数字式电参数测量仪设计实验报告Word文件下载.docx
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本设计采用STC89C52八位单片机实现。
单片机软件编程的自由度大,可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制。
而且体积小,硬件实现简单,安装方便。
2.2A/D转换部分
由于该系统的测量精度要达到0.3%,普通的8位AD转换芯片无法达到这一要求,而ADS1110是16位A/D转换,线性误差仅为0.0015%,内置自校准电路,串行输出接口,可方便地与单片机配接。
同时具有功耗低,精度高,抗干扰能力强等特点,适合要求精度较高的仪器仪表。
2.3显示部分
采用点阵字符型LCD液晶显示,可以显示数字与阿拉伯字母等字符,随着半导体技术的发展,LCD的液晶显示越来越广泛的应用于各种显示场合。
液晶显示可以工作在低电压、低功耗下,显示界面友好、内容丰富。
数码管显示驱动简单,但是不能显示高精度数位。
综合考虑,选用LCD来实现显示功能。
LCD使用的型号是1602。
2.4测量电阻、电流、电压电路部分
①把测电阻转化为测电压,通过OP07整合再经AD转换,进入单片机测量。
电阻测量分4档
②把测电流转化为测电压,通过OP07整合再经AD转换,进入单片机测量。
电流测量分2档
③测电压,把被测电压通过OP07整合再经AD转换,进入单片机测量。
电压测量分2档。
三、硬件设计
3.1电阻测量电路、电流测量电路、电压测量电路
根据题目要求,通过LM334产生恒流源分4档测电阻,分2档测电流和电压。
测电流模块
测电压模块
测电阻模块
3.2测频率电路
一个波形通过LM324两级放大,再通过LM319电压比较器整形,由于频率接近100KHZ的时候,波形失真,频率不变,故再通过40106进一步整形。
测频率模块
3.3A/D转换电路
采用16位AD转换器ADS1100进行转换,再把数据送入89C51进行处理。
AD模块
MCU模块
MCU扩展模块
3.4LCD显示电路
LCD1602可以显示2行16个字符,有8位数据总线D0-D7,和RS、R/W、DE三个控制端口,工作电压为5V,并且带有字符对比度调节和背光。
LCD模块
3.5按键电路
按键控制开关。
按键模块
3.6串口下载模块
串口实现对程序的读入,使程程度得到调试。
工作在5V电压下。
串口下载模块
3.7电源模块
通过L7805跟L7905使电压保持在+5V与-5V之间
电源模块
四、软件设计
软件流程主要包括三个阶段:
初始化阶段、计算阶段还有最后显示阶段。
各个阶段完成各自的任务,这样模块化处理可以减少出现差错的概率。
即使出现差错,也可以准确的找出有问题的模块并进行改进。
4.1测电压部分
用ADS1110读入输入电压,再利用其自身的转换公式换算出电压,再通过LCD1602显示出来。
4.2测频率部分
利用单片机的计时器/计数器及中断来测频率。
首先设定TMOD=0x15,即启用T0计数及T1定时,以及选择工作方式1。
给定闸门时间25ms,即25ms定时溢出进入中断,40次之后即为1s的时间,此时T0计数器中计的脉冲个数即为频率,把它表示出来,然后在LCD1602中显示。
4.3测电流部分
测电流实质上即为测电压,外部输入一个电流,经过电路中的一个定值电阻时形成压降,即为电阻两端的电压,然后把此电压引入ADS1110即可,测出电压,再除以那个定值电阻得到的值即为输入电流,然后显示。
4.4测电阻部分
测电阻实质上即为测电压,电路中利用LM334形成恒流源产生恒定电流,次电流经过待测电阻到地,在待测电压两端形成电压,然后把此电压引入ADS1110即可,测出电压,再除以那个恒定电流得到的值即为待测电阻,然后显示。
4.5显示阶段
采用1602液晶显示器,先把信号转化成ASCII码,再输入1602液晶显示器,通过显示器程序就可以所测的频率显示在液晶屏上。
由于主程序是不断的循环执行,液晶显示器就可以不断地动态的显示所测的频率。
五、系统测试
5.1测试方法与仪器
仪器:
型号为MS8050的五位数字万用表、型号为HY3002D—3的稳压源,型号为YB1610HDDS的数字合成信号源、型号为TDS2012的1GHz的TEK示波器
测量方法:
电压测量方法:
用稳压源输出电压,再用5位数字万用表测量理论值,然后再用自制万用表对电压进行多组数据测量比对。
测量数据如下图:
表1电压测量
理论值
102.6mV
503.7mV
1.042V
5.042V
10.045V
测量值
103.0mV
505.1mV
1.048V
5.088V
10.105V
误差
0.27%
0.57%
0.91%
0.60%
电流测量方法:
将恒流源接入测量电流的接口,用5位数字万用表测得其理论值,然后再用自制万用表对电路进行行多组数据测量比对。
电阻测量方法:
先用五位数字万用表测出理论值,再用自制的万用表对电阻进行多组数据测量行比对。
表2电阻测量
100.0Ω
500.0Ω
1KΩ
5KΩ
10KΩ
5OKΩ
5OOKΩ
1MΩ
