.6電源部分單片機(jī)電源采用自制+5V電源供電。其原理圖如圖3.11所示圖3.11電源電路圖基于單片機(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第16頁?；趩纹瑱C(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第16頁。4系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1軟件的總體設(shè)計(jì)原理系統(tǒng)上電后，初始化程序包括對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行初始化、清零以及一些端口屬性的設(shè)定，開始進(jìn)行量程判斷，再調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換子程序，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束，為提高測(cè)量精度，系統(tǒng)對(duì)輸入電壓連續(xù)采集10次進(jìn)行滑動(dòng)平均值濾波處理，其結(jié)果作為對(duì)應(yīng)的電壓值。再調(diào)用LED顯示子程序，顯示所測(cè)量的電壓或電流值，最后調(diào)用通信子程序?qū)崿F(xiàn)串口通信。系統(tǒng)總流程圖如圖4.1所示：基于單片機(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第17頁。圖4.1系統(tǒng)總流程圖基于單片機(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第17頁。4.1.1A/D轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)上電后，初始化各參量。開啟A/D轉(zhuǎn)換，調(diào)用延時(shí)程序，接著判斷A/D轉(zhuǎn)換是否結(jié)束，結(jié)束則清標(biāo)志位、取數(shù)據(jù)，否則再延時(shí)，繼續(xù)判斷A/D是否結(jié)束?？偝绦蚪Y(jié)束。流程圖如圖4.2所示：圖4.2A/D轉(zhuǎn)換程序流程圖4.1.2數(shù)字濾波程序設(shè)計(jì)（1）數(shù)字濾波概述基于單片機(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第18頁。數(shù)字濾波,即在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)里，由于數(shù)據(jù)采集環(huán)境的電磁干擾，傳感器和放大器自身的影響，往往會(huì)含有多種頻率成分的噪聲信號(hào)，嚴(yán)重時(shí)，這種噪聲信號(hào)會(huì)淹沒待提取的輸入信號(hào)，使測(cè)試系統(tǒng)無法獲取被測(cè)信號(hào)。在這種情況下，為了濾除干擾需要采取濾波措施，抑制不需要的雜散信號(hào)，使系統(tǒng)的信噪比增加。如果對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行離散采樣，通過軟件算法對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行平滑加工，增強(qiáng)有效信號(hào)，消除或減少噪聲，從而達(dá)到濾波的目的，這種濾波方法稱為數(shù)字濾波方法。數(shù)字濾波完成的功能是將一組輸入數(shù)字序列按照一定的算法轉(zhuǎn)化為一組輸出數(shù)字序列，經(jīng)過數(shù)字濾波后的輸出序列比輸入序列更平滑和易于處理。與此對(duì)應(yīng)的就是模擬濾波，模擬濾波主要有無源濾波（直接用電阻、電容、電感等不外接電源的元件組成的）與有源濾波（如運(yùn)算放大器等需要外接電源組成的），其目的是將信號(hào)中的噪音和干擾濾去或者將希望得到的頻率信號(hào)濾出為系統(tǒng)所用。數(shù)字濾波的出現(xiàn)克服了模擬濾波的很多不足，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

A．是用程序?qū)崿F(xiàn)的，不需要增加硬設(shè)備，所以可靠性高，穩(wěn)定性好。

B．可以對(duì)頻率很低的信號(hào)實(shí)現(xiàn)濾波，克服了模擬濾波的缺陷。

C．可以根據(jù)信號(hào)的不同，采用不同的濾波方法或參數(shù)，具有靈活、方便、功能強(qiáng)的特點(diǎn)。基于單片機(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第18頁。（2）數(shù)字濾波的方法數(shù)字濾波的方法有很多種，常用的數(shù)字濾波方法有：算術(shù)平均值濾波、加權(quán)平均值濾波、滑動(dòng)平均值濾波、中值濾波等，可以根據(jù)不同的測(cè)量參數(shù)進(jìn)行選擇。1）算術(shù)平均值濾波算術(shù)平均法是對(duì)一點(diǎn)多次采樣，然后取其平均值，并用平均值作為該點(diǎn)的采樣結(jié)果。該方法適用于對(duì)具有隨機(jī)干擾的信號(hào)進(jìn)行濾波。這種濾波的效果與采樣數(shù)目有較大的關(guān)系，當(dāng)樣本增多時(shí)，信號(hào)會(huì)變得更平滑，但可能會(huì)掩蓋某些變化；若樣本較少，信號(hào)的平滑度降低，但對(duì)數(shù)據(jù)的變化較為敏感。實(shí)際中采樣數(shù)目就具體情況而定，對(duì)于非常平穩(wěn)的信號(hào)，可以將樣本數(shù)增大，但對(duì)于變化頻繁的信號(hào)，則應(yīng)將樣本數(shù)減至3~4。這種濾波方法對(duì)周期性的干擾有良好的抑制作用。N的取值取決于平滑度和靈敏度的要求，N增大則平滑度提高，靈敏度減小。