简易数字电压表的设计毕业设计文档格式.docx

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第一章选题背景

1。

1智能仪表目前发展状况

在自动化控制系统中,仪器仪表作为其构成元素,它的技术进展是跟随控制系统技术的发展的.常规的自动化仪器仪表适应常规控制系统的要求,它们以经典控制理论和现代控制理论为基础，以控制对象的数学模型为依据。

当今，控制理论已发展到智能控制的新阶段，自动化仪器仪表的智能化就成为必然和必须。

本文将就自动化仪器仪表的智能化的状况与进展，以及当今对智能仪器仪表研究、开发热点做概要的分析与表述。

作者建议人们关注自动化仪器仪表智能化技术的进展,关注仪器仪表装置与控制系统技术的互动发展，这对推进我国自动化技术水平的进一步提高将是大为有益的。

智能化的自动化仪器仪表应以智能控制理论为基础，体现人的智能行为。

人工智能是智能控制理论的基本组成部分之一,它以知识为基础,它的目标是建造智能化的计算机系统，用来模拟和执行人类的智力功能，如判断、理解、推理、识别、规划、学习和问题求解等等，进而用自动机模仿人类的思维过程和智能行为。

基于智能控制理论基础的智能仪器仪表目前大致有几方面的进展:

（1）专家控制系统（expertcontrolsystem，ECS）是典型的基于知识控制系统,它是一个具有大量的专门知识与经验的程序系统。

它运用人工智能技术和计算机技术，根据某领域一个或多个专家提供的知识和经验,进行推理和判断，模拟人类专家的决策过程,解决那些需要人类专家才能解决好的复杂问题。

专家控制器的结构按控制要求的不同而有所不同。

典型的结构由知识库、推理机、人机接口等组成。

其中，知识的获取、知识库的建立是关键。

人们已经总结出的方法是领域专家和知识专家的有机结合，同时收集、归纳有经验的操作员方面的知识。

然后把获取的知识变成可用的规则，以期在推理过程中得到更高的命中率。

专家控制已在工业控制中得到广泛的应用。

（2）模糊控制器（FC-FuzzyController），也称模糊逻辑控制器（FLC-FuzzyLogicController）。

自然界的事物都具有一定的模糊性，模糊逻辑在控制领域中的应用产生了模糊控制技术。

由于模糊控制技术具有处理不确定性、不精确性和模糊信息的能力,对无法建造数学模型的被控过程能进行有效的控制，能解决一些用常规控制方法不能解决的问题，因而模糊控制在工业控制领域得到了广泛的应用。

模糊控制器一般由输入标定、模糊化、模糊决策、清晰化、输出标定等几个部分组成.其中，模糊化、模糊决策、清晰化是主要和基本的部分，“模糊化”将输入量（精确量）变为模糊量，“模糊决策"

进行模糊运算,其过程是由推理机进行预估输出推理,得到模糊量输出.“清晰化"

将模糊量输出转化为精确量，提供给系统的驱动器定标后使用。

当前，模糊控制技术在工业控制中得到广泛的应用,尤其在不确定性过程、难于建模的场合发挥了模糊控制技术的长处.模糊控制器在家电和其它行业同样得到了广泛的应用。

（3）神经网络在工业控制系统中的应用提高了系统的信息处理能力，提高了系统的智能水平。

所谓神经网络控制，简称神经控制，它是指采用神经网络这一技术对复杂的非线性对象进行建模，或担当控制器，或优化计算，或进行推理，或故障诊断等工作。

由于神经网络具有高度的并行结构和并行实现能力，具有对任意非线性关系的描述能力，具有通过训练学习归纳全部数据能力，使得它在控制系统中被广泛灵活地应用。

数字电压表（DigitalVoltmeter）简称DVM，作为智能仪表的一种，它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量（直流输入电压）转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。

传统的指针式电压表功能单一、精度低，不能满足数字化时代的需求，采用单片机的数字电压表,由精度高、抗干扰能力强,可扩展性强、集成方便，还可与PC进行实时通信。

目前,由各种单片A/D转换器构成的数字电压表，已被广泛用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域，示出强大的生命力.举例如图1.1：

图1.1

1．适用范围

该系列产品是一种高精度的安装式仪表，它可广泛用于电力系统和自动化控制系统中对单相三相电量参数（交直流电流—电压-功率-因数—频率）的测量和显示.采用大规模集成电路，具有转换精度高、响应速度快、性能稳定等特点,可直接替代指针式仪表.

