智能儀器課程設(shè)計

1、智能儀器課程設(shè)計課程設(shè)計名稱3位半數(shù)字電壓表學(xué)生姓名、學(xué)號譚彩銘(0501170118)指導(dǎo)教師 牛國柱2009-1-16課程設(shè)計要求設(shè)計一 3 位半直流數(shù)字電壓表，滿足下列要求1、量程為 20mV ， 200mV ， 2V，20V，200V ，測量精度要求 0.1%2、3 位半數(shù)碼顯示3、工作狀態(tài)顯示4、開機自檢5、配簡單鍵盤，如量程切換6、配微型打印機接口由實際操作中遇到的問題找解決方案實際搭建的數(shù)字電壓表的量程為 20mV , 200mV , 2V和8V，能完成量程的自動切換， 并有各種量程狀態(tài)以及超、 欠量程的指示燈顯示。 原理圖附錄一所示。 對應(yīng)的完整匯編程序 見附錄三。1 原理圖總

2、體思路由于采用3位半AD轉(zhuǎn)換器TC14433，提供的基準(zhǔn)電壓為 2V，可測電壓量程為2V，故 大于2V的待測電壓衰減后輸入，小于2V的待測電壓放大后輸入。衰減和放大由51單片機 控制控制模擬開關(guān) 4051， 4052 來完成。調(diào)試當(dāng)中，發(fā)現(xiàn)若輸入電壓為負(fù)時，比例放大就不 準(zhǔn)確了，且相差較大，故又用運放和模擬開關(guān)搭建了一反相控制電路。原理圖當(dāng)中，U15為用OP07搭建的電壓跟隨器，用于增大輸入阻抗，減小輸出阻抗， 以減少對待測電壓的影響。U16為用OP07搭建的一反相器。U1用于若發(fā)現(xiàn)待測電壓為負(fù)，讓待測電壓反相后進入后續(xù)電路。 U6 作用同 U15。 U1 用于控制是否將待測電壓衰減 1/4

3、后 進入后續(xù)電路。 U4 和 U7 用于控制是否對電壓進行衰減以及衰減多少。 U17 作用同 U15。 U2 為用 MC1403 搭建的 2V 電壓源，用于輸出較準(zhǔn)確的電壓源給 TC14433 作為基準(zhǔn)電壓。2 AD 轉(zhuǎn)換部分TC14433 中， EOC 與 DU 端相連，選擇連續(xù)工作方式。 EOC 與 51 單片機的中端口 0 相連，由中斷方式采集數(shù)據(jù)。中斷 0采集數(shù)據(jù)服務(wù)子程序如圖 2所示。3 升降量程及量程狀態(tài)指示燈顯示程序控制升降量程即控制模擬開關(guān) 4051 和 4052，是否對待測電壓進行放大或衰減。如何有效的 控制量程的自動轉(zhuǎn)換是一較難點， 尤其是保證程序的健壯性。 程序中要求如果

4、欠量程， 就要 升一級量程。若原量程是 2V量程，那么升一級量程后是 8V量程。若原量程是 20mV，那 么升一級量程后是 200mV，等等，共有4中可能，當(dāng)然較容易想到的是用4組判斷語句來完成這個工作， 加上欠量程的語句， 共有 8組判斷語句， 那程序的效率是不高的， 尤其是當(dāng) 量程的選擇更多時。故借用一內(nèi)存單元2DH，如要升量程，即將 2DH加1,要降量程，即將 2DH 減 1，較重要的一點是， 2DH 內(nèi)存單元在位尋址區(qū)，可以位尋址。如表 1 所示。圖2中斷0采集數(shù)據(jù)服務(wù)子程序表1P1.0P1.1P1.3P1.4P1.5P1.669H68H2DH欠量程4放大100倍（20mV量程）000

5、010113放大10倍（200mV量程）100001102不放大不衰減（2V量程）010000011衰減1/4（ 8V量程）011100000超量程-169H和68H為2DH內(nèi)存單元中的低兩位，分別記為M, N。這樣P1 口的控制就很容易用匯編語言實現(xiàn)了。P1.0 二 M NP1.1 二 MP1.3 二 M NP1.4 =P1.3P1.5 二 M NP1.6 二 P1.04電壓測量精度問題雖然加了幾個電壓跟隨器解決了模擬開關(guān)的輸入阻抗問題，但是模擬開關(guān)4052存在導(dǎo)通電阻，該導(dǎo)通電阻在比例放大電路部分的干擾就比較大了。如圖3所示。圖3比例放大控制電路在4052中，Xn和X，Yn和Y之間相當(dāng)于接

6、一電阻 Rx和Ry （導(dǎo)通電阻），它的存在 影響了比例放大系數(shù)。在放大10倍時，可以將R13阻值設(shè)為89.5k，在串接入1k的滑動變阻器，調(diào)節(jié)變阻器，可以使比例放大系數(shù)達(dá)到10。放大100倍時也是如此。但是放大1倍時，就不可能再接入滑動變阻器了，雖然將U4的6腳和U7的15腳相連，消除了 Rx的影響，但是無法消除 Ry的影響。解決方案之一是將U4改成反相比例放大電路，這樣都可以接入滑動變阻器校準(zhǔn)了。但是這樣做的缺點可能存在兩方面，一是滑動變阻器的阻值是否穩(wěn)定，二是Rx和Ry的阻值是否穩(wěn)定。故采用方案二可以很好的解決這個問題，如圖4所示。圖4比例放大電路2當(dāng)選通X0和Y0時，對應(yīng)的等效電路如圖

