基于at89s52單片機(jī)的智能多用表設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　電學(xué)參數(shù)測(cè)量技術(shù)涉及范圍廣，特別是微電壓、微電流、高電壓以及待測(cè)信號(hào)強(qiáng)弱相差極大的情況下，既要保證弱信號(hào)的測(cè)量精度又要兼顧強(qiáng)信號(hào)的測(cè)量范圍，在技術(shù)上有一定的難度。傳統(tǒng)的低成本儀表在測(cè)量電壓、電阻時(shí)都采用手動(dòng)選擇檔位的方法來(lái)轉(zhuǎn)換量程。在使用中，當(dāng)忘記轉(zhuǎn)換檔位時(shí)，會(huì)造成儀表測(cè)量精度下降或損壞。 現(xiàn)代電子測(cè)量對(duì)系統(tǒng)的精度要求越來(lái)越高且

2、智能化程度也越來(lái)越高。全量程無(wú)檔自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換電壓表和電阻表是在保證測(cè)量精度不下降的前提條件下省去手動(dòng)轉(zhuǎn)換量程的工作，得到了廣泛應(yīng)用。</p><p>　　本文介紹了一種基于AT89S52單片機(jī)的智能多用表。該表能在單片機(jī)的控制下完成直流電壓、電阻和直流電流的測(cè)量。測(cè)量電流部分采用了簡(jiǎn)單的I/V轉(zhuǎn)換電路完成測(cè)試；測(cè)量電壓部分結(jié)合模擬開(kāi)關(guān)CD4051和運(yùn)算放大器OP07構(gòu)成程控放大器，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換；測(cè)量電阻部分

3、也由模擬開(kāi)關(guān)CD4051和運(yùn)算放大器OP07相結(jié)合，在單片機(jī)控制下完成了自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換。電流、電壓和電阻的最終測(cè)量信號(hào)都在單片機(jī)的控制下由12位A/D轉(zhuǎn)換器TLC2543進(jìn)行采集，采集的信號(hào)經(jīng)單片機(jī)數(shù)據(jù)處理后通過(guò)LCD（12864）顯示出來(lái)，測(cè)量結(jié)果還可以由帶有串行EEPROM的CPU存儲(chǔ)器和監(jiān)控器的X25045進(jìn)行多個(gè)數(shù)據(jù)保存。</p><p>　　關(guān)鍵詞：TLC2543 自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換 程控增益放大器 電壓　電阻

4、　電流</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The electricity parameter measuring technique involves the area to be broad, specially micro voltage, micro electric current, high voltage as we

5、ll as in testing signal strong and the puniness discrepancy enormous situation, both must guarantee the discrepancy signal the measuring accuracy and to give dual attention to the strong signal the measuring range, techn

6、ically has certain difficulty. Traditional low cost measuring appliance when measurement voltage, resistance uses the manual choice file</p><p>　　This article introduced one kind based on AT89S52 monolithic

7、integrated circuit's intelligent multipurpose meter. This meter can complete the DC voltage, the resistance and the direct current measure under monolithic integrated circuit's control. The measuring current part

8、 used the simple I/V switching circuit to complete the test; Measurement voltage part union simulation switch CD4051 and the operational amplifier OP07 constitution program control amplifier, has realized the automatic m

9、easurin</p><p>　　Key word: TLC2543 Automatic measuring Range of transformation Program control gain　Voltage Resistance Current</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　摘要．．．．．．．．

10、．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1</p><p>　　Abstract ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2</p><p>　　第一章　緒論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

11、．．．5</p><p>　　1．1　概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5</p><p>　　1．2　智能儀器/儀表國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5</p><p>　　1．3　課題研究目的及意義．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

12、．．．．．．．．6</p><p>　　第二章　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能介紹．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8</p><p>　　2．1　系統(tǒng)功能和性能指標(biāo)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8</p><p>　　2．1．1　儀表功能．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

13、．．．．．．．．．．．．8</p><p>　　2．1．2　性能指標(biāo)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8</p><p>　　2．1．3　本機(jī)特色．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8</p><p>　　2．1．4　系統(tǒng)使用說(shuō)明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

14、．．．．．．．．．．．．．．．9</p><p>　　2．2　系統(tǒng)工作原理概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9</p><p>　　第三章　方案設(shè)計(jì)與論證．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11</p><p>　　3．1　量程選擇的設(shè)計(jì)與論證．．．．．．．．．．．．．．．．

15、．．．．．．．．．．．．．．．．．11</p><p>　　3．2　譯碼顯示部分方案分析與論證．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12</p><p>　　第四章　硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13</p><p>　　4．1　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

16、．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13</p><p>　　4．2　各部分硬件設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15</p><p>　　4．2．1　量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換電壓測(cè)量原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16</p><p>　　4．2．3　在線電阻測(cè)量原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

17、．．．．．．．．．．．．18</p><p>　　4．2．3　電流測(cè)量原理及AD620的應(yīng)用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19</p><p>　　4．2．4　運(yùn)算放大器的選擇與OP07的應(yīng)用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．20</p><p>　　4．2．5 　A/D芯片TLC2543簡(jiǎn)介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2

18、1</p><p>　　4．2．6　串行存儲(chǔ)器X25045．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26</p><p>　　4．2．7　顯示部分．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．28</p><p>　　第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

19、．．．．．30</p><p>　　5．1　概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．30</p><p>　　5．2　主程序結(jié)構(gòu)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．30</p><p>　　5．3　自動(dòng)量程基本控制流程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

20、．．．．．．．．．．．．．．32</p><p>　　第六章　系統(tǒng)測(cè)試．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．33</p><p>　　6．1　實(shí)驗(yàn)條件與標(biāo)定方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．33</p><p>　　6．2　測(cè)試方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

21、．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．33</p><p>　　6．3　測(cè)量結(jié)果與分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．35</p><p>　　第七章　結(jié)束語(yǔ)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．37</p><p>　　謝 辭．．．．．．．．．．

22、．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．38</p><p>　　參考文獻(xiàn)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．39</p><p>　　附錄．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．41&

23、lt;/p><p>　　1．TLC2543讀寫(xiě)程序</p><p>　　2．X25045讀寫(xiě)程序</p><p>　　3．電壓電阻自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換測(cè)量程序</p><p><b>　　第一章　緒論</b></p><p><b>　　1．1概述</b></p><

24、p>　　在自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)和智能儀器中，如果測(cè)控信號(hào)的范圍比較寬，為了保證必要的測(cè)量精度，常會(huì)采用改變量程的辦法。改變量程時(shí)，測(cè)量放大器的增益也應(yīng)相應(yīng)地加以改變；另外, 在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，對(duì)于輸入的模擬信號(hào)一般都需要加前置放大器，以使放大器輸出的模擬電壓適合于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電壓范圍, 但被測(cè)信號(hào)變化的幅度在不同的場(chǎng)合表現(xiàn)不同動(dòng)態(tài)范圍，信號(hào)電平可以從微伏級(jí)到伏級(jí)， 模數(shù)轉(zhuǎn)換器不可能在各種情況下都與之相匹配，如果采用單一的增益放大，往往使A

25、/D 轉(zhuǎn)換器的精度不能最大限度地利用，或致使被測(cè)信號(hào)削頂飽和，造成很大的測(cè)量誤差，甚至使A/D 轉(zhuǎn)換器損壞。使用程控增益放大器就能很好地解決這些問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)量程的自動(dòng)切換，或?qū)崿F(xiàn)全量程的均一化，從而提高A/D 轉(zhuǎn)換的有效精度。因此，程控增益放大器在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)和各種智能儀器儀表中得到越來(lái)越多的應(yīng)用。</p><p>　　數(shù)字電壓、電阻和電流表是諸多數(shù)字化儀表的核心與基礎(chǔ)，電壓電阻電流表的數(shù)字化是將連續(xù)

