基于单片机智能交流电压表的设计.pdf
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1基于单片机智能交流电压表的设计基于单片机智能交流电压表的设计摘摘要要电工参数一般包括电压、电流、功率、频率、功率因数等。
在电网调度自动化的设备中需要配置多只测量显示上述电工参数的镶嵌式面板表，如电压表、电流表、功率表等等，其一般均为指针式面板表，精度低，可视距离近，数据需要人工抄录，浪费人力资源，数据管理不便，容易出错。
近年来，随着微电子技术的迅速发展和超大规模集成电路的出现，特别是单片机的出现，正在引起测量控制仪表领域的新的技术革命。
本文在研究国内外有关智能仪器仪表最新科研成果的基础上，采用单片机为测量仪器的主控制器，设计出可与上位计算机进行通信的新型智能交流电压表。
这种以单片机为主体的新型智能仪表将计算机技术与测量控制技术结合在一起，在测量过程自动化，测量结果数据处理以及功能的多样化方面都取得了巨大的进步。
关键词关键词:
单片机，智能仪表，数据处理，通信如需此论文Word版本，单片机程序/单片机技术支持，请访问:
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2IntelligencealternatingvoltagemeteronSingle-chipMicrocomputerAbstractElectricalparameterincludesvoltage,current,power,frequencypowerfactor,andsoon.Theadjustmentsystemofelectricalnetworkneedsmanypanelinstrumentsthatcanshowtheelectricalparameter,suchasvoltage,current,power,cycleetc.Usuallytheseinstrumentisnotaccurate,wastesmanpowerresource,andthemanagementofthedataisinconvenientandeasytomistake.Recentlythedevelopmentofmicro-electronicstechnologyandtheadventofSLSI,especiallytheadvent.Ofsinglechip,leadtoanewrevolutioninthefieldofinstrument.Inthispaper，onthebasisofstudyingtheuptodatefruitofinstrument,anewintellectiveinstrumentwhichadoptssinglechipascontrolcoreandwhichcancommunicatewiththePCisdesigned.Thisappliancewhichbasesonthesinglechipcompoundsthetechnologyofcomputerandmeasure.Itisimprovedverymuchonprocessingresultandthediversificationoffunction.Keywords:
singlechip,intellectiveinstrument,dataprocess,communication.嵌入式应用软件园，版权所有，请勿转载/销售。
3目目录录引引言言.6第一章第一章方案选择方案选择.71.1设计结构图.71.2芯片的选择.7第二章第二章硬件电路设计硬件电路设计.92.1总硬件电路设计.92.2AT89S51单片机简介.92.2.1芯片特点.92.2.2芯片管脚介绍.102.3电压信号采样.122.3.1设计原理简介.122.3.2精密电压互感器SPT205B.122.4A/D转换电路.142.4.1A/D转换芯片介绍.142.4.2TLC1549与单片机的连接.152.5显示单元.162.5.1MAX7219芯片的介绍.162.5.2引脚说明.162.5.3工作原理.172.5.4显示单元与单片机连接电路.182.6通信接口硬件设计.182.6.1数据通信基础.192.6.2RS-232标准接口总线.192.6.3芯片MAX485介绍.20第三章第三章软件部分软件部分.233.1软件整体结构.233.2电压采集模块.243.2.1数字滤波.243.2.2A/D转换.253.3显示模块.263.4通讯模块.27结论和展望结论和展望.29参考文献参考文献.30致致谢谢.31附录附录A电压表电路图电压表电路图.32附录附录B源程序源程序.33附录附录C外文文献及其译文外文文献及其译文.34附录附录D参考文献摘要参考文献摘要.36嵌入式应用软件园，版权所有，请勿转载/销售。
4插图清单插图清单图1-1整体结构图.7图2-1单片机引脚图.10图2-2采样部分的原理图.12图2-3尺寸结构图.13图2-4交流互感器部分电路图.14图2-5TLC1549引脚排列.15图2-6TLC1549方式1的时序图.15图2-7TLC1549与单片机AT89S51的连接图.16图2-8MAX7219芯片实物封装图.17图2-9MAX7219芯片工作时序图.18图2-10MAX7219与51单片机的接线电路.18图2-11MAX485芯片引脚介绍.21图2-12PC与单片机串行通讯.22图3-1总体软件流程.23图3-2数字滤波的流程图.25图3-3A/D转换流程图.26图3-4显示模块流程图.27图3-5A单片机与微机信的软件框图.28图3-5B初始化框图.28嵌入式应用软件园，版权所有，请勿转载/销售。
