单片机课设正弦交流信号有效值的测量Word文件下载.docx
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Keywords:
RMSmeasurement,modulusconversioncircuit,singlechipmicrocomputercontrol
1电路设计
为了测得正弦信号的有效值，硬件电路的设计应包括信号的输入采集电路，模拟量与数字量转换电路，单片机控制电路与数字显示电路。
1.1信号采集与转换电路设计
本次设计所使用的A/D转换芯片是TLC549，它是一个串行8位A/D转换器，通过三线与通用微处理器进行串行接口。
因为是使用的串行接口电路，电路设计较简单，但是传输数据较慢。
通过阅读TLC549的资料手册，可以知道其具有4MHz片内系统时钟和软、硬件控制电路，转换时间最长17微秒，本次设计要求检测的是50Hz的正弦波信号，其转换时间完全可以满足电路设计要求，因此不用担心串行电路的传输速率较慢的问题。
TLC549所允许的输入电压不超过5v，设计要求能够检测的正弦波幅值为0到15v，所以在测量超过5v的正弦波信号时，需要先将信号分压到5v以下，才能输入TLC549。
电路图如下图所示，当所测信号在5v以下时，SW3开关接上，信号不需要分压直接输入芯片；
当信号在5到10v之间时，SW3开关接中，信号经由电阻R3和R4分压后，将R4两端电压作为输入信号输入芯片；
当信号在10到15v之间时，SW3开关接下，信号经由R5、R6和R7分压后，将R7两端的电压作为输入信号输入芯片。
这样的设计满足了TLC549对输入信号的要求，只需在后续设计中将结果线性放大就可以得到正确测量值。
图1信号采集与转换电路
1.2单片机控制电路设计
控制电路系统采用AT89C52作为主控制器，单片机具有体积小，方便操作，应用灵活，运行稳定准确等特点，现已广泛应用于各方各面。
单片机控制电路如下图所示，P1.0接收经TLC549转换后的数字信号，P1.1用于控制TLC549的工作状态，P1.2给TLC549提供时钟信号，P1.3与P1.4用于控制LCD显示屏的工作状态，P1.5与P1.6用于选择还原分压信号的放大系数，开关S1放大2倍，开关S2放大3倍，具体使用哪个开关视情况而定，P0口接LCD显示器。
图2单片机控制电路
1.3显示电路设计
显示电路主要由LCD显示器构成，R/W端口用于控制数据的操作是读取还是写入，因为本次设计中LCD显示器只用来显示数据，所以将R/W端接地即可。
RS与E端与AT89C52相应端口相连接，E端口是启动信号端口，RS端为高电平时，功能为数据输入，低电平时为指令代码输入。
D0到D7端口与AT89C51的P0口相连，单片机将要显示的数据传送到LCD显示器，因为在此处，P0口作为普通的I/O口使用，因此需要在外部加上拉电阻才可以使用。
图3显示电路
1.4总体电路
总体电路如下图：
图4总体电路
正弦波信号经过合适的处理后，经由A/D转换芯片，将模拟量转化为数字信号，交由AT89C52处理，最后将处理结果通过P0口传输到LCD显示器，至此，完成了正弦波模拟信号的采集，数字转换，软件处理以及显示的过程。
2软件设计
本次设计要求是测量50Hz的正弦波信号，一个周期为20毫秒，而我们所需要的是正弦波的峰值，在20毫秒内，将采集的数据等时间间隔采样50个，然后比较这50个数据的大小，将最大的那一个数据作为该周期内的峰值，将峰值除以根号2作为该正弦信号的有效值。
程序系统框图如下：
否
是
图5程序系统框图
程序代码如下:
#include<
reg52.h>
math.h>
#include"
TLC549.h"
LCD1602.h"
sbitS1=P1^5;
sbitS2=P1^6;
ucharTable[50],times=0;
bitflag=0;
voidinitT0（）;
voidmain（）
{
ucharj;
ucharMax,Result;
initLCD（）;
initT0（）;
while
（1）
{
if（flag）
{
Max=Table[0];
for（j=1;
j<
50;
j++）
{
if（Table[j]>
Max）
Max=Table[j];
}
if（S1==0）
Max=2*Max;
if（S2==0）
Max=3*Max;
Result=Max/sqrt
（2）;
writeLCD_com（0x80+11）;
writeLCD_data（Result/100+48）;
writeLCD_data（Result%100/10+48）;
writeLCD_data（'
.'
