proteus和labview在计算机检测系统中的应用Word文件下载.docx

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Proteus}LabVIEW;

真有效值;

虚拟串口,单片机

中图分类号:

TP319文献标识码:

A文章编号:

1000—1891（200905—0098一05

0引言

完全利用计算机进行电子工程项目的前期仿真开发,是电子产品开发的趋势.与此同时,相关的仿真软件功能越来越完善,加速了该技术普及.笔者利用先进的EDA仿真技术以及虚拟仪器技术进行电子系统开发.EDA仿真开发平台采用Proteus软件,它提供上万种根据生产厂家所提供的技术参数建立的仿真模型,具有模拟电路、数字电路以及各种微处理器、微控制器系统的仿真功能,且仿真与工程实际十分接近.借助该软件进行电子系统的设计、仿真等前期开发验证工作,可以节约成本,并且大幅度提高开发效率[1_2].现代仪器仪表和计算机的通信功能是电子系统开发必不可少的组成部分,虚拟仪器软件Lab-VIEW有一个具有完成任何编程任务的函数库,具有数据采集、串口控制、GPIB、数据分析等功能,并支持现存的各种硬件接口规范,可实现与外部硬件接口.笔者采用LabVIEW软件完成计算机串口数据采集系统的开发,实现计算机和下位机仪表的通信.

1系统概述

测量交流信号有效值通常采用AC/DC转换电路,利用集成运放和二极管组成的精密线性整流电路实现,其电路简单、成本低.这种电路实际反映的是正弦电压的平均值,根据正弦电压平均值与有效值的关系换算后,得出交流电压的有效值.采用这种处理方法,当被测电压为标准正弦电压时,测量结果是准确的,但随着正弦波失真度的增大,测量误差将明显增大,因此也就不能用来测量方波、三角波、锯齿波等非正弦电压的有效值口].

为实现对任意交流信号电压有效值的精密测量,而不必考虑被测波形的参数以及失真,可以采用真有效值（TRMS转换技术.该技术根据真有效值的定义式,通过电路对输入交流电压进行“平方一求平均值一开平方”的运算得到,即不通过平均折算而直接将交流信号的有效值按比例转换为直流信号.随着集成电路的迅速发展,出现了各种真有效值AC/DC转换器,模拟器件公司的AD736是其中比较典型的一种.

收稿日期:

2009一03—23;

审稿人:

李龙l编辑:

郑丽芹

基金项目:

黑龙江省高等教育学会高等教育科学研究“十一五”规划课题（115C一848

作者简介:

陈雷（1979一,男.顼士,讲师,主要从事检测与虚拟仪器技术方面的研究.

・98-

第5期陈雷等:

Proteus和I盘bⅥEw在计算机检测系统中的应用AD736采用信号平方后积分的平均技术直接

测得波形的真实有效值,其测量灵敏度、精确度有很大改善‘引.文中分析采用该方案进行电压的TRMS测量系统的仿真开发,该系统总体结构见图1.

盥片机

图1TRMS测量系统结构框图

2仿真电路

基于Proteus技术,设计对被测信号进行真有效值测量的信号处理电路,见图2.该电路完成对信号的真有效值转换、精密放大、限幅和模数转换处理,经A/D转换的信号送单片机处理并显示.注意在设计电路板时,要在IC的电源管脚附近加旁路电容,以有效抑制干扰.

图2Proteus硬件仿真电路

2.1测量电路

AD736是一款8引脚封装的单片高精度的TRMS--DC转换器.输入信号满度值为200mV,若要测量更大的信号,需要进行信号衰减处理;

其输入阻抗很高,可达1012Q;

测量信号的最大波峰因数（振幅与有效值之比可达5;

可以测量交流和直流信号的真有效值;

最大只需要200弘A的供电电流,供电电压范围宽。

且可以单电源或双电源供电,适用于便携式仪表和电池供电的场合酯].

采用精密电阻900MQ,900,90,10kQ,通过的串联分压的方法实现200mV,2,20,200V四档量程信号的测量.仿真电路中采用4档的拨动开关实现量程切换,4个档位的满量程输出均为200mV.由于AD736输入阻抗很高,因此可以省略阻抗变换电路.另外实际电路输入端须采用二极管保护电路,防止输入过压损坏器件.

AD736引脚见图2.真有效值测量电路中,引脚5和引脚4之间接平均值电解电容cl,引脚6和引脚3之间可以接电解电容C2,以实现低通滤波,使输出更加平稳..经仿真实验可知,平均值电容C,越大,测量精度越高,但平均时间常数随输入信号的变小而线性增大,由于放电需要的时间长而使2次测试之间的等待时间变长.因此平均电容C。

也不能太大,需在精度和稳定时间之间作出权衡.文中电路平均电容C-取33肛F,外接的滤波电容c2取10肛F.引脚1和引脚8之间可接交流耦合电容,用来确定输入信号的下限截止频率.若不考虑输入信号下限频率,可不接此电容,将引脚1直接接地或悬空.

该仿真验证的AD736功能:

当外接平均值电容C。

和滤波电容c2时,实现真有效值测量;

只接滤波电容C:

时,实现平均值测量;

既不接C。

也不接C。

时,可实现对输入信号的全波整流输出.

2.2精密放大电路

AD623是AD公司的一款8引脚封装的常用仪表放大器,可以采用±

（2.5~6V的双电源供电,也可以采用3~12V的单电源供电,双电源供电可以达到更好的性能.引脚2和引脚3为输入端,引脚1和引脚8间接增益电阻R。

.根据电压放大倍数G和增益电阻R。

的关系式R。

一100/（G一1可知,放大10倍时应取输入电阻11.11kfl,实际电路中R。

可采用精密可调电阻进行调试.

