四位半电压表.docx

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四位半电压表

四位半多功能数字表

一．基本要求：

在Proteus平台上设计并仿真实现一台四位半多功能数字电压表

直流电压测量，并具有极性判断和自动量程转换功能。

1.直流电压测量：

每秒等效采样次数≥3次

推荐档位：

I档（20mV档）：

最小电压分辨率：

2μV

II档（200mV档）：

最小电压分辨率：

20μV

档（2V档）：

最小电压分辨率：

0.2mV

档（20V档）：

最小电压分辨率：

2mV

2.*交流电压测量：

最高频率<=10KHz的正弦波

档（20V档）：

最小电压分辨率：

20mV

档（200V档）：

最小电压分辨率：

200mV

3.*交流参数测量：

频率、有效值、峰值

4.第1项为基本要求内容，带有“*”的2、3项为选做内容。

5.只能采用通用A/D、集成运放IC、51单片机等器件，不准使用专用电压测量集成电路完成系统设计。

6.推荐一个参考的系统组成框图如下：

其中第一级的前置放大级推荐采用AD8551自稳零斩波运算放大器。

设计过程：

包括元器件选型依据（如前置放大器的设计、A/D分辨率的选择、放大器及滤波器设计、采样率计算、电源设计等）、理论分析及参数计算、系统设计（书面）。

系统框图、元件选型、理论计算、模块电路设计

二系统框图

整体框图

数字电路部分和模拟电路量程初判模块整体电路：

1.电压极性检测电路

电压极性检测电路采用过零比较器检测负电压的方式实现的，运算放大器LM324的反向端接地，同向端通过100K电阻接输入信号。

当输入的测量信号为负时比较器翻转，输出端经过电平转换成TTL信号后送给单片机PA7端口检测，通常情况下输出为高电平，为正电压状态。

2.电压范围粗测电路

为了粗略地得到被测量的电压范围我们采用多组比较器的方式，通过阶梯式比较的方法确定输入电压的范围。

其具体电路如下图（2.2.5）所示。

3.量程切换电路

量程切换电路包括电压放大电路和无零漂小信号放大电路。

电压变换电路

电压变换电路由衰减电阻、切换继电器和运算放大器组成，对应的是衰减1/2、1/3、1/4和无零漂放大50倍，切换电路如图（2.2.7）所示。

电压变换到0-5V标准信号后，再由A/D转换进行采样，最后由单片机算法还原。

4.差分放大电路：

对输入的电压进行去除同模干扰。

5.50hz陷波器：

电路设计，目的是滤去工频交流点，因为电表多由工频电源提供，在50HZ频率段电压干扰很大，所以要滤去。

陷波器的频谱分析图：

绿色为幅频响应，红色为相位。

运放模块

1|2放大电路；100倍放大器：

测试输出：

输入10V:

输入5V

输入2V：

输入800mv

800mv

输入80mv：

输入8mv：

单片机外围电路

软件程序流程图

单片机控制系统软件流程如图所示。

三使用器件

单片机系统是以89C51单片机为核心；信号采集与量程转换电路是由0P一07和模拟开关CD4051所组成；积分比较与自动回零电路是由双积分型A／D转换器和过零比较器所组成；开关逻辑控制电路主要元件是模拟开关CD4051；显示采用了1602字符型液晶显示器：

基准电压是由TL431稳压所得。

采用双电源可以实现的数模隔离。

作品:

#include

#defineaddo（20.0/65535.0）

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

unsignedlongtemp;

bitsys=0;

sbitRS=P1^0;

sbitRW=P1^1;

sbitE=P1^2;

sbitCS=P3^0;

sbitBYTE=P1^3;

sbitBUSY=P1^4;

sbitRC=P1^5;

sbitS1=P1^6;

sbitS2=P1^7;

unsignedcharnum1[8]={0};

unsignedcharnum2[]={"Voltage:

"};

//-------------延时----------------

voiddelay（intms）

{

intx,y;

for（x=ms;x>0;x--）

for（y=110;y>0;y--）;

}

//-------------------------------

bitlcd_bz（）

{

bitresult;

