電氣自動化畢業(yè)論文---數(shù)字電壓表

1、<p><b>　　畢業(yè)設計（論文）</b></p><p><b>　　數(shù)字電壓表</b></p><p>　　學生姓名 </p><p>　　系 （部） 電氣信息工程系 </p><p>　　專 業(yè) 電氣自動化技術 </p>

2、<p>　　指導教師 </p><p>　　2009年5月20日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　數(shù)字電壓表（Digital Voltmeter）簡稱DVM，它是采用數(shù)字化測量技術，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)字化時代的需求，采用單片機的數(shù)字電壓表，由精度高、抗干擾能力強，可擴展性強、集成方便，還可與PC進行實時通信。目前，由各種單片A/D 轉(zhuǎn)換器構成的數(shù)字電壓表，已被廣泛用于電子及電工測量、工業(yè)自動化儀表、自動測試系統(tǒng)等智能化測量領域，示出強大的生命力。與此同時，由DVM擴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量技術提高到嶄新水平。</p><p>

4、　　本設計主要是以AT89C4051單片機為核心的電壓測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠在單片機的控制下完成對電壓信號采集，能夠根據(jù)采樣值進行量程自動轉(zhuǎn)換，并且測量結(jié)果可通過四個數(shù)碼管顯示出來。 </p><p><b>　　關鍵詞：</b></p><p>　　AT89C4051單片機 數(shù)字電壓表 CD4051模擬開關 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. 設計方案3</b></p>

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

11、<p><b>　　2.4復位電路6</b></p><p><b>　　2.5顯示電路7</b></p><p><b>　　3.軟件設計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9</b></p><p><b>　　參考文獻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單，人為誤差和系統(tǒng)誤差都比較大，攜帶不方便等缺點，已經(jīng)不能滿足數(shù)字化時代人們的需求，而本次設計的基于單片機數(shù)字電壓表，有精度高，抗干擾能力強，集成方便，可以進行直流和交流兩種測量功能，并且量程可已自動切換等優(yōu)勢。</p><p>　　論文首先介紹了基于AT89C4051單片機的數(shù)字電壓表

14、系統(tǒng)硬件設計。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、單片機及其周邊電路、顯示電路、聲音報警電路等組成。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>　　設計方案</b></p>

15、<p><b>　　1.1 設計思路</b></p><p>　　該數(shù)字電壓表有兩個選擇開關，分別為S2、S3，其中S2控制直流電壓信號的輸入，S3控制交流電壓信號的輸入。S1為單片機復位按鈕，K1為繼電器，控制交、直流的自動轉(zhuǎn)換。電路采用AT89C4051的計數(shù)器功能實現(xiàn)對脈沖信號的計數(shù)，通過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。本設計思路清晰，電路簡單，易于實現(xiàn)。</p><p>　　1.2 系統(tǒng)設計方框圖</p><p>　　基于設計思路，總體方框圖如圖1所示</p><p>　　電路初始化后首先通過開關S2、S3選擇模擬開關的110通道和111通道，輸出的電壓信號經(jīng)過壓頻變換后送給單片機進行計脈沖數(shù)目，通過單片機進行處理后，輸出到顯示電路

17、，同時相應的數(shù)碼管DS2、DS3點亮，表示電壓表正常工作。當直流或交流表測量值超過量程時，報警器就會發(fā)出報警聲。</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總體電路設計</b></p><p>　　數(shù)字電壓表總體

18、設計硬件原理圖見附錄1。</p><p>　　本系統(tǒng)根據(jù)輸入量由繼電器自動控制開關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送給模擬開關CD4051,并且由單片機89C4051控制模擬開關的交、直流通道，然后把該信號送給壓頻變換電路LM331N把輸入的電壓信號轉(zhuǎn)變成頻率脈沖數(shù)送交單片機進行計數(shù)，最后把記得的脈沖數(shù)進行處理送數(shù)碼管顯示，同時對應的指示燈被點亮。如果被測電壓超過電壓表的量程電壓

19、表會自動報警。</p><p><b>　　2.2信號采集電路</b></p><p>　　該部分電路包括直流電壓信號采集電路和交流電壓信號采集電路兩部分。</p><p>　　直流電壓信號采集電路如圖2所示，in為被測直流電壓信號輸入端，輸入電壓經(jīng)R1、R2分壓后送給電壓跟隨器U1然后與基準電壓一起送進同向加法器OP07相加后送給模擬開關CD

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

21、</p><p>　　圖3：交流電壓信號采集電路</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)換電路將模擬開關送人的電壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率信號送給單片機P0口進行數(shù)據(jù)處理與顯示如圖4 所示,由LM331 的VIN 端輸入的待測電壓信號,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系,關系式為</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復位電路</b></p><p>　　復位電路