5表格清单表格清单表2-1精密电压互感器SPT205B性能指标表.12嵌入式应用软件园，版权所有，请勿转载/销售。
6引引言言电力系统参数一般包括电压、电流、功率、频率、功率因数等。
在电网调度自动化的设备中需要配置多只测量显示上述电工参数的镶嵌式面板表，如电压表、电流表、功率表等等，其一般均为指针式面板表，精度低，可视距离近，数据需要人工抄录，浪费人力资源，数据管理不便，容易出错。
近年来，随着微电子技术的迅速发展和超大规模集成电路的出现，特别是单片机的出现，正在引起测量控制仪表领域的新的技术革命。
本文在研究国内外有关智能仪器仪表最新科研成果的基础上，采用单片机作为测量仪器的主控制器，设计出可与上位计算机进行通信的新型智能交流电压表。
这种以单片机为主体的新型智能仪表将计算机技术与测量控制技术结合在一起，在测量过程自动化，测量结果数据处理以及功能的多样化方面都取得了巨大的进步。
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7第一章第一章方案选择方案选择1.1设计结构图本设计是基于单片机智能交流电压表的设计，设计中使用了精密交流互感器，桥式整流器，式滤波单元，串行A/D转换器，MCS-51系列单片机，显示驱动器，LED数码管，上位通信单元几部分组成。
整体结构图如下1-1图1-1整体结构图被测交流电压由精密交流互感器降压得到与输入被测电压成比例的交流电压值：
经整流滤波得到与输入电压成比例的直流电压值。
由AD转换芯片TLC1549转换成相应的数值量；再由单片机存储在内存单元，做相应的数字信号处理（算法）；然后通过显示驱动器MAX7219驱动四个LED数码管显示结果，并通过MAX485收发器芯片与上位机相连。
智能电压表有简单的监控功能，能实时显示并记录当前电压情况。
通过智能交流电压表，达到了监控交流电压有效值变化的目的。
1.2芯片的选择电力系统参数一般包括电压、电流、功率、频率、功率因数等等。
在电网调度自动化的设备中需要配置多只测量显示上述电_工参数的镶嵌式面板表，如电压表、电流表、功率表等等，其一般均为指针式面板表，精度低，可视距离近，数据需要人工抄录，浪费人力资源，数据管理不便，容易出错。
整流滤波放大单元A/D转换器单片机通讯单元显示单元交流互感器嵌入式应用软件园，版权所有，请勿转载/销售。
8本设计采用ATMEL生产的MCS-51系列的AT80S51单片机芯片作为主芯片。
没有采用其他公司芯片的理由是我们单片机课程详细修过MCS-51系列单片机，且MCS-51单片机所占的市场分额很大，在单片机领域影响力很大，几十年居于单片机领域领头羊地位，其产品大量作为单片机教材范例使用。
本想用最常见并主修过的AT89C51，但现在，89S51目前已经成为了实际应用市场上新的宠儿，89S51在工艺上进行了改进，89S51采用0.35新工艺，成本降低,而且将功能提升,增加了竞争力，并增加了很多新功能，内置看门狗记时器，所以我选择它。
整流电路方面本来使用双二极管进行整流，但考虑到更高的精确性，使用了简单实用的桥式整流电路，并采用成本低廉，电路简单的型滤波电路进行滤波。
使用精密电压互感器SPT205B进行电压信号的降压处理，是为了更高的信号采样精密度，SPT205B实际上是一款毫安级精密电流互感器，精密度很高。
本想使用电阻级联进行分压，但其精确度和抗干扰性就大大差远了，极大的影响了测量的精确性，所以采用了电压互感器降压。
A/D转换部分采用的TLC1549芯片是TI工公司生产的10位逐次逼近模数转换器，该器件具有两个数字输入端和一个3态输出端。
没有采用同系列的8位A/D转换芯片TLC549，是因为本芯片精度更高，可以达到令人满意的效果。
显示方面采用了美国MAXIM公司生产的串行输入/输出共阴极显示驱动器系列芯片MAX7219，以其功能强大，编程简单，控显可靠，可泛用于工业控制器等力一面的数码显示驱动，比较成熟的应用即为与单片机的结合。
选用LED数码管显示电压值，精度高，可视距离远。
并利用上位PC机对电压值进行监控，完成了机械式面板表和一般数字式电压表不能完成的工作。
LED数码管简单经济，使我放弃了本想使用的液晶显示单元，虽然先进有挑战性，但却极大的增加了成本，对产品的功能设计而言毫无意义，所以最后选择了LED数码管作为显示单元。
在于上位机相连模块，采用了MAX485收发器芯片，可实现多片并联并通过MAX232与上位机通讯，节省了通讯资源和上位机的利用率，故我选择它。
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9第二章第二章硬件电路设计硬件电路设计2.1总硬件电路设计在智能电压表的设计中主要包括硬件、软件、及仪表工艺三方面的问题。
硬件方面采用了桥式整流及N式滤波环节，A/D转换芯片TLC1549与单片机配合完成A/D转换的工作。
选用MCS-51系列AT80S51芯片进行数据处理。
四块八段LED进行显示。
MAX485作为电平转换芯片，用于通信部分的设计。
2.2AT89S51单片机简介2.2.1芯片特点说到AT89S51单片机就不得不说他的原形AT89C51单片机。
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单
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