多路放大與巡回測量設(shè)計報告

PAGEword文檔可自由復(fù)制編輯word文檔可自由復(fù)制編輯《電子技術(shù)綜合設(shè)計》詳細(xì)設(shè)計報告題目：多路放大與巡回測量電路專業(yè)：生物醫(yī)學(xué)工程班級：2011級1班年月日word文檔可自由復(fù)制編輯word文檔可自由復(fù)制編輯目錄目錄1 概述 21.1 設(shè)計背景 21.1.1設(shè)計目的 21.1.2系統(tǒng)基本功能要求及理解 31.2 系統(tǒng)設(shè)計思路 31.2.1 系統(tǒng)設(shè)計總框圖 31.2.2 方案選擇 42 設(shè)計說明 42.1 各單元模塊工作原理 42.1.1 小信號放大電路 42.1.2 多路信號采集模塊 52.1.3 單片機(jī)最小系統(tǒng) 62.1.5液晶屏顯示器 82.1.6按鍵電路 92.1.7報警電路 102.2 調(diào)試實物圖 102.3 調(diào)試數(shù)據(jù)整理 123 各部分函數(shù)及其功能 123.1 主函數(shù)部分 123.1.1ADC處理 123.1.2數(shù)據(jù)處理 133.1.3按鍵處理 133.2lcd1602顯示部分 134總結(jié) 135附錄 145.1附錄1 14主函數(shù) 14Lcd1602顯示函數(shù) 195.2附錄2 21原理圖和PCB 21概述設(shè)計背景為了適應(yīng)當(dāng)今社會的需求，我校積極培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和實踐創(chuàng)新能力。通過實訓(xùn)使學(xué)生學(xué)到電子產(chǎn)品的工藝設(shè)計知識，并通過真刀實槍的電子產(chǎn)品制作，使學(xué)生了解電子產(chǎn)品制造過程、數(shù)字電子產(chǎn)品工藝，掌握制造電子產(chǎn)品的操作技能，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。它不僅能讓學(xué)生鞏固模電、數(shù)電以及單片機(jī)三大技術(shù)，更能把動手實踐糅合在一起，真正實現(xiàn)培養(yǎng)“高素質(zhì)、高層次、多樣化、創(chuàng)造性的人才培養(yǎng)目標(biāo)”。1.2設(shè)計需求及指標(biāo)理解1.1.1設(shè)計目的培養(yǎng)學(xué)生在單元電路設(shè)計、系統(tǒng)電路分析、整機(jī)聯(lián)調(diào)、計算機(jī)輔助設(shè)計和信息處理等綜合方面的能力。培養(yǎng)和提高學(xué)生的科研素質(zhì)、工程意識和創(chuàng)新精神。學(xué)習(xí)一種單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計的方法。熟悉利用AltiumDesigner軟件設(shè)計硬件電路。學(xué)習(xí)實物電路的電裝技術(shù)。熟悉利用KEIL軟件編寫編譯C51源程序。學(xué)習(xí)利用設(shè)備調(diào)試硬件、軟件的方法。通過實驗掌握以下知識點：多路模擬信號采集電路設(shè)計方法。按鍵處理方法與技巧。小信號放大電路設(shè)計1.1.2系統(tǒng)基本功能要求及理解對八路不同的電壓(0-5v)進(jìn)行巡回測量用按鍵選擇輸入，LED數(shù)碼管顯示通道號和電壓值8路輸入電壓調(diào)節(jié)通過1個電位器完成。測量及輸出誤差≤5％設(shè)置一路0~50mV的小信號，經(jīng)放大后再采集，對應(yīng)顯示0~50.0增加上下超限報警理解：用7個電阻加一個電位器將輸入電壓分成8路不同的電壓并分別輸入A/D轉(zhuǎn)換電路然后接入單片機(jī)通過單片機(jī)進(jìn)行控制選擇輸入通道，然后再通過數(shù)碼管顯示通道號和測量出的電壓值。其中x是測量值與顯示值的差值，x是測量值。擴(kuò)展要求：設(shè)置一路0~50mV的小信號，經(jīng)放大后再采集，對應(yīng)顯示0~50.0定時自動顯示各路電壓，并設(shè)置上下報警限，LED報警理解：0~50mV的小信號可以通過電位器的調(diào)節(jié)來得到。