電氣自動(dòng)化畢業(yè)論文---數(shù)字電壓表

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p><b>　　數(shù)字電壓表</b></p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p>　　系 （部） 電氣信息工程系 </p><p>　　專 業(yè) 電氣自動(dòng)化技術(shù) </p>

2、<p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　2009年5月20日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　數(shù)字電壓表（Digital Voltmeter）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（直流輸入電壓）轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。傳統(tǒng)

3、的指針式電壓表功能單一、精度低，不能滿足數(shù)字化時(shí)代的需求，采用單片機(jī)的數(shù)字電壓表，由精度高、抗干擾能力強(qiáng)，可擴(kuò)展性強(qiáng)、集成方便，還可與PC進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。目前，由各種單片A/D 轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)字電壓表，已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)等智能化測(cè)量領(lǐng)域，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)提高到嶄新水平。</p><p>

4、　　本設(shè)計(jì)主要是以AT89C4051單片機(jī)為核心的電壓測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠在單片機(jī)的控制下完成對(duì)電壓信號(hào)采集，能夠根據(jù)采樣值進(jìn)行量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換，并且測(cè)量結(jié)果可通過(guò)四個(gè)數(shù)碼管顯示出來(lái)。 </p><p><b>　　關(guān)鍵詞：</b></p><p>　　AT89C4051單片機(jī) 數(shù)字電壓表 CD4051模擬開(kāi)關(guān) LM331壓頻變換。</p><p

5、><b>　　Abstract</b></p><p>　　Referred to as digital voltage meter DVM, It is the use of digital measuring technology, The continuous analog (DC input voltage) converted to discrete, Discrete di

6、gital form and the instrument display. The traditional single function pointer voltmeter, low accuracy, can not meet the needs of the digital age, using single-chip digital voltage meter, by the high precision, strong an

7、ti-interference ability, scalability, and integration of convenience, can also be carried out with the PC real-time </p><p>　　The AT89C4051 is a single chip designed for use mainly at the core of the voltage

8、 measurement system, which can be completed under the control of single-chip voltage signal acquisition can be carried out according to sampling range automatically converted value and the measurement results can be of f

9、our digital control displayed.</p><p>　　Key words:</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　前言2</b></p><p><b>　　1. 設(shè)計(jì)方案3</b></p>

10、<p><b>　　1.1設(shè)計(jì)思路3</b></p><p>　　1.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方框圖3</p><p>　　2. 電路原理分析4</p><p>　　2.1總體電路設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.2信號(hào)采集電路4</p><p>　　2.3壓頻變換電路6</p>

11、<p><b>　　2.4復(fù)位電路6</b></p><p><b>　　2.5顯示電路7</b></p><p><b>　　3.軟件設(shè)計(jì)8</b></p><p>　　3.1主程序流程圖8</p><p><b>　　3.2主程序8<

12、;/b></p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)9</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)10</b></p><p><b>　　致 謝11</b></p><p><b>　　附 錄12</b></p><p&g

13、t;<b>　　前 言</b></p><p>　　傳統(tǒng)的指針式電壓表功能簡(jiǎn)單，人為誤差和系統(tǒng)誤差都比較大，攜帶不方便等缺點(diǎn)，已經(jīng)不能滿足數(shù)字化時(shí)代人們的需求，而本次設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)數(shù)字電壓表，有精度高，抗干擾能力強(qiáng)，集成方便，可以進(jìn)行直流和交流兩種測(cè)量功能，并且量程可已自動(dòng)切換等優(yōu)勢(shì)。</p><p>　　論文首先介紹了基于AT89C4051單片機(jī)的數(shù)字電壓表

14、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。硬件電路部分由電壓采樣電路、通道選擇電路、壓頻變換電路、單片機(jī)及其周邊電路、顯示電路、聲音報(bào)警電路等組成。文中給出了電路圖，并介紹了系統(tǒng)的工作原理。單片機(jī)及其周邊電路模塊采用了AT89C4051作為微處理器；顯示部分采用了LED數(shù)碼顯示器。軟件部分由主程序和中斷服務(wù)程序組成。論文給出了各程序模塊的部分原程序代碼。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)方案</b></p>

15、<p><b>　　1.1 設(shè)計(jì)思路</b></p><p>　　該數(shù)字電壓表有兩個(gè)選擇開(kāi)關(guān)，分別為S2、S3，其中S2控制直流電壓信號(hào)的輸入，S3控制交流電壓信號(hào)的輸入。S1為單片機(jī)復(fù)位按鈕，K1為繼電器，控制交、直流的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。電路采用AT89C4051的計(jì)數(shù)器功能實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖信號(hào)的計(jì)數(shù)，通過(guò)HCF4094送7段數(shù)碼管顯示數(shù)字，電源為+5V直流電壓，該數(shù)字電壓表的直流電壓量程