）;
writeLCD_data（Result%10+48）;
V'
flag=0;
TR0=1;
}
}
}
voidinitT0（）
TMOD=0x01;
TH0=（65536-400）/256;
TL0=65136%256;
ET0=1;
TR0=1;
EA=1;
voidT0_time（）interrupt1
Table[times]=ADConvert（）;
times++;
if（times==50）
TR0=0;
times=0;
flag=1;
TLC549转换源代码如下：
intrins.h>
sbitcs=P1^1;
sbitclk=P1^2;
sbitdout=P1^0;
uintADConvert（）
uchari,temp;
uintshuju;
cs=1;
clk=0;
cs=0;
_nop_（）;
for（i=0;
i<
8;
i++）
_nop_（）;
clk=1;
temp=（temp<
<
1）|dout;
clk=0;
shuju=5.0/255*10*temp+0.5;
return（shuju）;
LCD显示源代码如下：
#include<
#defineLCD_DATAP0
ucharRMSV[]="
RMSVol:
"
;
sbitRS=P1^3;
sbitEN=P1^4;
voiddelayms（uintdelaytime）
uchari;
for（;
delaytime>
0;
delaytime--）
for（i=124;
i>
i--）;
voidwriteLCD_com（ucharcom）
RS=0;
LCD_DATA=com;
delayms（5）;
EN=1;
EN=0;
//EN=1;
voidwriteLCD_data（uchardat）
RS=1;
LCD_DATA=dat;
voidwrite_string（ucharcol,ucharline,uchar*table）
if（col==0）
writeLCD_com（0x80+line）;
while（*table!
='
\0'
）
writeLCD_data（*table++）;
elseif（col==1）
writeLCD_com（0xc0+line）;
}
elsereturn;
voidinitLCD（）
writeLCD_com（0x38）;
writeLCD_com（0x0c）;
writeLCD_com（0x06）;
writeLCD_com（0x01）;
write_string（0,2,RMSV）;
3仿真结果
图6仿真结果
图7仿真结果
图8仿真结果
图9仿真结果
图10仿真结果
图11仿真结果
可以看到，仿真显示结果基本符合输入信号的有效值。
4心得体会
通过本次课程设计，我明白了模拟量与数字量之间的转换，模拟量的采集，单片机控制的工作原理，定时器的工作方式以及显示电路的设计与原理。
在本次课程设计过程中，遇到的问题首先是芯片的使用，例如，TLC549的使用，LCD显示器的使用等。
通过查找芯片资料解决了芯片使用上的问题。
这些问题在课程设计之前，都不清楚，通过查资料，相关书籍，以及问同学，将这些问题一一解决，为电路的设计做好了铺垫。
在设计电路过程中，设计的思路很重要，例如，如何得到正弦波的峰值成为本次课程设计的关键，在获得正弦波峰值的方案上也有很多，为了简化设计，采用了本次设计的方案。
在芯片的选取上也有很多方案，A/D转化芯片种类繁多，本次设计选取的TLC549在硬件电路的搭建上有很多方便之处。
当然，本次课程设计存在一些不足之处，例如，TLC549的输入电压有一定范围，小于设计要求的电压，对于一个未知的电压容易超出量程，需要在设计中加入超量程报警电路。
软件编程设计上仍然存在很多不足，在查阅资料，请教同学之后，才完成了软件的设计。
这次课程设计，我收获很大，提高了我遇到问题解决问题的能力，加强了与同学就学习问题的交流讨论，加强了自己的动手能力，明白了团队合作的作用，同时也认识到了自己不足，在电路设计，元件参数的选取，芯片的选取，软件编程的问题上仍然存在不足，最重要的是认识到了光有理论知识是远远不够的，理论需要结合实践才能发挥最大的作用。
这些问题的暴露让我知道了以后努力的方向，在加强理论学习的基础上，提高自己解决问题的能力，提高自己动手实践的能力。
参考文献
[1]李群芳.单片微型计算机.北京：
电子工业出本社，2008
[2]伍时和.数字电子技术基础.北京：
清华大学出版社，2009
[3]胡乾斌.单片微型计算机原理与应用.武汉：
华中科技大学出版社，2006
[4]李刚.51系列单片机系统设计与应用技巧.北京：
北京航空航天大学出版社，2004
[5]孙育才，MCS-51系列单片微型计算机及其应用.南京：
东南大学出版社，1997
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