7、5所示。5VRil10k圖5等效電路Rx和Ry為模擬開關(guān)4052的等效電阻。從圖 5中可知，U17搭建的電壓跟隨器具有高 輸入阻抗特性，幾乎不受Ry的影響。另外，Rx的位置不影響比例系數(shù)。這樣，只要R13，R11的阻值準(zhǔn)確，可以使電壓的比例放大系數(shù)趨于準(zhǔn)確。對于AD轉(zhuǎn)換器TC14433，其轉(zhuǎn)換精度為讀數(shù)的土 0.05% ± 1字，滿足測量精度要求。5 20V和100V量程的功能實現(xiàn)實際操作所搭建的電路（如圖1）最大可以測量 8V電壓（還需將圖一中運放供電電壓改接為土 15V），為了可以測量更高的電壓，需要做一些改進。改進后的電路原理圖如附錄 二所示。6輸入過壓保護電路輸入過壓保護電路

8、如圖 7所示圖6過壓保護電路R7300Vss = 5V5V2.5VR7+R25300+300當(dāng)輸入電壓（未衰減）大于 2.5V時，二極管D1導(dǎo)通；當(dāng)輸入電壓小于-2.5V時，二極 管D2導(dǎo)通；當(dāng)輸入電壓在-2.5V到2.5V之間時，二極管 D1和D2均不導(dǎo)通，此時 U15為 電壓跟隨器。當(dāng)二極管D1導(dǎo)通時，利用疊加原理可得放大器輸入端電壓V為V=R7/R25ViR28 + R7 R25R28V +R7 R28vR28R7 / R25R25R7 / R28式中，Vd為二極管導(dǎo)通壓降。因R28R7和R25，所以-晉“ Vd £Vcc > 為 V“=2.5V式 2當(dāng)輸入電壓為1000

9、V時，可限制在土 4V左右的范圍內(nèi)。此時，流經(jīng)電阻R28和二極管的電流約為10mA。當(dāng)電阻R28功率不小于10W時，可保證在最大輸入電壓為1000V的情況下，電路可長期承受過載電壓。這里，只要輸入電壓大于 2.5V，過壓保護電路的輸出電壓也會大于2.5V（如式2所示），這樣，51單片機就會輸出過量程信號，這時需要手動波動三擲開關(guān)U1，經(jīng)衰減后輸入。7自檢與打印機接口自檢的內(nèi)容包括 RAM的自診斷、ROM EPROM的自診斷、CPU的自診斷、I/O端口的 自診斷、總線的自診斷和人機界面的自診斷。 打印機可以選擇串行輸入型的， 如選擇并行輸 入型的需要接鎖存器進行端口分時復(fù)用，或者接入串并轉(zhuǎn)換電路

10、。附錄一 實際搭建的電路原理圖Tn0 e0e hyn aD je m N90n6eD110 g桌n u0MeS B-5+Vn o eRo eSB n w w b d11 oV g面e m N9n6桌 n m 0MDeS BDF附錄二 改進后的電路原理圖表壓電字?jǐn)?shù)R09Y4 algc 口3af_gc 1/1管碼2ac*陰1aIZb c dc pVPPPPPPPPAf|PP2A A A A A A A A lE £ A 1.cl OIT.JN .CL Dxhr B DXQRD .CL l-WR Kept/ .Ar CO-S-jd .Ar SOMtuHAr123 45 678321 054

11、11119 117附錄三 實際搭建的電路圖對應(yīng)的程序 org 0000H ljmp main org 0003H ljmp ad org 0013H ljmp key org 0030Hmain: mov TCON,#00000101B;inpuse,to cause interruptionmov IE,#10000101B ;enable interruption clr P1.0 setb P1.1 clr P1.2 clr P1.3 clr P1.4 clr P1.5 clr P1.6 clr P1.7 mov R2,#01Hshow: jb 77H,S3 clr P1.7 ajmp

12、S4S3: setb P1.7 S4: jb 74H,S1 mov A,#11100000B ajmp S2S1: mov A,#11100001BS2: mov P2,A acall delay mov R1,#2EH mov A,R1 anl A,#00001111B orl A,#11010000B mov P2,A acall delay mov R1,#2FH mov A,R1 swap A anl A,#00001111B orl A,#10110000B mov P2,A acall delay mov A,R1 anl A,#00001111Borl A,#01110000B

13、mov P2,A acall delay ajmp show ajmp show ajmp show;delay delay: mov R3,#0FFHDL1: NOPNOPDJNZ R3,DL1ret ;interruption 0,get the voltagead: mov A,P0 jnb Acc.4,ad jb Acc.2,PL1 ;if minus, cpl P1.2PL1: jb Acc.0,PEr ;if range not suitable,go to PErPL2: jb P1.2,PM1 clr 77H ajmp PM2PM1:setb 77HPM2:jb Acc.3,P

14、L3 ;kilobit,0 or 1setb 74H ajmp PL4PL3: clr 74HPL4: mov A,P0 jnb Acc.5,PL4 ;wait for hundred mov R0,#2EH xchd A,R0 ;to the low hagh part of 2EHPL5: mov A,P0 jnb Acc.6,PL5 ;wait for ten swap A inc R0 mov R0,A ;to the high hagh part of 2FHPL6: mov A,P0 jnb Acc.7,PL6 xchd A,R0 ;to the low hagh part of 2FH cpl P3.6 retiPEr: jnb ACC.3,higher inc R2 ajmp deal higher: dec R2 cpl P3.7 deal: mov 2DH,R2 acall change reti ;function to change the rangechange: cjne R2,#-1H,cha1 ajmp alarmcha1: cjne R2,#