2.通用技术参数

＊精度等级：

数显0。

2、0.5级 

光柱1。

5级

*数显范围：

四位半显示0－19999 

*光柱指示：

0－120％

＊标称输入：

电流1A、5A；

电压100V、220V、380V、450V

＊过量程：

持续：

1.2倍,瞬时：

电流10倍/5秒,电压2倍/1秒

2设计原理

数字电压表是一种用数字显示的电压测量仪表。

由于数字电压表具有读数

准确方便、精度高、误差小、灵敏度高和分辨率高、侧量速度快等特点而备受青睐。

其基本原理是采用数字化测量技术,对直流电压进行模数转换，转换成不连续、离散的数字形式并加以显示。

3设计要求

可以测量0—5V的8路输入电压值;

可在四位LED数码管上轮流显示或单路选择显示或液晶显示；

测量最小分辨率为0。

019V；

测量误差约为+0.02V；

带有一定的扩展功能.

第二章方案比较与论证

单片机采用AT89S52，它是一个低功耗,高性能CMOS8位单片机，片内含8kBytesISP（In—systemprogrammable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS—51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。

单片机基础电路如图2。

1：

图2。

1单片机基础电路

2.1功能特性概述

40个引脚，8kBytesFlash片内程序存储器，256bytes的随机存取数据存储器（RAM）,32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断,2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。

此外，AT89S52设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。

空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作,掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。

同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式,以适应不同产品的需求.

引脚功能：

·

VCC：

电源电压

GND：

地

P0口:

P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口,也即地址/数据总线复用口.作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路,对断口P0写“1”时，可作为高阻抗输入端使用.在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组端口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用,在访问期间激活内部上拉电阻.在FLASH编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，

校验时，要求外接上拉电阻。

P1口:

P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路.对端口写“1”，通过内部上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。

作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（In）.与AT89C51不同之处是，P1.0和P1.1还可分别作为定时/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1。

1/T2EX）。

第二功能:

P1.0：

T2（定时/计数器2外部计数脉冲输入），时钟输出

P1。

T2EX（定时/计数2捕获/重新载触发和方向控制）

P2口：

P2是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路.对端口写“1"

通过内部上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。

作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。

在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR指令）时,P2口送出高8位地址数据。

在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVX@RI指令）时，P2口输出P2锁存器的内容。

P3口：

P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。

P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对P3口写入“1”时,它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口.此时,被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流。

P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能端口引脚

P3。

0RXD（串行输入口）

1TXD（串行输出口）

P3.2INT0（外中断0）

3INT1（外中断1）

P3.4TO（定时/计数器0）

5T1（定时/计数器1）

6WR（外部数据存储器写选通）

P3.7RD（外部数据存储器读选通）

RST：

复位输入。

当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。

ALE/PROG:

当访问外部程序存储器或数据存储器时,ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。

一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时或用于定时目的.要注意的是:

每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。

如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。

该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活.此外，该引脚会被微弱拉高,单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效.

PSEN：

程序存储允许PSEN输出是外部程序存储器的读选通信号,当AT89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲.在此期间,当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。

EA/VPP:

外部访问允许。

欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）.需注意的是：

如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。

如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。

XTAL1:

振荡器反相放大器的内部时钟发生器的输入端。

XTAL2：

振荡器反相放大器的输出端。

2。

2电源方案

由变压器输入7805的1脚，2脚接地，3脚+5V输出,中间加2个104电容和1000u的电解电容分别为了退耦和稳压。

使+5V更稳定地输出。

电源接线图如图2。

图2。

2电源接线图

2.3显示方案

方案一：

显示部分（采用共阴4位八段数码管显示。

如图2.3：

）

图2。

3数码管电路图

显示部分与单片机连接图如图2.4：

图2.4显示与单片机连接图

方案二：

采用液晶1602做为显示电路，功能强大,适合做各类扩展。

其中7-14脚为数据口脚，3脚为背景灯亮度调节脚，EN、RW、RS命令状态字脚。

我们可以通过程序使1602显示各类字符如图2.5。

51602显示电路

1602管脚说明：

1.Vss电源地；

2.Vdd电源正极4.5～5。

5V通常使用5V；

3.Vl对比度调节电源调节范围0~5V。

接正电源时对比度最弱，接地对比度最高，但是对比度过高时产生“鬼影"

因此通常使用一个10K电位器来调整对比度，或者直接接一个电阻