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：
2V
输入800mv
800mv
输入80mv：
输入8mv：
单片机外围电路
2.
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
#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_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
_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_（）;
_nop_（）;
P2=cmd;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
E=1;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
_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_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
E=1;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
_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）;
lcd_pos（0x43）;
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（'.'）;//显示字符
delay
（2）;
lcd_wdat（num1[2]）;//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=1;S2=0;}
}
delay（50）;
HEXTOBCD（）;
if（flage==0）
{
if（（temp>200000）&&（temp<2000000））
{
lcd_pos（0x40）;
//delay
（2）;
lcd_wdat（'3'）;//显示字符
lcd_pos（0x43）;
lcd_pos（0x43）;
if（sys==0）
{lcd_wdat（'-'）;
delay
（2）;}
elseif（sys==1）
lcd_wdat（'+'）;
delay
（2）;
lcd_wdat（num1[1]）;//显示字?
delay
（2）;
lcd_wdat（num1[2]）;//显示字符
delay
（2）;
lcd_wdat（num1[3]）;//显示字符
delay
（2）;
lcd_wdat（'.'）;//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（'m'）;
delay
（2）;
lcd_wdat（'v'）;
flage=1;
}
else{S1=1;S2=1;}
}
delay（50）;
HEXTOBCD（）;
if（flage==0）
{
if（（temp<2000000））
{
lcd_pos（0x40）;
//delay
（2）;
lcd_wdat（'4'）;//显示字符
lcd_pos（0x43）;
lcd_pos（0x43）;
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[5]）;//显示字符
delay
（2）;
lcd_wdat（num1[6]）;//显示字符
delay（4）;
lcd_wdat（num1[7]）;//显示字符
delay
（2）;
lcd_wdat（'m'）;
delay
（2）;
lcd_wdat（'v'）;
flage=1;
}
else{S1=0;S2=0;}
}
}
}
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