16、為-2V到+2V,交流電壓量程為0V到200V。本設(shè)計(jì)思路清晰，電路簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方框圖</p><p>　　基于設(shè)計(jì)思路，總體方框圖如圖1所示</p><p>　　電路初始化后首先通過(guò)開(kāi)關(guān)S2、S3選擇模擬開(kāi)關(guān)的110通道和111通道，輸出的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)壓頻變換后送給單片機(jī)進(jìn)行計(jì)脈沖數(shù)目，通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行處理后，輸出到顯示電路

17、，同時(shí)相應(yīng)的數(shù)碼管DS2、DS3點(diǎn)亮，表示電壓表正常工作。當(dāng)直流或交流表測(cè)量值超過(guò)量程時(shí)，報(bào)警器就會(huì)發(fā)出報(bào)警聲。</p><p>　　圖1：系統(tǒng)總體方框圖</p><p><b>　　2.電路原理分析</b></p><p><b>　　2.1總體電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　數(shù)字電壓表總體

18、設(shè)計(jì)硬件原理圖見(jiàn)附錄1。</p><p>　　本系統(tǒng)根據(jù)輸入量由繼電器自動(dòng)控制開(kāi)關(guān)接直流輸入電路還是交流輸入電路，把衰減、整流、濾波后所得的電壓信號(hào)送給模擬開(kāi)關(guān)CD4051,并且由單片機(jī)89C4051控制模擬開(kāi)關(guān)的交、直流通道，然后把該信號(hào)送給壓頻變換電路LM331N把輸入的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變成頻率脈沖數(shù)送交單片機(jī)進(jìn)行計(jì)數(shù)，最后把記得的脈沖數(shù)進(jìn)行處理送數(shù)碼管顯示，同時(shí)對(duì)應(yīng)的指示燈被點(diǎn)亮。如果被測(cè)電壓超過(guò)電壓表的量程電壓

19、表會(huì)自動(dòng)報(bào)警。</p><p><b>　　2.2信號(hào)采集電路</b></p><p>　　該部分電路包括直流電壓信號(hào)采集電路和交流電壓信號(hào)采集電路兩部分。</p><p>　　直流電壓信號(hào)采集電路如圖2所示，in為被測(cè)直流電壓信號(hào)輸入端，輸入電壓經(jīng)R1、R2分壓后送給電壓跟隨器U1然后與基準(zhǔn)電壓一起送進(jìn)同向加法器OP07相加后送給模擬開(kāi)關(guān)CD

20、4051。</p><p>　　交流電壓信號(hào)采集電路如圖3所示，被測(cè)交流電壓由IN輸入后經(jīng)過(guò)衰減送給電壓跟隨器穩(wěn)壓后經(jīng)過(guò)整流、濾波等一系列處理后送給模擬開(kāi)關(guān)CD4051。</p><p>　　與此同時(shí)單片機(jī)把按鍵的處理結(jié)果送至模擬開(kāi)關(guān)CD4051，控制選擇是交流通道還是直流通道。然后把信號(hào)傳遞給壓頻變換器LM331N。</p><p>　　圖2：直流電壓信號(hào)采集電路

21、</p><p>　　圖3：交流電壓信號(hào)采集電路</p><p><b>　　2.3壓頻變換電路</b></p><p>　　利用LM331 的頻率/ 電壓(F/ V) 轉(zhuǎn)換電路將模擬開(kāi)關(guān)送人的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率信號(hào)送給單片機(jī)P0口進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與顯示如圖4 所示,由LM331 的VIN 端輸入的待測(cè)電壓信號(hào),經(jīng)LM331的V/ F 轉(zhuǎn)換為頻率脈

22、沖后從FOUT 端輸出,輸出脈沖的頻率與輸入的電壓成線性關(guān)系,關(guān)系式為</p><p>　　fout = R28Vin/ (2.09 *R15*R16*C11) </p><p><b>　　圖4：壓頻變換電路</b></p><p><b>　　2.4復(fù)位電路</b></p><p>　　復(fù)位電路

23、的基本功能是：系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號(hào)。為可靠起見(jiàn)，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷復(fù)位信號(hào)，以防電源開(kāi)關(guān)或電源插頭分-合過(guò)程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。如圖4所示，復(fù)位鍵SR接于AT89C4051芯片的RST接口，用與控制倒數(shù)計(jì)時(shí)器的復(fù)位操作。計(jì)時(shí)器運(yùn)行時(shí)按下S1鍵，計(jì)時(shí)器停止計(jì)數(shù)，或計(jì)數(shù)完成后按S1鍵進(jìn)入下一輪計(jì)數(shù)工作。</p><p><b>　　圖5復(fù)位電路</

24、b></p><p><b>　　2.5顯示電路</b></p><p>　　本系統(tǒng)顯示設(shè)計(jì)采用HCF4094芯片來(lái)驅(qū)動(dòng)8段LED數(shù)碼管顯示。使用該芯片可以減少單片機(jī)I/O口的使用，只需要三個(gè)輸出接口就可以了。其接口電路如圖6所示。</p><p><b>　　圖6顯示電路</b></p><p&

25、gt;<b>　　3.軟件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　3.1主程序流程圖</b></p><p><b>　　3.2主程序（略）</b></p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ):</b></p><p>　　AT89C4051單片機(jī)體積小、重量