・99‘

大庆石油学院学报第33卷2009年

将AD736输出的0-一200mV信号放大10倍,得到0"

-一2V的信号,作为A/D转换芯片的输入.利用AD公司提供的网上在线设计工具,并经仿真实验.若采用单电源供电,要达到2V的输出,引脚2和引脚3间必须提供适当的共模电压,这样会使电路设计复杂化.采用±

5V双电源供电时,输出可以达到±

4.5V,完全满足本设计要求,因此该电路采用±

5V双电源供电.

为了便于单片机处理并显示数据,将转换后的实际数据扩大1000倍后,再进行显示.设扩大1000倍后的数据为m,m定义为无符号整型数据,按比例关系式

ADdata.——m

—矿一丽’

得

m一9.804ADdata。

（1计算m值,m转换成十进制后最多为4位有

效数字,只要设定好小数点的位置,即可正确

显示测量值.各量程的显示格式及单位见表

1,其中,数据的最高位为0则消隐显示.

2.3模数转换电路

表1各量程对应的显示格式

voidAD549（if（D（ADdataJ=0x01;

{SCLK=0,CS=0;

-nop一（;

一nop一（;

一nop-（l—nop,（,SCI,K=0I

for（i=o;

i<

8#i+-I-//传送1字节数据}CS=1;

一nop-（I—nop-（I

{SCLK=1;

}

ADdata<

<

=1;

在TLC549输入端采用稳压值为2.4V的稳压管1N5221B进行限幅,将输入电压限制在2.5V基准电压之内.此外当单片机从TLC549采集的电压超过2V时,说明所测电压超出所选量程,根据AD转换比例关系可知裸数据超过0xCC,据此可以判断为超量程.

2.4液晶显示

采用LCDl602字符型液晶显示模块显示测量结果.LCDl602可显示2行,每行16个字符.编程实现的显示效果:

第1行为提示语“theTRMSis:

”,第2行显示真有效值大小,若测量电压超出相应量程,则显示”overflow”表示超量程。

提示换档.

2.5RS232接口模型COMPlM

单片机和计算机可以通过RS232接口实现通信,电路中需要电平转换芯片MAX232进行RS232电平和TTL电平转换.在Proteus仿真中,可以直接将51单片机的RXD和COMPIM的引脚2连接,TXD和C（MPlM的引脚3连接,实现快速仿真.

实际单片机串口工作时,9针接口的第5引脚接地,仿真模型中默认为接地,故可不设置.双击COMPIM,进入属性设置界面,这里设置串口号为COM4,波特率为9600bit/s,其他参数采用默认值.串口参数设计界面见图3.

Proteus和LabVIEW在计算机检测系统中的应用

另外,Proteus中5l单片机的晶振设置与

振的情况下,在单片机程序中,定时器T1初值设

为0xFD,可以实现精确的9600bit/s的串口波

特率,即误差为0;

但若采用12MHz晶振,会有

8.51%的误差,造成数据传输错误.因此Proteus

中51单片机属性的时钟频率（clockfrequency

也必须设为11.0592MHz,否则会仿真失败.

3软件设计图3串I:

/参数设计界面

LabVIEW程序设计主要分为串口通信程序和数据处理程序.针对计算机的标准串口,LabVIEW提供一组子VI实现对串口的操作,对这些VI模块进行正确的连接和配置就能开发出符合要求的串口通信程序.模块详细功能文献[6]已有说明,不再赘述.

LabVIEW数据处理程序采用While循环的方式,每隔18发送16进制数据0xAA,并读取单片机返回的数据.单片机返回的数据

由“键值”和“AD转换数据”2

部分.在LabVIEW中,采用

“条件结构”根据收到的“键值”

决定处理“AD转换数据”的方

法.对应4个量程,根据式

（1,将“AD转换数据”分别乘

以相应系数,即可得到最终结

果.基于LabVIEW的数据采

集与处理程序见图4.图4LabVIEW数据采集与处理程序

此外,在LabVIEW监控系统中,采用LABSQL数据库访问工具包实现对MicrosoftAccess数据库的访问,完成对采集数据的存储、查询、删除等操作,从而实现对采集数据的组织和管理.

4PROTEUS与LabVIEW的连接

从仿真的角度来说,Proteus仿真软件虽然可以仿真单片机硬件,但要进行单片机电路与计算机通过RS232接口进行仿真的开发,必须将计算机监控软件与Proteus软件联系起来.文中使用一款虚拟串口软件在计算机中虚拟出一对串口来实现该功能.打开该虚拟串口软件,在界面左边的浏览界面可以显示出所用计算机已经存在的物理串口和已经虚拟出的串口;

Add/Removeports面板选择要连接的串口名称,如COM3和COM4,点击addpair就可以在计算机内部虚拟出一对内部连接好的COM3,-*COM4的串口连接;

如果要删除虚拟串口,在左边的浏览界面选中相应的虚拟串口名称,点击Deletepair即可.在系统调试时,可以点击进入Additional

pairinformation界面,察看串口的详细工作状态,包括端口是否打

开、收发的字节数、波特率等参数.5仿真结果

仿真实验表明,对于30Hz以上的信号,可以在采集仪表上稳定地显示输入信号的真有效值,而30Hz以下的信号显示则很不稳定,这是因为AD736有一定的频响范围.利用Proteus中提供的信号源作为输入信号进行仿真,输入频率为1kHz,有效值分别为156.8mV,1.568,15.68,156.8V的正