2）加權(quán)平均值濾波算術(shù)平均濾波法存在平滑性和靈敏度的矛盾。采樣次數(shù)太少，平滑效果差；次數(shù)太多，靈敏度下降，對(duì)參數(shù)的變化趨勢(shì)不敏感。為協(xié)調(diào)兩者關(guān)系，可采用加權(quán)平均濾波。對(duì)連續(xù)N次采樣值，分別乘上不同的加權(quán)系數(shù)之后再求累加和，加權(quán)系數(shù)一般先小后大，以突出后面若干采樣的效果，加強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)參數(shù)變化趨勢(shì)的辨別。各個(gè)加權(quán)系數(shù)均為小于1的小數(shù)，且滿足總和等于1的約束條件。這樣，加權(quán)運(yùn)算之后的累加和即為有效采樣值?；瑒?dòng)平均值濾波基于單片機(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第19頁。滑動(dòng)平均值濾波是把連續(xù)取N個(gè)采樣值看成一個(gè)隊(duì)列，隊(duì)列的長(zhǎng)度固定為N，每次采樣到一個(gè)新數(shù)據(jù)放入隊(duì)尾,并扔掉原來隊(duì)首的一次數(shù)據(jù).(先進(jìn)先出原則)，把隊(duì)列中的N個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均運(yùn)算,就可獲得新的濾波結(jié)果。算術(shù)平均值法和加權(quán)平均值濾波，都需要連續(xù)采樣N個(gè)數(shù)據(jù)，然后求平均值或加權(quán)平均值。需要時(shí)間較長(zhǎng)，故檢測(cè)速度較慢。因此可以采用滑動(dòng)平均值濾波，其主要用于實(shí)時(shí)性比較強(qiáng)的系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)中，需要對(duì)A/D采樣值進(jìn)行平均值濾波，而沒有足夠的時(shí)間允許A/D進(jìn)行連續(xù)的多次采樣，這時(shí)采用滑動(dòng)平均值濾波，可以達(dá)到濾波效果?；瑒?dòng)平均濾波算法只采樣一次，將這一次采樣值和過去的若干次采樣值一起求平均值，得到的有效采樣值即可投入使用。如果取N個(gè)采樣值求平均，RAM中必須開辟N個(gè)數(shù)據(jù)的暫存區(qū)。每次新采集一個(gè)數(shù)據(jù)便存入暫存區(qū)，同時(shí)去掉一個(gè)最老的數(shù)據(jù)，保持這N個(gè)數(shù)據(jù)始終是最近的數(shù)據(jù)，而后求包括新數(shù)據(jù)在內(nèi)的N個(gè)數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值或加權(quán)平均值。這樣，每進(jìn)行一次采樣，就可以算出一個(gè)新的平均值，從而大大加快了數(shù)據(jù)處理的速度。這種濾波方法兼容了另兩種濾波算法的優(yōu)點(diǎn)，既能有效的抑制脈沖干擾和周期性干擾，又能提高濾波算法的靈敏度?；趩纹瑱C(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第19頁。本設(shè)計(jì)采用滑動(dòng)平均值濾波，先初始化，再讀入電壓值Vi，設(shè)滑動(dòng)平均濾波隊(duì)列長(zhǎng)度為N，當(dāng)判斷i是否大于N，是則刪除隊(duì)首的數(shù)據(jù)；求新隊(duì)列的平均值；否則使i=i+1，繼續(xù)讀入電壓值，直至i>N。其流程圖如圖4.3所示：圖4.3滑動(dòng)平均濾波流程4.1.3量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換的程序設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第20頁。程序開始后先初始化，首先設(shè)置量程最大檔，接著存儲(chǔ)采樣值i，并將其與最大量程進(jìn)行比較，若超出量程范圍，則有溢出顯示，系統(tǒng)結(jié)束，否則進(jìn)行下一輪的比較，直到選擇出合適的檔位。軟件實(shí)現(xiàn)流程圖如圖4.4所示基于單片機(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第20頁。圖4.4量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換流程圖基于單片機(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第21頁?；趩纹瑱C(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第21頁。5系統(tǒng)調(diào)試及性能分析5.1調(diào)試與測(cè)試采用Keil軟件進(jìn)行源程序編譯，用Proteus軟件對(duì)其進(jìn)行仿真。同時(shí)進(jìn)行硬件電路板的設(shè)計(jì)制作。燒好程序后進(jìn)行軟硬件聯(lián)調(diào)，最后進(jìn)行端口電壓、電流的對(duì)比測(cè)試.5.2性能分析由于單片機(jī)為8位處理器，當(dāng)輸入電壓為5V時(shí)，輸出數(shù)據(jù)值為255（FFH）。因此單片機(jī)最大的數(shù)值分辨率為0.0196V（5/255）。這就決定了該電壓表、電流表的最大分辨率（精度）只能達(dá)到0.0196V。測(cè)試時(shí)電壓/電流數(shù)值的變化一般以0.02的幅度變化。如果要想獲得更高的精度，應(yīng)采用12位、13位的A/D轉(zhuǎn)換器?；趩纹瑱C(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第22頁?