26、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(pán)進(jìn)行讀數(shù)的方法，避免了讀數(shù)的視差和視覺(jué)疲勞。目前數(shù)字萬(wàn)用表的內(nèi)部核心部件是A／D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器的精度很大程度上影響著數(shù)字萬(wàn)用表的準(zhǔn)確度。</p><p>　　本文A／D轉(zhuǎn)換器采用TLC2543對(duì)輸入模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，控制核心AT89S52再對(duì)轉(zhuǎn)換的結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算和處理，最后驅(qū)動(dòng)輸出裝置顯示測(cè)量的信號(hào)。同時(shí)，使用了程控增益放大器很好

27、的實(shí)現(xiàn)了電壓量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換；使用模擬開(kāi)關(guān)選擇不同的量程電阻，實(shí)現(xiàn)不同電阻量程間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，使用儀用放大器AD620構(gòu)成I/V轉(zhuǎn)換電路，完成精確測(cè)量。</p><p>　　1．2智能儀器/儀表國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況</p><p>　　智能儀器/儀表是計(jì)算機(jī)技術(shù)向測(cè)量?jī)x器移植的產(chǎn)物[1]。是含有微計(jì)算機(jī)或微處理器的測(cè)量?jī)x器。由于它擁有對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、運(yùn)算、邏輯判斷及自動(dòng)化操作等功能，有著智能的作用(表現(xiàn)

28、為智能的延伸或加強(qiáng)等)，因而被稱(chēng)之為智能儀器[22]。這一觀點(diǎn)已逐漸被國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界所接受。如我國(guó)電磁測(cè)量信息處理儀器學(xué)會(huì)于1988年正式成立“自動(dòng)測(cè)試與智能儀器專(zhuān)業(yè)學(xué)組”,1986年IMECO(InternationalM easurementConfederation，國(guó)際測(cè)量聯(lián)合會(huì))以“智能儀器”為主題召開(kāi)了專(zhuān)門(mén)的討論會(huì)，IFAC (InternationalFederation of Automatic Control,國(guó)際自動(dòng)控

29、制聯(lián)合會(huì))1988年的理事會(huì)正式確立“智能元件及儀器”(In telligentC omponentsa ndI nstruments)(TC25)( C&I)為其系列學(xué)術(shù)委員會(huì)之一。此外，1989年5月在我國(guó)武漢召開(kāi)了第一界測(cè)試技術(shù)與智能儀器國(guó)際學(xué)術(shù)討論會(huì)(ISMT 1189),自從 1971年世界上出現(xiàn)了第一種微處理器(美國(guó)Intel公司4004型4位微處理器芯片)以來(lái)，微計(jì)算機(jī)技術(shù)得</p><p>

30、;　　1．3課題研究目的及意義</p><p>　　電壓（Volatage）是基本的物理量之一，對(duì)電壓進(jìn)行測(cè)量的要求是普遍存在的，無(wú)論在科學(xué)研究生產(chǎn)實(shí)踐，或是在日常生活中，人們都需要對(duì)電壓進(jìn)行測(cè)量。不僅電量，即使是非電量也常常是借助電壓測(cè)量的方法來(lái)進(jìn)行研究。數(shù)字多用表的首要功能即是對(duì)電壓進(jìn)行測(cè)量。數(shù)字電壓表是通用儀器中使用較廣泛的一種測(cè)試儀器，很多電量或非電量經(jīng)變化后都用可數(shù)字電壓表完成測(cè)試。因此，數(shù)字電壓表被廣

31、泛地應(yīng)用于科研和生產(chǎn)測(cè)試中。</p><p>　　電阻的參數(shù)測(cè)試在電子設(shè)計(jì)中是至關(guān)重要的，目前其測(cè)試基本上都采用直接測(cè)量的方式，即用萬(wàn)用表直接測(cè)試元件的兩端以測(cè)得元件參數(shù)。但通常設(shè)計(jì)者們?cè)陔娐吩O(shè)計(jì)初期只能通過(guò)理論分析計(jì)算需要的電子元件的參數(shù)，在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，需要測(cè)試更換一些電路板上的電子元件。但此時(shí)元件已經(jīng)焊接在電路板上，特別像電阻電容往往都不是分立的元件，而是和其他的元件或并、或串聯(lián)在一起，直接測(cè)試兩端的話將會(huì)

32、造成極大的誤差。傳統(tǒng)的做法是焊開(kāi)原器件再測(cè)量，以避免受板上其他元器件的影響。這不僅麻煩，測(cè)試速度低，甚至可能損傷印制板和元件。如果能夠在不焊開(kāi)其他元件的情況下準(zhǔn)確的測(cè)試元件的參數(shù)大小，則可以避免以上問(wèn)題。本文除了完成測(cè)試直流電壓電流的部分之外，還介紹了一種單片機(jī)控制的在線電阻測(cè)試（也可不在線測(cè)試），采用在線測(cè)試的“電隔離”技術(shù)，使旁路電阻、電容忽略不計(jì)，無(wú)須焊開(kāi)元件便可直接在印制板上測(cè)試元件的參數(shù)，既保持了印制板和元件的完整性，又大大提

33、高了測(cè)試速度。</p><p>　　目前, 大多數(shù)的測(cè)量?jī)x表采用手動(dòng)轉(zhuǎn)換方式, 這種量程轉(zhuǎn)換方式工作量大, 使用不方便, 當(dāng)量程選擇不當(dāng)時(shí), 會(huì)影響測(cè)量精度, 甚至損壞儀表. 因此, 研制量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換電壓電阻表具有較強(qiáng)的實(shí)用意義。在傳統(tǒng)電壓電阻測(cè)量?jī)x器中，對(duì)某一電壓或電阻的測(cè)量需要根據(jù)不同的量程進(jìn)行手動(dòng)旋鈕選擇，或即使在現(xiàn)有的一些智能儀表中，自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換通常采用繼電器的切換來(lái)選擇，優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)通阻抗小，開(kāi)路阻抗大，但

34、其存在著體積大，驅(qū)動(dòng)電流大，動(dòng)作慢，容易老化等缺點(diǎn)[21]。本系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)電阻和直流電壓自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換機(jī)制，由單片機(jī)完成對(duì)數(shù)據(jù)的計(jì)算和存儲(chǔ)等工作，實(shí)用性強(qiáng)，具有智能性。這種測(cè)量方法速度快、精度高,電路簡(jiǎn)單,判別和設(shè)置量程不會(huì)占用微處理器大量時(shí)間。在智能儀表中，普遍受到應(yīng)用。</p><p>　　第二章　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能介紹</p><p>　　2．1系統(tǒng)功能和性能指標(biāo)</p>&l

35、t;p>　　2．1．1．儀表功能</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，基于單片機(jī)的智能多用表能將測(cè)量直流電壓、電阻和直流電流于一體，能根據(jù)電壓或電阻的大小進(jìn)行不同量程間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，并且具有多個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，有超量程報(bào)警功能。電壓、電阻和電流之間的轉(zhuǎn)換一鍵可切換，簡(jiǎn)單方便。</p><p><b>　　2．1．2性能指標(biāo)</b></p><p&g

