專業(yè)技能實(shí)訓(xùn)報(bào)告交直流信號(hào)的測(cè)量

濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)22-專業(yè)技能實(shí)訓(xùn)報(bào)告交直流信號(hào)的測(cè)量專業(yè)技能實(shí)訓(xùn)報(bào)告 題目(宋體三號(hào)，居中)學(xué)院(全稱，宋體三號(hào)，居中)專業(yè)(全稱，宋體三號(hào)，居中)班級(jí)(宋體三號(hào)，居中)學(xué)生(宋體三號(hào)，居中)學(xué)號(hào)(宋體三號(hào)，居中)指導(dǎo)教師(宋體三號(hào)，居中)二〇一年月日(宋體三號(hào)，居中)濟(jì)南大學(xué)實(shí)訓(xùn)報(bào)告27--濟(jì)南大學(xué)實(shí)訓(xùn)報(bào)告摘要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求 21.1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 21.2、實(shí)驗(yàn)要求 3二、主要元器件簡介 32.2、繼電器的工作原理和特性………………..42.3、繼電器主要產(chǎn)品技術(shù)參數(shù) 4三、測(cè)量原理及電路設(shè)計(jì) 53.1、數(shù)字式直流電壓測(cè)量原理 53.2、直流大電壓信號(hào)的測(cè)量 63.3、直流小電壓信號(hào)的測(cè)量 63.5、譯碼部分的調(diào)試 73.6、單片機(jī)與譯碼部分整體調(diào)試 83.7、整機(jī)調(diào)試 8四、交流信號(hào)單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)五、實(shí)驗(yàn)心得體會(huì) 9參考文獻(xiàn)： 10附錄一 11摘要日常生活及學(xué)習(xí)中，我們一般需要之間測(cè)量交流信號(hào)，測(cè)量交流信號(hào)的方法有很多，而在應(yīng)用單片機(jī)的測(cè)量中，我們常常用來測(cè)量直流電壓，現(xiàn)在將介紹一種基于msp430單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的交流電壓和直流電壓的測(cè)量方法。系統(tǒng)的構(gòu)成主要分硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩塊來介紹。一、實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容、要求1.1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容交流信號(hào)：０.1V-10V，頻率范圍：１Ｈｚ-１ＭＨｚ，直流信號(hào)：０-１０Ｖ，測(cè)量精度：１％；1.2、實(shí)驗(yàn)要求（1）設(shè)計(jì)方案中能用軟件實(shí)現(xiàn)的盡量用軟件實(shí)現(xiàn)，這樣可以減少成本，也減少了硬件的一些干擾。（2）本實(shí)驗(yàn)采用STC12C5A32AD單片機(jī)，由實(shí)驗(yàn)室提供了該單片機(jī)的最小系統(tǒng)，線路板，在該線路板上擴(kuò)展了部分功能，多余的I/O口也擴(kuò)展出來。二、主要元器件簡介2.1、STC12C5A32AD芯片簡介這是宏晶的mcs-51兼容單片機(jī)，最大頻率可以達(dá)到35HMz，最大速度可以達(dá)到35MIPS。這種單片機(jī)有32kBFlash，其中部分可以作為EEPROM使用；有1280BytesRAM，其中256Bytes是基本RAM，其他是擴(kuò)展RAM，需要采用外部RAM方式訪問；有2路10位ADC，可以簡化外部硬件；多組PWM輸出，可以免除外部DAC；有上電復(fù)位電路和看門狗，可以大大降低最簡系統(tǒng)成本和體積；有多種封裝，可以便于選用。最大的優(yōu)勢(shì)是，STC采用mcs-51構(gòu)架，擁有極大的軟件優(yōu)勢(shì)和極多的用戶群，使得這個(gè)產(chǎn)品的出貨量很大，能夠保證供貨和較低成本。三、測(cè)量原理及電路設(shè)計(jì)3.1、數(shù)字式直流電壓測(cè)量原理數(shù)字式直流電壓表的組成結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：圖二、數(shù)字直流電壓表結(jié)構(gòu)圖直流電壓經(jīng)過輸入電路變換為合適的電壓后，用A/D轉(zhuǎn)換器將模擬電壓變換成數(shù)字量，再由電子計(jì)數(shù)器對(duì)數(shù)字計(jì)數(shù)得到測(cè)量結(jié)果，邏輯控制電路控制電路的協(xié)調(diào)工作，在時(shí)鐘的作用下順序完成整個(gè)測(cè)量過程。這次設(shè)計(jì)采用多的是STC12C5A32AD系列帶A/D轉(zhuǎn)換的單片機(jī)，電壓輸入型A/D，可做溫度檢測(cè)，電池電壓檢測(cè)，按鍵掃描，頻譜檢測(cè)等。