系統(tǒng)設(shè)計思路系統(tǒng)設(shè)計總框圖開始開始串口初始化ADC初始化LCD初始化串口初始化ADC初始化LCD初始化0到7循環(huán)顯示按鍵輸入切換顯示結(jié)果0到7循環(huán)顯示按鍵輸入切換顯示結(jié)果結(jié)束結(jié)束圖1多路巡回電路框圖方案選擇方案一：采集的八路不同電壓直接利用ADC0809進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,將被測的八路電壓模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，并以數(shù)字方式顯示測量結(jié)果。設(shè)計中，A/D轉(zhuǎn)換器將輸入的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，邏輯控制電路產(chǎn)生控制信號，按規(guī)定的時序?qū)/D轉(zhuǎn)換器中各組模擬開關(guān)接通或斷開，以保證A/D轉(zhuǎn)換正常進(jìn)行。A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果通過AT89S51單片機(jī)驅(qū)動顯示器顯示相應(yīng)的電壓值。本系統(tǒng)以AT89S51單片機(jī)為系統(tǒng)的控制核心，結(jié)合LM324,SN74LS74A以及ADC0809，能夠測量0-5V之間的直流電壓，并通過1602液晶顯示。方案二：采集的八路不同電壓（最后一路電壓利用兩級LM324放大）通過低通濾波電路輸入內(nèi)含集成A/D的STC12C5A60S2(PDIP-40)單片機(jī)，單片機(jī)輸出電壓通過單片機(jī)驅(qū)動在數(shù)碼管上顯示相應(yīng)的電壓值，其中，小信號為小數(shù)點后三位數(shù)值，顯示時只顯示無小數(shù)點的兩位值；其余電壓信號顯示三位有效數(shù)字。根據(jù)設(shè)計環(huán)境及設(shè)計要求，我們選擇了更為方便簡單且成本低的方案二。設(shè)計說明各單元模塊工作原理小信號放大電路將小信號進(jìn)行放大處理判斷是否超限。電路圖如下圖：圖1放大電路多路信號采集模塊該電路由一個電位器和8個電阻串聯(lián)得到不同的電壓信號，即將5v電壓分成八路遞減電壓值，并輸入A/D轉(zhuǎn)換接口。因為最后一路信號已經(jīng)很小了，無法直接測量，所以經(jīng)過LM324兩級放大后作為其中一路的電壓輸入信號。第一級放大倍數(shù)為11倍，第二級放大通過滑動變阻器調(diào)節(jié)使其倍數(shù)為70/11倍，所以兩級一共放大70倍。圖2多路數(shù)據(jù)選擇電路2.1.3電源濾波電路通過8路的電阻與電容構(gòu)成的低通濾波器，濾掉高頻成份，使電壓更穩(wěn)定。圖3濾波電路單片機(jī)最小系統(tǒng)該電路主要控制系統(tǒng)為STC12C5A60S2(PDIP-40)單片機(jī)，單片機(jī)為系統(tǒng)核心模塊。在此電路設(shè)計中，單片機(jī)P0口接數(shù)碼管段選端，P0作為輸出端為開漏電路，在P0口與數(shù)碼管之間還需接上上拉電阻提高P0口的驅(qū)動能力和防止P0口因電流過大而燒壞單片機(jī)。STC12C5A60S2系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機(jī)器周期(1T)的單片機(jī)，是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,但速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路,2路PWM,8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換(250K/S),針對電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場合。STC12C5A60S2系列單片機(jī)其內(nèi)部含有高速A/D轉(zhuǎn)換集成電路，10位精度ADC，共8路，轉(zhuǎn)換速度可達(dá)250K/S(每秒鐘25萬次)。如下圖所示，STC12C5A60S2，PDIP-44單片機(jī)管腳圖。