36、t;<b>　　2．1．3本機(jī)特色</b></p><p>　?。?）電壓能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換，確保良好的測(cè)量精度。</p><p>　　（2）電阻能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換，確保良好的測(cè)量精度。</p><p>　　（3）測(cè)量結(jié)果可以進(jìn)行多個(gè)數(shù)據(jù)掉電保存。</p><p>　　（4）電壓、電阻和電流之間可一鍵切換，簡(jiǎn)單方便。&l

37、t;/p><p>　　2．1．4系統(tǒng)使用說(shuō)明</p><p><b>　?。?）開(kāi)機(jī)</b></p><p>　　接通電源后系統(tǒng)復(fù)位進(jìn)入工作狀態(tài)，此時(shí)可以進(jìn)行測(cè)試。（默認(rèn)測(cè)試狀態(tài)為電阻測(cè)量）</p><p>　?。?）本系統(tǒng)設(shè)置了四個(gè)按鍵，從左到右排列為按鍵1＃、2＃、3＃、4＃。其中，按鍵1＃設(shè)定為測(cè)量數(shù)據(jù)保存鍵，每按一次

38、， 轉(zhuǎn)換X25045的EEPROM中的地址。按鍵2＃為已保存數(shù)據(jù)的讀取鍵，每按一次，可讀取已存的數(shù)據(jù)。3＃鍵數(shù)據(jù)存儲(chǔ)確認(rèn)鍵。按鍵4＃為電壓/電阻/電流切換鍵。</p><p>　　2．2系統(tǒng)工作原理概述</p><p>　　該系統(tǒng)以AT89S52單片機(jī)作為控制中心，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1－1所示。</p><p>　　圖1－1 系統(tǒng)基本工作原理方框圖</p>

39、<p>　　系統(tǒng)主要包括電壓衰減、程控增益放大電路、Rx/Vo轉(zhuǎn)換電路、I/V轉(zhuǎn)換電路、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、鍵盤(pán)控制、LCD顯示、聲光指示電路、以及控制心臟單片機(jī)。</p><p>　　進(jìn)行電壓測(cè)量時(shí)系統(tǒng)由單片機(jī)對(duì)放大倍數(shù)選擇進(jìn)行控制，可根據(jù)不同的輸入信號(hào)Vi，在程序控制下自動(dòng)選擇合適的放大倍數(shù)，達(dá)到自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換的目的，從而簡(jiǎn)化了測(cè)試工作，加快了測(cè)試速度，提高了測(cè)試的自動(dòng)化水平，體現(xiàn)出智能化。<

40、;/p><p>　　進(jìn)行電阻測(cè)量時(shí)，由模擬開(kāi)關(guān)完成量程的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，即根據(jù)被測(cè)電阻的大小，而選擇相應(yīng)的量程電阻．測(cè)量結(jié)果由電阻轉(zhuǎn)換為電壓之后，由A/D轉(zhuǎn)換器TLC2543采樣，經(jīng)單片機(jī)數(shù)據(jù)處理后由LCD12864顯示出電阻值。</p><p>　　電流的測(cè)量由儀用放大器AD620和1Ω電阻組成I/V轉(zhuǎn)換電路，結(jié)果送入TLC2543進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。</p><p>　　放大倍

41、數(shù)的選擇由模擬開(kāi)關(guān)CD4051和低失調(diào)低漂移高精度運(yùn)放OP07來(lái)完成，被測(cè)電壓衰減并自動(dòng)選擇適合的放大倍數(shù)后，由12位A/D轉(zhuǎn)換器TLC2543進(jìn)行采樣，經(jīng)單片機(jī)數(shù)據(jù)處理后由LCD12864顯示出電壓值。</p><p>　　第三章　方案設(shè)計(jì)與論證</p><p>　　3．1　量程選擇的設(shè)計(jì)與論證</p><p><b>　?、匐妷毫砍痰倪x擇</b&

42、gt;</p><p>　　對(duì)于量程的選擇，主要有一下幾種選擇方案實(shí)現(xiàn)：</p><p>　　1、采用人工選擇量程開(kāi)關(guān)，調(diào)整輸入信號(hào)幅度范圍；</p><p>　　2、采用微型繼電器選擇分壓電阻網(wǎng)絡(luò)，形成量程開(kāi)關(guān)；</p><p>　　3、采用可編程控制增益放大器；</p><p>　　4、采用運(yùn)算放大器和模擬開(kāi)關(guān)組成

43、量程開(kāi)關(guān)，進(jìn)行選擇。</p><p>　　這幾種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)。現(xiàn)比較如下。</p><p>　　方案1：采用人工選擇量程開(kāi)關(guān)，這是最簡(jiǎn)單的電路，而且最經(jīng)濟(jì)，并且完全能在輸入高頻信號(hào)時(shí)保證具有最小的信號(hào)損失，幾乎沒(méi)有寬帶和信噪比的問(wèn)題存在。但是這一方案也存在缺點(diǎn)，那就是使用不方便，而且無(wú)法完成自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換的功能。</p><p>　　方案2：采用繼電器組選擇量程。這

44、一方案實(shí)際上是用軟件控制的繼電器組代替了方案1中手動(dòng)量程開(kāi)關(guān)，有效的避免了方案1的缺點(diǎn)，但卻帶來(lái)了另一個(gè)問(wèn)題；當(dāng)量程范圍較多時(shí)，特別又有兩個(gè)通道的輸入信號(hào)要求獨(dú)立選擇量程，這就需要較多的繼電器。而且繼電器存在著體積大，驅(qū)動(dòng)電流大，動(dòng)作慢．容易老化等缺點(diǎn)。</p><p>　　方案3：采用可編程增益放大器，這一方案易于硬件與軟件的設(shè)計(jì)。但一般可編程放大器增益比較固定（如1：2：4或1：10：100），不便于量程范圍

45、的靈活選擇；且對(duì)器件（可編程增益放大器芯片）要求太高，不易選擇。</p><p>　　方案4：采用運(yùn)算放大器和模擬開(kāi)關(guān)選擇量程。這種方案綜合了上述三個(gè)方案的有缺點(diǎn)，易于硬件和軟件的設(shè)計(jì)，且增益可任選，量程范圍選擇靈活，芯片性?xún)r(jià)比也比較實(shí)惠。因此，本系統(tǒng)采用了方案4。</p><p><b>　?、陔娮枇砍痰倪x擇</b></p><p>　　實(shí)現(xiàn)

46、電阻的自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換可選擇的方案有：</p><p>　　1、采用繼電器選擇量程電阻；</p><p>　　2、采用模擬開(kāi)關(guān)選擇量程電阻。</p><p>　　方案1：采用繼電器組選擇量程。由軟件進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換，但是繼電器存著體積大，驅(qū)動(dòng)電流大，動(dòng)作慢．容易老化等缺點(diǎn)。</p><p>　　方案2：采用模擬開(kāi)關(guān)選擇量程電阻。模擬開(kāi)關(guān)

47、易于軟硬件實(shí)現(xiàn)，克服了繼電器體積大的特點(diǎn)。經(jīng)實(shí)踐，利用模擬開(kāi)關(guān)能很好的實(shí)現(xiàn)量程的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。本文采用此方案。</p><p>　　3．2譯碼顯示部分方案分析與論證</p><p>　　方案1：采用LED或字符型LCD顯示。LED可以用移位寄存器74164或者專(zhuān)用芯片MAX7219驅(qū)動(dòng)，字符型LCD也可以采用74LS164通過(guò)同步串口驅(qū)動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)是控制比較簡(jiǎn)單，而且串行顯示只占用很少的I/O口。