10位A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果計(jì)算公式如下：（ADC_DATA[7:0],ADC_LOW[1:0]=1024*Vin/Vcc.圖三、電壓測(cè)量原理框圖3.2、直流大電壓信號(hào)的測(cè)量在AD采樣前面加一級(jí)分壓電路即分壓器，可以擴(kuò)展直流電壓測(cè)量的量程。如下圖所示：U0位電壓表的量程，r位其內(nèi)阻，r1，r2位分壓電阻U0為擴(kuò)展后的量程。3.3、直流小電壓信號(hào)的測(cè)量圖四、直流小信號(hào)放大電路對(duì)于直流小信號(hào)（20Mv-200Mv）的測(cè)量，需要設(shè)計(jì)信號(hào)放大電路將信號(hào)適當(dāng)?shù)姆糯笤龠M(jìn)行AD采樣。3.4、多量程分壓器原理采用這種分壓電路雖然可以擴(kuò)展電壓表的量程，但在小量程檔明顯降低了電壓表的輸入阻抗，著在實(shí)際使用中是所部希望的，所以，實(shí)際數(shù)字萬用表的直流電壓檔為下圖所示:他能在不降低輸入阻抗的情況下達(dá)到相同的分壓效果。3.5、譯碼部分的調(diào)試圖7,74HC595結(jié)構(gòu)圖圖7,74HC595結(jié)構(gòu)圖譯碼部分主要是檢驗(yàn)74HC595片選和譯碼是否正常。我們選用了檢測(cè)數(shù)碼管以及74HC595是否完好的程序進(jìn)行下載并檢測(cè)，這樣不僅可以檢測(cè)這兩部分是否完好，而且還可以檢測(cè)電路板及單片機(jī)是否完好。我們通過給單片機(jī)下載檢測(cè)程序，結(jié)果在數(shù)碼管上顯示的數(shù)字與我們預(yù)期的結(jié)果又很大的出入，經(jīng)過我們一番檢查也沒找出原因之所在，最后我們問王老師才知道原來是我們的74HC595芯片給焊接錯(cuò)了，由于我焊接時(shí)出心大導(dǎo)致把74HC595的兩根管腳短焊了，這才沒有達(dá)到預(yù)期的效果，經(jīng)過后來的一番改進(jìn)，終于實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)功能。3.6、單片機(jī)與譯碼部分整體調(diào)試上面是對(duì)譯碼部分單獨(dú)進(jìn)行了調(diào)試，而74HC595和數(shù)碼管的工作是要在單片機(jī)的控制下工作的，所以我們做了這樣一步測(cè)試。我為單片機(jī)編寫了在數(shù)碼管上動(dòng)態(tài)點(diǎn)亮數(shù)碼管并讓四個(gè)數(shù)碼管依次顯示“0，1,2,3，到9”的程序，燒錄并將單片機(jī)接入電路后發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管上顯示的為“0000,1111，….9999.3.7、整機(jī)調(diào)試在進(jìn)行電路的分局部調(diào)試之后，我們又進(jìn)行了系統(tǒng)整機(jī)調(diào)試。首先為LM358接上5V的電壓，為其他芯片接上2V的工作電壓。另外還要輸入待測(cè)的模擬電壓，該電壓從200mV以下的電壓開始輸起，依次增大。直到達(dá)到供端電壓的上限5V為止，在這過程中，記錄測(cè)量數(shù)據(jù)如下表所示。由于前面的分局部調(diào)試進(jìn)行得還比較順利，因此整機(jī)調(diào)試較為順利。四軟件設(shè)計(jì)：對(duì)于交流采集，需要在1個(gè)工頻周期內(nèi)采集40個(gè)點(diǎn)，即時(shí)間間隔為500us，時(shí)間間隔采用定時(shí)器實(shí)現(xiàn)。整個(gè)程序主要包括初始化程序和采集程序。初始化程序主要是設(shè)置A/D采集通道和定時(shí)器A，采集程序主要是通過定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)每間隔500us采集1次。采集程序使用定時(shí)器中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)，在定時(shí)器中斷里讀出數(shù)據(jù)，當(dāng)采集完40個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)后，設(shè)置一個(gè)標(biāo)志通知主程序已經(jīng)采集完40個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，主程序通過全局的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)與定時(shí)器中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的交互。