RS=0;

RW=1;

E=1;

_nop_（）;

result=（bit）（P2&0x80）;

E=0;

returnresult;

}

//-----------------写命令----------------

voidlcd_wcmd（unsignedcharcmd）

{

while（lcd_bz（））;//判断LCD是否忙碌

RS=0;

RW=0;

E=0;

_nop_（）;

P2=cmd;

_nop_（）;

E=1;

_nop_（）;

E=0;

}

//-------------------写数据-----------------

voidlcd_wdat（unsignedchardat）

{

while（lcd_bz（））;//判断LCD是否忙碌

RS=1;

RW=0;

E=0;

P2=dat;

_nop_（）;

E=1;

_nop_（）;

E=0;

}

//---------------------液晶初始化-------------

voidlcd_init（）

{

lcd_wcmd（0x38）;

delay

（1）;

lcd_wcmd（0x0c）;

delay

（1）;

lcd_wcmd（0x06）;

delay

（1）;

lcd_wcmd（0x01）;

delay

（1）;

}

voidlcd_pos（unsignedcharpos）

{

lcd_wcmd（pos+0x80）;

}

//ADS7825读函数

uintADS7825_READ（）

{

uchartemp1,temp2;

CS=0;

RC=1;

RC=0;

RC=1;

while（BUSY==0）;

RC=1;

BYTE=0;

temp1=P0;

if（（temp1&0X80）==0）

{

temp1=P0;

BYTE=1;

temp2=P0;

CS=1;

sys=1;

}

else

{

temp1=~P0;

BYTE=1;

temp2=~P0;

CS=1;

sys=0;

}

return（int）（（temp1<<8）|temp2）;

}

voidHEXTOBCD（）

{

//uinttemp;

temp=（unsignedlong）（ADS7825_READ（）*addo*1000000）;

//temp11=temp;

num1[0]=temp/10000000+0X30;

num1[1]=temp%10000000/1000000+0X30;

//num1[2]='.';

num1[2]=temp%1000000/100000+0X30;

num1[3]=temp%100000/10000+0X30;

num1[4]=temp%10000/1000+0X30;

num1[5]=temp%1000/100+0x30;

num1[6]=temp%100/10+0X30;

num1[7]=temp%10+0X30;

}

//-----------------------主函数------------------

voidmain（void）

{

unsignedchari;

S1=0;

S2=0;

lcd_init（）;//初始化LCD

delay（20）;

//设置显示位置

lcd_pos（0x00）;

while（i<16）{lcd_wdat（num2[i]）;delay

（2）;i++;}

while

（1）

{

ucharflage=0;//flage=0为档位不合适

i=0;

S1=0;

S2=0;

HEXTOBCD（）;

if（flage==0）

{

if（（temp>200000））

{lcd_pos（0x40）;

//delay

（2）;

lcd_wdat（'1'）;//显示字符

lcd_pos（0x43）;

//delay

（2）;

if（sys==0）

{lcd_wdat（'-'）;

delay

（2）;}

elseif（sys==1）

lcd_wdat（'+'）;

delay

（2）;

//lcd_wdat（num1[0]）;//显示字符

delay

（2）;

lcd_wdat（num1[1]）;//显示字?

delay

（2）;

lcd_wdat（num1[2]）;//显示字符

delay

（2）;

lcd_wdat（'.'）;//显示字符

delay

（2）;

lcd_wdat（num1[3]）;//显示字符

delay

（2）;

lcd_wdat（num1[4]）;//显示字符

delay

（2）;

lcd_wdat（num1[5]）;//显示字符

delay

（2）;

lcd_wdat（num1[6]）;//显示字符

delay

（2）;

lcd_wdat（num1[7]）;//显示字符

delay

（2）;

lcd_wdat（'v'）;

flage=1;

}

else{S1=0;S2=1;}

}

delay（50）;

HEXTOBCD（）;

if（flage==0）

{

if（（temp>200000）&&（temp<2000000））

{

lcd_pos（0x40）;

//delay

（2）;

lcd_wdat（'2'）;//显示字符

lcd_pos（0x43）

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