48、但也有一個(gè)很大的缺點(diǎn)，只能顯示一些簡(jiǎn)單的ASCII碼字符，顯示的信息量十分的有限。</p><p>　　方案2：采用帶有點(diǎn)陣型的LCD顯示。點(diǎn)陣型LCD可采用并行或串行接法，串行接法只占用CPU的兩個(gè)I/O口即可完成數(shù)據(jù)傳送。用LCD顯示，可顯示中文，顯示信息量大，可以保證良好的用戶模式。因此本系統(tǒng)采用LCD進(jìn)行電壓、電阻和電流信號(hào)的輸出顯示。</p><p>　　第四章　硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)&

49、lt;/p><p><b>　　4．1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　系統(tǒng)硬件電路如圖4－1、圖4－2、圖4－3和圖4－4所示。主控部分采用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S52單片機(jī)，它片內(nèi)有8K的ROM， 256字節(jié)的RAM以及32個(gè)I/0口，無(wú)需擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器，外部電路形式簡(jiǎn)潔。其中，X25045可對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。</p><p&g

50、t;　　電壓自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換部分由模擬開(kāi)關(guān)CD4051和高精度運(yùn)放OP07組成程控增益放大器，由單片機(jī)軟件控制以選擇適合的電壓增益，然后送入A/D轉(zhuǎn)換器。</p><p>　　在線電阻測(cè)量采用在線測(cè)試的“電隔離”技術(shù)[17]，利用運(yùn)放的基本原理，使測(cè)量電阻的旁路電阻、電容忽略不計(jì)，由模擬開(kāi)關(guān)進(jìn)行量程電阻自動(dòng)選擇，從而實(shí)現(xiàn)Rx／Vo轉(zhuǎn)換電路，完成電阻的在線測(cè)量或可用于不在線的直接測(cè)量。</p><p

51、>　　電流測(cè)量采用簡(jiǎn)單的I/V轉(zhuǎn)換電路，電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)后送入A/D轉(zhuǎn)換器。</p><p>　　為保證良好的測(cè)量精度，我們采用由12位開(kāi)關(guān)電容逐次逼近A／D轉(zhuǎn)換器TLC2543對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行采樣，送入單片機(jī)處理。TLC2543需要外部基準(zhǔn)參考電壓，為了減少A/D轉(zhuǎn)換的誤差或使A/D轉(zhuǎn)換值不跳動(dòng)，正參考電壓REF+需保證穩(wěn)定的，不應(yīng)有波動(dòng)。在此，我們選擇了MC1403。MC1403是美國(guó)摩托羅拉公司生

52、產(chǎn)的高準(zhǔn)確度、低溫漂、采用激光修正的帶隙基準(zhǔn)電壓源，其輸出基準(zhǔn)電壓為2.5 V ＋/- 25 mV。</p><p>　　顯示部分用點(diǎn)陣型LCD12864進(jìn)行顯示。其中6個(gè)發(fā)光二極管作指示作用，當(dāng)選擇相應(yīng)的量程時(shí)或按鍵起作用時(shí)，對(duì)應(yīng)的一個(gè)LED即亮。蜂鳴器起報(bào)警指示作用，當(dāng)電壓電流有超量程使用時(shí)，蜂鳴器長(zhǎng)鳴。</p><p>　　圖4－1電壓測(cè)量原理圖</p><p&g

53、t;　　圖4－2在線電阻測(cè)量原理圖</p><p>　　圖4－3電流測(cè)量原理圖</p><p>　　圖4－4 系統(tǒng)硬件主控制電路圖</p><p>　　4．2各部分硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　4．2．1　量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換電壓測(cè)量原理</p><p>　　完成電壓測(cè)量自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換的核心部分采用了程控放大器。程控放大器是智能

54、儀器的常用部件之一。為了在整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)獲取合適的分辨力，采用可變?cè)鲆娴姆糯笃鳎糯笃鞯脑鲆嬗沙绦蚩刂?，這種放大器就是程控放大器[21]。程控放大器由放大器、可變反饋電阻網(wǎng)絡(luò)和控制接口三部分組成。其原理框圖如圖4－5所示。它與普通放大器的差別在于反饋電阻網(wǎng)絡(luò)可變.受控與控制接口的輸出信號(hào)。程控放大器有同相和反相兩種。由于同相放大器具有較高的輸入阻抗，這有利于提高測(cè)量電壓準(zhǔn)確度。不過(guò)，它引入了工模電壓，因此需要使用高共模抑制比的運(yùn)算放大器

55、才能保證精度。由于選擇不同增益時(shí)，運(yùn)算放大器反向輸入端對(duì)地等效電阻的變化將引起失調(diào)偏差。設(shè)計(jì)中可通過(guò)調(diào)整放大器本身的參數(shù)或零位來(lái)消除。</p><p>　　自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換是大多數(shù)通用智能測(cè)試儀器的基本功能。自動(dòng)量程能根據(jù)測(cè)量的大小自動(dòng)選擇合適量程，以保證測(cè)量值有足夠的分辨力和準(zhǔn)確度。自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換的測(cè)量速度，是指根據(jù)被測(cè)量的大小自動(dòng)選擇合適量程并完成一次測(cè)量的速度。測(cè)量中若測(cè)量值超出當(dāng)前量程，立刻跳轉(zhuǎn)到最高量程，測(cè)得

56、的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，選擇合適的量程再進(jìn)行測(cè)量;如果沒(méi)有超出，也應(yīng)該進(jìn)行處理，選擇一個(gè)最佳的量程來(lái)測(cè)量。選定量程后，應(yīng)在該量程繼續(xù)測(cè)量，直到發(fā)現(xiàn)過(guò)載或被測(cè)量低于降量程的值。為了保證自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換的確定性，(確定性是指在升降量程時(shí)，不應(yīng)該發(fā)生在兩個(gè)相鄰量程間反復(fù)選擇的現(xiàn)象)。這種情況的出現(xiàn)是由于分檔差的存在所造成的。量程選擇的不確定性可以通過(guò)給定升降闡值回差的方法來(lái)解決。這里適當(dāng)減小降量程閩值的方法來(lái)消除這種不確定，這里采用分檔誤差的絕對(duì)值之和

57、小于0. 5%。</p><p>　　圖4－5程控放大器原理框圖</p><p>　　本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的程控放大器（自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換部分）如圖4－1所示。該電路由輸入失調(diào)電壓小、溫漂和時(shí)漂小、低噪聲的集成運(yùn)算放大器OPO7和模擬電子開(kāi)關(guān)CD4051組成，其增益由CD4051A、B、C三端的數(shù)字量來(lái)控制。由于模擬電子開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通電阻R以及它的不穩(wěn)定性一直是影響程控放大器放大精度的癥結(jié)所在。所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)

58、中將切換量程電阻和模擬電子開(kāi)關(guān)置于OP07運(yùn)放的閉環(huán)回路中，這樣就利用了運(yùn)放的高增益特性和反饋性，使模擬電子開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通電阻及其溫度系數(shù)對(duì)放大器增益的影響基本上得以消除，而放大器的增益A僅取決于反饋電阻Rf和R0。Al=－Rf／R0，A2=－1，放大器的總增益A=A1*A2=Rp／R 0。A2的作用是將電壓信號(hào)進(jìn)行反相，以保證給A/D的信號(hào)是正電壓。當(dāng)我們將Rf選用多圈可調(diào)電阻時(shí)。圖4－5所示的電路就形成了多量程控制的放大器。當(dāng)CD405