單片機(jī)程序設(shè)計(jì)：（根據(jù)TI公司所給軟件的例程改編得到）#include<msp430x14x.h>charnADC_Flag;intnADC_Count;intADC_BUF[40];voidInit_CLK(void);voidInit_ADC(void);voidInit_TimerA(void);voidInit_ADC(void){ //設(shè)置P6.0為模擬輸入通道P6SEL=0X01;//設(shè)置ENC為0，從而修改ADC12寄存器的值A(chǔ)DC12CTL0&=~(ENC);//設(shè)置參考電壓分別為AVSS和AVCC，輸入通道為A0ADC12MCTL0=INCH_0+EOS;//轉(zhuǎn)換的起始地址為：ADCMEM0ADC12CTL1=0X00;ADC12CTL1+=CSTARTADD_0; //采樣脈沖由采用定時(shí)器產(chǎn)生ADC12CTL1+=SHP; //轉(zhuǎn)換模式為：多通道、多次轉(zhuǎn)換ADC12CTL1+=CONSEQ_1; //內(nèi)部時(shí)鐘源ADC12CTL1+=ADC12SSEL_0; //時(shí)鐘分頻為1ADC12CTL1+=ADC12DIV_0; ADC12CTL0+=8*0x100;ADC12CTL0+=MSC;ADC12CTL0+=ADC12ON;ADC12IE=0; //關(guān)閉各個(gè)通道的轉(zhuǎn)換中斷ADC12IE|=0X00; //使能ADC轉(zhuǎn)換ADC12CTL0|=ENC; return;}voidInit_TimerA(void){ //選擇SMCLK，清除TARTACTL=TASSEL1+TACLR; //1/8SMCLKTACTL+=ID1;TACTL+=ID0; //CCR0中斷允許CCTL0=CCIE; //時(shí)間間隔為500usCCR0=500; //增記數(shù)模式TACTL|=MC0; return;}voidInit_CLK(void){unsignedinti;BCSCTL1=0X00; //將寄存器的內(nèi)容清零 //XT2震蕩器開啟 //LFTX1工作在低頻模式 //ACLK的分頻因子為1 do{ IFG1&=~OFIFG;//清除OSCFault標(biāo)志 for(i=0x20;i>0;i--);}while((IFG1&OFIFG)==OFIFG);//如果OSCFault=1 BCSCTL2=0X00; //將寄存器的內(nèi)容清零BCSCTL2+=SELM1; //MCLK的時(shí)鐘源為TX2CLK，分頻因子為1BCSCTL2+=SELS; //SMCLK的時(shí)鐘源為TX2CLK，分頻因子為1}interrupt[TIMERA0_VECTOR]voidTimerA_ISR(void){intresults; //關(guān)閉轉(zhuǎn)換ADC12CTL0&=~ENC; //讀出轉(zhuǎn)換結(jié)果results=ADC12MEM0; ADC_BUF[nADC_Count]=results;//計(jì)數(shù)器加1nADC_Count+=1; //采集完40個(gè)點(diǎn)if(nADC_Count==40){ //設(shè)置標(biāo)志nADC_Flag=1; //計(jì)數(shù)器清0nADC_Count=0;} //開啟轉(zhuǎn)換ADC12CTL0|=ENC+ADC12SC; }voidmain(void){ intADC_BUF_Temp[40]; inti; //關(guān)閉看門狗 WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD; //關(guān)閉中斷_DINT(); //初始化Init_CLK();Init_ADC();Init_TimerA(); //打開中斷 _EINT(); //循環(huán)處理 for(;;) { if(nADC_Flag==1) { nADC_Flag=0; for(i=0;i<40;i++) { ADC_BUF_Temp[i]=ADC_BUF[i]; } } }}小結(jié)：本設(shè)計(jì)想法采用MSP430單片機(jī)實(shí)現(xiàn)交流電壓得采集測(cè)量。主要通過介紹交流電壓的極性轉(zhuǎn)換電路、輸入處理電路以及采用定時(shí)器中斷服務(wù)程序進(jìn)行交流電壓數(shù)據(jù)的采集。由于本人水平有限，此方法比較簡單，不過具有一定的實(shí)用性。參考文獻(xiàn)：1．《msp430系列16位超低功耗單片機(jī)原理與應(yīng)用》利爾達(dá)策劃清華大學(xué)出版社2．《現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)》周杏鵬仇國富王壽榮操家順編著高等教育出版社3．《msp430單片機(jī)技術(shù)白皮書》TI公司4．交流電壓測(cè)試方法介紹利爾達(dá)公司5．《msp430單片機(jī)c語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)》秦龍編著電子工業(yè)出版社6、楊將新,李華軍,劉東駿.2006.單片機(jī)程序設(shè)計(jì)及應(yīng)用從基礎(chǔ)到實(shí)踐.北京:電子工業(yè)出版社7柴鈺，《單片機(jī)原理及應(yīng)用》，西安電子科技大學(xué)出版社，20098、唐晨光，唐旭偉，覃媛.2010.單片機(jī)原理與應(yīng)用.