23、的基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復位信號，以防電源開關或電源插頭分-合過程中引起的抖動而影響復位。如圖4所示，復位鍵SR接于AT89C4051芯片的RST接口，用與控制倒數(shù)計時器的復位操作。計時器運行時按下S1鍵，計時器停止計數(shù)，或計數(shù)完成后按S1鍵進入下一輪計數(shù)工作。</p><p><b>　　圖5復位電路</

24、b></p><p><b>　　2.5顯示電路</b></p><p>　　本系統(tǒng)顯示設計采用HCF4094芯片來驅(qū)動8段LED數(shù)碼管顯示。使用該芯片可以減少單片機I/O口的使用，只需要三個輸出接口就可以了。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.軟件設計</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:</b></p><p>　　AT89C4051單片機體積小、重量

26、輕、抗干擾能力強、對環(huán)境要求不高、價格低廉、可靠性高、靈活性好。即使是非電子計算機專業(yè)人員，通過學習一些專業(yè)基礎知識以后也能依靠自己的技術力量來開發(fā)所希望的單片機應用系統(tǒng)。本設計的控制系統(tǒng)只是單片機廣泛應用于各行各業(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，可擴展性強。并且可以測量交流、直流兩種電流，功能更加強大，本設計采用了繼電器自動控制交直流的變換，不需要再進行人工手動的調(diào)整，使用更加方便！</p>

27、<p>　　設計是我們將來必需的技能，這次電子大賽設計恰恰給我們提供了一個應用自己所學知識的機會，從再圖書館查找資料到對電路的設計和對電路的仿真再到最后電路的成形，都對我們所學的知識進行了檢驗?？梢哉f，本次電子大賽的設計有苦也有甜。設計思路是最重要的，只要你的設計思路是成功的，那你的設計已經(jīng)成功了一半。因此我們應該在設計前做好充分的準備，像查找詳細的資料，為我們設計的成功打下堅實的基礎。制作過程是一個考驗人耐心的過程，不能

28、有絲毫的急躁和馬虎，對電路的調(diào)試要一步一步來，不能急于求成，因為是在電腦上調(diào)試，比較慢，又要求我們有一個比較正確的調(diào)試方法，像把頻率調(diào)快等。這又要我們要靈活處理，在不影響試驗的前提下可以加快進度。 要熟練地掌握課本上的知識，這樣才能對試驗中出現(xiàn)的問題進行分析并得以解決。</p><p>　　同時在這次參賽的過程中我們還學會了如何具體的分工協(xié)作，以便充分的發(fā)揮每個人的特長，protel學的好的就主要負責做

29、電路板，編程學的好的就主抓編程，動手能力強的就做實驗、調(diào)試等等。經(jīng)過半個多月的努力及老師的悉心知道我們的設計終于完成了！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]李全利.單片機原理及應用技術[M].高等教育出版社</p><p>　　[2]韓全力.微型控制技術應用[M].機械工業(yè)出版社</p>&l

30、t;p>　　[3]王治剛.單片機應用技術實訓[M].清華大學出版社</p><p>　　[4]徐仁貴.單片機微型計算機應用技術[M].機械工業(yè)出版社</p><p>　　[5]胡漢才.單片機原理及其接口技術[M].北京：清華大學出版，1996</p><p>　　[6]付家才.單片機控制工程實踐技術[M].北京：化學工業(yè)出版社，2004.05</p>

31、;<p>　　[7]潘新民.微型計算機控制技術[M].北京：人民郵電出版社，1999.09</p><p>　　[8]蔣萬君.在論循環(huán)時序電路的簡便設計[M].機電一體化，2005第5期</p><p>　　[9]單片機應用技術與實例[M].機械工業(yè)出版社</p><p>　　[10] 夏繼強. 單片機實驗與實踐教程[M].北京航空航天大學出版社, 2

32、001 </p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在指導老師的親切關懷和悉心指導下，我們的設計終于畫上了圓滿的句號。當我敲下“致謝”兩個字時，心中無限感慨?；仨^去，一路走來，需要感謝的人太多，實在是這些簡單的文字所不能表達和承載的。</p><p>　　首先誠摯的感謝xx老師對我們的嚴格要求和悉心指導，xx老師淵博的

33、學識、非凡的氣質(zhì)、敬業(yè)的工作作風、獨特的人格魅力，始終感染著我們、激勵著我們，這些都將成為寶貴的財富讓我們享用終身。肖老師不僅在學業(yè)上給我們以精心指導，同時還在思想上給我們以無微不至的關懷，在此謹向肖老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。</p><p>　　感謝所有教育過我們的老師！你們傳授給我們的專業(yè)知識是我們不斷成長的源泉，也是完成本論文的基礎。</p><p><b>　　附錄