26、輕、抗干擾能力強(qiáng)、對(duì)環(huán)境要求不高、價(jià)格低廉、可靠性高、靈活性好。即使是非電子計(jì)算機(jī)專業(yè)人員，通過(guò)學(xué)習(xí)一些專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)以后也能依靠自己的技術(shù)力量來(lái)開(kāi)發(fā)所希望的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)只是單片機(jī)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中的一例，數(shù)字電壓表輕巧方便、系統(tǒng)穩(wěn)定、由精度高、抗干擾能力強(qiáng)，可擴(kuò)展性強(qiáng)。并且可以測(cè)量交流、直流兩種電流，功能更加強(qiáng)大，本設(shè)計(jì)采用了繼電器自動(dòng)控制交直流的變換，不需要再進(jìn)行人工手動(dòng)的調(diào)整，使用更加方便！</p>

27、<p>　　設(shè)計(jì)是我們將來(lái)必需的技能，這次電子大賽設(shè)計(jì)恰恰給我們提供了一個(gè)應(yīng)用自己所學(xué)知識(shí)的機(jī)會(huì)，從再圖書(shū)館查找資料到對(duì)電路的設(shè)計(jì)和對(duì)電路的仿真再到最后電路的成形，都對(duì)我們所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了檢驗(yàn)。可以說(shuō)，本次電子大賽的設(shè)計(jì)有苦也有甜。設(shè)計(jì)思路是最重要的，只要你的設(shè)計(jì)思路是成功的，那你的設(shè)計(jì)已經(jīng)成功了一半。因此我們應(yīng)該在設(shè)計(jì)前做好充分的準(zhǔn)備，像查找詳細(xì)的資料，為我們?cè)O(shè)計(jì)的成功打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。制作過(guò)程是一個(gè)考驗(yàn)人耐心的過(guò)程，不能

28、有絲毫的急躁和馬虎，對(duì)電路的調(diào)試要一步一步來(lái)，不能急于求成，因?yàn)槭窃陔娔X上調(diào)試，比較慢，又要求我們有一個(gè)比較正確的調(diào)試方法，像把頻率調(diào)快等。這又要我們要靈活處理，在不影響試驗(yàn)的前提下可以加快進(jìn)度。 要熟練地掌握課本上的知識(shí)，這樣才能對(duì)試驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析并得以解決。</p><p>　　同時(shí)在這次參賽的過(guò)程中我們還學(xué)會(huì)了如何具體的分工協(xié)作，以便充分的發(fā)揮每個(gè)人的特長(zhǎng)，protel學(xué)的好的就主要負(fù)責(zé)做

29、電路板，編程學(xué)的好的就主抓編程，動(dòng)手能力強(qiáng)的就做實(shí)驗(yàn)、調(diào)試等等。經(jīng)過(guò)半個(gè)多月的努力及老師的悉心知道我們的設(shè)計(jì)終于完成了！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]李全利.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)[M].高等教育出版社</p><p>　　[2]韓全力.微型控制技術(shù)應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社</p>&l

30、t;p>　　[3]王治剛.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)實(shí)訓(xùn)[M].清華大學(xué)出版社</p><p>　　[4]徐仁貴.單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社</p><p>　　[5]胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版，1996</p><p>　　[6]付家才.單片機(jī)控制工程實(shí)踐技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.05</p>

31、;<p>　　[7]潘新民.微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，1999.09</p><p>　　[8]蔣萬(wàn)君.在論循環(huán)時(shí)序電路的簡(jiǎn)便設(shè)計(jì)[M].機(jī)電一體化，2005第5期</p><p>　　[9]單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)與實(shí)例[M].機(jī)械工業(yè)出版社</p><p>　　[10] 夏繼強(qiáng). 單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教程[M].北京航空航天大學(xué)出版社, 2

32、001 </p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在指導(dǎo)老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下，我們的設(shè)計(jì)終于畫(huà)上了圓滿的句號(hào)。當(dāng)我敲下“致謝”兩個(gè)字時(shí)，心中無(wú)限感慨?；仨^(guò)去，一路走來(lái)，需要感謝的人太多，實(shí)在是這些簡(jiǎn)單的文字所不能表達(dá)和承載的。</p><p>　　首先誠(chéng)摯的感謝xx老師對(duì)我們的嚴(yán)格要求和悉心指導(dǎo)，xx老師淵博的

33、學(xué)識(shí)、非凡的氣質(zhì)、敬業(yè)的工作作風(fēng)、獨(dú)特的人格魅力，始終感染著我們、激勵(lì)著我們，這些都將成為寶貴的財(cái)富讓我們享用終身。肖老師不僅在學(xué)業(yè)上給我們以精心指導(dǎo)，同時(shí)還在思想上給我們以無(wú)微不至的關(guān)懷，在此謹(jǐn)向肖老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。</p><p>　　感謝所有教育過(guò)我們的老師！你們傳授給我們的專業(yè)知識(shí)是我們不斷成長(zhǎng)的源泉，也是完成本論文的基礎(chǔ)。</p><p><b>　　附錄