设计报告Word文件下载.docx
- 文档编号:17027987
- 上传时间:2022-11-28
- 格式:DOCX
- 页数:10
- 大小:402.37KB
设计报告Word文件下载.docx
《设计报告Word文件下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《设计报告Word文件下载.docx(10页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
通过以上论证,我们选择了方案三来实现我们的运算放大器模块,既有效节约了设计的成本,提高了方案的性价比,也实现了该设计对运算放大模块的要求。
2.4量程判断模块方案选择论证
考虑到在小信号的情况下,由运算放大器做的比较器的精确度可能并不精确,因此我们采取将小信号适当放大的方法,对于200mv-2v,2v-20v的电压直接送到比较器进行比较,而将200mv以下的电压放回到放大部分放大100倍后变为0v-2v,2-20v,然后再与比较器进行比较。
然后将比较器的输出送到4066开关的控制端,实现量程的自动转换。
通过以上论证,我们采用了方案二来搭建系统的量程判断模块。
三.单元模块设计
3.1AT89C51单片机硬件结构
1)引脚及功能
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。
AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器,AT89C2051是它的一种精简版本。
AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
1.主要特性:
与MCS-51兼容4K字节可编程闪烁存储器寿命:
1000写/擦循环数据保留时间:
10年全静态工作:
0Hz-24Hz三级程序存储器锁定1288位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路
2.管脚说明:
VCC:
供电电压。
GND:
接地。
P0口:
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时,P0口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。
P1口:
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。
P2口:
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。
并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3P3口:
口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。
作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口,如下表所示:
口管脚备选功能P3.0RXD(串行输入口)P3.1TXD(串行输出口)P3.2/INT0(外部中断0)P3.3/INT1(外部中断1)P3.4T0(记时器0外部输入)P3.5T1(记时器1外部输入)P3.6/WR(外部数据存储器写选通)P3.7/RD(外部数据存储器读选通)P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST:
复位输入。
当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG:
当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。
在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是:
每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时,ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。
另外,该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。
/PSEN:
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP:
当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET;
当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。
XTAL1:
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2:
来自反向振荡器的输出。
3.振荡器特性:
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。
该反向放大器可以配置为片内振荡器。
石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。
如采用外部时钟源驱动器件,XTAL2应不接。
有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器,因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求,但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
4.芯片擦除:
整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合,并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。
在芯片擦操作中,代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前,该操作必须被执行。
此外,AT89C51设有稳态逻辑,可以在低到零频率的条件下静态逻辑,支持两种软件可选的掉电模式。
在闲置模式下,CPU停止工作。
但RAM,定时器,计数器,串口和中断系统仍在工作。
在掉电模式下,保存RAM的内容并且冻结振荡器,禁止所用其他芯片功能,直到下一个硬件复位为止。
2)模块电路图
二.1602液晶显示模块
1)1602液晶引脚及功能
1602液晶模块内部的字符发生存储器(CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形,这些字符有:
阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等,每一个字符都有一个固定的代码,比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B(41H),显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来,我们就能看到字母“A”
1602字符型LCD通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD,多出来的2条线是背光电源线,引脚如下:
1602采用标准的16脚接口,其中:
第1脚:
VSS为地电源
第2脚:
VDD接5V正电源
第3脚:
V0为液晶显示器对比度调整端,接正电源时对比度最弱,接地电源时对比度最高,对比度过高时会产生“鬼影”,使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度
第4脚:
RS为寄存器选择,高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。
第5脚:
RW为读写信号线,高电平时进行读操作,低电平时进行写操作。
当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址,当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号,当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。
第6脚:
E端为使能端,当E端由高电平跳变成低电平时,液晶模块执行命令。
第7~14脚:
D0~D7为8位双向数据线。
第15~16脚:
空脚
2)1602液晶显示模块原理图
3.仪表放大模块
1)仪表放大器简介
仪表放大器是一种精密差分电压放大器,它源于运算放大器,且优于运算放大器。
仪表放大器把关键元件集成在放大器内部,其独特的结构使它具有高共模抑制比、高输入阻抗、低噪声、低线性误差、低失调漂移增益设置灵活和使用方便等特点,使其在数据采集、传感器信号放大、高速信号调节、医疗仪器和高档音响设备等方面倍受青睐。
仪表放大器是一种具有差分输入和相对参考端单端输出的闭环增益组件,具有差分输出和相对参考端的单端输出。
在我们的设计方案中,考虑到性价比的因素,我们决定用三个op07运算放大器,和一个AD8551运算放大器来搭建一个仪表放大器,来实现设计的要求。
2)仪表放大器搭建电路
4.有源低通滤波器模块
1)有源低通滤波器模块介绍
滤波器是一种能使有用信号通过,滤除信号中的无用频率,即抑制无用信号的电子装置。
有源滤波器实际上是一种具有特定频率响应的放大器。
低通滤波器是一个通过低频信号而衰减或抑制高频信号的部件。
理想滤波器电路的频响在通带内应具有一定幅值和线性相移,而在阻带内其幅值应为零。
有源滤波器是指由放大电路及RC网络构成的滤波器电路,它实际上是一种具有特定频率响应的放大器。
滤波器的阶数越高,幅频特性衰减的速率越快,但RC网络节数越多,元件参数计算越繁琐,电路的调试越困难。
根据指标,本次设计选用二阶有源低通滤波器。
根据设计要求,我选择巴特沃斯滤波器。
巴特沃斯滤波器的幅频响应在通带中具有最平幅度特性,但是通带到阻带衰减较慢。
选择二阶有源低通滤波器电路,即n=2。
有源2阶低通滤波器电路下图所示,压控电压源二阶滤波器电路的特点是:
运算放大器为同相接法,滤波器的输入阻抗很高,输出的阻抗很低,滤波器相当于一个电压源,其优点是电路性能稳定,增益容易调整。
有源低通滤波器电路图
巴特沃斯低通滤波器的幅频特性为:
,n=1,2,3,...