59、1的C、B、A 端給定為O00、001、010、0ll時(shí)，調(diào)節(jié)各個(gè)電位器的電阻使得放大器的總增益A分別為200、100、20、2、0.4、0.18使之與量程100mV、200mV、10V、50V、110V一一對(duì)應(yīng)。</p><p>　　為能保證測(cè)量110V這么大的電壓，我們?cè)陔娐分袑⒈粶y(cè)電壓統(tǒng)一經(jīng)過(guò)一個(gè)1/10的衰減器。為提高輸入阻抗，減小前級(jí)電路的影響，我們加入了電壓跟隨器，進(jìn)行阻抗變換，以減小測(cè)量誤差。<

60、;/p><p>　　實(shí)現(xiàn)電壓電阻自動(dòng)量程的轉(zhuǎn)換的核心部分主要由模擬電子開(kāi)關(guān)CD4051來(lái)完成。CD4051在單片機(jī)的控制下，接通或斷開(kāi)相應(yīng)的開(kāi)關(guān)S，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字信號(hào)控制模擬信號(hào)。CD4051引腳[21]如圖4－6。</p><p>　　圖4－6　CD4051結(jié)構(gòu)及引腳圖</p><p>　　對(duì)應(yīng)的真值表如表1。</p><p>　　表1：CD405

61、1真值表</p><p>　　4．2．2　在線電阻測(cè)量原理</p><p>　　我們?cè)谡{(diào)試、檢測(cè)和維修電路板時(shí)，往往需要測(cè)量印刷電路板上的電阻數(shù)值。傳統(tǒng)的做法是將被測(cè)試的元件從印刷電路板上焊開(kāi)后再測(cè)量，以避免受板上其他元器件的影響。這種測(cè)量方法不僅麻煩，而且測(cè)試速度低，甚至可能損壞印刷電路板和元器件。本文利用單片機(jī)控制的電阻在線測(cè)試技術(shù)，該技術(shù)無(wú)需從電路板上焊開(kāi)元器件便可直接測(cè)量各元件的參

62、數(shù)，既保持了印刷電路板的完好無(wú)損，又大大提高了測(cè)量精度和速度。利用此原理也可做不在線測(cè)量的直接測(cè)量。</p><p>　　電阻在線測(cè)試的過(guò)程是：將被測(cè)電阻Rx通過(guò)Rx/Vo轉(zhuǎn)換電路，將Rx轉(zhuǎn)換為直流輸出電壓Vo，經(jīng)過(guò)量程選擇按鍵K，送入A/D轉(zhuǎn)換器，將模擬電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，送到單片機(jī)系統(tǒng)[17]。單片機(jī)根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)，選擇最佳的量程，并控制量程轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，選擇合適的基準(zhǔn)電阻，實(shí)現(xiàn)量程的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。</p>

63、<p>　　在線電阻測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)是Rx/Vo轉(zhuǎn)換器，Rx即在線電阻，無(wú)論多么復(fù)雜，總可以把與Rx相并聯(lián)的元件等效為兩只互相串聯(lián)的電阻R1和R2，由此構(gòu)成三角形電阻網(wǎng)絡(luò)，基本原理圖如圖4－7所示，Ro為量程電阻，只要使R1兩端呈等電位，此時(shí)U1＝0，則R1相當(dāng)開(kāi)路，R2變成運(yùn)放的負(fù)載電阻，R1和R2就不起分流作用，這樣即可直接測(cè)量Rx的阻值。E為測(cè)試電壓，Is為測(cè)試電流。設(shè)流過(guò)Rx、R1的電流分別為Ix、I1。</p

64、><p>　　根據(jù)基爾霍夫定律可知：Is=Ix+I1</p><p>　　又根據(jù)“虛地”原理，Uod=I1R1=0,故I1約等于0，亦可忽略不計(jì)，由此得到：</p><p><b>　　Is=Ix</b></p><p>　　再考慮到C點(diǎn)接地，d為虛地，因此Is=E/Ro</p><p><b&

65、gt;　　進(jìn)而推導(dǎo)出</b></p><p>　　Ux=IxRx=IsRx=(E/Ro)Rx</p><p>　　顯然，只要用數(shù)字電壓表測(cè)出Rx兩端的壓降Ux,就能求出Rx值。這就是在線測(cè)量電阻的基本原理。</p><p>　　圖4－7：在線電阻測(cè)量原理</p><p>　　本系統(tǒng)通過(guò)CD4051來(lái)選擇不同的量程電阻（如上圖4－2

66、），在單片機(jī)控制下完成自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換，具有速度快，精度高的特點(diǎn)。</p><p>　　4．2．3　電流測(cè)量原理及AD620的應(yīng)用</p><p>　　AD620是一個(gè)低價(jià)格、低功耗、高精度儀器表用放大器，它采用8引腳SOIC封裝和DIP封裝，由于尺寸小、功耗低特別適用于電池供電、便捷式應(yīng)用場(chǎng)合[24]。</p><p>　　AD620具有很高的精度，它的最大非線性失真

67、為40ppm，最大失調(diào)電壓為50uv,最大失調(diào)漂移為0.6uv/℃,它常用于精確的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。它的增益方程式為：，通過(guò)調(diào)節(jié)外部電阻Rg即可方便調(diào)節(jié)放大倍數(shù)。本文中只取增益1，所以不用外接電阻。</p><p>　　AD620的主要特性：</p><p>　?。?）僅需一個(gè)外接電阻即可獲得1－1000內(nèi)的增益，適用方便。</p><p>　?。?）工作電壓范圍極寬士

68、2.3V－士18V。</p><p>　?。?）最大偏置電流20mA。</p><p>　?。?）最小共模抑制比為93dB（G=10）。</p><p>　?。?）帶寬120Hz.</p><p>　　AD620的引腳圖如圖4－8。</p><p>　　圖4－8 AD620引腳圖</p><p>

69、;　　在設(shè)計(jì)中，測(cè)量電流部分使用了AD620完成I/V轉(zhuǎn)換，它能保證在電阻R上的壓降完全能被A/D采樣，完成電流測(cè)量。該電路具有很高的測(cè)量精度。其原理圖如圖4－4所示。測(cè)量原理為：V＝IR,I=V/R。R已知，求出V，即可知道被測(cè)的電流I。</p><p>　　4．2．4　運(yùn)算放大器的選擇與OP07的應(yīng)用</p><p>　　通常，檢測(cè)信號(hào)的放大采用集成運(yùn)算放大器。運(yùn)算放大器可以實(shí)現(xiàn)模擬信

70、號(hào)的加、減、微分、積分等運(yùn)算[6]。運(yùn)算放大器電壓增益高，輸入阻抗大，輸出阻抗小，根據(jù)負(fù)反饋電路的接法，可以實(shí)現(xiàn)反相運(yùn)算、同相運(yùn)算和差動(dòng)運(yùn)算等。由于經(jīng)傳感器變換后的模擬電壓信號(hào)有時(shí)是很微弱的微伏級(jí)信號(hào)，而一般的通用放大器都具有毫伏級(jí)的失調(diào)電壓和每度數(shù)微伏的溫度漂移，顯然是不能用于放大微弱信號(hào)的。因此在設(shè)計(jì)中要采用高精度運(yùn)算放大器或測(cè)量放大器。</p><p>　　在設(shè)計(jì)中，我采用了OP-07高精度運(yùn)算放大器[10