；趩纹瑱C(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第22頁。6結(jié)束語6.1設(shè)計(jì)總結(jié)本次設(shè)計(jì)的課題是《基于單片機(jī)的電壓電流測(cè)量系統(tǒng)》，首先從課題中我們可以看出，這次設(shè)計(jì)主要涉及到的是關(guān)于單片機(jī)的知識(shí)。而之所以使用單片機(jī)作為本次設(shè)計(jì)的核心，就個(gè)人理解而言，單片機(jī)現(xiàn)在是社會(huì)上應(yīng)用比較廣泛的器件，并且能在設(shè)計(jì)的同時(shí)鍛煉大家的語言編程能力，養(yǎng)成良好的語言編程風(fēng)格。6.2設(shè)計(jì)的心得課程設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合性的實(shí)踐課程，是將理論聯(lián)系到實(shí)際中的實(shí)驗(yàn)過程，是考察學(xué)生就最近知識(shí)以及綜合知識(shí)掌握能力，同時(shí)也能讓同學(xué)更好的理解甚至于學(xué)習(xí)相關(guān)內(nèi)容。從拿到本次設(shè)計(jì)任務(wù)后，開始查閱資料，對(duì)課設(shè)計(jì)課題進(jìn)行論證，到設(shè)計(jì)電路，軟件上的程序編寫到仿真、調(diào)試，硬件上元器件確定、選型及電路搭建，軟硬件聯(lián)調(diào)，直到論文文本的撰寫。最終完成所設(shè)計(jì)項(xiàng)目數(shù)字電壓、電流表的設(shè)計(jì)，這一過程鍛煉了我們對(duì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及動(dòng)手能力。近兩周的課程設(shè)計(jì)實(shí)踐，使我深深的體會(huì)到理論結(jié)合實(shí)際的重要性，在設(shè)計(jì)過程中要特別細(xì)心，在軟件中可能是一個(gè)標(biāo)點(diǎn)或一個(gè)字母的問題，而導(dǎo)致運(yùn)行錯(cuò)誤；在硬件搭建中更是如此，焊接、連線的牢固性，還要防止短路和斷路。所以每一個(gè)環(huán)節(jié)都是不可大意的。另外，大家在一起討論，互相學(xué)習(xí)，讓我更深地體會(huì)到同學(xué)間互相幫助的作用。在軟、硬件調(diào)試過程中，真的培養(yǎng)了我的耐心。軟件的調(diào)試——修改——再調(diào)試，如此反復(fù)，最終完成了設(shè)計(jì)的部分任務(wù)，但設(shè)計(jì)還存在很多問題，沒有完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求。而且精度也存在問題，有待改進(jìn)。在不斷的學(xué)習(xí)與討論中，我對(duì)單片機(jī)知識(shí)有了更為深刻的認(rèn)識(shí)與體會(huì)。在收獲的同時(shí)，我也受益非淺深感自身理論知識(shí)的欠缺與動(dòng)手能力的不足，在以后的學(xué)習(xí)及設(shè)計(jì)中，還要不斷的努力。由于時(shí)間的緊缺和許多課業(yè)的繁忙，此次設(shè)計(jì)沒有很好的完成。但是，從基礎(chǔ)而言，我們還沒有放棄。相信以后我們會(huì)以更加積極地太對(duì)對(duì)待我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)，甚至于今后的人生?；趩纹瑱C(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第23頁?；趩纹瑱C(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第23頁。7致謝詞本次課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，首先要感謝此次給與指導(dǎo)的王勝老師。由于設(shè)計(jì)時(shí)間的匆忙性，本次設(shè)計(jì)并沒有要求大家以實(shí)物為設(shè)計(jì)結(jié)點(diǎn)。所以有很多問題存在，甚至于是很大的課題謬論，但王勝老師給與的指導(dǎo)都能很好的解決此類問題。他總是耐心地和我們一起探討、分析，再讓我們自己解決。這樣，我們不但解決了問題，還從中學(xué)到了更多知識(shí)。王老師淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)、以及友善的態(tài)度是我以后學(xué)習(xí)和生活上的榜樣。同時(shí)，我要感謝我們班的幾位同學(xué)，當(dāng)我遇到一些措手不及又難以解決的問題時(shí)，是在他們的熱心幫助下，才一一得以解決。最后，要感謝我們系里給我們這次理論結(jié)合實(shí)踐的機(jī)會(huì)，一次作為電子系學(xué)生的最有意義的作業(yè)。本次設(shè)計(jì)結(jié)束的同時(shí)也意味著一次良好的知識(shí)學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)也隨之而逝，并且在接下來的大學(xué)課程中，都不會(huì)有此類的機(jī)會(huì)留于我們?；趩纹瑱C(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第24頁?；趩纹瑱C(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第24頁。