圖4STC12C5A60S2PDIP-40管腳圖2.1.4復(fù)位電路與晶振電路根據(jù)所用單片機(jī)STC12C5A60S2(PDIP-40)對復(fù)位電路和晶振電路的要求：關(guān)于復(fù)位電路，根據(jù)時鐘頻率高于12MHz時,可以不用C1，R1，直接使用第二復(fù)位功能腳，接1K電阻到地。最后我們決定應(yīng)用第二復(fù)位功能腳接1K電阻到地。關(guān)于晶振電路，根據(jù)單片機(jī)對晶振的需求，我們采用直接使用外部有源晶振，晶振頻率為22MHz，從XTAL1腳輸入，XTAL2腳懸空。所用電路如下圖所示：圖5晶振電路和復(fù)位2.1.5液晶屏顯示器此電路選擇的液晶屏1602是因為其微功耗體積小，顯示內(nèi)容豐富，超薄輕巧的特點。1602液晶屏顯示是兩行16個字。第1腳：VSS為地電源。第二腳：VDD接5V正電源。第三腳：V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度第四腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時選擇指令寄存器。第五腳：RW為讀寫信號線，高電平時進(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。第六腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第七~十四腳：D0~D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第十五~十六腳：空腳。圖6數(shù)碼管顯示電路2.1.6按鍵電路按鍵K2接入P20，當(dāng)P20為低電平，代表K2被按下，在多路放大與巡回測量中執(zhí)行路徑的加。圖7按鍵電路2.1.7報警電路實驗中用一個發(fā)光二極管，LED用于模擬電壓<0.08V下限報警或模擬電壓>4.43V上限報警，LED燈閃爍。圖8保護(hù)模塊調(diào)試實物圖開始啟動第六路分信號第七路放大信號調(diào)試數(shù)據(jù)整理輸入信號（v）1.52.33支路一理論值（V）1.5032.2773.0實際值（V）1.3852.2813.082誤差(V)0.1180.0040.082支路二理論值（V）1.3041.9752.608實際值（V）1.1921.9162.618誤差(V)0.1120.0290.010支路三理論值（V）1.1141.6862.113實際值（V）1.0211.6392.214誤差(V)0.0930.0470.101支路四理論值（V）0.9211.3931.840實際值（V）0.8301.3621.788誤差(V)0.0910.0310.052支路五理論值（V）0.7291.1021.456實際值（V）0.6381.0641.405誤差(V)0.0910.0380.051支路六理論值（V）0.5370.9271.069實際值（V）0.4680.7661.021誤差(V)0.0690.1610.048支路七理論值（V）0.1500.2241.296實際值（V）0.2760.4890.638誤差(V)0.1260.2650.342支路八理論值（V）000實際值（V）000誤差(V)000各部分函數(shù)及其功能主函數(shù)部分3.1.1ADC處理voidInitADC(); 函數(shù)功能：ADC初始化BYTEGetADCResult(BYTEch)函數(shù)功能：取ADC結(jié)果voidDelay(WORDn); 函數(shù)功能：軟件延時函數(shù)voidDelay6ms() 函數(shù)功能：軟件延時函數(shù)voidDelay80ms()函數(shù)功能：軟件延時函數(shù)3.1.2數(shù)據(jù)處理voidshow(BYTEch); 函數(shù)功能;數(shù)據(jù)處理；處理之后顯示unsignedintADC_measure(unsignedcharch)函數(shù)功能：數(shù)據(jù)處理；對數(shù)據(jù)進(jìn)行取平均值處理3.1.3按鍵處理voidkeyscan(); 函數(shù)功能：按鍵第一次觸發(fā)--啟動ADC采集之后循環(huán)切換8路ADC采集結(jié)果顯示當(dāng)前顯示結(jié)束之后切換