Butterworth的二阶归一化传递函数为:
H(s)=1/(s*s+1.414*s+1);
它的化归一化传递函数可以表示成两个多项式的比:
A(s)(2–1)
其中Auo为通带内的电压放大倍数,C为截止角频率,Q为品质因子。
从
(1)式中可知,当=0时,
(1)式有最大值1;
=C时,
(1)式等于0.707,即Au衰减了3dB;
;
(2–2)
Av=1+R4/R3;
(2–3)
根据设计需要我们选取R1=R2=200K,R3=10K,R4=0,C=C1=1uF。
2)有源低通滤波器电路图
5.AD转换模块
1)ADC0808芯片资料
ADC0808是一种CMOS器件,不仅包括一个8位的逐次逼近型的ADC部分,而且还提供一个8通道的模拟多路开关和通道寻址逻辑,因而有理由把它作为简单的“数据采集系统”。
利用它可直接输入8个单端的模拟信号分时进行A/D转换,在多点巡回检测和过程控制、运动控制中应用十分广泛。
1)主要技术指标和特性
(1)分辨率:
8位
(2)总的不可调误差:
ADC0808为±
LSB,ADC0809为±
1LSB。
(3)转换时间:
取决于芯片时钟频率,如CLK=500kHz时,TCONV=128μs。
(4)单一电源:
+5V。
(5)模拟输入电压范围:
单极性0~5V;
双极性±
5V,±
10V(需外加一定电路)。
(6)具有可控三态输出缓存器。
(7)使用时不需进行零点和满刻度调节。
2)内部结构和外部引脚
ADC0808的内部结构和外部引脚分别如下图所示。
内部各部分的作用和工作原理在内部结构图中已一目了然,在此就不再赘述,下面仅对各引脚定义分述如下:
ADC0808内部结构框图
(1)IN0~IN7——8路模拟输入,通过3根地址译码线ADDA、ADDB、ADDC来选通一路。
(2)D7~D0——A/D转换后的数据输出端,为三态可控输出,故可直接和微处理器数据线连接。
8位排列顺序是D7为最高位,D0为最低位。
(3)ADDA、ADDB、ADDC——模拟通道选择地址信号,ADDA为低位,ADDC为高位。
地址信号与选中通道对应关系如表11.3所示。
(4)VR(+)、VR(-)——正、负参考电压输入端,用于提供片内DAC电阻网络的基准电压。
在单极性输入时,VR(+)=5V,VR(-)=0V;
双极性输入时,VR(+)、VR(-)分别接正、负极性的参考电压。
2)AD转换器电路图
6.极性判断模块
1)极性判断分析原理
该极性判断的原理很简单,只需将欲判断极性的电压接到一个过零比较器,与0v电压进行判断,如果比较器的输出为正,则所接入的电压为正电压,反之,若比较器的输出为负的话,则所接入的电压为负。
而一个过零比较器即将比较器的负极输入端接零电压。
2)极性判断电路设计原理图
7.量程自动判断转换模块
1)量程自动判断与转换原理,功能分析
本设计方案本着力求准确的原则,对于输入的信号中的200mv以下的成分并不直接进行测量,而是通过初步的判断之后返回到仪表放大器进行放大,将其放大成为200mv-20v的信号。
对于输入的200mv-20v的信号或由200mv以下的小信号放大得到的200mv-20v的信号,我们将其接到一个2v的比较器,与2v电压进行判断,并将比较器的输出接到4066开关的控制端,从而实现量程的判断与自动转换。
2)量程自动判断转换模块原理图
4.1软件设计流程图
被测电压输入
LCD显示
<
200mv
AD转换
>
2v
衰减10倍
单片机
仪表放大100倍
4.2本设计源程序代码
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 设计 报告