71、]。八管腳DIP(雙列直插)封裝。它有A. D . C . E各檔，具有極低的失調(diào)電壓和偏置電流(0.7nA)，他的溫漂系數(shù)為0.2uv/℃，長(zhǎng)期穩(wěn)定性能指標(biāo)為0. 2uV/每月。OP-07具有較高的共模輸入范圍(士14V)，共模抑制比CMRR=126dB以及極寬的供電電源范圍(從士3V-士18V)。</p><p>　　下表為OP07特性表2。</p><p>　　表2：OP07特性表&

72、lt;/p><p>　　經(jīng)實(shí)驗(yàn)，OP07能很好的實(shí)現(xiàn)放大作用，而且失調(diào)電壓可以通過(guò)電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)，以保證良好的測(cè)量精度。在電路中，使用的大都是OP07。</p><p>　　4．2．5 　A/D芯片TLC2543簡(jiǎn)介</p><p>　　模塊采用TI公司的12位串行A/D轉(zhuǎn)換器TLC2543，使用開(kāi)關(guān)電容逐次逼近技術(shù)完成A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程[20]。由于是串行輸入結(jié)構(gòu)，能夠節(jié)

73、省51系列單片機(jī)I/O資源，且價(jià)格適中。TLC2543在要求多通道模擬輸入、高精度A/D轉(zhuǎn)換的電路設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用，如多通道輸入的智能測(cè)量?jī)x表便使用它。</p><p>　　4．2．5．1　TLC2543的特點(diǎn)、引腳及功能</p><p>　?。?）12位分辨率A/D轉(zhuǎn)換器；</p><p>　?。?）在工作溫度范圍內(nèi)10us轉(zhuǎn)換時(shí)間；</p>&l

74、t;p>　　（3）11個(gè)模擬輸入通道；</p><p>　　（4）3路內(nèi)置自測(cè)試方式；</p><p>　?。?）采樣率為66kbps；</p><p>　?。?）線性誤差+1LSB（max）</p><p>　　（7）有轉(zhuǎn)換結(jié)束（EOC）輸出；</p><p>　　（8）具有單、雙極性輸出；</p>

75、<p>　　（9）可編程的MSB或LSB前導(dǎo)；</p><p>　?。?0）可編程的輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。</p><p>　　TLC2543的引腳排列如圖4－9所示。</p><p>　　TLC2543引腳功能表如表3。</p><p><b>　　表3：引腳功能表</b></p><p>

76、;　　圖4－9　TLC2543的引腳排列</p><p>　　圖4－10 TLC2543的工作時(shí)序圖</p><p>　　從TLC2543的工作時(shí)序圖可知，它的工作過(guò)程分兩階段：I/O周期和A/D周期。</p><p><b>　　（1）I/O周期：</b></p><p>　　當(dāng)=0期間為I/O周期。在這期間TLC2

77、543做兩件事：一是通過(guò)DATA IN腳輸入8位可編程數(shù)據(jù)；二是DATA OUT腳向單片機(jī)輸出已A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)。</p><p>　?、?通過(guò)DATA IN腳輸入的8位可編程數(shù)據(jù)</p><p>　　D7、D6、D5、D4這四位可編程數(shù)據(jù)是0#~10#這11個(gè)通道中下一輪要作A/D轉(zhuǎn)換的通道號(hào)。</p><p>　　例如D7D6D5D4的數(shù)值為0000，則下一輪

78、要選擇0#通道進(jìn)作A/D轉(zhuǎn)換。如下一輪要選擇第10#通道，則D7D6D5D4的數(shù)值為1010。</p><p>　　如果D7D6D5D4的數(shù)值范圍在0000~1010之間變化，若不需要全部11個(gè)通道，可以在C51程序的循環(huán)語(yǔ)句中設(shè)好循環(huán)初值、終值便可減少所選的通道數(shù)。</p><p>　　設(shè)ch是A/D轉(zhuǎn)換的通道號(hào)，而且僅需3?！?＃共4個(gè)通道作模擬輸入，則設(shè)ch的循環(huán)初值為3，循環(huán)終值為

79、6即可。</p><p>　　D3、D2這兩位用于選擇輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。按D3、D2這兩位取值的不同，輸出數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度可選8位、12位、16位。</p><p>　　當(dāng)D3D2=01，輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為8位，只取A/D轉(zhuǎn)換值的高8位，舍去低4位，以提高轉(zhuǎn)換速度，但降低了轉(zhuǎn)換精度。</p><p>　　D3D2=10，輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為12位，就取TLC2543的A/D轉(zhuǎn)換原始數(shù)據(jù)

80、（12位）。</p><p>　　D3D2=11，輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為16位，將TLC2543的A/D轉(zhuǎn)換原始數(shù)據(jù)（12位）置于16位數(shù)據(jù)的高12位，而低4位補(bǔ)0，這種輸出數(shù)據(jù)格式在實(shí)際應(yīng)用中較常用。</p><p>　　D1位是輸出數(shù)據(jù)格式選擇位，當(dāng)D1=0，先輸出A/D轉(zhuǎn)換原始數(shù)據(jù)的高8位，然后再輸出余下的低位字節(jié)。</p><p>　　D1=0，則是先輸出A/D轉(zhuǎn)換

81、原始數(shù)據(jù)的低8位，然后再輸出余下的高位字節(jié)。</p><p><b>　　建議使用前者。</b></p><p>　　D0位是轉(zhuǎn)換結(jié)果單/雙極性選擇位，當(dāng)D0=1，轉(zhuǎn)換的結(jié)果為單極性表示，當(dāng)D0=0，轉(zhuǎn)換結(jié)果為雙極性表示。</p><p>　　例如單極性轉(zhuǎn)換結(jié)果，12位A/D值是0～4095，即000H～FFFH。</p><

82、;p>　　由時(shí)序圖圖4－10中可知，在I/O周期的前8個(gè)時(shí)鐘周期里為單片機(jī)把8位可編程數(shù)據(jù)通過(guò)TLC2543的DATA IN腳輸入到內(nèi)部的輸入寄存器去。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)時(shí)鐘脈沖的上跳沿到來(lái)，便將8位可編程數(shù)據(jù)的D7位輸入TLC2543，8個(gè)時(shí)鐘脈沖后8位可編程數(shù)據(jù)輸入完畢。</p><p>　?、?從DATA OUT腳輸出A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)</p><p>　　由工作時(shí)序圖可知，在I/O周期的第

83、一個(gè)時(shí)鐘周期的上跳沿就開(kāi)始輸出數(shù)據(jù)，以輸出16位數(shù)據(jù)為例，前8個(gè)時(shí)鐘周期輸出高8位數(shù)據(jù)，后8個(gè)時(shí)鐘周期輸出低8位數(shù)據(jù)。</p><p>　　不要產(chǎn)生這樣的錯(cuò)覺(jué)：</p><p>　　例如，設(shè)在本I/O周期輸入的可編程數(shù)據(jù)的D7、D6、D5、D4＝0011，即3＃通道，便以為在本I/O周期輸出的A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)就是3＃通道的，這是不對(duì)的，在本I/O周期輸出的A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)是上一通道的A/D轉(zhuǎn)換

84、數(shù)據(jù)！ </p><p>　　還要注意的是：在I/O周期，DATA IN與DATA OUT是同步進(jìn)行的，由于DATA OUT最大長(zhǎng)度可達(dá)16位，所以I/O周期需要16個(gè)時(shí)鐘周期，而DATA IN輸入的數(shù)據(jù)只有8位，所以只需要前8個(gè)時(shí)鐘周期。</p><p>　　（2）A/D轉(zhuǎn)換周期</p><p>　　當(dāng)=1期間，為A/D轉(zhuǎn)換周期。在這期間TLC2543對(duì)上次選擇的