100.2Ω
501.4Ω
998.7Ω
4998.8Ω
10.120KΩ
50.140KΩ
498.9KΩ
998.50KΩ
0.28%
0.13%
0.24%
0.12%
0.22%
0.15%
频率测量方法:
先用数字信号源输入波形,再用示波器观察测量,再用自制万用表测量,进行多组数据比对。
测量数据如下:
表3频率测量
500Hz
1000Hz
5KHz
10KHz
30KHz
501Hz
1001Hz
5006Hz
10012Hz
30035Hz
六、总结
由于系统架构设计合理,功能电路实现较好,系统性能优良、稳定,较好地达到了题目要求的各项基本指标和发挥功能的要求。
在这次设计中,我们更好地学习了硬件焊接、软件编程和高精度调试等。
但是由于时间有限,我们其他的发挥功能无法实现,我们将在自己以后的学习中更加努力。
频率计就设计而言功能相对简单,但其频率的测量范围满足需求,和市场上的一些数字频率计相比具有易操作,响应速度快等优势。
此频率计预处理电路设计简单而又巧妙,计算频率的算法简洁可行,整个频率计简单实用。
另外此频率计容易进行功能扩展,可以增加一个分频电路用来增加频率的测量范围,还可以增加一些功能,如脉宽,占空比等。
参考文献
1.钱进.基于AT89C2051的高精度数字频率计的设计[J].机电产品开发
与创新,2007,20
(1):
86-87.
2.卢飞跃.基于单片机的高精度频率计设计[J].电子测量技术,2006,29(5):
96-97.
3.杜刚,高军,童宁宁.基于AT89C2051单片机的频率计设计[J].微计算机
应用,
2004,25(4):
498-501.
4.卢伟,熊茂华《串行A/D转换器MAX187与单片机的接口》[J].计算机与现代化,20052:
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5.FayyadUM,Piatetsky-ShapiroG,Smyth,P.Fromdatamin-ingto
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Anoverview.In:
AdvancesinKnowledgeDiscovery
andDataMining,FayydUM,Piatetsky-ShapiroG(eds),1~35.
6.黄宋魏《ADS1110芯片及其应用》(昆明冶金研究院,云南昆明650031)
7.章津楠,张长胜,郭清成《一种简单方法实现基于STC89C52RC单片机的频率计》(温州大学计算机科学与工程学院浙江温州325035)
8.孙汝建《基于I2C总线的16位A/D转换器ADS1110及其应用》(南京水利科学研究院 南京,210024)
附录:
程序代码:
测电压:
#include<
reg52.h>
#include"
cpu.h"
lcd.h"
freq.h"
ads1110.h"
sbitLCD_BG=P2^4;
CPU_INT16SOutputCode;
CPU_INT08UConfig;
CPU_FP32Voltage;
staticvoidLCD_Delay1s(CPU_INT16Un)
{
CPU_INT16Ui,j,k;
for(i=0;
i<
n;
i++){
for(j=0;
j<
1000;
j++){
for(k=0;
k<
128;
k++){
}
}
voidmain(void)
{
LCD_InitDisp();
LCD_BG=0;
while
(1){
ADS1110_Read(ADS1110_ADDRESS,&
OutputCode,&
Config);
if((OutputCode>
=ADS1110_MINIMUM_CODE)&
&
(OutputCode<
=ADS1110_MAXIMUM_CODE)){
Voltage=(CPU_FP32)OutputCode*2.048/32768;
LCD_Dispshuzhi(1,0,4,(CPU_FP32)Voltage);
LCD_DispStr(0,4,"
Voltage"
);
LCD_DispStr(1,6,"
V"
LCD_Delay1s
(1);
测电阻:
CPU_FP32Voltage,Resistance;
Resistance=(CPU_FP32)Voltage*680/0.134/1000;
LCD_Dispshuzhi(1,0,3,(CPU_FP32)Resistance);
LCD_DispStr(0,3,"
Resistance"
KR"
测频率:
CPU_INT32UFreq_Frequence;
EA=1;
Freq_InitFrequence();
Freq_GetFrequence(&
Freq_Frequence);
frequence"
LCD_Dispshuzhi(1,0,3,(CPU_INT32U)Freq_Frequence);
LCD_DispStr(1,7,"
HZ"
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