《单片机系统设计》实验报告

短学期实验报告

（单片机系统设计）

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基于单片机的交流电压表设计

目录

1系统的设计要求 (2)

2系统的硬件要求 (2)

2.1真有效值转换电路的分析 (2)

2.2放大电路的设计 (3)

2.3A/D转换电路的设计 (3)

2.4单片机电路的分析 (4)

2.5显示电路 (4)

3 软件设计 (5)

3.1 软件的总流程图 (5)

3.2 初始化定义与定时器初始化流程图 (5)

3.3 A/D转换流程图 (6)

3.4 数据处理流程图 (6)

3.5 数据显示流程图 (7)

4 调试 (7)

4.1 调试准备 (7)

4.2 关键点调试 (7)

4.3 测试结果 (8)

4.4 误差分析 (8)

5结束语 (8)

5.1 总结 (9)

5.2 展望 (9)

附录1 总原理图 (10)

附录2 程序 (10)

附录3 实物图 (14)

基于单片机的交流电压表设计

****学院 ****专业 姓名

指导老师：*******

1 设计要求

（1）运用单片机实现真有效值的检测和显示。

（2）数据采集使用中断方式，显示内容为有效值与峰值交替进行。

2 硬件设计

本系统是完成一个真有效值的测量和显示，利用AD737将交流电转换成交流电压的有效值，用ADC0804实现模数转换，再通过单片机用数码管来显示。系统原理框图如图2-1所示。系统框图由真有效值转换电路、放大电路、A/D 转换电路、单片机电路、数码管显示电路五部分。

图2-1 原理框图

2.1 真有效值转换电路

真有效值转换电路主要是利用AD737芯片来实现真有效值直流变换的，即将输入的交流信号转换成直流信号的有效值，其原理图如图2-2所示。

图2-2 真有效值转换电路

由于AD737最大输入电压为200mV, 所以需要接两个二极管来限制输入电压，起到限幅的作用。如图中D1、D2，由IN4148构成，电容C6是耦合电容，电阻R1是限流电阻。

2.2 放大电路设计

放大电路主要是利用运放uA741来进行放大，电路原理图如图2-3所示。

A/D 转换

单片机 电路

显示 电路

转换 电路

交流 信号

放大 电路

图2-3 放大电路原理图

由于AD737可接受的信号有效值为0～200mV。而ADC0804、单片机的电源电压都需要0~5V，因此需要一个放大电路，将AD737输出的200mV的电压提升至5V，所以放大电路的放大倍数最低需要25倍。该放大电路采用集成芯片u A741，连接成一个同相比例运放，输入电阻采用3.3K，反馈电阻用100K的滑动变阻器，当滑动变阻器处于最大值时，放大倍数处于最大，为A Vf=(1+R3/R2)≈31.3。放大倍数可以根据滑动变阻器的滑动而改变。

2.3 A/D转换电路

A/D转换电路采用ADC0804实现，其原理图如图2-4所示。

图2-4 A/D转换电路原理图

此电路考虑到做单片机系统时，需数据采集，而数据采集能通过I/O口扩展接口电路得到，但51单片机大多不带A/D转换器，所以模拟量的采集必须靠A/D实现。所谓A/D转换就是将输入的模拟信号转换成数字信号输出。改该电路采用ADC0804芯片，其最快转换时间为100us，时钟频率f=1/(C5*R9)，可对0~5V之间的电压进行转换；输入基准电压为实际基准电压的1/2；若输入基准电压为 2.56V，其输入模拟电压为(DATA/256)*2，DATA为转换数字量。转换结束信号输出到单片机外中断1，如图2-4

所示。/RD为外部读取转换结果的控制输出信号。/RD为HI时，DB0~DB7为高阻抗；/RD为LO时，数据才输出。/WR用来启动转换控制输入，相当于ADC转换开始（/CS=0时），当/WR由HI变为LO时，转换器被清除；当/WR为HI时开始转换。CLK IN,CLK R:接振荡电路，振荡频率为1/(1.1RC)，如图中R9、C6，ADC0804的最大输入电压为5V，

提供基准电压。根据ADC0804原输出转换值为0~255，R5、R11组成分压电路，为V

REF

理图，将输入模拟值转换成数字值后由P0口输出。

2.4 单片机电路

单片机电路主要是单片机的最小系统，其原理图如图2-5所示。

图2-5 单片机电路原理图

该部分电路主要由89S51、晶振和复位电路组成其原理图如2-6所示。采用12M的晶振，机器周期为0.1us；上电复位；信号输入到外中断0，在中断中启动AD转换；AD转换结束标志作为外中断1的中断源，在中断1中读取数据并保存；P1口为数码管提供断码；P0.0~P0.7分别为AD的启动信号、AD的读取信号和数码管的扫描信号。

2.5 显示电路

显示电路采用数码管来显示。如图2-6所示。

图2-6 显示电路原理图

该部分电路采用3位数码管来交替显示所测电压的有效值和峰值，同时数码管采用动态显示，每1ms 刷新一位，用3个8550的PNP 型三极管来片选。图中smg0~smg7与单片机P0口相连接，三极管的集电极分别与共阳数码管9脚相连接，基极分别与单片机的P2.1~P2.3相连接。

3 软件设计

3.1 总软件流程

总软件流程图如图3-1所示：

图3-1 总软件流程图

3.2 初始化程序

初始化程序主要是定义主程序中要用的变量和定时器的初始化。变量定义如下： unchar dat; //AD 采样数据变量

unchar tab[3]; //显示数据各个位存储数组 定时器初始化流程图如图3-2所示：

图3-2 定时器初始化流程图

3.3 AD 采样程序

AD 采样主要是根据ADC0804的时序进行对外部数据的采用读取。其中包括AD

程序初始化

定时

AD 采样初始化

中断

更新AD 标志位

1S 定时

AD 有效值更新

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