基于单片机的电流电压测量系统设计

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基于单片机的电流电压测量系统设计

目录

1 前言 (2)

1.1 电子测量概述 (2)

1.2 数字电压表的特点 (2)

1.3 单片机的概述 (3)

2 系统方案的选择与论证 (4)

2.1 功能要求 (4)

2.2 系统的总体方案规划 (4)

2.3 各模块方案选择与论证 (5)

2.3.1 控制模块 (5)

2.3.2 量程自动转换模块 (5)

2.3.3 A/D转换模块 (5)

2.3.4 显示模块 (6)

2.3.5 通信模块 (6)

3 系统的硬件电路设计与实现 (7)

3.1 系统的硬件组成部分 (7)

3.2 主要单元电路设计 (7)

3.2.1 中央控制模块 (7)

3.2.2 量程自动转换模块 (8)

3.2.3 A/D模数转换模块 (13)

3.2.4 显示模块 (14)

3.2.5 通信模块 (15)

3.2.6 电源部分 (16)

4 系统的软件设计 (16)

4.1 软件的总体设计原理 (16)

4.1.1 A/D转换程序设计 (17)

4.1.2 数字滤波程序设计 (18)

4.1.3 量程自动转换的程序设计 (20)

5 系统调试及性能分析 (22)

5.1 调试与测试 (22)

5.2 性能分析 (22)

6 结束语 (23)

6.1 设计总结 (23)

6.2 设计的心得 (23)

7 致谢词 (24)

附录 (25)

附录1 参考文献 (25)

附录2 系统总电路图 (26)

附录3 源程序 (27)

1 前言

1.1 电子测量概述

从广义上讲,但凡利用电子技术来进行的测量都可以说是电子测量;从狭义上来说,电子测量是在电子学中测量有关电量的量值。与其他一些测量相比,电子测量具有以下几个明显的特点:①测量频率范围极宽,这就使它的应用范围很广;②量程很广;③测量准确度高;④测量速度快;⑤易于实现遥测和长期不间断的测量,显示方式又可以做到清晰,直观;⑥易于利用电脑,形成电子测量与计算技术的紧密结合。

随着科学技术和生产的发展,测量任务越来越复杂,工作量加大,测量速度测量准确度要求越来越高,这些都对测量仪器和测试系统提出了更高的要求。微机的出现为解决上述问题提供了条件。利用微机的记忆,存储,数学运算,逻辑判断和命令识别等能力,发展了微机化和自动测试系统。近年来微机和大规模集成电路发展很快,价格大幅下降,同时在测试系统中还解决了通用接口母线标准化问题,使微机化仪器和自动测试系统得到了很大发展,正改变着电子测量的面貌。

1.2 数字电压表的特点

1.读数直观、准确

电压表的数字化,是将连续的模拟量(如直流电压)转换成不连续的离散的数字形式并加以显示。这有别于传统的以指针与刻度盘进行读数的方法,防止了读数的视差和视觉疲劳。

2.显示范围宽、分辫力高

指针表的分辫力,是由刻度盘的细度表达的,刻度盘在一定条件下无法分得很细,太细了视觉分辫也很困难,而数字显示的电压表,目前可以做到从2〔1/2〕到10〔1/2〕。

数字电压表的输入阻抗可高达(1~10000)M。输入阻抗越高,所吸收被测信号的电流就越小,所带来的附加误差极小,可以忽略。

4.集成度高、功耗小、抗干扰能力强

由于CMOS技术的发展,集成电路的功耗变得很小,即发热量很小,这样就可以在同一块芯片上集成更多的元件,形成大规模或超大规模集成电路。这给制造业带来了飞跃,不仅仪表小巧而功能齐全,其他如、袖珍电脑等也得以诞生。目前双积分或多重积

分的A/D转换器构成的数字电压表,由于在积分过程中可将干扰信号部分或全部抵消掉,其串模抑制比可达100分贝,共模抑制比可达120分贝。

直流数字电压表本身可以扩展成交流电压表、交直电流表、峰值表、功率表等,还可以附加智能化。例如:计算、保持、比较数字、设定时间,设定上、下量限及自动控制等多种功能。

1.3 单片机的概述

单片机就是在一块半导体硅片上集成了微处理器〔CPU〕、存储器〔ROM、RAM、EPROM〕和各种输入、输出接口,这样一块集成电路芯片上具有一台电脑的属性,因而被称为单片微型电脑,简称单片机。

单片机根据其基本操作处理的位数可分为:1位单片机、4位单片机、8位单片机、16位单片机和32位单片机。并且其发展历史可分为以下四个阶段:

第一阶段:单片机初级阶段。因工艺限制,单片机采用双片的形势而且功能比较简单。例如,仙童公司生产的F8单片机,实际上只包括了8为CPU,64 B RAM和2个并行口。因此,还需加一块3851才能组成一台完整的电脑。

第二阶段:低性能单片机阶段。以Intel公司制造的MCS-48单片机为代表,这种单片机片内集成有8位CPU、并行I/O口、8位定时器/计数器、RAM和ROM等,但是不足之处是无串行口,中断处理比较简单,片内RAM和ROM容量较小且寻址范围不大于4KB。

第三阶段:高性能单片机阶段。这个阶段推出的单片机普遍带有I/O口,多级中断系统,16位定时器/计数器,片内ROM、RAM容量加大,且寻址范围可达64KB,有的片内还带有A/D转换器。这类单片机的典型代表是:Intel公司的MCS-51系列、Motorola 公司的6801和Zilog公司的Z8等。由于这类单片机的性能价格比高,所以仍被广泛应用,是目前应用数量较多的单片机。

第四阶段:8位单片机稳固发展及16位单片机、32位单片机推出阶段。此阶段的主要特征是一方面发展16位单片机、32位单片机及专用型单片机;另一方面不断完善高档8位单片机,改善其结构,以满足不同的用户需要。

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