附錄附錄1參考文獻(xiàn)[1]《單片機(jī)原理及接口技術(shù)》余錫存曹國華西安電子科技大學(xué)2000.7[2]《單片機(jī)典型模塊設(shè)計(jì)實(shí)例導(dǎo)航》求是科技人民郵電出版社2005.6[3]《MCS-51單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)實(shí)用子程序》邊春遠(yuǎn)人民郵電出版社2005.9[4]《單片機(jī)在電子電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用》赫建國等清華大學(xué)出版社2006.5[5]《電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分》康華光高等教育出版社2004.4[6]《單片機(jī)C語言編程與示例》趙亮等人民郵電出版社2003.9[7]《Ｃ程序設(shè)計(jì)（第二版）》譚浩強(qiáng)清華大學(xué)出版社1999.12[8]《電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分》康華光高等教育出版社2004.7[9]《單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)》胡輝、王曉等中國水利水電出版社2005.7[10]《電子測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)》楊永瑞、劉振起等西安電子科技大學(xué)出版社2006.1[11]《智能電壓表中量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換電路研究》張國恒等西北師范大學(xué)學(xué)報(bào)2006.4[12]《電路.模擬.A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換》童永承、顧家林等科學(xué)出版社2004.7[13]《單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)》魏立峰、王寶興北京大學(xué)出版社2006.8[14]《8051單片機(jī)基礎(chǔ)教程》陳明熒北京：科學(xué)出版社2003[15]《單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與產(chǎn)品開發(fā)》馮建華、趙亮人民郵電出版社2004.11[16]《新編MCS-51單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》張毅剛等哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社2003.7[17]《單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)實(shí)例》劉文濤清華大學(xué)出版社2005.9[18]《單片機(jī)語言C51程序設(shè)計(jì)》趙文博等人民郵電出版社2005.。10[19]《51單片機(jī)應(yīng)用程序開發(fā)典型實(shí)例》戴佳、苗龍等中國電力出版社2005.9[20]《精通8051程序設(shè)計(jì)》[美]MykePredko人民郵電出版社2006.3基于單片機(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第25頁。基于單片機(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第25頁。附錄2系統(tǒng)總電路圖基于單片機(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第26頁?；趩纹瑱C(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第26頁。附錄3源程序#include<reg52.h>#include<intrins.h#defineByteunsignedchar#defineWordunsignedintsbitDisClk=P2^7;sbitDisDat=P2^6;sbitA1=P0^0;sbitB1=P0^1;sbitC1=P0^2;sbitD1=P0^3;/*功能：ADC0809接口程序目標(biāo)芯片：AT89S52單片機(jī)占用資源：采集到的數(shù)字量接P1口、MCUADC0809變量名稱P3.7START/ALEADC_STP3.5EOCADC_EOCP3.6OEADC_OEALECLK（經(jīng)二分頻）無用戶接口函數(shù)：ByteADC0809(void)*/#defineAdcDataP1 //ADC輸出的數(shù)字量接單片機(jī)P1口#defineN10 //滑動(dòng)平均濾波隊(duì)列長(zhǎng)度ByteValueBuf[N]; //滑動(dòng)平均濾波隊(duì)列ByteFilterCnt=0; //隊(duì)列指針sbitADC_ST=P3^7; //START&ALEsbitADC_EOC=P3^5; //EOCsbitADC_OE=P3^6; //OUTPUTENABLE--OEByteADC0809(void)基于單片機(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第27頁。{Bytei;基于單片機(jī)的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)全文共30頁，當(dāng)前為第27頁。ADC_ST=1; //啟動(dòng)ADC0809，鎖存轉(zhuǎn)換通道地址，開始轉(zhuǎn)換for(i=10;i>0;i--) ; //微秒級(jí)延時(shí),保持高電平一段時(shí)間ADC_ST=0;while(!ADC_EOC) ; //等待ADC0809轉(zhuǎn)換結(jié)束ADC_OE=1; //使能ADC0809輸出i=AdcData; //MCU采集ADC0809的數(shù)字量ADC_OE=0; //關(guān)ADC0809輸出使能return(i); //返回采集到的數(shù)字量}BytePingFilter(void) //滑動(dòng)平均值濾波//=====