85、通道號(hào)的數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，而DATA OUT輸出端為高阻態(tài)，讓出數(shù)據(jù)總線使用權(quán)。</p><p>　　4．2．5．2　TLC2543與單片機(jī)的接線圖</p><p>　　圖4－11是TLC2543與單片機(jī)以及模擬輸入放大電路的連接原理圖。 </p><p>　　圖4－11 TLC2543與單片機(jī)的接線圖</p><p>　　在圖中有幾點(diǎn)要

86、注意：</p><p>　　REF+腳是TLC2543的正參考電壓輸入腳，REF-是負(fù)參考電壓輸入腳。當(dāng)使用單極性時(shí)，REF-接地，而REF+接正參考電壓。</p><p>　　為了減少A/D轉(zhuǎn)換的誤差或使A/D轉(zhuǎn)換值不跳動(dòng)，正參考電壓REF+</p><p>　　應(yīng)是很穩(wěn)定的，不應(yīng)有波動(dòng)，為此，REF+應(yīng)接精密穩(wěn)壓電源器件如TL431或MC1403等。我們采用MC

87、1403作為基準(zhǔn)電壓。</p><p>　　4．2．5．3　MC1403簡(jiǎn)介</p><p>　　在此，簡(jiǎn)單介紹一下MC1403。</p><p>　　MC1403是美國(guó)摩托羅拉公司生產(chǎn)的高準(zhǔn)確度、低溫漂、采用激光修正的帶隙基準(zhǔn)電壓源，國(guó)產(chǎn)型號(hào)為5G1403和CH1403。它采用DIP－8封裝，引腳排列如圖4－11所示。UI＝＋4.5V～＋15V，UO＝2.500V

88、（典型值），αT可達(dá)10×10－6/℃。為了配8P插座，還專(zhuān)門(mén)設(shè)置了5個(gè)空腳。其輸出電壓UO＝Ug0(R3＋R4)/R4＝1.205×2.08＝＋2.5V。 　　輸出電壓: 2.5 V ＋/- 25 mV 　　輸入電壓范圍: 4.5 V to 40 V 　　輸出電流: 10 mA 　　芯片引腳圖如圖4－12： 　　　　　　　　</p><p>　　圖4－12　M1403引腳圖　　因

89、為輸出是固定的，所以電路很簡(jiǎn)單。就是Vin接電源輸入，GND接底，Vout加一個(gè)0.1uf~1uf的電容就可以了。 Vout一般用作8～12bit的A/D芯片的基準(zhǔn)電壓。</p><p>　　表4：MC1403的輸入-輸出特性</p><p>　　當(dāng)UI從10V降至4.5V時(shí)，UO只變化0.0001V，變化率僅為－0.0018％。 4．2．6　串行存儲(chǔ)器X25045</p>

90、<p>　　X25045是美國(guó)Xicor公司的生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化8腳集成電路，它將看門(mén)狗定時(shí)器、電壓監(jiān)控、EEPROM三種功能組合在單個(gè)芯片之內(nèi)，大大簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的可靠性，減少了對(duì)印制電路板的空間要求，降低了成本和系統(tǒng)功耗.其看門(mén)狗定時(shí)器和電壓監(jiān)控功能能對(duì)系統(tǒng)起到保護(hù)的作用，并提高芯片本身的抗干擾的能力，使之更有效發(fā)揮其作為EEPROM的功能，是一種理想的單片機(jī)外圍芯片[13]。</p><p>

91、;<b>　　(1)看門(mén)狗</b></p><p>　　看門(mén)狗定時(shí)器對(duì)微控制器提供了獨(dú)立的保護(hù)系統(tǒng)。它提供了三種定時(shí)時(shí)間，可用編程選擇200ms，600ms,和1.4s，在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)如果沒(méi)有對(duì)X25045進(jìn)行訪問(wèn)，則看門(mén)狗以RESET信號(hào)做輸出響應(yīng)，即變?yōu)楦唠娖?，延時(shí)200ms以后RESET由高電平變?yōu)榈碗娖健?lt;/p><p><b>　　(2)電壓監(jiān)控&

92、lt;/b></p><p>　　上電時(shí)，電源電壓超過(guò)4.5V后，經(jīng)過(guò)約200ms的穩(wěn)定時(shí)間后RESET信號(hào)由高電平變?yōu)榈碗娖?。掉電時(shí)，電源電壓低過(guò)4.5V時(shí)，RESET信號(hào)立刻變?yōu)楦唠娖讲⒁恢北３值诫娫椿謴?fù)到穩(wěn)定為止。</p><p>　　(3)X25045的存儲(chǔ)器部分是CMOS的4096位串行內(nèi)部EEPROM，它在內(nèi)部按512X8來(lái)組織。采用三線總線工作的串行接口一次最多可寫(xiě)四個(gè)

93、字節(jié)。</p><p>　　X25045引腳及功能：</p><p>　　X25045的引腳圖如圖4－13所示</p><p>　　圖4－13 5045引腳圖</p><p><b>　　其引腳功能如下：</b></p><p><b>　　CS：片選擇輸入；</b><

94、/p><p>　　SO：串行輸出，數(shù)據(jù)由此引腳逐位輸出；</p><p>　　SI：串行輸入，數(shù)據(jù)或命令由此引腳逐位寫(xiě)入X25045；</p><p>　　SCK：串行時(shí)鐘輸入，其上升沿將數(shù)據(jù)或命令寫(xiě)入，下降沿將數(shù)據(jù)輸出；</p><p>　　WP：寫(xiě)保護(hù)輸入。當(dāng)它低電平時(shí)，寫(xiě)操作被禁止；</p><p><b>

95、;　　Vss：地；</b></p><p><b>　　Vcc：電源電壓；</b></p><p>　　RESET：復(fù)位輸出。</p><p>　　X25045與AT89S52的接口電路：</p><p>　　X25045與微處理器的硬件接口非常方便，圖4－14是該芯片與ATMEL公司生產(chǎn)的高性能AT89S5

96、2單片機(jī)的接口電路[12]。</p><p>　　圖4－14　X25045與AT89S52接口電路</p><p>　　該電路中的P20、P21、P22、P23、RESET為單片機(jī)的接口，其中RESET接到單片機(jī)的手動(dòng)復(fù)位電路中，同時(shí)，該電路為AT89S52擴(kuò)展了上電復(fù)位、手動(dòng)復(fù)位、電源電壓監(jiān)控、可編程看門(mén)狗定時(shí)器、串行EEPROM等功能。</p><p>　　X2

97、5045內(nèi)部集成了512BEEPROM和電壓運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng)，只需這樣一塊芯片，外加晶振和復(fù)位電路就可以組成單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)，非常適合于便攜式儀器和嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。</p><p>　　本系統(tǒng)采用該芯片設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)模塊，能將被測(cè)電壓、電流和電阻信號(hào)存儲(chǔ)在X25045的EEPROM中。由X25045組成的系統(tǒng)，使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，提高了產(chǎn)品的可靠性，降低了成本。</p><p>　　4．2．7　顯

98、示部分</p><p>　　本顯示電路采用了液晶顯示（LCD）模塊，如圖4－4所示。</p><p>　　液晶顯示器（LCD）是一種功耗極低的顯示器件，它廣泛應(yīng)用于便攜式電子產(chǎn)品中，它不僅省電，而且能夠顯示大量的信息，如文字、曲線、圖形等，其顯示界面較之?dāng)?shù)碼管有了質(zhì)的提高。近年來(lái)液晶顯示技術(shù)發(fā)展很快，LCD顯示器已經(jīng)成為僅次于顯象管的第二大顯示產(chǎn)業(yè)。</p><p>