北京:清華大學(xué)出版社.9、劉文濤，單片機(jī)語言C51典型應(yīng)用及設(shè)計(jì),人民郵電出版社，200510、門剛.2005.精通ProtelDXP模塊范例篇.北京:中國青年電子出版社附錄一：摘要日常生活及學(xué)習(xí)中，我們一般需要之間測(cè)量交流信號(hào)，測(cè)量交流信號(hào)的方法有很多，而在應(yīng)用單片機(jī)的測(cè)量中，我們常常用來測(cè)量直流電壓，現(xiàn)在將介紹一種基于msp430單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的交流電壓的測(cè)量方法。系統(tǒng)的構(gòu)成主要分硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩塊來介紹。硬件設(shè)計(jì)：單片機(jī)電路如下圖所示：整個(gè)電路如下圖：軟件設(shè)計(jì)：對(duì)于交流采集，需要在1個(gè)工頻周期內(nèi)采集40個(gè)點(diǎn)，即時(shí)間間隔為500us，時(shí)間間隔采用定時(shí)器實(shí)現(xiàn)。整個(gè)程序主要包括初始化程序和采集程序。初始化程序主要是設(shè)置A/D采集通道和定時(shí)器A，采集程序主要是通過定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)每間隔500us采集1次。采集程序使用定時(shí)器中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)，在定時(shí)器中斷里讀出數(shù)據(jù)，當(dāng)采集完40個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)后，設(shè)置一個(gè)標(biāo)志通知主程序已經(jīng)采集完40個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，主程序通過全局的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)與定時(shí)器中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的交互。單片機(jī)程序設(shè)計(jì)：（根據(jù)TI公司所給軟件的例程改編得到）#include<msp430x14x.h>charnADC_Flag;intnADC_Count;intADC_BUF[40];voidInit_CLK(void);voidInit_ADC(void);voidInit_TimerA(void);voidInit_ADC(void){ //設(shè)置P6.0為模擬輸入通道P6SEL=0X01;//設(shè)置ENC為0，從而修改ADC12寄存器的值A(chǔ)DC12CTL0&=~(ENC);//設(shè)置參考電壓分別為AVSS和AVCC，輸入通道為A0ADC12MCTL0=INCH_0+EOS;//轉(zhuǎn)換的起始地址為：ADCMEM0ADC12CTL1=0X00;ADC12CTL1+=CSTARTADD_0; //采樣脈沖由采用定時(shí)器產(chǎn)生ADC12CTL1+=SHP; //轉(zhuǎn)換模式為：多通道、多次轉(zhuǎn)換ADC12CTL1+=CONSEQ_1; //內(nèi)部時(shí)鐘源ADC12CTL1+=ADC12SSEL_0; //時(shí)鐘分頻為1ADC12CTL1+=ADC12DIV_0; ADC12CTL0+=8*0x100;ADC12CTL0+=MSC;ADC12CTL0+=ADC12ON;ADC12IE=0; //關(guān)閉各個(gè)通道的轉(zhuǎn)換中斷ADC12IE|=0X00; //使能ADC轉(zhuǎn)換ADC12CTL0|=ENC; return;}voidInit_TimerA(void){ //選擇SMCLK，清除TARTACTL=TASSEL1+TACLR; //1/8SMCLKTACTL+=ID1;TACTL+=ID0; //CCR0中斷允許CCTL0=CCIE; //時(shí)間間隔為500usCCR0=500; //增記數(shù)模式TACTL|=MC0; return;}voidInit_CLK(void){unsignedinti;BCSCTL1=0X00; //將寄存器的內(nèi)容清零 //XT2震蕩器開啟 //LFTX1工作在低頻模式 //ACLK的分頻因子為1 do{ IFG1&=~OFIFG;//清除OSCFault標(biāo)志 for(i=0x20;i>0;i--);}while((IFG1&OFIFG)==OFIFG);//如果OSCFault=1 BCSCTL2=0X00; //將寄存器的內(nèi)容清零BCSCTL2+=SELM1; //MCLK的時(shí)鐘源為TX2CLK，分頻因子為1BCSCTL2+=SELS; //SMCLK的時(shí)鐘源為TX2CLK，分頻因子為1}interrupt[TIMERA0_VECTOR]voidTimerA_ISR(void){intresults; //關(guān)閉轉(zhuǎn)換