99、;　　液晶顯示器有以下顯著特點(diǎn)。</p><p>　　（1）低壓微功耗：工作電壓只有 3～5V，工作電流只有幾個(gè) 。因此它成為便攜式和手持儀器儀表的顯示屏幕。</p><p>　?。?）平板型結(jié)構(gòu)：LCD顯示器內(nèi)由兩片平行玻璃組成的夾層盒，面積可大可小，且適合于大批量生產(chǎn)，安裝時(shí)占用體積小，減小了設(shè)備體積。</p><p>　?。?）被動(dòng)顯示：液晶本身不發(fā)光，而是靠

100、調(diào)制外界光進(jìn)行顯示。因此適合人的視覺(jué)習(xí)慣，不會(huì)使人眼睛疲勞。</p><p>　?。?）顯示信息量大：LCD顯示器，其像素可以做得很小，相同面積上可容納更多信息。</p><p><b>　　（5）易于彩色化</b></p><p>　?。?）沒(méi)有電磁輻射：在其顯示期間不會(huì)產(chǎn)生電磁輻射，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，有利于人體健康。</p>&l

101、t;p>　?。?）壽命長(zhǎng)：LCD器件本身無(wú)老化問(wèn)題，壽命極長(zhǎng)。</p><p>　　本系統(tǒng)用單片機(jī)的接口與點(diǎn)陣圖形型LCD相連，采用串行輸入方式。只用兩條線可完成數(shù)據(jù)傳輸，大大節(jié)省了單片機(jī)I/O口。</p><p>　　第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p><b>　　5．1概述</b></p><p>　　整個(gè)系

102、統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)硬件基本定型后，軟件的功能也就基本定下來(lái)了。從軟件的功能不同可分為兩大類(lèi)：一是監(jiān)控軟件（主程序），它是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，專(zhuān)門(mén)用來(lái)協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系。二是執(zhí)行軟件（子程序），它是用來(lái)完成各種實(shí)質(zhì)性的功能如測(cè)量、計(jì)算、顯示等。每一個(gè)執(zhí)行軟件也就是一個(gè)小的功能執(zhí)行模塊。</p><p><b>　　5．2主程序結(jié)構(gòu)</b></p>

103、<p>　　主程序調(diào)用了5個(gè)子程序，分別是LCD顯示程序、A/D采樣程序、EEPROM存儲(chǔ)程序、電壓電阻量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換程序、電流測(cè)量程序。</p><p>　　A/D采樣程序：對(duì)被測(cè)電壓進(jìn)行數(shù)字化處理。</p><p>　　LCD顯示程序：向LCD的顯示送數(shù)據(jù)，控制系統(tǒng)的顯示部分。</p><p>　　EEPROM程序：對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。</p>

104、;<p>　　量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換程序：實(shí)現(xiàn)各量程電壓電阻間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。</p><p>　　電流測(cè)量程序：完成對(duì)電流信號(hào)的數(shù)據(jù)處理。</p><p>　　程序結(jié)構(gòu)圖如圖5－1所示．</p><p>　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)總流程圖5－2所示。</p><p>　　圖5－1各程序結(jié)構(gòu)關(guān)系圖</p><p>　　圖5－2　系統(tǒng)

105、總流程圖</p><p>　　5．3　自動(dòng)量程基本控制流程</p><p>　　自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換程序流程圖如圖5－3所示：</p><p>　　圖5－3　自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換程序流程圖</p><p><b>　　第六章　系統(tǒng)測(cè)試</b></p><p>　　系統(tǒng)在硬件設(shè)計(jì)和軟件編程完成后進(jìn)入調(diào)試階段，調(diào)試部

106、分的工作主要包括直流電壓的測(cè)量、直流電流的測(cè)量和電阻的測(cè)量，以及存儲(chǔ)芯片的正常存儲(chǔ)。</p><p>　　6．1實(shí)驗(yàn)條件與標(biāo)定方法</p><p>　　不同的實(shí)驗(yàn)條件下所獲得的數(shù)據(jù)是有區(qū)別的，因此盡可能選擇與本多用表實(shí)際類(lèi)似的環(huán)境和條件來(lái)采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。</p><p>　　本系統(tǒng)測(cè)量的實(shí)驗(yàn)條件：</p><p><b>　　溫度：室

107、溫</b></p><p>　　電源：直流5V，士12V</p><p>　　設(shè)備：型號(hào)為GPS－2303C的電壓電流源</p><p>　　四位半數(shù)字萬(wàn)用表VC9807A</p><p><b>　　2％金屬膜電阻若干</b></p><p>　　本多用表由GPS－2303C提供直流

108、電壓電流，標(biāo)定值為四位半數(shù)字萬(wàn)用表VC9807A測(cè)量所得的值。</p><p>　　電阻測(cè)量選擇10M以下的精度2％的金屬膜電阻來(lái)測(cè)量?，F(xiàn)用VC9807A萬(wàn)用表測(cè)量，所得的值作為標(biāo)定值，之后在用本多用表進(jìn)行測(cè)量。</p><p><b>　　6．2測(cè)試方法</b></p><p><b>　?。?）電壓的測(cè)量</b><

109、;/p><p>　　將測(cè)試端子插入電壓測(cè)試端，系統(tǒng)開(kāi)機(jī)情況下，通過(guò)按鍵4＃選擇電壓測(cè)試模式，此時(shí)LCD第一行顯示“當(dāng)前測(cè)量電壓”。之后，只要將待測(cè)電壓的正負(fù)端和本機(jī)的正負(fù)端對(duì)應(yīng)接上，即可進(jìn)行電壓測(cè)量。</p><p><b>　?。?）電流的測(cè)量</b></p><p>　　將測(cè)試端子插入電流測(cè)試端，系統(tǒng)開(kāi)機(jī)情況下，通過(guò)按鍵4＃選擇電流測(cè)試模式，此

110、時(shí)LCD第一行顯示“當(dāng)前測(cè)量電流”。之后，只要將待測(cè)電流的正負(fù)端和本機(jī)的正負(fù)端對(duì)應(yīng)接上，即可進(jìn)行電流測(cè)量。</p><p><b>　?。?）電阻的測(cè)量</b></p><p>　　將測(cè)試端子插入電阻測(cè)試端，系統(tǒng)開(kāi)機(jī)情況下，通過(guò)按鍵4＃選擇電阻測(cè)試模式，此時(shí)LCD第一行顯示“當(dāng)前測(cè)量電阻”。之后，即可進(jìn)行電阻測(cè)量。</p><p>　　直流電壓

111、、直流電流和電阻的測(cè)量結(jié)果對(duì)比如表5所示。　　</p><p>　　表5：準(zhǔn)確度標(biāo)定后數(shù)據(jù)測(cè)量結(jié)果對(duì)比</p><p>　　6．3測(cè)量結(jié)果與分析</p><p>　　通過(guò)表5所列的測(cè)量數(shù)據(jù)可以看出：</p><p>　　進(jìn)行電壓測(cè)量時(shí)，在1V以下小量程電壓測(cè)量的測(cè)量誤差大多能小于5mV以?xún)?nèi)，確保了量好的精度。由于測(cè)試電壓源的不穩(wěn)定性加上本系統(tǒng)